2. 2. 1. A felépítés és a lebontás kapcsolata

Az anyagcsere

És dolgozd át ezt az okostankönyv-fejezetet is!

• Anyagcsere: az élő sejtekben zajló biokémiai folyamatok összessége
  • Az élő rendszer és a környezete között lezajló anyagfelvétel, az anyagok átalakítása és az anyagleadás hármas egysége, mely az élő számára megfelelő anyagot, energiát és információcserét biztosít
  • A sejt és a többsejtű élőlény szintjén is megjelenik az anyagcsere hármas egysége három alapfeladatával
• Nyílt anyagi rendszer: az élő sejtek a környezetükkel állandó anyag és energiaforgalmat bonyolítanak le
  • Az anyagcsere alapfolyamatai:
    • Anyagáramlás
    • Energiaáramlás
    • Információáramlás
    • A három folyamat összekapcsolódik
  • Az élőlények a felvett anyagokat átalakítják:
    • Beépítik
    • Energianyerés céljából lebontják
  • Intermedier anyagcsere: a felvétel és a leadás közötti átalakító folyamatok összessége
    • A szervezetben a sejt intermedier anyagcseréje a szervezet többi sejtjének működésével összhangban zajlik
  • Transzportfolyamatok: a membránokon keresztül végbemenő anyagfelvétel és anyagleadás
• Életjelenségek (1.2. tétel):
  • Anyagcsere: az élőlények a környezetből anyagokat és energiát vesznek fel, melyeket beépítik ill. átalakítják
  • Egyediség, viszonylagos elhatárolódás: nem elszigetelődést jelent
  • Nyílt anyagi rendszer: az élő rendszerek a környezetükkel állandó anyag- és energiaforgalmat bonyolítanak le
  • Állandóság, homeosztázis (belső egység, a szabályozás teszi lehetővé): a belső környezet dinamikus állandósága
    • A szervezet belső környezetének szabályozott állandósága, dinamikus egyensúlya
      • Testfolyadékok mennyisége
      • Ionösszetétele
      • Ozmotikus nyomása
      • Kémhatása
      • hőmérséklete
  • Szabályozottság: a változó külső és belső körülményekhez az élő szervezetek működésük rugalmas megváltoztatásával képesek alkalmazkodni
  • Alkalmazkodás: dinamikus egyensúlyi állapot
  • Ingerlékenység: a környezetből különféle ingerek felfogása, melyekre a működés megváltoztatásával reagálnak
  • Mozgás
  • Növekedés
  • Osztódás, szaporodás
  • Öröklődés: a szülői tulajdonságok tovább adódása az utódokba
  • Öröklő változékonyság: az egyedek által hordozott öröklött tulajdonságok nem állandók, nemzedékről nemzedékre változhatnak
  • Halandóság: csak az élő képes meghalni
  • Alkalmazkodóképesség az egyed, ill. populáció szintjén, evolúció
  • Enzimek működése
• Az élő rendszerek elkülönülnek környezetüktől:
  • Eltérő az elemi összetételük (biogén elemek)
  • Más az elemek előfordulási formája (szerves-szervetlen)
  • Magasabb energiatartalom
  • Eltér az egyes elemek gyakorisága
• Önfenntartás: az anyagcsere teszi lehetővé
  • A szüntelen változó környezetben fenntartja egyediségét, viszonylagos állandóságát, rendezettségét, működése rugalmas változásával
• Az élő rendszerek a környezetüktől elhatárolódnak, de környezetükkel dinamikus egyensúlyt alakítanak ki -> marad akkor is, ha a környezet változik

Felépítő és lebontó folyamatok

• Felépítő és lebontó folyamatok összehasonlítása
  • A sejtben folyó anyagcsere jellegzetes reakcióútjai:
    • A kémiai energia kinyerése, felszabadítása az anyagcsere során képződött molkulákból / táplálékból
    • A makromolekulák felépítő egységeinek, monomerjeinek létrehozása
    • A sejtek ill. a szervezet specifikus feladatait ellátó molekulák képzése ill. bontása
      • Hormonok, információtovábbító anyagok, enzimek, koenzimek, tartalék tápanyagok stb.
    • Az anyagcsere-végtermékek ill. mérgező anyagok leadásra alkelmes formába hozása (biotranszformáció)
    • transzportfolyamatok

• Felépítő folyamatok:
  • Autotróf anyagfelépítés
    • Fotoszintézis
    • Kemoszintézis
  • Heterotróf anyagfelépítés: az autotrófokban képződött szerves anyagok szolgálnak táplálékként
    • A szerves molekulák kötéseiben tárolt kémiai energiát nyerik ki a sejtek a lebontó anyagcsere-folyamatokkal
    • Az oxidációval nyert energia jelentős része ATP nagy energiájú kötéseibe kerül

Csoportosító feladat, lebontó és felépítő folyamatok

Itt is egy csoportosítós feladat

És még egy https://learningapps.org/8228019csoportosítós feladat

• Lebontó folyamatok
  • Biológiai oxidáció: aerob (oxigéndús) kérnyezetben lezajló lebontó folyamat, mely a szerves anyagok szénatomjait szén-dioxiddá, hidrogénjeit vízzé oxidálja
    • Glükóz biológiai oxidációja:
      • Glükolízis és a hozzá kapcsolódó folyamatok
      • Citromsavciklus
      • Terminális oxidácóió
      • C₆H₁₂O₆ + 6O₂ -> 6 CO₂ + 6 H₂O + 38 ATP
  • Erjedés / fermentáció:
    • Anaerob körülmények között lezajló anyaglebontás, melynek végterméke a részleges oxidáció eredményeként létrejövő szerves anyag
    • Részfolyamatai:
      • Glükolízis
      • Erjedésre lépés
    • Típusai:
      • Alkoholos erjedés
        • C₆H₁₂O₆ -> 2 C₂H₅OH + 2CO₂ + 2ATP
      • Tejsavas erjedés
        • C₆H₁₂O₆ -> 2CH₃-CHOH-COOH + 2ATP
• Köztes termék: az az anyag, mely a biokémiai folyamat során képződik, majd továbbalakul
• Végtermék: a folyamatsor végén keletkezett anyag
  • A felépítő folyamatok közben az anyag redukálódik
  • Az elektront a NADPH szolgáltatja -> NAD⁺

• A felépítő és a lebontó folyamatok összefüggése
  • Az anyagcsere-folyamatok a sejtekben egymás mellett, ugyanakkor térben egymástol elhatárolva, gyakran egyidejűleg mennek végbe
  • Reakció végbemenetelének szabályzása:
    • Enzimek
    • Energia
    • Kiindulási anyagok
    • Köztes- és végtermékek jelenléte
  • Felépítő és lebontó folyamatok szorosan összekapcsolódnak
    • Kapcsolat: ATP és néhány köztestermék biztosítja
    • A lebontó folyamatokban keletkező ATP a felépítő és egyéb (energiaigényes) folyamatokban használódik fel
    • A folyamatokban kialakuló molekulák kiléphetnek a reakciósorból és átkerülhetnek más folyamatba, ott alakulva tovább (pl. glicerinaldehid-foszfát)

Élőlények csoportosítása energiaforrás szempontjából

	Fototróf	Kemotróf
Autotróf	Fotoszintézis	Kemoszintézis, kemolitotrófok
Heterotróf	—-	kemoorganotrófok

• Élőlények csoportosítása energiaforrás szempontjából
  • Fototrófok
    • Az energiaforrás a nap fényenergiája
    • Folyamat: fotoszintézis
    • Az élőlények a széndioxidból és vízből a nap energiájának segítségével saját testük felépítéséhez szükséges szerves anyagokat állítanak elő
    • Melléktermék: oxigén (ha a H-forrás víz)
    • Pl: baktériumok, algák, zöld növények
  • Kemotrófok
    • Energiaforrás: valamilyen szerves anyag oxidációjából
    • Anyagokat bontanak le (oxidálnak)
    • Folyamat: kemoszintézis
    • Attól függően, hogy milyen anyagok átalakításával nyernek energiát:
      • Autotrófok: ha az energia szervetlen anyagok oxidálásából származik (nitrifikálók) -> kemoszintézis; kemolitotrófok
      • Heterotrófok: ha az energia szerves anyagok lebomlásából származik -> kemoorganotrófok
    • Pl.: baktériumok
      • Nitrifikáló baktériumok (talajban)
        • Ammónia oxidálása, végtermék: nitrition / nitrátion
        • NH₃ -> NO^2- / NO^3-
      • Vasbaktériumok a Fe²⁺ ionokat Fe³⁺ ionokká oxidálják

Heterotórfok, autotrófok, itt is róluk van szó

• Élőlények csoportosítása C-forrás szempontjából
  • Autotrófok: testük felépítéséhez szükséges anyagokat az élettelen környezetből veszik fel
    • A felvett anyagok mindig szervetlen anyagok:
      • CO₂, H₂O, NH₃
    • Szerves vegyületeik C-tartalma közvetlen a CO₂-ból származik
    • Autosz = önmaga, trófosz = táplálkozó
  • Heterotrófok: testük felépítéséhez szükséges anyagokat az élő környezetükből veszik fel
    • A felvett anyagok szerves anyagok
      • A felvett anyagok egy részének lebontásával nyernek energiát -> kemotrófok
      • Más részét átalakítják saját testük anyagaivá
    • Pl: állatok, gombák, heterotróf egysejtűek, heterotróf bacik
• Hidrolízis és kondenzáció
  • Hidrolízis: nagyobb molekula bomlása víz belépésével
  • Kondenzáció: két vagy több molekula egyesülése melléktermék (víz) keletkezésével
  • Példák makromolekula-alapegységek összekapcsolódása és szétbomlása folyamatában
    • Peptidkötés kialakulása ill. lebontása

• Minden átépítés energiaveszteséggel jár
  • A sejten belül minden felépítő folyamathoz energiára (ATP) van szükség
  • Nincs 100% hatékonyságú folymat:
    • Ha a lebontás 10 ATP-t termel, a felépítés többet fog igényelni (hogy mennyivel, az az adott folyamattól függ)
    • Tehát: ha valami lebomlik, majd akár ugyanolyan szerkezetben visszaépül, energiát veszít a rendszer
    • Az energia nem vész el, az energiakülönbség hővé alakul

A sejtek anyagfelvétele és -leadása

A témakörhöz tartozó okostankönyv-leckét itt találod.

• Endocitózis: az anyag sejtbe történő felvétele
  • Membránáthelyezéssel történő transzportfolyamat
  • ATP-t igényel a sejthártya átrendezéséhez
  • A sejten kívül található anyagot a sejthártya körbeveszi -> az anyag egy lizoszómába zárva kerül a sejtbe
  • Pl. emberi fehérvérsejtek bekebelezése
• Exocitózis: az anyag sejtből történő leadása
  • Membránáthelyezéssel történő transzportfolyamat
  • ATP-t igényel a sejthártya átrendezéséhez
  • A lizoszómában lévő anyag kerül a külvilágba úgy, hogy a lizoszómamembrán az átrendeződés következtében beépül a sejthártyába
  • Pl.: mirigysejtek által termelt váladékok, degsejtek ingerőletátvivő anyagai
• Aktív transzport: pl. Na-K-pumpa (1 ATP -> 3 Na+ és 2K+)
  • A membrán egyes fehérjéinek működésével
  • ATP kell hozzá: az ATP hidrolízisének hatására (a hidrolízisből felszabaduló energia felhasználásával) a fehérjemolekula térszerkezete időszakosan megváltozik
  • A szállított anyag a membrán másik oldalára kerül
  • Energiaszint visszaáll -> a fehérje szerkezete is visszaáll
  • Aktív centrum specifitása: csak egy vagy néhány szubsztrátot tud egyszerre átjuttatni
  • Kisebb koncentrációjú hely felől a nagyobb felé
• Passzív transzport: a kisméretű, kevéssé poláris mulekulák vagy apoláris molekulák akadálytalanul átjutnak a membrán lipidrétegén
  • Passzív diffúzió
  • Csatornafehérjék, külső hatásra nyílnak meg, ATP-t nem igényelnek
  • A nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb felé mozog
  • Apoláris oldószerek: a szervezetbe kerülve feloldhatják a sejtek apoláris membránrétegét -> sejthalál, főleg idegrendszer