A légzés fogalma és jelentősége (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

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

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

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

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

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.

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

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