Sejt- vagy szöveti légzés - az élő szervezetek sejtjeiben végbemenő biokémiai reakciók összessége, amelyek során a szénhidrátok , lipidek és aminosavak szén-dioxiddá és vízzé oxidálódnak , valamint energia képződik . A felszabaduló energia nagy energiájú vegyületek kémiai kötéseiben raktározódik ( ATP , amelyből 30 (32) és egyebek keletkeznek a folyamat eredményeként), és szükség szerint hasznosíthatók. A katabolikus folyamatok csoportjába tartozik . A fiziológiáról az oxigén szállításának a többsejtű élőlények sejtjeihez és a szén-dioxid eltávolításának folyamatairól lásd a Légzés című cikket .
A légzés kezdeti szubsztrátjai különböző anyagok lehetnek, amelyek bizonyos anyagcsere-folyamatok során számos melléktermék felszabadulásával acetil-CoA-vá alakulnak. A NAD ( NADP ) redukciója és az ATP képződése már ebben a szakaszban megtörténhet, de többségük a trikarbonsav ciklusban képződik az acetil-CoA feldolgozása során.
A glikolízis, a glükóz enzimatikus lebontásának útja , szinte minden élő szervezetben gyakori folyamat. Aerobokban megelőzi a tényleges sejtlégzést, anaerobokban fermentációval zárul . Maga a glikolízis teljesen anaerob folyamat, és nem igényel oxigén jelenlétét .
Az első szakaszban 2 ATP molekula szabadul fel, és egy glükózmolekula 2 glicerinaldehid-3-foszfát molekulára bomlik le . A második szakaszban a glicerinaldehid-3-foszfát NAD -függő oxidációja megy végbe, amelyet szubsztrát foszforiláció kísér , vagyis egy foszforsav-maradék kötődik a molekulához, és nagy energiájú kötés képződik benne, ami után a maradék ADP -be kerül az ATP képződésével .
Így a glikolízis egyenletnek a következő alakja van:
Glükóz + 2 NAD + + 4 ADP + 2 ATP + 2P n \u003d 2 PVC + 2 NAD∙H + 2 ADP + 4 ATP + 2 H 2 O + 2H +Az ATP-t és az ADP-t a reakcióegyenlet bal és jobb oldaláról redukálva kapjuk:
Glükóz + 2 NAD + + 2 ADP + 2P n \u003d 2 NAD ∙ H + 2 PVC + 2 ATP + 2 H 2 O + 2H +A glikolízis során képződő piroszőlősav (piruvát) a piruvát-dehidrogenáz komplex (3 különböző enzimből és több mint 60 alegységből álló összetett szerkezet) hatására szén-dioxidra és acetaldehidre bomlik , amely a koenzimmel A - val együtt acetil- CoA . A reakciót a NAD NAD∙H -vá való redukálása kíséri .
Az eukariótákban a folyamat a mitokondriális mátrixban megy végbe .
A zsírsavak ( egyes szervezetekben az alkánok is ) lebomlása az eukariótákban megy végbe a mitokondriális mátrixban. Ennek a folyamatnak a lényege a következő. Az első lépésben a koenzim-A kötődik a zsírsavhoz, és így acil-KoA képződik . Dehidrogénezik , a reduktív ekvivalensek ubikinonra történő egymás utáni átvitelével a légúti ETC. A második szakaszban a C=C kettős kötésnél hidratálódik, majd a harmadik szakaszban a keletkező hidroxilcsoport oxidálódik. A reakció során a NAD redukálódik .
Végül a negyedik szakaszban a kapott β-ketosavat β-ketotioláz hasítja koenzim A jelenlétében acetil-CoA-vá és egy új acil-CoA-vá, amelyben a szénlánc 2 atommal rövidebb. A β-oxidációs ciklust addig ismételjük, amíg az összes zsírsav acetil-CoA-vá nem alakul.
Az acetil-CoA a citrát-szintáz hatására az acetilcsoportot oxál -acetátba viszi át, így citromsavat képez , amely belép a trikarbonsav-ciklusba (Krebs-ciklus). A ciklus egy köre során a citromsavat többször dehidrogénezik és kétszer dekarboxilezik az oxálacetát regenerációjával és egy GTP molekula ( szubsztrát foszforiláció módszerével ), három NADH és FADH 2 képződésével .
A teljes reakcióegyenlet:
Acetil-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + Fn + 2H 2 O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + 2CO 2Az eukariótákban a ciklus enzimei szabad állapotban vannak a mitokondriális mátrixban, csak a szukcinát-dehidrogenáz épül be a belső mitokondriális membránba.
Az ATP-molekulák fő mennyiségét oxidatív foszforilációval állítják elő a sejtlégzés utolsó szakaszában: az elektrontranszport láncban. Itt a glikolízis, a β-oxidáció, a Krebs-ciklus stb. folyamataiban redukált NADH és FADH 2 oxidációja megy végbe. Az ezen reakciók során felszabaduló energia a mitokondriumok belső membránjában (prokariótákban - a citoplazma membránjában) lokalizált elektronhordozó lánc következtében transzmembrán protonpotenciállá alakul át . Az ATP-szintáz enzim ezt a gradienst használja az ATP szintetizálására, energiáját kémiai kötésenergiává alakítva. Kiszámították, hogy egy NADH molekula 2,5 ATP molekulát tud termelni a folyamat során, FADH 2 - 1,5 molekulát.
Az aerobok légzési láncának végső elektronakceptorja az oxigén .
Ha az elektrontranszport-láncban oxigén helyett egy másik terminális akceptort ( vas- , nitrát- vagy szulfát- aniont) használnak , a légzést anaerobnak nevezzük. Az anaerob légzés főként a baktériumokra jellemző , amelyek ezért fontos szerepet játszanak a kén, nitrogén és vas biogeokémiai körforgásában. A denitrifikáció – az anaerob légzés egyik fajtája – az üvegházhatást okozó gázok egyik forrása , a vasbaktériumok részt vesznek a ferromangán csomók kialakulásában . Az eukarióták közül egyes gombákban, tengeri bentikus gerinctelenekben, parazita férgekben [1] és protistákban, például foraminiferákban [2] fordul elő anaerob légzés .
| Színpad | Koenzim termelés | ATP kimenet (GTP) | Az ATP megszerzésének módja |
|---|---|---|---|
| A glikolízis első fázisa | −2 | Glükóz és fruktóz-6-foszfát foszforilációja a citoplazmából származó 2 ATP felhasználásával. | |
| A glikolízis második fázisa | négy | szubsztrát foszforiláció | |
| 2 NADH | 3. cikk (5) | oxidatív foszforiláció. A NADH-ból csak 2 ATP keletkezik az elektrontranszport láncban, mert a koenzim a citoplazmában termelődik, és a mitokondriumokba kell szállítani. A malát-aszpartát transzfert használva a mitokondriumokba történő szállításhoz 3 mol ATP képződik a NADH-ból. Ugyanazon glicerofoszfát-shuttle használatakor 2 mol ATP képződik. | |
| Piruvát dekarboxilezése | 2 NADH | 5 | Oxidatív foszforiláció |
| Krebs ciklus | 2 | szubsztrát foszforiláció | |
| 6 NADH | tizenöt | Oxidatív foszforiláció | |
| 2 FADN 2 | 3 | Oxidatív foszforiláció | |
| Általános kimenet | 30 (32) ATP [3] | A glükóz szén-dioxiddá történő teljes oxidációjával és az összes képződött koenzim oxidációjával. | |