2. HÉT: ANYAGCSEREFOLYAMATOK A SEJTBEN

(Biológia III. 31-42. és 57-60. oldal)

I. KULCSFOGALMAK


  1. Enzim

    Definíció:
    Olyan fehérje (vagy ritkábban: RNS), amely segíti egy adott biokémiai reakció vagy reakciótípus végbemenetelét.

    Magyarázat:

    A tankönyv kategórikus kijelentése, miszerint az enzimek "kivétel nélkül fehérjék", mára már elavult. T Cech és S. Altman az 1989-es kémiai Nobel-díjat éppen azért kapták, mert a 80-as években RNS-molekulák enzimatikus funkcióját mutatták ki. Az RNS-enzimeknek (más kifejezéssel : a ribozimeknek) óriási jelentősége van az élet eredetének vizsgálatában: megoldhatják ugyanis azt a "22-es csapdáját", amely szerint az élet hajnalán nem jöhettek létre összetett fehérje-enzimek hosszú DNS-molekulák nélkül, enzimek híján viszont csak rövid DNS-molekulák másolódhattak. Ha viszont azt feltételezzük, hogy az enzim és az információhordozó szerepet is RNS-molekulák játszották, ez a probléma megoldódik!

    1994-ben olyan DNS-molekulákat is találtak, amelyek szintén képesek RNS-láncok darabolódását segíteni. Ezek a DNS-enzimek azonban nem természetes képződmények, laboratóriumban állították elő őket. Nagy jövője lehet terápiás felhasználásuknak: a hibás, káros génekről képződő mRNS-ek szétbontásával hatástalaníthatják ezeket a géneket.

  2. Citokrómok

    Definíció:
    Hem-vas tartalmú., elektronszállításra alkalmas összetett fehérjék.


    Magyarázat:

    A citokrómok (amelyek megtalálhatók a gránummembránban és a mitokondrium belső membránjában is) éppen úgy hemet tartalmaznak, mint a közismert hemoglobin. Csakhogy a citokrómok hemjében a vas hatos koordinációs számú (és ezzel telített!), mert - ahogyan az a b) jelű ábrán látható - egy metionin aminosav kénatomja elfoglalja azt a hatodik kötőhelyet, amit a hemoglobin esetén az oxigén szokott (a) jelű ábra):



    (Az ábrán a kör a hem porfirinvázának egyszerűsített ábrázolása.)


    Mivel mind a hat kötés erős, a vasatomon csak elektronfelvétel és leadás történhet, így a citokrómoknak az elektronszállítás a fő funkciója (miközben a vas hol Fe2+, hol Fe3+ állapotot vesz fel).

 

II. KIEGÉSZÍTÉSEK


A C4-es növények

A növények nagy része a "hagyományos", a tankönyvben is tárgyalt C3-as úton fotoszintetizál (azért C3-as, mert a CO2 megkötésével 3 szénatomos termék - glicerinsav-foszfát - jön létre a redukciós ciklusukban, ld. tankönyv, 38. oldal). E növényeknek gondot jelent azonban az, hogy a CO2 megkötését végző enzim (az ún. Rubisco) az O2 jelenlétére érzékeny: hajlamos O2 felhasználásával "haszontalan" anyagokká oxidálni a pentóz-difoszfátot, jelentősen rontva ezzel a fotoszintézis hatásfokát.


Az ún. C4-es növények képesek ezt a jelenséget kivédeni úgy, hogy a redukciós ciklusukat a szállítónyalábjaikat körülvevő, vastag falú (így az O2-től elzárt) ún. kötegsejtekben működtetik. Ezek a sejtek azonban a CO2-től is el vannak szigetelve, így azt kerülőúton kell a ciklus számára bejuttatni, mégpedig úgy, hogy egy 4 szénatomos savba, az almasavba (ezért a C4-es elnevezés!) átmenetileg beépíti a növény:

C!-es

(Az ábra helyhiány miatt nem jelzi, de tudnunk kell, hogy az oxálecetsavat a levélsejtben NADH redukálja almasavvá, az almasav pedig a kötegsejtben egy "üres" NAD-nak átadva a hidrogént oxálecetsavvá alakul vissza, s abból a szén-dioxid képződése közben lesz ismét piroszőlősav.)

Megfigyelhető, hogy a CO2-t végül is az almasav "viszi be" a kötegsejtbe. Az almasavat előállító enzimek nem érzékenyek az oxigénre, így az eredeti probléma megoldódik, de rögtön keletkezik egy másik: a folyamat meglehetősen energiaigényes (azon ritka esetek egyike ez, amikor ATP --> AMP átalakulás történik), így csak olyan növények "engedhetik meg" maguknak a C4-es módszert, amelyek nem szűkölködnek a fényben (s ezáltal az ATP-ben sem). Jellemzően C4-es növények a trópusi-szubtrópusi eredetű kukorica, cukornád és a köles.

A biológiai oxidáció energiamérlege

Különféle biológia tankönyvekben időnként ellentmondó adatok jelennek meg arról, mekkora ATP-nyereséggel jár végül is a biológiai oxidáció. Néha 36, máskor 38 mol ATP-ről olvashatunk. Ennek az az oka, hogy a glikolízisben glükózonként létrejövő 2 NADH + H+ kétféle úton is beléphet a terminális oxidációba s ez eltérő számú ATP szintézisét eredményezi:

  1. Az egyik lehetőség (az ún. malát-aszpartát út) lényege az, hogy a NADH-k a terminális oxidáció elektrontranszportláncának legelejéhez csatlakozva válnak meg a hidrogénjeiktől. Ez esetben - mivel minden egyes NADH + H+ 3 db ATP szintéziséhez elegendő szabadenergia-tartalmú - összesen 6 mol ATP a nyereség. Ez a folyamat kissé körülményes: mivel a glikolízis a sejtplazmában zajlik, a terminális oxidáció pedig a mitokondriumban, a plazmában keletkező NADH-nak valahogyan be kell jutnia a mitokondriumba. Ismét az almasav segít: a plazmában található oxálecetsavmolekulák fölveszik a NADH hidrogénjeit, így almasavvá alakulnak (épp úgy, mint a C4-es növényekben, lásd fönn!). Az almasavat egy pumpafehérje bejuttatja a mitokondriumba, ott a NAD-nak átadja a hidrogénjeit (közben persze oxálecetsavvá alakul vissza) s az így képződött NADH-molekulák egyenértékűek azokkal, amelyek a citromsavciklusban keletkeztek, benn, a mitokondriumban.

  2. Egyszerűbbnek tűnik az a módszer (az ún. glicerolfoszfát-sönt), amelyet pl. az izomsejtek és az idegsejtek alkalmaznak: náluk nincs meg a fentebb ismertetett almasav-inga, hanem a glikolízis NADH-i az elektrontranszportlánc egyik közbülső tagjának adják át a hidrogénjüket. Ez esetben azonban csak 2 ATP képződésére van lehetőség minden NADH + H+ -ból, vagyis összesen 4 mol ATP keletkezik.

A két anyagcsereút tehát 2 mol ATP-nyereségben tér el egymástól, s mivel a biológiai oxidáció egyéb részfolyamatai már azonosak (és mindig 32 mol ATP-t szolgáltatnak 1 mol glükózból), a végső mérleg 36 vagy 38 mol ATP lehet attól függően, hogy az 1. vagy a 2. utat használja-e a sejt.

További információk:

- feladatok -

- versenyfeladatok -

- vissza a tematikához -