Anyagcsere folyamatok PDF

Anyagcsere folyamatok 1 I. Alapfogalmak 2 1. Nyílt-zárt-izolált rendszer 3  2. Anyagcsere Anyagfelvétel, átalakítás, leadás egysége – Anyagot, energiát és információt biztosít Sejszinten: – Anyagfelvétel és leadás: Transzportfolyama...

Anyagcsere folyamatok 1 I. Alapfogalmak 2 1. Nyílt-zárt-izolált rendszer 3  2. Anyagcsere Anyagfelvétel, átalakítás, leadás egysége – Anyagot, energiát és információt biztosít Sejszinten: – Anyagfelvétel és leadás: Transzportfolyamatok – Átalakítás: Intermedier anyagcsere: sejtben lezajló biokémiai folyamatok Szervezetszinten: – Anyagfelvétel és leadás: Táplálkozás, tápanyag és légzési gázok felvétele, szállítása és leadása a keringéssel, salakanyag leadás, kiválasztás – Átalakítás: emésztés enzimekkel 4 5  3. Homeosztázis Belső környezet szabályozott állandósága – Testfolyadék mennyisége – Ionösszetétel – Ozmotikus nyomás – Kémhatás – hőmérséklet 6 4. Aktiválási energia 7  5. Katalizátorok Reakciósebesség: egységnyi térfogatban egységnyi idő alatt átalakult anyagmennyiség V= ∆ c/ ∆ t (mol/dm3) Függ: 2H2 + O2 = H2O a reakciótól (reagáló anyagok minősége) v=k cH22 cO2 mol/(dm3s) reagáló anyagok koncentrációjától k= reakciósebességi állandó hőmérséklettől katalizátortól Reakció katalizátor nélkül E Reakció katalizátorral Katalizátor: olyan anyag, mely a kémiai reakciók sebességét megnövelik (alacsonyabb energiájú Y→X X→Y reakcióutat nyitnak). A reakció lejátszódása után újra felszabadulnak , reakcióhőt nem befolyásolják, csak az aktiválási energiát. Inhibítor: lassítja a folyamatokat Reakcióút 8  6. Anyagcsere típusok A metabolizmusnak kettős feladata van: – Asszimiláció/anabolizmus: saját szerves vegyületek bioszintézise (pl. fotoszintézis) – Disszimiláció/katabolizmus: energiatermelés az életfolyamatokhoz (pl. sejtlégzés) – A fotoszintézis kémiai szempontból épp a légzés (égés) megfordítása Az autotrófoknál eltérő az energianyeréshez és a szerves anyagok bioszintéziséhez használt anyag A heterotrófok ugyanazt a tápanyagot használják energianyerésre és a bioszintézisekhez is A sejtben a felépítő és lebontó folyamatok állandóan zajlanak és összekapcsolódnak A folyamatokat összekapcsolja: – az acetil- csoport, mindkét folyamatban köztes termék – az ATP, mindkét folyamatban energiatároló és energiaszolgáltató 9 10  7. Energiavaluta Felépítő folyamatok: energiaigényesek, ATP-t igényelnek Lebontó folyamatok: energiatermelők, ATP képzőik 11  8. Kémiai reakciók Hidrolízis: két molekula vízbelépés közben bomlik fel, makromolekula - alegységek (monomerek) szétbomlási folyamata: – keményítő, glikogén  maltóz  glükóz – fehérje (polipeptidlánc)  aminosavak – nukleinsav  nukleotidra Kondenzáció: két molekula vízkilépés közben kapcsolódik össze (fenti folyamatok fordítottja) 12 II. Asszimiláció 13  1. Fogalma Saját szerves vegyületek felépítése szervetlen vagy szerves vegyületekből Egyszerűbb felépítésű és kisebb energiatartalmú vegyületekből bonyolultabb felépítésű, nagyobb energia tartalmú vegyületek kialakulása Energiaigényes (endoterm) folyamatok H (proton és elektron) szállítója: NADP+ 14  2. Felépítő anyagcsere típusai Autotróf anyagfelépítés: az a folyamat, mely során az élőlény (a sejt) szervetlen anyagból építi fel saját szerves anyagait (monoszacharidok, aminosavak, zsírsavak stb.). H szállítója NADP! – Fotoszintézis(fotoautotrófia) : az a folyamat, mely során fényenergia (kémiai energiává alakítva) felhasználásával építi fel az élőlény szervetlen anyagokból a saját szerves anyagait. – Kemoszintézis (kemoautotrófia): az a folyamat, mely során az élőlény a szervetlen anyagok eloxidálásából nyert kémiai energia felhasználásával szervetlenből szerves anyagokat állít elő. Heterotróf anyagfelépítés (kemoheterotrófia): az a folyamat, mely során az élőlény szerves anyagból képes előállítani saját szerves anyagait. 15  3. Szénforrás Autotrof: szervetlen szénvegyület (szén-dioxid): – kékbaktérium sejt – nitrifikáló baktériumsejt – Növények: táplálékkészítő alapszöveti sejt Heterotrof: szerves szénvegyület – papucsállatka sejt – állati sejt – gomba sejt 16  4. A felhasznált elektron donorok természete 1. Litotróf: szervetlen – Víz: növényeknél – kén-hidrogén: baciknál 2.Organotróf: szerves (állatoknál) Ezt a kategorizálást csak baktériumoknál szokták értelmezni 17  5. Az energiaforrás természete 1. Fototróf–energia a fotokémiai reakciókból, energiaforrás fény: – kékbaktérium sejt – táplálékkészítő alapszöveti sejt 2. Kemotróf– energia a fénytől független, kémiai reakciókból származik: energiaforrás a környezetből felvett szerves vagy szervetlen anyagok – Szerves: állatok, gombák, bizonyos baktériumok – Szervetlen: baktériumok (vasbaktérium, nitrifikáló baktérium, kénbaktérium) 18  A szabatos elnevezésnél mindhárom tagot használjuk: pl. fotolitoautotróf 19  6. Összefoglalva szénforrás Szervetlen vegyület Szerves vegyület ( CO2 ) HETEROTRÓF energiaforrás AUTOTRÓF Fényenergia Fotoautotróf FOTOTRÓF (fotoszintézis) _ Kékbaktérium, növények táplálékkészítő alapszövete Kémiai energia Kemoautotróf Kemoheterotróf KEMOTRÓF (kemoszintézis): Állatok, gombák nitrifikáló baktérium 20  a. Fotoszintézis Szerves anyagok képződése fényenergia felhasználásával Az élővilág szerves anyag és oxigénszükségletét biztosítja fény 6H2O + 6CO2  C6H12O6 + 6O2 – H2O: elektron- vagy hidrogéndonor – CO2: elektron- vagy hidrogénakceptor Szakaszai: – Fényszakasz:itt hasznosul a fény, tehát csak fényben megy végbe – Sötétszakasz: fénytől függetlenül végbemegy (fényben és sötétben is) Előfordulás: kékbaktériumok, növények, algák, bíbir kénbaktérium 21  b. Kemoszintézis/kemoautotrofia Nitrifikáló baktériumok: – Ammóniát oxidálnak nitritté (nitritbaci), nitráttá (nitrátbaci), ebből nyeri az energiát a felépítő folyamatokhoz Kémiai energia – 6H2O + 6CO2  C6H12O6 + 6O2 Kénbaktérium: kénhidrogén oxidációjából nyer energiát Vasbaktérium: Fe(II)Fe(III) oxidációból nyer energiát 22  c. Kemoheterotrofia Folyamatai: – Glükóz előállítás (glükoneogenezis) és glikogén előállítás – Fehérjeszintézis – Nukleotidszintézis – Lipidek szintézise Előfordulása: – állati és – gomba sejt 23  III. Disszimiláció Szerves vegyületek oxidálódnak kismolekulájú anyaggá, ezért energiafelszabadulással jár (exoterm). 24  1. Lebontó folyamatok jellemzői Célja: – Szerves vegyületek lebontása kisebb molekulákra: ez kiindulási anyaga a felépítő folyamatoknak – Energia szabadul fel ATP raktározza, ami életműködéseknél felhasználható hőként felszabadul: állandó testhőmérséklethez kell H (proton és elektron) szállító: NAD+ (Autotrof felépítőben NADP!) Kisebb molekulák lehetnek: – szervetlen vegyületek (CO2 –ra és H2O- ra), akkor a folyamat neve sejtlégzés vagy biológiai oxidáció, ami a mitokondriumban megy végbe – vagy szerves vegyületekre (pl. tejsavra), akkor folyamat neve erjedés, ami a sejtplazmában megy végbe 25  2. Biológiai oxidáció vagy sejtlégzés Aerob körülmények (van oxigén) Teljes lebontás (oxidáció) - Végterméke: szervetlen vegyület (CO2 , H2O) Maximális energia felszabadulás - Sok ATP képződése (1 glükózból 38 ATP ) Összesített reakcióegyenlete: (glükózból kiindulva!, mert a többi tápanyag lebontása is ebbe csatlakozik bele) C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + kémiai energia Folyamata: Glikolízis (glükolízis) Citromsavciklus Terminális oxidáció Biológiai oxidációval bont: – nitrifákáló baktérium sejtek – növényi sejtek – állati sejtek – Gombák többsége 26  3. Erjedés Anaerob körülmények Részleges lebontás (redukció) - Végterméke: szerves vegyület (pl. tejsav; etanol) Részleges energia felszabadulás - Kevés ATP képződés ( 1 glükózból 2 ATP ) Színhelye: sejtplazma Folyamatai: – glükolízis; – erjedéses lépés, típusai alkoholos erjedés: C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+2ATP tejsavas erjedés: C6H12O6 →2CH3-CHOH-COOH+2ATP erjedéssel lebontó sejtek: – denitrifikáló baktérium sejtek, tejsavbaktérium – emberi érett vörösvérsejtek – Élesztőgombák 27 28