2.2.3. Lebontó folyamatok – disszimiláció

A témakörhöz tartozó feladatokat és számításokat itt találod.

Lebontó folyamatok

A témakörhöz tartozó előadás-részlet 16:30 perctől:

disszimiláció/ lebontás / katabolikus folyamatok: az autotróf ill. heterotróf élőlényekben ugyanúgy zajlik
- Nagyméretű, redukált szerves vegyületek (tartalék tápanyagok, makromolekulák) -> kisebb, alacsonyabb energiatartalmú vegyületek
Célja:
- Energianyerés, ATP sszintézis
- Anyagátalakítás: a köztes termékek kiindulásként szolgálnak kül. Szerves vegyületek szintéziséhez
Konvergens reakcióutak: a legkülönfélébb anyagokból kiindulva azoos reakcióutakra terelődve bomlanak le az anyagok
- Bármilyen anyag teljes oxidatív lebontása CO2 és H2O-t eredményez, N-tartalmú rész: NH3
Katabolikus folyamatok 1. lépése: makromolekulák lebomlása monomerekké
- Helye: bélcsatorna ürege, a sejtek citoplazmája
- Energiaigényes
- Kémiailag hidrolízis
- Keményítő + glikogén àglükóz
- Zsírok àglicerin és zsírsavak
- Fehérjék àaminosavak
- Nukleinsavak ànukleotidok
- A monomerek a vérkeringés útján jutnak el a sejtekhez, melyek azokat felvéve a citoplazmájukban, ill. a mitokondriumukban folytatják további bontásukat

Glikolízis

Glikolízis
- A glükóztól a piroszőlősavig vezető reakciósorozat
  - Glükózlebomlás első szakasza
  - Nem kell hozzá oxigén, ezért
  - Az erjedési folyamatok részét is képezi
  - A sejtek citoplazmájában játszódik le
- C₆H₁₂O₆ -> 2 CH₃-CO-COOH (piroszőlősav) + 2 (NADH + H⁺) + 2ATP
- 1 molekula glükózból
  - 2 molekula piroszőlősav
  - 2 molekula ATP
  - 2 molekula NADH + H+ (H leadás miatt oxigén nélküli oxidáció történik)
- A glikolízis energianyeresége 2 ATP glükózmolekulánként

Citrátkör

Citrátkör / Szent-György-Krebs ciklus
- Az acetil-csoport C-atomjai víz felvétele mellett széndioxiddá alakulnak
- A keletkezett széndioxid a légzés útján távozik a szervezetből
- CH₃CO-KoA + 3H₂O = 2 CO₂ + NADH + H⁺ + FADH₂
- A H szállítómolekulákhoz kötődése
  - A felszabaduló hidrogének H-szállító koenzimekhez kapcsolódnak
  - NADH-t és FADH2-t képezve à nagy energiatartalmú vegyületek
- Az acetil-csoportot az oxálecetsav köti meg àcitromsavvá alakul
- Szén-dioxid keletkezése
  - A ciklus során több lépésben távoznak a széndioxid molekulák, ill. H atomok
- A végén az oxálecetsav újraképződik
- Energianyereség minimális, acetil-csoportonként 1 ATP, glükózonként 2 ATP
- Az anyagcsere egyik legfontosabb anyagelosztója
  - Köztestermékei kül. Bioszintézisek kiindulási vegyületei
- A folyamat helye
  - Mitokondrium

Képlet-kereső

Végső oxidáció

A végső oxidáció során a szállítómolekulákhoz kötött H molekuláris oxigénnel egyesül, víz és ATP keletkezik
- Az NADH-ról származó elektronok: egy elektorn-transzportláncba kerülnek (citokrómok) -> az elektronok áramlása energiafelszabadulással jár -> ATP szintézisére fordítódik
- Az elektrontranszportlánc utolsó tagja O-t köt meg -> az elektronok oxigénre kerülnek -> oxidion az oldatban található portonnokkal vízzé egyesül
- A folyamat helye a sejtben
  - Mitokondrium

A biológiai oxidáció és a fotoszintézis összehasonlítása

Sorrendbe rendezés

Szövegkiegészítés

A szénhidrátok lebomlása:
- Jelentősége:
  - A szénhidrátok a növényekben elsődleges, állatokban másodlagos tartalék tápanyaok
  - A reakcióút köztes termékei (intermedierjei) több bioszintetikus útnak részei
- 2 útja:
  - Biológiai oxidáció
    - A glükóz lebomlás oxigén jelenlétében folyik
    - Aerob körülmények
    - A glükóz lebomlásának leghatékonyabb módja, terméke a széndioxid és a víz
    - A folyamatot a glükóztól a széndioxid és víz keletkezéséig sejtlégzésnek, biológiai oxidációnak nevezzük
    - 3 fő szakasz:
      - Glikolízis
        Glükózból piruvát
        Aerob körülmények között a piruvát Co2 és H vesztése mellett acetil-csoporttá alakul
        Az acetil-csoport a KoA-hoz kapcsolódik, amely elszállítja a citrát körbe
        Piruvát + KoA = acetil-KoA + CO2 + NADH + H+
        A citoplazmában játszódik le
      - Citrát-kör
        az acetil-csoport Catomjai széndioxiddá alakulnak
        a felszabaduló hidrogének H-szállító koenzimekhez kapcsolódnak
        helye: mitokondrium
      - Terminális oxidáció
        Elektronszállítás, víz és CO2 keletkezik
        ATP készítése
        A biológiai oxidáció közben felszabaduló energia közel 95%a a terminális oxidáció során szabadul fel:
        24mol ATP 1 mol glükóz esetén
- Erjedés

Erjedés / fermentáció

A glükóz anaerob körülmények mellett történő bontása
Mikroorganizmusok, élesztőgombák, állatok vázizmaiban (izomláz)
Végtermék: tejsav, alkohol, vajsav, aceton stb.
- Redukált állapotú szerve vegyületek, magas energiatartalmúak
Az energiafelszabadulás a molekulák átrendeződéséből származik
Tejsavas erjedés:
- A glikolízisben keletkezett piruvát a feleslegben felhalmozódó NADH-val tejsavvá alakul
- Tejsavbaktériumokban (laktóz ->tejsav)
- Vázizomszövetben, romló oxigénellátottság esetén
  - Tartós izomösszehúzódás csökkenti az izmok oxigénellátottságát ->az izmok működésükhöz az energiát tejsavas erjedéssel biztosítják
  - A tejsav fájdalmasan ingerli az idegvégződéseket -> izomláz
  - (+ mikrosérülések okozta gyulladás miatti fájdalom)
- C₆H₁₂O₆ -> 2CH₃-CHOH-COOH (tejsav) + 2ATP

Alkoholos erjedés
- Mikroorganizmusokban, baktériumokban, élesztőgombákban, növények magvaiban a csírázás kezdeti szakaszában
- Piruvát -> CO2 kiválása -> NADH redukciója -> etilalkohol
- Bor keletkezése, tészta kelése
- C₆H₁₂O₆ -> 2CH₃-CH₂-OH (etanol) + 2ATP (melléktermék CO₂)

	Biológiai oxidáció	Erjedés
Biológiai funkció	Glükózból széndioxid és víz keletkezik, oxigén felhasználásával (aerob körülmények) SEJTLÉGZÉS	A glükóz anaerob körülmények mellett történő bontása, energiafelszabadulás a molekulák átrendezéséből származik
Sejten belüli helyszín	Glikolízis: citoplazma Citrát-kör és terminális oxidáció: mitokondrium	citoplazma
Energiamérleg	Glükózonként 38 mol ATP (terminális oxidáció: 32, glikolízis: 2, citrát-ciklus: 2) Grammonként 17,2 kJ energia A glükóz biológiai oxidációjának hatásfoka 40% (a többi hővé alakul) 19x hatékonyabb	Glükózonként 2 ATP

A szerves molekulák szénvázából széndioxid keletkezik, a hidrogén szállítómolekulákra kerül
- A glükóz C-atomjai széndioxiddá alakulnak:
  - Piruvát -> acetil-KoA átalakulásakor (2CO2)
  - A citrát-ciklus során (4 CO2)

Átlagos 70 kg súlyú egyén energiaraktára
Neutrális zsírok	420.000 kJ
Fehérje (izom)	105.000 kJ
Glikogén	2.500 kJ
Glükóz	168 kJ
A testsúly kb. 16%-át adják a zsírok

Lipidek lebomlása
- Állati szervezetekben tartaléktápanyag szerepe, mert:
  - A zsír vízmentes körülmények között tárolható
  - Oxidációjukkor kétszer annyi energia szabadul fel, mint a glikogén oxidációjakor
- Neutrális zsírok bomlása
  - A májban, vesében, szívizomban, nyugvó vázizomban az oxidációs úton keletkező energiának mintegy felét bizotsítja
  - Az agyben nincs zsírsavoxidáció, a neuronok fő energiaforrása a glükóz
  - Epe -> zsírcseppek emulgeálódnak -> zsírbontó enzimek számára nagyobb felületen hozzáférhetővé válnak
  - Hidrolízis: a vékonybélben és a sejtekben a lipázok végzik
  - Fő gyűjtőhely: a zsírsejtek citoplazmája
    - Zsírsejtek: zsírok szintézise, szükség szerinti mobilizálása
    - Mobilizáció: zsírok -> hidrolízis lipázok útján -> glicerin + zsírsavak
      - Glicerin -> glikolízisbe lép
      - Zsírsavak ->oxidációs spirál -> acetil-csoportok + NADH
      - Acetil csoportok -> citrát-kör; NADH-molekulák H-atomjai -> terminális oxidáció
Aminosavak lebomlása és átalakulása
- Aminosavak szerepe:
  - A fehérjéket építik fel
  - Ritkán energiaszolgáltatók
    - Glükózzá alakulnak (glükogenezis)
    - Citrát-körbe lépve lebomlanak
  - Koenzimek, hormonok, porfirinek előanyagai lehetnek
- A szervezet aminosavkészlete viszonylag állandó
- Két forrás:
  - Táplálékkal felvett fehérjék (esszenciális aminosavak)
  - Saját maguk előállított aminosavak
- az aminosavak bomlása:
  - Az aminocsoport leválasztása (máj, vese)
    - NH2-csoport eltávolítása
      - Transzaminálással
        Az NH2-csoport nem vész el, újra felhasználódik
      - Dezaminálással
        Az N-tartalmú részlet ammónia formájában lehasad
        Májban: NH4+ -> karbamid (urea) alakjában a vizelettel kiürül
        Az N ammónia ill karbamid formájában kiválasztódik vagy más aminosavba kerül
  - Az aminosavak Nmentes szénláncának sorsa
    - Piruvát keletkezik
    - Acetil-KoA keletkezik
    - Citrát-ciklus köztes termékeivé alakulva a citrát-körben bomlik le
    - -> az aminosavak szükség esetén szénhidrátokká vagy zsírokká alakulhatnak
Nukleinsavak bomlása
- A tápcsatorna középbéli szakazában -> nukleázok
- Nukleotidokra esnek szét -> nukleotidázok hatására nukleozidokra és foszforsavra bomlanak
- A bélből nukleozidok formájában szívódnak fel
  - N-tartalmú rész lehasad
    - Újrahasznosul
    - Karbamid ill. húgysav formájában kiürül
- Húgysav: a szövetekben, ízületekben felhalmozódik à köszvény