Lebontó folyamatok - 2024 PDF

LEBONTÓ FOLYAMATOK 1 I. LEBONTÓ FOLYAMATOK SZEREPE -Elsődleges szerepük: szerves anyagok lebontása és energia nyerése (ATP) -Köztestermékek: olyan anyagok létrehozása, amelyek átkerülhetnek a felépítő folyamatokba -Két módja: biológiai oxidáció vagy erjedés 2 LE...

LEBONTÓ FOLYAMATOK 1 I. LEBONTÓ FOLYAMATOK SZEREPE -Elsődleges szerepük: szerves anyagok lebontása és energia nyerése (ATP) -Köztestermékek: olyan anyagok létrehozása, amelyek átkerülhetnek a felépítő folyamatokba -Két módja: biológiai oxidáció vagy erjedés 2 LEBONTÓ FOLYAMATOK BIOLÓGIAI OXIDÁCIÓ ERJEDÉS/FERMENTÁCIÓ ◦ AEROB ◦ ANAEROB ◦ VÉGTERMÉK: CO2 ÉS H2O + ATP ◦ VÉGTERMÉK: SZERVES ANYAG (pl. tejsav, alkohol) + CO2 + ATP 3 A LEBONTÁS ELSŐ LÉPÉSE ◦ GLIKOLÍZIS/GLÜKOLÍZIS (oxigéntől független) ◦ Biológiai oxidáció + Erjedés  ugyanaz az első lépés ◦ Helye: citoplazma (így minden sejtben tud energiát szolgáltatni) Lényege: Egy darab 6 szénatomos glükóz-molekulából két darab 3 szénatomos piroszőlősav- molekula lesz, miközben 2 ATP termelődik és hidrogén kerül a NAD+-ra, azaz redukáljuk a koenzimet a NAD+-t. Ebben a folyamatban szén oxidáció nem történik. Megjegyzés: a piroszőlősav másik neve: piruvát 4  PIROSZŐLŐSAV SORSA OXIGÉN JELENLÉTÉBEN OXIGÉN HIÁNYÁBAN ◦OXIDÁCIÓ —» biológiai ◦ REDUKCIÓ —» erjedés/ oxidáció fermentáció 5 II. BIOLÓGIAI OXIDÁCIÓ ◦ Biológiai oxidáció = sejtlégzés (a légzés során felvett oxigén ebben a lépésben használódik fel leginkább) ◦ Cél: energiatermelés (1 mol glükóz -» 38 mol ATP) ◦ Folyamatai: szénatomok oxidációja és oxigén redukció (vagy hidrogén oxidáció) ◦ 3 részfolyamat: 1. glikolízis (sejtplazma) 2. citromsav-ciklus/citrát-kör/Szent-Györgyi-Krebs ciklus (mitokondrium mátrixa) 3. terminális oxidáció (mitokondrium belső membránja) 6 1. Lépés: glikolízis: LÁSD KORÁBBAN — 1 glükóz molekulából —» 2 piroszőlősav molekula keletkezik A piroszőlősav karboxil-csoportjából aerob körülmények között, a mitokondrium két membránja között (=intermembrán tér/ membránok közötti tér) szén-dioxidot ad le, miközben 2 szénatomos acetil-csoport keletkezik. Az acetil-csoportot (Ach) a koenzim-A (KoA) szállítja, így jön létre az acetil-koenzim-A (AchKoA). A koenzim-A láncvégi hidrogénjét leadva veszi fel az acetil-csoportot. A koenzim-A láncvégi hidrogénje NAD+ szállítómolekulára kerül. A koenzim-A az acetil-csoportot a biológiai oxidáció második lépéséhez a citromsavciklushoz szállítja. 2 piroszőlősav + 2 KoA + 2 NAD+ —» 2 acetil-KoA + 2 CO2 + 2 NADH + H+ A folyamatban résztvevő enzim: piruvát-dehidrogenáz 7 2. CITROMSAVCIKLUS/ SZENT-GYÖRGYI-KREBS-CIKLUS: - helye: mitokondrium mátrixa (belső tere) 2 mol ATP Oxálecetsav + acetilcsoport 8  2 FA D 2 FA DH2 2 mo l ATP Lényege: - Egy 4 szénatomos molekulához kapcsolódik hozzá a 2 szénatomos acetil-csoport, és így létrejön a ciklus névadója, a citromsav, amely 6 szénatomos. - A citromsavat több lépésben oxidáljuk, így folyamatosan szén-dioxid molekulák lépnek ki. A folyamat végére a citromsav visszaalakul oxálecetsavvá. - Eközben NAD+ molekulákat redukálunk NADH + H+-á. (ábrán: oxidált koenzim - redukált koenzim) - Ezen kívül még FAD molekulákat is redukálunk FADH2-vé. (A FAD szintén egy hidrogén szállító vegyület). - A folyamat során 2 mol ATP (vagy GTP) keletkezik. (A GTP ugyanolyan energiaszolgáltató vegyület, mint az ATP). 9 3. LÉPÉS: TERMINÁLIS OXIDÁCIÓ - helye: mitokondrium belső membránja 34 10 Lényege: - Emlékezzünk vissza, hogy mindegy egyes lépésben az elektronok NAD+ molekulákra kerültek (NADH). Hová kell ez a sok elektron? Hát ide, a terminális oxidáció lépésébe!!! - Mi történik? - A NADH (és FADH) leadja a H+ és az elektront. - Az elektron egy elektron szállító rendszerre (elektrontranszport láncra) kerül. - A H+-ionok az intermembrán térbe (membránok közti tér) kerülnek, így a membrán két oldala között potenciál különbség alakul ki. - A belső membrán mátrix felőli része negatívabb, míg az intermembrán felöli része pozitívabb. - A membránban található egy ATP-szintáz enzim, ami egyben csatornaként is funkcionál. - A csatornán keresztül visszajutnak a hidrogén-ionok a mátrixba, ott az elektronnal összekapcsolódva létrehozzák a hidrogént, ami pedig a légzésből felvett oxigénnel vízzé egyesül. - Amikor a hidrogének visszajutnak a mátrixba, tehát csökken a feszültség, akkor termelődik az ATP, vagyis az energia (34 mol). Ezt a lépést szokás oxidatív foszforilációnak is nevezni. 11 BIOLÓGIAI OXIDÁCIÓ TELJES ENERGIANYERESÉGE: 1 MOL GLÜKÓZBÓL KIINDULVA GLIKOLÍZIS 2 MOL ATP CITROMSAVCIKLUS 2 MOL ATP TERMINÁLIS OXIDÁCIÓ 34 MOL ATP BIOLÓGIAI OXIDÁCIÓ 38 MOL ATP 12 III. ERJEDÉS ◦ A piroszőlősav redukciója ◦ Helye: citoplazma ◦ Tejsavas erjedés: C6H12O6  2 CH3-CHOH-COOH + 2 ATP - Különböző mikroorganizmusok (pl. lactobacillusok), és a magasabb rendű, intenzív anyagcserét folytató állati és emberi szervek szöveteire (vázizom) jellemző. - Gyakorlati jelentőség: savanyú káposzta, kefír, joghurt, kovászos uborka stb. előállítása ◦ Alkoholos erjedés: C6H12O6  2 CH3-CH2-OH + 2CO2 + 2 ATP - Élesztőgombákra és más mikroorganizmusokra jellemző. - Gyakorlati jelentőség: kelt tészta (kenyér) készítése, sör és bor készítése 13  SZEMPONTOK BIOLÓGIAI OXIDÁCIÓ ERJEDÉS aerob (oxigén igényes) anaerob (nem igényel oxigént) KÖRÜLMÉNYEK 1. glikolízis 1. glikolízis RÉSZFOLYAMATAI 2. citromsavciklus 2. erjedés (alkoholos vagy tejsavas) 3. terminális oxidáció teljes lebontás részleges lebontás BIOLÓGIAI FUNKCIÓ CO2, H2O, ATP etanol/tejsav, CO2, ATP VÉGTERMÉK 1. sejtplazma sejtplazma HELYSZÍNE A 2. mitokondrium mátrix SEJTBEN 3. mitokondrium belső membrán 38 mol ATP keletkezik kb. 2 mol ATP keletkezik ENERGIAMÉRLEG 14 15 16 IV. AMINOSAVAK LEBONTÁSA: Az állati szervezetben az aminosavak szerepe több irányú: - a fehérjéket építik fel - ritkán energiaszolgáltatók: glükózzá alakulnak, citrátkörbe lépve lebomlanak - koenzimek, hormonok, porfirinek előanyagai lehetnek. A szervezet aminosavkészlete viszonylag állandó. A heterotróf szervezetek alapvetően 2 forrásból jutnak aminosavakhoz: 1. táplálékkal felvett fehérjékből 2. saját maguk által előállított aminosavakból 17 AMINOSAVAK LEBONTÁSA: ◦ Általában a N-tartalmú rész lehasadásával veszi kezdetét. 1. Az aminocsoport leválasztása: - Az NH2-csoport (aminocsoport) eltávolítása történhet dezaminálással. - A dezaminálás során a N-tartalmú részlet ammónia formájában lehasad. - A májban zajló dezaminálással lehasított aminocsoport NH4+ (ammónium-ion), karbamid (urea) alakjában a vizelettel kiürül. 18 2. Az aminosavak N-mentes szénláncának a sorsa: - Az aminosav típusától függően különböző lehet: a) a citrátciklus köztes termékeivé alakulva a citrátkörben bomlik le b) keletkezhet piroszőlősav c) képződhet acetil-KoA - Az aminosav-disszimiláció (lebontás) ezen útvonalai lehetőséget biztosítanak arra, hogy a lebomló aminosavak szükség esetén átalakuljanak szénhidrátokká (glükoneogenezis folyamatában) vagy zsírokká. 19 V. NEUTRÁLIS ZSÍROK LEBONTÁSA: ◦ Az állati szervezetekben a tartaléktápanyag szerepét elsősorban a neutrális zsírok töltik be. ◦ Ennek két oka van: ◦ a zsír vízmentes körülmények között tárolható ◦ oxidációjukkor kétszer annyi energia szabadul fel, mint a glikogén oxidációjakor ◦ A lebontás első lépése a zsírok hidrolízise lipázok útján. ◦ A hidrolízis eredményeképpen a zsírok glicerinre és zsírsavakra bomlanak. ◦ A keletkező glicerin a glikolízisbe lép. ◦ A zsírsavak hosszú molekulái acetilcsoportokra esnek szét. ◦ Az acetilcsoportok a citrátkörbe bomlanak tovább, a NADH- molekulák H- atomjai a terminális oxidációba kerülnek. 20