2.2. Az anyagcsere folyamatai

2.2.1. Felépítés és lebontás kapcsolata

A sejtben végbemenő biokémiai folyamatok összessége Sejtanyagcsere: A sejtben végbemenő biokémiai folyamatok összessége A biokémiai folyamatok során anyag-, energia- és információ áramlik A biokémiai folyamatok: Felépítő folyamatok Lebontó folyamatok

Felépítő folyamatok Saját szerves vegyületek felépítése szervetlen vagy szerves vegyületekből Egyszerűbb felépítésű és kisebb energia- tartalmú vegyületekből bonyolultabb felé- pítésű, nagyobb energia tartalmú vegyületek kialakulása Energiaigényes folyamatok H (proton és elektron) szállítója: NADP+

Felépítő folyamatok fajtái szénforrás energiaforrás Szervetlen vegyület ( CO2 ) AUTOTRÓF Szerves vegyület HETEROTRÓF Fényenergia FOTOTRÓF Fotoautotróf (fotoszintézis) _ Kémiai energia KEMOTRÓF Kemoautotróf (kemoszintézis) Kemoheterotróf

Sejt példák a felépítő anyagcsere folyamatok egyes fajtáira: Autotróf felépítés: - kékbaktérium sejt - nitrifikáló baktériumsejt - táplálékkészítő alapszöveti sejt Heterotróf felépítés: - papucsállatka sejt - állati sejt - gomba sejt

Fototróf felépítés: - kékbaktérium sejt - táplálékkészítő alapszöveti sejt Kemotróf felépítés: - nitrifikáló baktériumsejt - állati sejt - gomba sejt Fotoautotróf felépítés: - kékbaktérium sejt - táplálékkészítő alapszöveti sejt Kemoautotróf felépítés: - nitrifikáló bakt. sejt Kemoheterotróf felépítés: - állati és gomba sejt

Élőlények csoportosítása a felépítő anyagcsere folyamataik alapján: Autotróf élőlények: - kékbaktériumok - nitrifikáló baktériumok - növények Heterotróf élőlények: - papucsállatkák - állatok - gombák

Fototróf élőlények: - kékbaktériumok - növények Kemotróf élőlények: - nitrifikáló baktériumok - állatok - gombák Fotoautotróf élőlények: - kékbaktériumok Kemoautotróf élőlények: - nitrifikáló baktérium Kemoheterotróf élőlények: - állatok és gombák

Lebontó folyamatok Szerves vegyületek lebontása szervetlen vegyületekre (CO2 –ra és H2O- ra) vagy szerves vegyületekre (pl. tejsavra) Bonyolultabb felépítésű, nagyobb energia tartalmú vegyületekből egyszerűbb felépítésű kisebb energiatartalmú vegyületek képződése Energia felszabadító folyamatok (ATP képződés) H (proton és elektron) szállító: NAD+

Lebontó folyamatok fajtái Biológiai oxidáció: Aerob körülmények (oxigénben gazdag) Teljes lebontás (oxidáció) - Végterméke: szervetlen vegyület (CO2 , H2O) Maximális energia felszabadulás - Sok ATP képződése (1 glükózból 38 ATP )

Lebontó folyamatok fajtái Erjedés: Anaerob körülmények (oxigén hiányos) Részleges lebontás (redukció) - Végterméke: szerves vegyület (pl. tejsav; etanol) Részleges energia felszabadulás - Kevés ATP képződés ( 1 glükózból 2 ATP )

Sejt példák a lebontó folyamatokra: - oxibionta (biológiai oxidációval lebontó) sejtek: - nitrifákáló baktérium sejtek - növényi sejtek - állati sejtek - anoxibionta (erjedéssel lebontó sejtek) - denitrifikáló baktérium sejtek - emberi érett vörösvérsejtek

Élőlény példák a lebontó folyamatokra: - oxibionta (biológiai oxidációval lebontó) élőlények: - nitrifákáló baktériumok - növények - állatok többsége - anoxibionta (erjedéssel lebontó sejtek) - denitrifikáló baktériumok - orsóféreg

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

Hidrolízis: víz molekulák beépülésével végbemenő bomlás Pl Hidrolízis: víz molekulák beépülésével végbemenő bomlás Pl. makromolekula - alegységek (monomerek) szétbomlási folyamata keményítő, glikogén, fehérje (polipeptidlánc), nukle- insav Kondenzáció: víz molekulák felszabadulásával végbe- menő összekapcsolódás Pl. makromolekula - alegységek (monomerek) össze- kapcsolódási folyamata glükózok, aminosavak, nukleotidok

2.2.2. Felépítő folyamatok

A szénhidrátok fotoautotróf felépítése = FOTOSZINTÉZIS Jelentősége a földi életben: Folyamatosan megköti a légkör széndioxid tartalmát Legnagyobb tömegben termel szerves vegyületeket (szervetlen vegyületekből) Oxigént termel a heterotófok számára is Összesített reakció egyenlete: 6CO2+ 6H2O + fényenergia= C6H12O6 + 6O2

Fényszakasz (fényreakció): Folyamata: Fényszakasz (fényreakció): Lényege: fényenergia megkötése és átalakítása kémiai energiává Színhelye: a zöld színtest belső membránja ( gránummembránja/ tilakoidmembránja)

Zöldszíntest

Fényszakaszhoz szükséges energia és vegyület: Fényenergia Fénymegkötő festékmolekulák (a- és b- klorofill, ill. karotinoidok) Enzimek pl. citokrómok H2O (O és 2H ) ADP+ P NADP+

Fényszakasz végtermékei: O2 ATP NADPH+ H+

Fényszakasz folyamata: A fényenergiát az első és a második fotorendszer (pigmentrendszer) köti meg a zöldszintest belső membránjában A megkötött fényenergiával kémiai energia igényes folyamatok mennek végbe - Fotolízis (vízbomlás) - molekuláris oxigén keletkezik - a H szállítómolekulára kerül ( NADPH+ H+ képződik) - ATP képződés

2. Sötét szakasz (sötét reakció): Színhelye: zöldszíntest plazmaállománya Lényege: - a CO2 megkötése és szerves vegyületté (glükózzá) redukálása, a NADPH- ból származó H- nel és az ATP energiájával Fő folyamata: a redukciós ciklus ( Calvin- ciklus)

2.2.3. Lebontó folyamatok

A biológiai oxidáció és az erjedés összehasonlítása Szempontok Biológiai oxidáció Erjedés Körülményei Aerob Anaerob Biológiai funkciója Teljes lebontás Részleges lebontás Végtermékei Széndioxid, víz Tejsav; Etanol, széndioxid Helyszíne a sejtben Sejtplazma, Mitokondrium Sejtplazma Energia mérlege Energia felszabadulás Sok ATP képződés Kevés ATP képződés

Biológiai oxidáció Lényege: lásd korábban Összesített reakcióegyenlete: (glükózból kiindulva!) C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + kémiai energia Folyamata: Glikolízis (glükolízis) Citromsavciklus Terminális oxidáció

Glikolízis Összesített egyenlete: 2 ADP+2P C6H12O6= 2CH3-CO-COOH + 2 X 2H + kémiai energia glükóz piroszőlősav 2NAD+ 2(NADH+ H+) 2 ATP 2CH3-CO-COOH= 2CH3-CO- + 2CO2 + 2H Piroszőlősav 2 KoA 2 CH3-CO-KoA NAD+ NADH+H+ acetil- koenzim-A

Citromsavciklus (Citrátkör, Szent-Györgyi - Krebs ciklus) Színhelye: a mitokondrium plazmaállománya Lényege: az acetil - csoportok egy körfolyamatba kerülnek, a körfolyamat során CO2 molekulák keletkeznek, a felszabaduló H- eket szállító molekulák (NAD+- ok) veszik fel

Mitokondrium

Összesített egyenlete: 2 C2 = 4 CO2 + 4 x 2 H acetil- csoport 4 NAD+ 4 NADH+4 H+ 2 CH3-CO- = 4 CO2 + 4 x 2 H 4 NAD+ 4 NADH+ 4H+

Terminális oxidáció Színhelye: a mitokondrium belső membránja Lényege: a glikolízisből és a citromsavciklusból ide szállított H- ek (NADH + H+) molekuláris oxigénnel vízzé egye- sülnek, kémiai energia szabadul fel, ATP képződik

Összesített egyenlete: ADP+ P NADH + H+ NAD+ + 2 H + kém.energia 1/2 O2 H2O ATP

Erjedés Fajtái (a végterméke alapján): Tejsavas erjedés Alkoholos erjedés

Az erjedés mindennapi felhasználása Tejsavas erjedés: Tejipar: savanyú tejtermékek előállítása pl. joghurt, kefír, sajt Tartósítóipar: savanyúságok előállítása pl. savanyú uborka Mezőgazdaság: silótakarmány előállítása Alkoholos erjedés: Sör- és boripar: sör és bor készítés