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

A mitokondrium felépítése

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

A légzés alapreakciói

1.A szubsztrát oxidációja dehidrogenálással → redukált nukleotidok keletkeznek (R-H2: NADH, NADPH2, FADH2)

2.Végoxidáció: a hidrogén egyesülése a molekuláris oxigénnel

Mindkét folyamat során ATP képződik (2, ill. 36 molekula)

2. ábra: A légzés alapreakciói

1. 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-ciklus1.2. 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

glükóz-foszfát

glicerinaldehid-foszfát

piroszőlősavCH3-CO-COOH

acetil-KoA(CH3-CO)-

citromsav

FADFADH2

elektron-szállítórendszer

oxálecetsav

3. ábra: A biológiai oxidáció

glikolízis

citrát-ciklus

végoxidáció

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.

oxálecetsav

izo-citromsav

citromsav

almasav

borostyánkősav

fumársav

α-ketoglutársav 4. ábra: A citrát-ciklus

A lipid- és a szénhidrát-anyagcsere kapcsolata

A lipidek a lipáz enzim hatására glicerinre és zsírsavakra bomlanak.

5. ábra: A neutrális zsírok felépítése

•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.

6. ábra: A lebontó anyagcsere vázlatos áttekintése

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)

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.

7. ábra: A végoxidáció (terminális oxidáció)

perifériás tér

8. ábra: A végoxidáció (terminális oxidáció)

ATP szintetáz komplex

mátrix

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.

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.

7. ábra: Az erjedés