2. A biológiai membrán, transzport a membránon keresztül. Energiatermelés a membránban (kemoszintézis, fotoszintézis, légzés)

Hasonló dokumentumok
A sejt molekuláris biológiája és genetikája; 2. A biológiai membrán. Kemoszintézis, fotoszintézis, légzés.

A bioenergetika a biokémiai folyamatok során lezajló energiaváltozásokkal foglalkozik.

Mire költi a szervezet energiáját?

Biológiai membránok és membrántranszport

Az eukarióta sejt energiaátalakító organellumai

Energiatermelés a sejtekben, katabolizmus. Az energiaközvetítő molekula: ATP

Citrátkör, terminális oxidáció, oxidatív foszforiláció

Membrántranszport. Gyógyszerész előadás Dr. Barkó Szilvia

A citoszolikus NADH mitokondriumba jutása

térrészek elválasztása transzport jelátvitel Milyen a membrán szerkezete? Milyen a membrán szerkezete? lipid kettısréteg, hidrofil/hidrofób részek

A felépítő és lebontó folyamatok. Biológiai alapismeretek

1. előadás Membránok felépítése, mebrán raftok, caveolák jellemzője, funkciói

A szénhidrátok lebomlása

A légzési lánc és az oxidatív foszforiláció

Szerkezet és funkció kapcsolata a membránműködésben. Folyadékkristályok típusai (1) Dr. Voszka István

A felvétel és a leadás közötti átalakító folyamatok összességét intermedier - köztes anyagcserének nevezzük.

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

Szerkezet és funkció kapcsolata a membránműködésben. Folyadékkristályok típusai (1) Dr. Voszka István

A piruvát-dehidrogenáz komplex. Csala Miklós

Fotoszintézis. 2. A kloroplasztisz felépítése 1. A fotoszintézis lényege és jelentısége

Novák Béla: Sejtbiológia Membrántranszport

MITOCHONDRIUM. Molekuláris sejtbiológia: Dr. habil. Kőhidai László egytemi docens Semmelweis Egyetem, Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet

TRANSZPORTEREK Szakács Gergely

Bevezetés a biokémiába fogorvostan hallgatóknak

A kémiai energia átalakítása a sejtekben

Folyadékkristályok; biológiai és mesterséges membránok

1. Előadás Membránok felépítése, mebrán raftok

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

TRANSZPORTFOLYAMATOK A SEJTEKBEN

AZ ÉLET KÉMIÁJA... ÉLŐ ANYAG SZERVEZETI ALAPEGYSÉGE

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

A felvétel és a leadás közötti átalakító folyamatok összességét intermedier - köztes anyagcserének nevezzük.

Glikolízis. Csala Miklós

Az energiatermelõ folyamatok evolúciója

Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Biofizika szeminárium

7. előadás: A plazma mebrán szerkezete és funkciója. Anyagtranszport a plazma membránon keresztül.

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA A BIOLÓGIAI MEMBRÁNOK 1. kulcsszó cím: MEMBRÁNOK

ZSÍRSAVAK OXIDÁCIÓJA. FRANZ KNOOP német biokémikus írta le először a mechanizmusát. R C ~S KoA. a, R-COOH + ATP + KoA R C ~S KoA + AMP + PP i

09. A citromsav ciklus

A glükóz reszintézise.

A transzportfolyamatok és a sejtek közötti kommunikáció

Kevéssé fejlett, sejthártya betüremkedésekből. Citoplazmában, cirkuláris DNS, hisztonok nincsenek

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A transzportfolyamatok és a sejtek közötti kommunikáció

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

A szénhidrátok lebomlása

A plazmamembrán felépítése

3. A w jelű folyamat kémiailag kondenzáció. 4. Ebben az átalakulásban hasonló kémiai reakció zajlik le, mint a zsírok emésztésekor a vékonybélben.

BIOFIZIKA. Membránpotenciál és transzport. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

Eukariota állati sejt

Biokémiai és Molekuláris Biológiai Intézet. Sejtbiológiai alapok. Sarang Zsolt

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

A MITOKONDRIUMOK SZEREPE A SEJT MŰKÖDÉSÉBEN. Somogyi János -- Vér Ágota Első rész

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

A tananyag felépítése: A BIOLÓGIA ALAPJAI. I. Prokarióták és eukarióták. Az eukarióta sejt. Pécs Miklós: A biológia alapjai

Transzporterek vizsgálata lipidmembránokban Sarkadi Balázs MTA-SE Molekuláris Biofizikai Kutatócsoport, MTA-TTK Budapest

Membránpotenciál, akciós potenciál

Kollokviumi vizsgakérdések biokémiából humánkineziológia levelező (BSc) 2015

Szerkesztette: Vizkievicz András

A mitokondriumok felépítése

Produkcióökológiai alapok

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

A sejt molekuláris genetikája; 1. Az élet keletkezése, a sejtek szerveződése. 1

A Földön előforduló sejtek (pro- és eukarioták) közös és eltérő tulajdonságai. A sejtes szerveződés evolúciója.

Sejtek membránpotenciálja

Az edzés és energiaforgalom. Rácz Katalin

Szénhidrátok monoszacharidok formájában szívódnak fel a vékonybélből.

Fejlett betüremkedésekből Örökítőanyag. Kevéssé fejlett, sejthártya. Citoplazmában, gyűrű alakú DNS,

LIPID ANYAGCSERE (2011)

Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása. A patch-clamp technika

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

SZÉNHIDRÁTOK. Biológiai szempontból legjelentősebb a hat szénatomos szőlőcukor (glükóz) és gyümölcscukor(fruktóz),

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

4. Egy szarkomer sematikus rajza látható az alanti ábrán. Aktív kontrakció esetén mely távolságok csökkenése lesz észlelhető? (3)

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Biológiai membránok és membrántranszport

A MITOKONDRIÁLIS ENERGIATERMELŐ FOLYAMATOK VIZSGÁLATA

Membrán, transzport. Tankönyv 3.1 és 3.2 fejezetei. Szabó Gábor, 2016

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

Biokémiai és Molekuláris Biológiai Intézet. Mitokondrium. Fésüs László, Sarang Zsolt

Biokémia. Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszer-tudományi Tanszék: Ch épület III.

Gyógyszerrezisztenciát okozó fehérjék vizsgálata

BIOKÉMIA. Simonné Prof. Dr. Sarkadi Livia egyetemi tanár.

MEMBRÁNSZERKEZET, MEMBRÁNPOTENCIÁL, AKCIÓS POTENCIÁL. Biofizika szeminárium

A kloroplasztok és a fotoszintézis

sejt működés jovo.notebook March 13, 2018

jobb a sejtszintű acs!!

Membránszerkezet. Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Folyékony mozaik modell. Membrán-modellek. Biofizika szeminárium

A biokémia alapjai. Typotex Kiadó. Wunderlich Lívius Szarka András

A szervezet vízterei

A nitrogén körforgalma. A környezetvédelem alapjai május 3.

2011. október 11. Szabad János

Zsírsav szintézis. Az acetil-coa aktivációja: Acetil-CoA + CO + ATP = Malonil-CoA + ADP + P. 2 i

Átírás:

2. A biológiai membrán, transzport a membránon keresztül. Energiatermelés a membránban (kemoszintézis, fotoszintézis, légzés) 2015. szeptember 17. Lippai Mónika lippai@elte.hu

A biológiai membrán

A sejtek határoló felületeit kett s lipidréteg alkotja Lipid vezikula transzmissziós ELMI képe http://en.wikipedia.org/wiki/lipid_bilayer

A kett s réteg f lipidkomponensei I. A membrán tulajdonságait meghatározzák az amfipatikus foszfolipidek. Közülük leggyakoribbak a foszfogliceridek. http://ehumanbiofield.wikispaces.com/membrane+and+cellular+respiration+hw1+mc

A különféle foszfatidil-inozitolok jelként szolgálhatnak a membránhoz köt d fehérjék számára, és meghatározhatják a membrán identitását Az egyes foszfoinozitid fejeket megfelel fehérjedomének szelektíven fel tudják ismerni. Ezen az elven bizonyos membránterületeken fehérjék specifikus csoportjai gyűlhetnek össze. Alberts: Molecular Biology of the Cell, 2008

A kett s réteg f lipidkomponensei II. A foszfolipid szfingomielin (a). és a szteránvázas koleszterin (b) http://en.wikipedia.org/wiki/file:space-filling_model_sphingomyelin_and_cholesterol.jpg

Az amfipatikus lipidmolekulák vizes oldatban csak meghatározott struktúrákba rendez dhetnek http://en.wikipedia.org/wiki/lipid_bilayer

A kett s lipidmembrán folyékony benne a lipidek képesek a membránban több irányban mozogni A különböz mozgásformák sebessége nem egyforma http://en.wikibooks.org/wiki/structural_biochemistry/lipids/membrane_fluidity http://en.wikibooks.org/wiki/structural_biochemistry/lipids

A telítetlen zsírok mennyisége befolyásolja a kett s membrán permeabilitását és fluiditását A telítetlen zsírok a biológiai membránokban arra is szolgálnak, hogy alacsony h mérsékleten is megmaradjon a fluiditás http://en.wikipedia.org/wiki/lipid_bilayer

A biológiai membránok vizsgálata: fagyasztva törés (freeze fracture) http://en.wikibooks.org/wiki/structural_biochemistry/lipids/membrane_fluidity

A biológiai membránok vizsgálata: fagyasztva törés (freeze fracture) http://en.wikibooks.org/wiki/structural_biochemistry/lipids/membrane_fluidity

A sejtmembrán küls (extracelluláris) felszíne és a lipid kett sréteg bels felszíne, integráns fehérjék lenyomatával http://cytochemistry.net/

http://en.wikibooks.org/wiki/a-level_biology/biology_foundation/cell_membranes_and_transport A biológiai membránok felépítése aszimmetrikus, és tömegük ~felét fehérjék alkotják A membránban lehetnek integráns és perifériás fehérjék, amelyek a membránhoz kapcsolható folyamatokat biztosítják. Csak a küls felszínen található cukor-oldallánc!

Bélhámsejtekben a mikrobolyhok felszínén található glikokalix A cukor-oldalláncok együttesét glikokalixnak is nevezik. Szerepe: védelem, sejt-sejt kommunikáció, sejtfelismerés.

Bélhámsejtekben a mikrobolyhok felszínén található glikokalix

Egy speciális membránszervez dés: a mielinhüvely http://cytochemistry.net/cell-biology/myelin.jpg

Az együtt működ fehérjék gyakran lipid tutajokba (raft) tömörülnek A lipidraftok speciális összetételűek, és akadályozzák a bennük található fehérjék szabad diffúzióját. http://en.wikibooks.org/wiki/structural_biochemistry/lipids/lipid_rafts

Az együtt működ fehérjék gyakran lipid tutajokba (raft) tömörülnek lipid szfingolipid lipidhez köt d raft protein integráns raft fehérje integráns fehérje koleszterin http://classes.kumc.edu/som/cellbiology

A membránfehérjék (és a biológiai membránok) f funkciói - A membránon keresztül történ transzportfolyamatok biztosítása - Energiatermelés (mitokondrium, kloroplaszt) - A külvilág fel l érkez jelek fogadása, feldolgozása, továbbítása: receptorok - Kapcsolódás a szomszédos sejtekhez vagy az extracelluláris mátrixhoz: sejtkapcsoló struktúrák - Kapcsolódás a sejtvázhoz - A sejtidentitás kialakítása

A lipidmembrán szabadon átjárható a kis molekulatömegű hidrofób és poláris részecskék számára (pl. O 2, CO 2, víz) Ugyanakkor a mesterséges, tiszta lipidmembrán minden ion és nagyobb molekulák számára átjárhatatlan. http://en.wikipedia.org/wiki/passive_transport

Transzport mesterséges lipid membránon át Minél jobban oldódik lipidekben a molekula, annál könnyebben jut át a membránon.

Anyagáramlás/szállítás a biológiai membránon át szállított molekula csatornafehérje transzporter (carrier) fehérje pumpa (ATP-áz) DIFFÚZIÓ PASSZÍV TRANSZPORT AKTÍV TRANSZPORT A biológiai membránok a transzportfehérjék segítségével áteresztenek sok iont és metabolitot is. A passzív transzport esetében a mozgás irányát a koncentráció- és/vagy töltéskülönbség határozza meg. Az aktív transzport energia felhasználásával az elektrokémiai koncentráció-grádienssel szemben szállít.

http://en.wikipedia.org/wiki/facilitated_diffusion A biológiai membránok a transzportfehérjék segítségével áteresztenek sok iont és metabolitot is Extracelluláris tér csatorna Intracelluláris tér transzporter A csatornák és a transzporterek esetében a mozgás irányát a koncentrációés/vagy töltéskülönbség határozza meg.

A csatornák többségének működése szabályozott, valamilyen jel (legtöbbször feszültségváltozás, molekulaköt dés) hatására nyílik A csatornák csak ionokat engednek át. Egyes esetekben csak egyfélét, máskor többfélét is. http://en.wikipedia.org/wiki/membrane_potential

A transzporterek három csoportba oszthatók uniporter szimporter antiporter Az uniporterek mindig az alacsonyabb koncentráció felé szállítanak, egyféle anyagot A szimporterek azonos irányba szállítanak, az egyik anyagot koncentráció-grádiens mentén, a másikat azzal szemben Az antiporterek ellentétes irányba szállítanak, az egyik anyagot koncentrációgrádiens mentén, a másikat azzal szemben http://en.wikipedia.org/wiki/file:transportproteine.png

A pumpák energia (ATP)-befektetéssel szállítanak koncentrációgrádiens ellenében A Na + /K + ATP-áz (pumpa) egy ATP költségén 3 Na + -ot visz ki és 2 K + -ot hoz be a sejtbe

A pumpák energia (ATP)-befektetéssel szállítanak koncentrációgrádiens ellenében Extracelluláris tér Intracelluláris tér A Na + /K + ATP-áz egy ATP költségén 3 Na + -ot visz ki és 2 K + -ot hoz be a sejtbe http://en.wikipedia.org/wiki/primary_active_transport

Az ioncsatornák és a pumpák működése révén a plazmamembrán két oldalán feszültségkülönbség jön létre ez a membránpotenciál http://en.wikipedia.org/wiki/membrane_potential

A transzportfehérjék működése teszi lehet vé a tápanyagfelvételt a bélhámsejteken keresztül. Egy példa: a Na+/glükóz transzporter és a glükóz uniporter

A különböz funkciójú transzportfehérjék szeparálódása szükséges a tápanyagfelvételhez BÉL- ÜREG Na + /glükóz szimporter apikális felszín glükóz ALACSONY glükóz-konc. szoros sejtkapcsolat a szomszédos sejtek plazmamembránja a sejtek közötti tér glükóz uniporter glükóz MAGAS glükózkonc. bazolaterális felszín az alaphártya alatti tér BÉLHÁM- SEJT glükóz ALACSONY glükóz-konc. VÉRKERINGÉS

A membránfehérjék (és a biológiai membránok) funkciói - A membránon keresztül történ transzportfolyamatok biztosítása - Energiatermelés (baktériumok, mitokondrium, kloroplaszt) - A külvilág fel l érkez jelek fogadása, feldolgozása, továbbítása: receptorok - Kapcsolódás a szomszédos sejtekhez vagy az extracelluláris mátrixhoz: sejtkapcsoló struktúrák -Kapcsolódás a sejtvázhoz -A sejtidentitás kialakítása

A sejtek energetikája

Az élet két alapvet feltétele: 1. az él lények testét felépítő szerves anyagok megléte Autotrófok: azok az él lények, akik szervetlenb l (CO 2 ) is képesek szerves anyagokat el állítani. Heterotrófok: csak szerves vegyületekb l tudják saját szerves anyagaikat el állítani. 2. az életfolyamatokhoz szükséges energia Származhat fényből, valamint szervetlen vagy szerves vegyületek oxidálásából Mindezek alapján megkülönböztethetünk fotoautotróf, kemoautotróf, kemoheterotróf él lényeket, s t, vannak fotoheterotróf baktériumok is!

Akár szerves, akár szervetlen anyagok oxidálásából, akár fotonokból jön az energia, ATP-ben raktározódik

Alberts: Molecular Biology of The Cell, 2008 Az energianyerés alapsémája az él világban membránhoz kötött folyamatok! nagy energiájú elektron H + -ionok (protonok) ATP-szintáz sejthártya kis energiájú elektron protonpumpa 1. fázis: az elektronok transzportjából származó energia protonpumpát üzemeltet 2. fázis: a protongrádienst az ATP-szintáz használja ki ATP generálására

Hogyan jöhettek létre az els él lények? A kezdetekben: Az sóceán szerves anyagai lehettek az épít anyagok, és az energiaforrás is heterotróf életműködést lehet vé téve. Egyfajta si elektrontranszportlánc segítségével a bonyolultabb molekulák kötéseiben rejl energiát protongrádiens kialakítására, azt pedig ATP képzésére hasznosították már ekkor is! Kés bb: A kész szerves anyag fogytával a kemoszintetizáló él lények éltek tovább. k egyrészt szerves anyagok el állításához is fel tudták használni a szervetlen anyagokat: ugyanis a CO 2 -t képesek H 2 -vel és energia befektetésével nagyobb energiájú, redukált szerves anyaggá alakítani: CO 2 + H 2 X + ENERGIA CH 2 O + H 2 O + X Ugyanakkor magához az energianyeréshez is szervetlen anyagokat használtak: nagy energiájú redukált vegyületeket oxidálva jutottak elektronhoz, majd elektrontranszportláncuk működtetésével ATP-hez.

napfény ételek A nagy energiájú elektronok biztosítják a membrán két oldalán létrejöv elektrokémiai grádienst nagy energiájú elektron A mitokondriumban: O 2 felhasználásával történ ATP-termelés: oxidatív foszforiláció transzmembrán elektrokémiai H + -grádiens aktív membrántranszport ATP-termelés baktériumok ostorának mozgatása energia-átalakító folyamatok a membránban OXIDATÍV FOSZFORILÁCIÓ Alberts: Molecular Biology of The Cell, 2008

Energianyerés szervetlen vegyületekb l: kemoszintézis - Anaerob körülmények között: H 2 S S + energia (anaerob kénbaktériumok) - Aerob körülmények között - S + O 2 SO 2 + energia aerob kénbaktériumok - NH 3 + O 2 NO 3 + energia nitrifikáló baktériumok - CH 4 + O 2 CO 2 + H 2 O + energia metánbaktériumok - H 2 + O 2 H 2 O + energia durranógáz baktériumok - Fe 2+ Fe 3+ + energia vasbaktériumok (2Fe(OH) 2 + O 2 H 2 O + Fe 2 O 3 + energia )

Energianyerés fotonokból: fotoszintézis A fényhasznosítás legegyszerűbb típusa: bakteriorodopszin ( sbaktériumban) Foton hatására protonokat szivattyúznak ki a sejtb l, a visszaáramló H + energiáját ATPszintézisre használják (ATP-szintáz!). Szénforrásként viszont aminosavakat használnak - heterotrófok, azaz életműködésükhöz szerves anyagot igényelnek.

Fotoszintézis bakterioklorofillal: CO 2 -fixáláshoz kötve anaerob körülmények között CO 2 + H 2 X + ENERGIA CH 2 O + H 2 O + X (1) zöld kénbaktériumok H 2 S H 2 + S (2) bíbor kénbaktériumok H 2 S H 2 + S (3) bíbor nemkénbaktériumok H 2, etanol, tejsav, stb. Bakterioklorofill

Fotoszintézis bakterioklorofillal: CO 2 -fixáláshoz kötve aerob körülmények megteremtése vízbontás révén A nagy redoxpotenciállal rendelkez elektron forrása a H 2 O. A vízbontás során O 2 szabadul fel. A cianobaktériumok találták fel 3-3,3 milliárd éve. Miután az elektron szállítása során keletkez reduktív vegyület (NADPH) képes a CO 2 redukálására, szerves vegyület is szintetizálódhat. Összegezve: 6CO 2 + 12H 2 O * + energia (2824 kj/mol) C 6 H 12 O 6 + 6O 2* + 6H 2 O Ez az eukarióta (növényi) fotoszintézis alapja is! A folyamat révén - aerob, hatékony légzés, b séges energiatermelés - az ózonpajzs kialakulása, élet a földfelszínen - A CO 2 kivonódott a Föld légköréb l, csökkent a h mérséklet sztromatolitok

A növényi fotoszintézis mechanizmusa Pigmentrendszer

Fotoszintézis Abszorpció klorofill-b fikoeritrin β-karotin fikocianin A napsugárzás intenzitása a földfelszínen klorofill-a Hullámhossz (nm)

Nemciklikus fotofoszforiláció: növényekben, cianobaktériumokban

Ciklikus fotofoszforiláció: baktériumokban és speciális körülmények között növényekben

ATP-termelés

A fotoszintézis fény- és sötétreakciói

Kapcsolat a fotoszintézis fény- és sötétreakciói között STROMA

A Calvin-Benson ciklus eseményei Nobel-díj: Melvin Calvin 1961

Energianyerés szerves anyagokból Szerves anyagok lebontása egymásba kapcsolódó enzimatikus lépések során A glükózban raktározott energiát vagy - a glükolízis és a fermentáció, vagy - a glükolízis és a sejtlégzés folyamán szabadítják fel - A felszabaduló energia ATP-ben raktározódik - Hosszabb távra az él lények makromolekulákban tárolnak energiát. Szerves anyag Energiatartalom (kj/g) Szénhidrát 17,2 Fehérje 17,2 Zsír 39,9

Glükolízis A leg sibb energia-felszabadító mechanizmus - a citoszolban történik - a folyamat során egy glükóz molekulából két pirosz l sav és NADH képz dik - el készít lépés vagy a fermentációra, vagy a sejtlégzésre - A folyamatban mindössze két ATP képz dik - energiahozama 586 kj/mol (~5,5%) Fermentáció Anaerob körülmények között a pirosz l savból - etanol képz dik (éleszt k) - tejsav képz dik (izomsejtek, izomláz)

A pirosz l sav további hasznosulása O 2 jelenlétében: Szent-Györgyi-Krebs ciklus Nobel-díj: 1937

A mitokondrium Alberts: Molecular Biology of The Cell, 2008

Alberts: Molecular Biology of The Cell, 2008 A mitokondriumok a sejten belül a nagy energia- (ATP-) igényű helyeken csoportosulnak SZÍVIZOMSEJT SPERMIUM FARKA mitokondrium az ostor mozgását biztosító mikrotubulus-váz aktin-miozin komplex az izomsejtben

A Szent-Györgyi-Krebs ciklusban - a pirosz l sav fokozatosan lebomlik, miközben CO 2 hasad ki, és NADH és FADH 2 képz dik - eukariótákban a ciklus a mitokondriumok mátrixában zajlik, prokariótákban a citoszolban - a NADH/FADH 2 elektronját a mitokondrium bels membránjába illetve a baktériumok sejthártyájába ágyazott légzési lánc els tagjának adja át

a mitokondrium bels membránja a mitokondrium küls membránja ATP-szintáz citromsavciklus elektrontranszportlánc KI BE KI koenzim A pirosz l sav pirosz l sav zsírsav zsírsav A folyamatok a mitokondriumban Alberts: Molecular Biology of The Cell, 2008

A protongrádiens transzportfolyamatokat is biztosít küls membrán az ADP-ATP-cserét a töltés-különbség hajtja bels membrán MÁTRIX a pirosz l sav importját a protongrádiens hajtja pirosz l sav a foszfát importját a proton-grádiens hajtja pirosz l sav Alberts: Molecular Biology of The Cell, 2008

Légzési lánc küls membrán H + H + Cyt c H + H + H 2 O NAD + NADH+H + O 2 Szent-Györgyi- Krebs ciklus FAD O 2 H 2 O ADP + P i FADH 2 H + H + ATP szintetáz ATP mátrix bels membrán H + H + a két membrán közötti tér

Az elektrontranszport folyamata a mitokondriumban és a kloroplasztban MITOKONDRIUM H + -grádiens KLOROPLASZT H + -grádiens zsírok, szénhidrátok H + - pumpa H + - pumpa H + - pumpa citromsavciklus fény II. fotorendszer H + - pumpa fény I. fotorendszer CO 2 - fixálás szénhidrátok termékek A mitokondriumban kémiai fűt anyagból származik a nagy energiájú elektron, amelyet aztán lépésekben történ energiavesztés után vesz fel az oxigén. Közben proton pumpálódik a membránon keresztül. termékek A kloroplasztban a fotonok adnak energiát az elektronnak, amely végül NADPH-nak adódik át. Az energiavesztés itt is protonpumpálásra fordítódik Alberts: Molecular Biology of The Cell, 2008

Az ATP-szintáz szerkezete A pirossal ábrázolt részek forognak, másodpercenként nagyjából százszor, fordulatonként három lépésben. A forgást a membránok közötti térb l a mátrixba áramló protonok energiája biztosítja. Fordulatonként három ATP molekula képz dik. Alberts: Molecular Biology of The Cell, 2008 F 1 -ATP-áz transzmembrán protoncsatorna (F 0 ) INTERMEMBRÁN TÉR bels membrán MÁTRIX

ADP Az ATP-képz dés lépései ATP P i ADP és a P i az ATP-szintáz környezetében Az ADP és a P i beköt dése ATP ATP Az ADP és a P i között kovalens kötés alakul ki ATP, benne makroerg kötéssel Az ATP szabaddá válik 1/3 fordulat 1/3 fordulat 1/3 fordulat Az öt ábrarész az ATP-szintáz stabil, nem forgó részét illusztrálja felülr l, a bels membrán irányából. A hat alegység párosával képez három, különböz fázisban lév funkcionális egységet, az ATP képz dése a fels harmadra koncentrálva követhet a legjobban. Az ábrák közepén a cip a forgó rész egymást követ elmozdulásait érzékelteti. Az egyes alegységek színváltozása konformáció-változást jelez, ami háromféle állapotot hoz létre egymás után, majd ismétl dik.

ATP-szintáz a két membrán közötti tér Egy ATP-szintáz molekula nagyjából 0,1 μm átmér jű. A kékkel ábrázolt részek forognak, másodpercenként nagyjából százszor, fordulatonként három apró lépésben. A forgást a membránok közötti térb l a matrixba áramló protonok energiája biztosítja. Fordulatonként három ATP molekula képz dik. tengely ATP bels membrán álló rész ATP mátrix ATP

Összesítés - A glükóz energia tartalma 2870 kj/mol. - A glükóz sejtekben történ lebontása folyamán 36 ATP molekula képz dik, amelyek energia tartalma 1807 kj. - A folyamat hatékonysága 63%. Végeredmény: C 6 H 12 O 6 6CO 2 + 6H 2 O + 36 ATP

Érdekességek az ATP szerepér l - Az ember napi energiaigénye nagyjából tízezer kj. Az energia forrása az a ATP. - Egy ember napi ATP igénye nagyjából 100-150 mól, vagyis 50-75 kilogramm ATP! - Egy emberben csak kb. 0,2 mólnyi ATP van. Az ATP-molekulák gyorsan képz dnek és bomlanak le, egy ATP molekula naponta 500-750-szer alakul oda-vissza. - Egy sejt másodpercenként nagyjából tízmillió ATP molekulát használ el. - Egy sejt percenként kétszer-háromszor újítja meg ATP készletét.

Bökken k - A sejtlégzés során az O 2 vízzé redukálódik. Az esetek 0,1-2%-ában az O 2 redukciója nem teljes, ami miatt O 2, ún. szuperoxid gyökök képz dnek. Az O 2 gyökök enzimeket tudnak inaktiválni, és tönkreteszik a lipideket. - A mitokondriumokból kiszivárgó O 2 szuperoxid gyökök H 2 O 2 -vé alakulnak. - A H 2 O 2 könnyen OH-vá, er sen reakcióképes hidroxil-gyökké alakul. - Az OH gyökök minden olyan molekulával reagálnak környezetükben, amelyek oxidálhatóak, így mutációkat is indukálhatnak a mtdns-ben. -A mtdns mutációinak olyan következményei vannak, mint a sejthalál, az izom- és az idegrendszer megbetegedései, vagy az öregedés. - A mtdns-ben indukált mutációk alapján állapíthatunk meg a származási viszonyokat.