Sejtlégzés, avagy kedélyes ámokfutás a metabolikus reakcióutakon…

Warburg féle „ős-respirométer”

Amiről szó lesz (és amiről nem)

A fotoszintézés megjelenése és következményei

Miller – Urey kísérlet

A Miller-Urey kísérletek folytatása..

Peptidkötés, enzimek, koenzimek, ATP, NADH, Koenzim-A, stb… A peptidkötés létesítésekor két aminosav lép kondenzációs reakcióba. A két molekula kötésekor egy molekula víz lép ki. Az egyik aminosav karboxil csoportja a másik aminosav aminocsoportjával lép reakcióba.

A fehérjék térszerkezete Elsődleges (kovalens - peptidkötések) Másodlagos (hidrogénhidak) szerkezet (a polipeptidlánc apoláros (szénhidrogén jellegű) oldalláncai a vizes közegben egymás közvetlen közelébe kerülnek. (Ecetet olajjal keverünk, s az olaj finom cseppecskéket formál). Ez a jelenség a hidrofób kollapszus. Harmadlagos szerkezet és enzimológiai következményei (alfa hélix, béta-redőzött, stb.) Kulcs-zár elmélet Induced fit (kézfogás) Conformation fit, stb.

ATP

NAD+ és NADH (NIKOTINAMID ADENIN DINUKLEOTID )

Acetil-koenzim-A

Enzimatikus katalízis

Katabolizmus: aerob & anaerob respiráció (légzés) Külső elektron akceptor. (Oxigén, mint leggyakoribb). A fermentáció „baja” hogy ha szerves vegyület a terminális elektron akceptor, akkor a sejt kevesebb energiát tud kinyerni a folyamatból. Alternatívaként a baktériumok szervetlen molekulákat használnak amelynek alacsony redox potenciálértéke van, azaz redukálható. Az oxigén tökéletes mivel redox pot.-ja alacsony és redukálásával víz jön létre, ami tökéletes hulladék vizes közegben. Az elektronok transzportjához (és a protonokéhoz, H+) az oxigén felé spec. enzimek kellenek, oxidázok. A mitokondriumokban ez a citokróm, cyt a. A baktériumokban ez más enzim; pl. E. coli, cyt o vagy d.

Enzimológiai alapfogalmak Michaelis-Menten kinetika

A glukóz…

Optikai izomerek – enantiomerek a D-konformáció „elsőbbsége” R – rectus, S - sinister

Glikolízis (Embden-Meyerhof séma) MINDEN ÉLŐLÉNYBEN MŰKÖDIK!!!!

A glikolízis a szénhidrát lebontás folyamata A glikolízis a szénhidrát lebontás folyamata.  A hat szénatomos glükózból két három szénatomos piroszőlősav keletkezik. Ez a folyamat kilenc lépésből áll.  Glikolízis = glükóz oxidációja 2 piroszőlősavvá 2 ATP felhasználásával, 4 ATP és 2 NADH és H+ termelésével jár. Anoxiás környezetben energiaforrásként az anaerob glikolízisból származó ATP lebontását használják az állatok. Ez piruvát, majd laktát képződéséhez vezet. A magas laktátszint acidózist idéz elő. Ezzel szemben a kárászoknál a piruvát etanollá alakul át, amely ki tud jutni a sejtből, majd a véráramon keresztül a kopoltyúkon eltávozik. Tehát az ezüstkárász nem tud berúgni.

Acetil-koenzim-A

A piroszőlősavnál elágazás van !

A glukolízis energiamérlege

A glikolízis szabályozása

Megnövekedett glikolítikus reakciók – ráksejtek korai diagnosztikája A rákos sejtek alacsony oxigén parciális nyomás (hipoxia) körülményei között is osztódnak. Itt, a makromolekulák szintézisénél – nem az oxigént igénylő, hanem a nem-oxidatív (fermentatív) folyamatok uralkodnak. Már az 1930-as években megfigyelték, hogy a daganatos sejtek glükóz anyagcserére állnak át, és ebből a molekulából elképesztően nagy mennyiséget, a normális sejteknél akár 20-30-szor többet képesek felvenni. A szőlőcukor egy része energia termelődésre fordítódik, egy másik jelentős része viszont a nukleinsavak előállítására használják a daganatsejtek.

A lipidek (zsírok) oxidációja

A fehérjék bontása

Az E. coli piroszőlősav-dehidrogenáz komplex sematikus alegységszerkezete

A citrát (TCA) ciklus

A citrát ciklus szabályozása

Terminális elektron akceptor lánc

Eukariótákban: mitokondrium, prokariótákban: citosol

Citokrómok A citokrómok (amelyek megtalálhatók a gránummembránban és a mitokondrium belső membránjában is) éppen úgy hemet tartalmaznak, mint a közismert hemoglobin. Csakhogy a citokrómok hemjében a vas hatos koordinációs számú (és ezzel telített), mert egy metionin aminosav kénatomja elfoglalja azt a hatodik kötőhelyet, amit a hemoglobin esetén az oxigén szokott. Az ábrán a kör a hem porfirinvázának egyszerűsített ábrázolása

A mitokondriumról néhány érdekesség a mitokondrium DNS-t tartalmaz (prokarióta jellegű). a mitokondriumnak kezdetleges riboszómái is vannak. a mitokondriumnak saját fehérjeszintézise van. a mitokondrium őse kb. 1,5 milliárd éve aerob, heterotróf prokarióta lehetett (endoszimbionta elmélet - Lynn Margulis). sejtjeink mitokondriumait az édesanyánktól "örököljük". Mitokondriális Éva – molekuláris óra (mtDNS D hurok) egy emberi májsejt akár 7000 mitokondriumot is tartalmazhat. 1 g zsír lebontásával a szervezet kb. kétszer annyi energiához jut, mint 1 g glükóz vagy 1 g fehérje lebontásakor.

Katabolizmus: aerob & anaerob respiráció (légzés) Külső elektron akceptor. (Oxigén, mint leggyakoribb). A fermentáció „baja” hogy ha szerves vegyület a terminális elektron akceptor, akkor a sejt kevesebb energiát tud kinyerni a folyamatból. Alternatívaként a baktériumok szervetlen molekulákat használnak amelynek alacsony redox potenciálértéke van, azaz redukálható. Az oxigén tökéletes mivel redox pot.-ja alacsony és redukálásával víz jön létre, ami tökéletes hulladék vizes közegben. Az elektronok transzportjához (és a protonokéhoz, H+) az oxigén felé spec. enzimek kellenek, oxidázok. A mitokondriumokban ez a citokróm, cyt a. A baktériumokban ez más enzim; pl. E. coli, cyt o vagy d.

Kemiozmótikus hipotézis – a protongradiens ATP szintézisre hasznosul A terminális oxidáció a NADH+H+ molekuláktól indul el. A koenzimek leadják az általuk ideszállított hidrogének 2 elektronját és egy protonját az elektrontranszport rendszer elsõ tagjának, egy enzimnek, ami a második protont az alapállományból veszi fel. Az enzim redukálódik, miközben NAD+ molekulák jönnek létre. Az enzim a külső kamrába löki a protonokat, az elektronpár pedig a belső membránban található szállítórendszer vastartalmú fehérjéire kerül. Ezek a redoxreakciókra képes membránfehérjék strukturáltan állnak egymáshoz képest. Az elektronpár a membránfehérjék (ubikinon, citokróm-b, citokróm-c, citokróm-a,a3) standard potenciálcsökkenése irányába adogatódik egyik fehérjéről a másikra. Eközben két-két protont juttatnak át a membránfehérjék az alapállomány felõl a külsõ kamrába. A folyamat többszöri lejátszódása miatt jelentõs protonkoncentrációbeli különbség alakul ki a belsõ membrán két oldala között. A különbség kiegyenlítődését az alapállomány felé nézõ enzimkomplex végzi (protonpumpa). Az enzimkomplexen átáramló protonpár energiája ATP szintézisre fordítódik. Ez a Mitchell-féle kemiozmotikus hipotézis lényege. A membránban áramló elektron- és protonpár végül az alapállomány felöli légzési oxigénre kerül, ami vízképződést eredményez.

ETS – elektron transzport lánc A citoplazmából a külső tér felé a sejtmembránon keresztül protonok helyeződnek át. Az elektronok transzportját a membránon át fehérje hordozók végzik Az oxigén mint a terminális elektron akceptor, a felvett elektronokkal és H+ ionokkal egyesülve vízzé alakulul Ahogy a NADH egyre több H+-t és elektront szállít az ETS felé, a proton gradiens megnövekszik, miközben H+ felhalmozódás történik a sejten kívüli térben, illetve OH- akkumuláció a belső membrántérben.

Protonpumpa (a sejtbelsőben)

Proton gradiensek vs ATP szintézis

NADH és az ATP szintézis

Az oxidatív foszforiláció inhibitorai Szén monoxid – közvetlenül hozzáköt a terminális citokrom oxidázhoz és megakadályozza az oxigén kapcsolódását Cianid (CN-) és azid (N3-) a citokróm vas atomjához kötődve gátolja az elektron transzfert. Antimicin A gátolja az elektron transzfert a cyt b és c között.

Szétkapcsoló szerek 2-4 dinitrifenol - A szervezet éhezik, az energia hőként szabadul fel. a mérgezés a sejtek energiatermelését blokkolja. A testépítők néhány mg/testtömegkg/nap, azaz párszáz mg-os mennyiségben fogyasztják (légzés van, ATP szintézis nincs)

Anaerob légzés Elektron akceptorként nem az oxigén hasznosul. Leggyakrabban baktériumokban zajlik. Az alternatív elektron akceptorok többnyire szervetlen molekulák, de néhány esetben szerves molekula is lehet. Csakúgy, mint az aerob respirációban, az anaerob respiráció is használja az ETS rendszert, a membrán lokalizációt, proton gradienst, és az ATP szintetázt.

Példák az anaerob légzésre Denitrifikáció (NO3) Szulfát redukció (SO4) Metanogenezis (CO2)