LÉGZÉS (Biológiai oxidáció) A légzés fogalma és jelentősége

1. LÉGZÉS • (Biológiai oxidáció) • A légzés fogalma és jelentősége • Nagy molekulájú szerves vegyületek egyszerűbb vegyületekké oxidálódnak energia felszabadulása közben. • C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O • Jelentősége: • A szubsztrátok kémiai energiája ATP-ben raktározódik • Intermedierek keletkeznek, melyek bioszintézisek kiindulási vegyületei • Véd az egyes környezeti tényezőkkel szemben • (pl.: O2) • A sérült, felesleges sejtrészeket lebontja, újrahasznosítja • Hőt szabadít fel, ezáltal elősegítheti a megporzást

2. A mitokondrium felépítése 1. ábra: A mitokondrium felépítése. A: krisztás, B: tubuláris.

3. A légzés alapreakciói • A szubsztrát oxidációja dehidrogenálással → redukált nukleotidok keletkeznek (R-H2: NADH, NADPH2, FADH2) • Végoxidáció: a hidrogén egyesülése a molekuláris oxigénnel • Mindkét folyamat során ATP képződik (2, ill. 36 molekula) 2. ábra: A légzés alapreakciói

4. Dehidrogenálás • Ebben a szakaszban nincs szükség O2-re csak H2O-re. • A szubsztrát oxidálása közben energia szabadul fel: szubsztrát szintű ATP-szintézis. • A dehidrogenálás két úton történhet: • 1.1 Glikolízis és a hozzá kapcsolódó citrát-ciklus • 1.2. Pentóz-foszfát ciklus • A glikolízis • A citoplazmában játszódik le. • A glükóz oxigént nem igénylő anaerob lebontása. • Folyamata: glükóz-foszfát → glicerinaldehid-foszfát → piruvát. • 1 glükóz molekula lebontásakor 2 ATP molekula képződik. • A piruvátról széndioxid és hidrogén hasad le → acetil-gyök keletkezik → ez a koenzim-A-ra kerül → amely belép a citrátkörbe • A piruvát és az acetil-KoA bioszintézisek kiindulási vegyületei

5. glükóz-foszfát glicerinaldehid-foszfát piroszőlősav CH3-CO-COOH acetil-KoA (CH3-CO)- oxálecetsav citromsav FADH2 FAD elektron-szállító rendszer glikolízis citrát-ciklus végoxidáció 3. ábra: A biológiai oxidáció

6. A citrát-ciklus (Szent-Györgyi – Krebs ciklus) • A mitokondrium mátrixában játszódik le. • Az acetilcsoport lebontása CO2 és redukált nukleotidok • (NADH, NADPH2, FADH2) keletkezése közben. • A citrátkör köztitermékei bioszintézisek kiindulási vegyületei. • Folyamata: az acetilcsoport és a víz az oxálecetsavhoz kapcsolódik → citromsav keletkezik → a citromsav különböző szerves savakon („picike borfaló”) keresztül visszaalakul oxálecetsavvá.

7. oxálecetsav citromsav almasav fumársav borostyánkősav izo-citromsav 4. ábra: A citrát-ciklus α-ketoglutársav

8. A lipid- és a szénhidrát-anyagcsere kapcsolata • A lipidek a lipáz enzim hatására glicerinre és zsírsavakra bomlanak. 5. ábra: A neutrális zsírok felépítése

9. A glicerinből piroszőlősav keletkezik • A zsírsavak az ún. β-oxidáció során acetil-KoA-ra bomlanak. • Mindkét termék bekapcsolódik a citrátkörbe. • Olajos magvakban a zsírsavak a glioxiszómákban, a glioxalát-ciklusban bomlanak le. • Folyamata: zsírsav → acetil-KoA (aktivált ecetsav) → glioxalát → szukcinát (borostyánkősav) → bekapcsolódás a citrátkörbe. • A fehérjék és a lipidek lebontása szorosan kapcsolódik a szénhidrátok lebontásához.

10. 6. ábra: A lebontó anyagcsere vázlatos áttekintése

11. A pentóz-foszfátciklus • Idős, sérült vagy fertőzött szövetekben a pentóz-foszfát ciklus aránya a glikolíziséhez képest megnő. • A citoplazmában és a színtestben is végbemehet • A glükóz közvetlenül oxidálódik. • A glükózból ribulóz-foszfát, széndioxid, NADPH és ATP képződik • Az intermedierek képződése jelentős • (→aminosavak, nukleinsavak)

12. 2. A végoxidáció • A mitokondrium belső membránján játszódik le. • A redukált nukleotidok oxidálódnak, a hidrogén az oxigénre kerül, víz és ATP keletkezik (oxidatív foszforilálás). • Az elektronok az elektrontranszport-láncon keresztül szállítódnak: • mitokondrium belső membránjához kötött fehérjekomplexek, • mobilis elektronszállítók (ubikinon, citokróm-c) • A protonok a belső és a külső membrán közötti térben halmozódnak fel (perifériális tér) → a belső membrán két felszíne között proton-gradiens alakul ki. • A protonok a perifériális térből a mátrixba kerülnek → a proton-gradiens kiegyenlítődik → ATP szintetizálódik (1glükóz→36ATP). • A protonok és az elektronok az O2-re kerülnek → H2O képződik.

13. 7. ábra: A végoxidáció (terminális oxidáció)

14. perifériás tér ATP szintetáz komplex 8. ábra: A végoxidáció (terminális oxidáció) mátrix

15. A légzés és az erjedés • Disszimiláció: légzés (oxigénnel) és az erjedés (oxigén nélkül) • Aerob szervezetek: a disszimilációhoz oxigén szükséges • Anaerob szervezetek: a disszimilációhoz oxigén nem szükséges • fakultatív ~: a disszimiláció oxigénnel vagy anélkül is végbemehet. • obligát ~: a disszimiláció csak oxigén nélkül megy végbe, az oxigén számukra méreg.

16. Az erjedés • Oxigénhiány esetén minden szervben előfordulhat, pl.: vízfeleslegnél. • Az erjedés első lépései megegyeznek a glikolízis folyamatával a piroszőlősav keletkezéséig. • Innen több reakcióút lehetséges, a végtermék lehet: etanol, tejsav, vajsav, hangyasav, stb. • Az erjedés során 1 glükóz molekula lebontásakor csupán 2 molekula ATP keletkezik.

17. 7. ábra: Az erjedés