uabooks.top

Emlékezzetek az ATP-molekula felépítésére és funkcióira! Mik azok a koenzimek?

Az energiacsere három egymást követő szakaszból áll: előkészítő, oxigénszegény és oxigén dús.

Az energiacsere előkészítő szakasza (kezdeti) minden élőlény sejtjeinek ci-toplazmájában történik, a többsejtű állatoknál és az embernél ugyancsak, valamint az emésztőrendszer üregeiben. Ebben a szakaszban a bonyolult szerves anyagok az enzimek hatására egyszerűekre bomlanak; a fehérjék-aminosavakra; a zsírok- glicerinre?(háromértékű alkoholra) és zsírsavakra, a poliszacharidok -monoszacharidokra, a nukleinsavak - nukleotidokra. Ezek a folyamatok energia felszabadulással járnak. Mennyisége viszont jelentéktelen, mert hő formájában szétterjed, amelyet a szervezetek felhasználhatnak bizonyos testhőmérséklet fenntartására.

Az energiacsere oxigénszegény (anaerob) szakasza a sejtekben történik. Elnevezése abból ered, hogy az előző szakaszban keletkezett anyagok újabb többlépcsős oxigénnélküli lebomláson esnek át. Az anaerob bomlás a szintetizált ATP-molekulák kémiai kötéseiben történő legegyszerűbb energia felhalmozás. Az anyagcsere oxigénszegény szakaszának fő útja a glikolízis - a glükóz fokozatos lebomlásának enzimatikus folyamata a sejtekben, amelyet ATP szin-

tézise követ. Azokban az élő szervezetekben, amelyekben a glikolízis aerob(oxi-gén dús) szakasszal végződik két molekula piroszőlősav C₃H₄0₃ keletkezik, amely a disszociáció következtében a sejtben piruvát - C₃H₃0₃ formájában létezik (20.1. ábra).

20.1. ábra A glikolízis reakcióinak sémája. Feladat: Kövessétek az ATP molekulában végbemenő átalakulásokat

Az anaerob körülmények között folyó glikolízis eredménye két molekula tej sav (például izomfáradáskor, amely az elégtelen oxigénellátás miatt alakul ki, vagy a tej savbaktériumok általi tej savas erjedés során):

Egyes anaerob szervezeteknél (például az élesztőgombáknál, egyes baktériumoknál) a piroszőlősav enzimek segítségével két molekula etanolra(alkoholos erjedés folyamata) bomlik:

ГА glikolízis a glükóz lebomlásának alapvető szakasza. Például az állatok szervezetében (20.2. I ábra) e folyamat során közel 200 kJ energia szabadul fel. Egy része ennek (majdnem 84 kJ vagy 30-40 %-a) két ATP-molekula szintézisére használódik el, a maradék pedig hő formájában szóródik szét. A glikolízis köztes termékei különböző anyagok szintézisére használódhatnak fel.

A glikolízis folyamatainak megvalósításához a glükóz fő forrásául a poli-szacharidok - a glikogén(az állatoknál és a gombáknál), és a keményítő (a növények többségénél) - szolgálnak. Bizonyos biokémiai folyamatok biztosíthatják az aminosavak glükózzá történő átalakulását.

Nem nézve viszonylag alacsony hatékonyságára, a glikolízisnek fontos élettani jelentősége van. E folyamat-

пак köszönhetően az élőlények az oxigénhiány ellenére energiához jutnak (pi-roszőlősav és tejsav) és oxigén jelenlétében újabb enzimatikus átalakulásokon esnek át.

Az energiacsere oxigéndús (aerob) szakasza kevés enzimek által katalizált oxidáló-redukáló reakcióval jár együtt. Ennek köszönhetően, az előző, oxigénszegény szakaszban keletkezett a szerves vegyületek a végtermékekig oxidálódnak - C0₂ és H₂0 (20.2. II ábra). E reakcióknak köszönhetően a szervezet jelentős, az életműködéseinek biztosításához szükséges mennyiségű energiához jut. Ezen energia jelentős része a keletkezett ATP molekulák makroerg kötéseiben raktározódik.

Sejt- vagy szövetlégzésnek nevezzük, azokat a sejtben zajló biokémiai folyamatokat, amelyek során a szénhidrátok, a lipidek és az aminosavak oxidációja során energia szabadul fel, s ez a makroerg vegyületek (ATP) kémiai kötéseiben raktározódik.

Az oxidáló-redukáló reakciók során az elektronok a redukáló szerről (a ve-gyület, amely leadja) az oxidáló¹ (a vegyület, amely felveszi) szerre kerülnek át. A szerves anyagok biológiai oxidációja, amely H atomok leadásával jár, a mito-kondriumban zajlik speciális enzimek részvételével.

Az energiacsere aerob szakaszában fontos szerepe van a Krebsz-ciklusnak² (ezt a folyamatot Hans Adolf Krebsről (1900-1981) egy Nobel-díjas angol biokémikusról nevezték el, aki 1937-ben fedezte fel). A Krebsz-ciklus reakciói a szerves savak fokozatos átalakulási folyamatai, amelyek a mitokondrium mátrixában játszódnak le (20.3 ábra).

A Krebsz-ciklus kiindulási anyaga az acetil-KoA (acetil-koenzim A), amely átalakulások során piroszőlő-savból (piruvat) keletkezik és a koen-zim А-hoz kapcsolódik.

20.3. ábra. A Krebsz-ciklus sémája (zárójelben a folyamatban résztvevő anyagok szénatom-száma van jelölve); nyilakkal, azok a szakaszok amelyekben a C0₂ molekula válik le a H-ről, amelyek az akceptor vegyületeknek adódnak át

A Krebsz-ciklus során egyes szerves savak másokká történő átalakulása történik. Minden ilyen reakció során két C0₂ molekula válik le, amely elhagyva a mitokondriumot a többivel együtt kiürül a sejtből. Az ilyen átalakulások végterméke az oxálecetsav, amely újra reagál az ace-tiKo-A-val és a körfolyamat ismétlődik.

A Krebsz-ciklus következményeként melléktermékként egy molekula

ATP keletkezik. A ciklus fő eredménye viszont, H-ek szerves savakról történő leválása, amelyek aztán a H atom-felvevőknek adódnak át. Ezek közül a legfontosabb a NAD¹. A H atom felvétele után NADH • H⁺-vá alakul.

A NAD koenzim. Minden élő sejtben jelen van: az oxidáló-redukáló reakciók enzimjeinek alkotó része. A H atomok és elektronok szállítását végzi, amelyeket az oxidálódó anyagoktól vesz fel. Redukált változata NADH • H⁺ + képes átadni őket más vegyületeknek.

A mitokondrium belső membránján úgy nevezett „légző lánc” vagy elektronszállító rendszer található (20.4). Ezt elektronszállítók alkotják, amelyek az oxidáló-redukáló reakciókat katalizáló enzim-komplexumok alkotói. A elektronszállító rendszer NADH • H⁺ (a Krebsz-ciklus fő terméke), a NAD⁺ és két H⁺ mitokondriumokban történő oxidációjával kezdődik. Az elektronszállító rendszer segítségével a mitokondrium mátrixában lévő oxigén molekulához szállítódnak.

20.4. ábra. Elektronszállító rendszer az ATP szintézis során a mitokondriumba

Az elektron szállítással egy időben az elektronszállító rendszer enzim-komplexumai a protonokat a mitokondrium mátrixából a külső és belső membránja közötti térbe továbbítják. Tehát az elektron- és H⁺ protonszállítás a mitokondrium belső membránjának két oldalán koncentráció különbség kialakulásával jár: a H ionok a membránok közötti térben halmozódnak fel. Ennek a protonok közötti koncentráció különbségnek potenciális energiája van, amely munkavégzésre használható: a diffúziónak köszönhető protonszállítás a magasabb koncentrációjú helyről az alacsonyabb felé elektromos elemként(vagy akkumulátorként) működhet.

A mitokondrium belső membránja átjárhatatlan a protonok számára. Azok csupán egy speciális csatornán juthatnak át, amely a mitokondrium belső memb

ránja enzim-rendszerének alkotója- az ATP-szintetáz. Ennek az enzimrendszernek az alakja egy kalapos gombára hasonlít(20.4 ábra). Az ATP-szintetáz segítségével zajló fizikokémiai folyamatok során képződik az ADP-ből és ortofosz-forsavból az ATP. Ez biztosítja az oxidáció (az ellletronszállításnak) és a foszforili-záció(az ADP-ből és otrofoszforsavból történő ATP szintézis) folyamatainak találkozása.

Az oxidációs foszforiláció a sejtlégzés egyik szakasza. Ez a folyamat akkor zajlik, amikor a mitokondrium belső membránjának két oldalán a protonok okozta potenciálkülönbség elér egy határértéket.

A sejtlégzés során az oxidálódó szubsztrátum kémiai kötéseiben tárolt energia kis adagokban szabadul fel. Ez lehetővé teszi a sejt számára, az oxigénszegény szakaszban felszabadulthoz képest, annak teljesebb felhasználását. Az oxigénszegény szakaszban a glükóz lebomlásából keletkező két piroszőlősav molekula H₂0-re és C0₂-ra (a Krebsz-ciklus és az azt követő foszforilizáció során) történő lebomlása során olyan mennyiségű energia szabadul fel, amely 36 ATP molekula szintézisét biztosítja. A szerves anyagok oxidációja során felszabaduló és a keletkező ATP-molekulák makroerg kötéseiben megkötött energia hatékonysága eléri a 70 %-ot.

Tehát pontosan az energiacsere aerob szakasza játssza a fő szerepet a sejtek energia ellátásában. Ha figyelembe vesszük, hogy a glikolízis szakaszában két ATP molekula szintetizálódik, akkor az az energia, amely egy glükóz-molekula anaerob és aerob lebomlása során keletkezik, 38 ATP-molekula képződésére elegendő. Egy glükóz-molekula lebomlásának összesített egyenlete az alábbi:

A szénhidrátok, a zsírsavak, az aminosavak lebomlásának végtermékei a széndioxid és a víz, amelyek kiürülnek a szervezetből. Az aminosavak lebomlásának végterméke a karbamid, amely nitrogént tartalmaz. Az anyagcsere termékek szervezetből történő eltávolításának folyamatát szekréciónak (kiválasztásnak) nevezzük. Az autotróf élőlények foto- és kemoszintézisének folyamatai egyesítik magukban a katabolizmus és az anabolizmus folyamatait.

1. Melyek az energiacsere főbb szakaszai?

2. Mely szervezetek tartoznak az aerobokhoz és melyek az anaerobokhoz? 3. Mi az anyagcsere előkészítő és oxigénszegény szakaszának biológiai jelentősége? 4. Mi az erjedés folyamatának a lényege? 5. Hol történik az anyagcsere oxigén dús szakasza? 6. Mi a Krebsz-ciklus lényege? 7. Mi az ATP-szintetáz és mik a funkciói?

Az izomfáradás egyik okának tartják az oxigénhiány miatt az izomfonalakban történő tejsav felhalmozódást. Magyarázzátok meg, hogy miért ajánlják az izomerő visszanyeréséhez nem a passzív, hanem az aktív pihenést (amikor más izomcsoportok működnek).

Tankönyv 10. osztálya számára Biológia és ökológia Osztapcsenko, Bálán,  Kompanec, Ruskovszkij