Biokémia kidolgozott tételek Zabos Richárd javított PDF

Preview

Summary

Tartalom 1.)Biológiai oxidáció fázisai 2. )A citrátkör reakciói, energiamérlege katabolizmusban 3.)A citrátkör kapcsolata más anyagcserefolyamatokkal, szerepe az anabolizmusban és a 4ális oxidáció folyamata 5.)Az oxidativ foszforiláció mechanizmusa, energiamérlege,szétkapcsolás 6.)Szénhidrátok emész...

Description

Tartalom 1.)Biológiai oxidáció fázisai ..................................................................................................... 3 2. )A citrátkör reakciói, energiamérlege ................................................................................ 5 3.)A citrátkör kapcsolata más anyagcserefolyamatokkal, szerepe az anabolizmusban és a katabolizmusban....................................................................................................................... 9 4.Terminális oxidáció folyamata ........................................................................................... 11 5.)Az oxidativ foszforiláció mechanizmusa, energiamérlege,szétkapcsolás ...................... 13 6.)Szénhidrátok emésztése,felszivódása,szénhidrátok a táplálékban ................................ 16 7.Glikolizis reakciói és Rapaport-Liebering út (2,3DPG) .................................................. 19 8.)Glikolizis szabályozása,a szubsztrátszintű foszforiláció jelentősége ............................. 25 9.Laktátképződés, alkoholos erjedés,az aerob és anaerob glikolizis összehasonlitása, a glikolizis energiamérlege........................................................................................................ 28 10.)Acetil koenzim A keletkezése piruvátból,az oxidativ dekarboxiláció és a piruvát dehidrogenáz multienzimkomplex felépitése ....................................................................... 30 11.)Glukoneogenezis reakciói,prekurzorai és forrásuk ...................................................... 31 12. )A glükoneogenezis szabályozása,energiaigénye, Cori ciklus....................................... 34 13.Redoxingák,redukáló ekvivalensek transzportja ........................................................... 37 14.)Glikogén szintézis(glikogenezis) lépései,enzimei ........................................................... 39 15.A glikogén lebontás (glikogenolizis) lépései, enzimei ..................................................... 41 16.)Glikogén anyagcsere szabályozása,patobiokémiai vonatkozások ............................... 43 17.)Pentóz foszfát út lépései, enzimei .................................................................................... 46 18.)Pentóz foszfát út működésének módozatai : NADPH/ ribóz szükséglet szerint, patobiokémiai vonatkozások ................................................................................................. 49 19.)A fruktóz és galaktóz anyagcseréje, patobiokémiai vonatkozások ............................. 51 20.Lipidek emésztése, transzportja, patobiokémiai vonatkozások .................................... 55 21.A lipolizis, zsirraktárak szerepe, lipidmobilizáció ......................................................... 60 22.Páros és páratlan C atomszámú telitett zsirsavak béta oxidációjának lépései ............ 61 23.Karnitin szerepe, a béta oxidáció energiamérlege, szabályozása.................................. 64 24).Zsirsav szintézis lépése .................................................................................................... 66 25.)A zsirsav szintáz multienzimrendszer felépitése, a NADPH forrása, szabályozása .. 68 26.)Lipogenezis, a trigliceridek szintézise, raktározása ...................................................... 70 27.)Ketontest szintézis és felhasználás, patobiokémiai vonatkozás ................................... 72

28.)A koleszterin biológiai szerepe, szintézise, szabályozása, patobiokémiai vonatkozások .................................................................................................................................................. 74 29).Koleszterinszármazékok.................................................................................................. 77 30.)Foszfolipidek és szfingolipidek felépitse és szintézise, patobiokémiai vonatkozások. 80 31.A fehérjék emésztése, a táplálékból származó aminosavak felszivódása, transzportja .................................................................................................................................................. 83 32.)Az aminosavak fő reakciói és jelentőségük(transzaminálás, dezaminálás, dekarboxiláció), az aminosavak szintézisének lehetőségei .................................................. 86 33.Urea ciklus lépései, patobiokémiai vonatkozások .......................................................... 90 34. Az aminosavak szénláncának lebontása,az aminosavak részvétele az energiatermelésben, glüko-és ketoplasztikus aminosavak, patobiokémiai vonatkozások .................................................................................................................................................. 94 35.)Aminosavakból képződő fontosabb vegyületek I.(neurotranszmitterek,hormonok), patobiokémiai vonatkozások ................................................................................................. 97 36.)Aminosavakból képződő fontosabb vegyületek II.(nukleotidok,egyéb) patobiokémiai vonatkozások......................................................................................................................... 104 37. )A szénhidrát, lipid és aminosav anyagcsere kapcsolata, összefüggései .................... 109 38.) Diabetes mellitus és metabolikus szindróma .............................................................. 110 39.)Az anyagcsere összehangolt működése,szabályozás sejt szintjén .............................. 115 40.)Az anyagcsere összehangolt működése, szabályozása a szervezet szintjén (éhezés és táplálékfelvétel) ...................................................................................................................... 118

Zabos Richárd Biológia BSc, sejt és molekuláris biológus Biokémia 2 kidolgozott tételek [email protected] Sok sikert! Kitartás!

1.)Biológiai oxidáció fázisai

A metabolizmus során a környezetből a szervezetbe, sejtbe kerülő tápanyagok lebomlanak, átalakulnak a sejt saját anyagaivá. A lebontó folyamatokat katabolizmusnak nevezzük, amik általában exergenikus folyamatok, itt sok energia szabadul fel. A felépitő folyamatokat pedig anabolizmusnak nevezzük, ezek általában endergenikusak,és energiát igényelnek. Az anabolizmus és a katabolizmus reakciók, együtt jelentik a metabolizmust, az élő szervezetben.

A kémiai energia forrás az a tápanyag, amit a környezetünkből veszünk fel. A tápanyagok általában polimer formában kerülnek a szervezetbe. Az emésztés során monomerekké bontjuk le őket. A monomer molekulák is bekerülhetnek tápanyagként a szervezetbe, illetve monomerek, maguk is szintetizálódhatnak. Az energiaigény fedezésben meghatározó az egyes vegyületek foszfátcsoportjainak lehasadásából származó energia hasznositása. Az exergenikus és endergenikus folyamatok közötti energiaátvitelben az ATP a legfontosabb szereplő. A biológiai oxidáció két alapvető folyamata a szerves vegyületek szénatomjának oxidációja, és az oxigénmolekula redukciója. 

Az oxidáció során elsősorban az egyes szénatomokra számitott oxidáltsági fok változik, azaz az oxidációs szám. A széntartalom széndioxiddá oxidálódik.



Az oxidáció a legtöbb esetben dehidrogenálást jelent.

Elektronátvitel

a

sejtben

enzimatikus

és

nem

enzimatikus

úton

történhet.

Energiatranszformáció szempontjából az enzimatikus úton történő elektronátvitelnek van jelentősége. A molekulák közötti elektrontranszfer az intermedier anyagcserében az alábbi módon jöhet létre: 

Direkt módon,elektronok kerülhetnek át egyik molekuláróla másikra.



Az elektrontranszfer hidrogénátvitellel is történhet



A hidridion formában való elektronátvitel esetén két elektron és egy proton kerül át egyik molekuláról a másikra.

A szerves molekulákból nem egy lépésben keletkezik CO2 és H2O. A biológiai oxidáció 3 fázisának kell lejátszódni Fázisok: 

I.fázis:

tápanyagok

épitőkövei(monoszacharidok,zsirsavak,

egyes

aminosavak)

különféle metabolikus úton keresztül acetil koenzim A ra bomlanak le. 

II.fázis : a képződött acetil koenzim A szénatomjai eloxidálódnak,CO2 lesz belőlük,a hidrogéneket pedig redox koenzimek NAD és FAD veszik fel. Ezáltal a koenzimek redukálódnak, NADH+H+ és FADH2 lesz belőlük.



III.fázis: az előzőkben képződött redukált koenzimek a hidrogéneket a terminális oxidációhoz szállitják,ahol a redukált koenzimek oxidálódnak,miközben a hidrogénekből és oxigénből víz képződik,és ezzel kapcsoltan ADP ATP-vé fog foszforilálódni.

A biológiai oxidáció fázisai közül az anyagcsereutak egy kisebb része valamint a citrátkör és a terminális

oxidáció

mitokondriumban zajlik

is

a

2. )A citrátkör reakciói, energiamérlege

A metabolizmus katabolikus részében három szakaszt különböztetünk meg. Az első szakaszban a különböző tápanyagok túlnyomó többségéből a különböző anyagcsereutakon keresztül az acetil coa képződik. A második szakaszban az acetil Coa oxidálódik széndioxiddá. A harmadikban, az első illetve második szakasz dehidrogenálási reakció során redukálódott elektronszállitó molekulák a NADH illetve a FADH2 oxidálódnak a terminális oxidációban, a tápanyagokban lévő hidrogénekből víz képződik,ehhez kapcsoltan az oxidativ foszforiláció révén AD foszforilálódik ATP-vé.

A három szakaszból álló komplett katabolizmust nevezik sejtlégzésnek. A citrátkör maga a mitokondrium mátrixban zajlik. A tápanyagok döntő többsége lebontása során vagy piruváttá vagy pedig acetil Coa-vá alakul. A citrátkört reverzibilis,és irreverzibilis reakciók alkotják,amiket intramitokondriális enzimek katalizálnak.

1.)A citrátkör első reakciója a citrát képződése Az acetil Coa oxálacetáttal citrátot képez. Az irreverzibilis reakciót a citrát szintáz fogja katalizálni. Intermedier a citril Coa, ami víz belépésével felszabadul a Coa. A keletkezett citrát vagy tovább alakul a mitokondriumba,vagy egy transzporteren keresztül kikerülhet a mitokondriumból a citoszolba.

2.) A citrát izocitrát átalakulás

A mitokondriumban maradó citrát reverzibilis izomerizáció során izocitráttá alakulhat át. A kétlépéses, átmeneti dehidratálással és hidratálással járó folyamatot az akonitáz katalizálja. Ez a reakció sztereospecifikus.

3.) Izocitrát-Alfa ketoglutarát átalakulás Az izocitrát dehidrogenáz a citrátköri reakciósorozat elkötelező lépését, az első dehidrogenálást katalizálja. Ennek során az izocitrátból alfa-ketoglutarát és széndioxid keletkezik, valamint NAD+ redukálódik. Az irreverzibilis reakció egy oxidativ dekarboxilezés.

4.) Szukcinil-Koa képződés Az alfa ketoglutarát dehidrogenáz katalizálja. Irreverzibilis oxidativ dekarboxilezés. Szukcinil Koa képződik, és NAD+ redukálódik. Makroerg tioészter kötés bevitel.

5.) Szukcinát szintézis A szukcinil Coa szintetáz hatására szukcinil Coa-ból szukcinát és Coa lesz. A magas csoportátviteli potenciálú tioészterkötés felbomlásához kapcsolt reakció foszforiltranszfer. Először átmenetileg az enzim, majd GDP foszforilálódik GTP-vé. Reverzibilis reakció,szubsztrátszintű foszforiláció.

6.)Szukcinát-fumarát átalakulás

A citrátciklust a keletkezett szukcinátot fumaráttá oxidáló enzim, a szukcinát dehidrogenáz, a légzési lánchoz, illetva a mitokondriális belső membránhoz kapcsolja .Az általa katalizált reakció sztereospecifikus, mivel csak fumarát fog képződni. Ez a citrátkör egyetlen olyan enzime ami nem a mátrixban, hanem a mitokondrium belső membránjában helyezkedik el, és része a terminális oxidációs légzési láncban a komplex II-nek. FAD csoport redukálódik, és FADH2 keletkezik.

7.) Fumarát-malát átalakulás Fumarátból

víz

belépésével

reverzibilis

reakcióban

malát

képződik,fumaráz

közreműködéssel. Az addició szigorúan sztereospecifikus, csak malát L izomer képződik

8.) Malát-oxálacetát átalakulás Malát dehidrogenáz a felelős,a citrátkör utolsó, a ciklust bezáró enzime. A malát dehidrogenáz a NAD+ koenzimmel működik. NAD-ból NADH+H+ keletkezik. A reakció az oxidáció.

Az acetil Coa-ból indulva, a citrátkör reakcióinak összessége a következőképpen irható fel: acetil Coa+3NAD+ +FAD + GDP +Pi +2H2O-- 2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+Coa

3.)A citrátkör kapcsolata más anyagcserefolyamatokkal, szerepe az anabolizmusban és a katabolizmusban

A citártciklus szabályozása: A citrátciklus reakciói mind az anabolizmus mind a katabolizmus szempontjából központi reakció utak, ezért a ciklus szabályozása a különböző energia állapotoknak kell hogy megfeleljen. A fő szabályozásai pontokat részint az irrverzibilis reakciókat katalizáló enzimek-citrát

szintáz,

izocitrát-dehidrogenáz,alfaketoglutarát-dehidrogenáz-

aktivitásának,részint az oxálacetát koncentrációjának változását jelentik.

A metabolizmus katabolikus folyamtaiban konvergencia,az anabolikus folyamatban pedig divergencia fog érvényesülni. Ami azt jelenti hogy a bioszintetikus utak során termelődő, rendkivül sokféle molekula viszonylag kisszámú molekulából képződik, ami egyben a különböző lebontási utak termékei. A sejt anyagcseréjének középpontjában ilyen módon egy elosztórendszer működik,ami funkciója az aktuális energetikai viszonyok(ATP/ADP, NADH/NAD+) szerint változik. -Ha a sejt ATP koncentrációja nem elegendő az aktuálisan jelentkező energiaigényeknek,akkor az anyagcsere intermedierek dehidrogenálódnak, hidrogénjeik a koenzimekre kerülnek,majd a terminális oxidáció folyamán oxigénhez kötődik, hogy ehhez kapcsoltan ATP képződhessen. -Ha megfelelő ATP koncentráció van,akkor szintetikus folyamtok indulnak be, amikben általában nem az oxidáció,hanem a redukció dominál. Szemben az előző állapotttal,ezek a folyamatok energetikai szempontbólnem az energia felszabadulását,átalakitását,hanem

az

energia raktározását szolgálják. A katabolizmus és anabolizmus közti elosztórendszer

funkcióját

a

citrátkör

valósitja meg. Az irreverzibilis reakcióutak közül a citrát képződése a citrát szintáz aktivitásán, illetve részben az oxálacetát koncentráció változásán keresztül fog szabályozódni. A citrát szintáz allosztérikus gátlói az ATP,NADH,acil Coa, szukcinil Coa. Allosztérikus aktiváló pedig ADP.

Második irreverzibils reakciót katalizáló enzim az izocitrát dehidrogenáz, aktivitását ATP/ADP illetve NADH/NAD arány szabályozza. Az allosztérikus szabályozásban a legfontosabb aktivátor az ADP. Gátló az ATP, NADH. Ha az ATP koncentráció emelkedik,akkor a terminális oxidáció ennek következtében lassul, ezért a NADH oxidációja csökkent, az izocitrát oxidációjának sebessége viszont visszaszorul. Harmadik irreverzibilis lépést katalizáló alfa ketoglutarátdehidrogenáz enzimkomplex. Komplex aktivitását gátolja az ATP és a NADH valamint a szukcinil Coa és GTP.

Hasonlóan a piruvát dehidrogenázhoz, a citrátkör működését is serkenit a Ca, az izocitrát dehidrogenáz és az alfaketeoglutarát dehidrogenáz allosztérikus stimulációján keresztül,ami a metabolizmus optimális működését szolgálja Ca++ által stimulált sejtműködésesetén. A legfontosabb anaplerotikus reakció a piruvátból oxálacetát átalakulás. A reakciót a piruvát karboxiláz katalizálja. Glükóz de novo szintézisére képes a májban, illetve vesében fontos ez a reakció,mivel a keletkezett oxálacetát glukoneogenezis intermedierként közvetve elhagyja a citrátkört.

4.Terminális oxidáció folyamata

Miért terminális? Mert a katabolizmus végső energianyerő lépése. Mi oxidálódik? A citrátkörben és az anyagcserefolyamatok során keletkezett hidrogénszállitó redukált koenzimek.(NADH+H+, FADH2) Biológiai oxidáció III.fázis.: Az előzőkben képződőtt redukált koenzimek a hidrogéneket a terminális oxidációhoz szállitják, ahol a redukált koenzimek oxidálódnak, miközben a hidrogénekből és oxigénből víz képződik, ezzel kapcsoltan az ADP ATP-vé foszforilálódik.

A terminális oxidációban főleg a citrátkörben képződött redukált koenzimek oxidálódnak. A koenzimek viszik az elektronokat és a protonokat a terminális oxidáció helyszinére. A NAD két elektront és egy protont, a FAD pedig két elektront és két protont tud szállitani. A terminális oxidációsorán a koenzimekről felszabaduló elektronoknak több, redoxreakcióra képes fehérjekomplexen kell áthaladni, még megérkeznek az elektronakceptorra, ami az oxigénmolekula,amit vizzé fognak redukálni. Közben a protonok kimpumpálódnak a mátrix fehérjekomplexen át. A mitokondriális légzési lánc, a mitokondrium belsőmembránjában helyezkedik el. A komponensei egyrészt prosztetikus csoportokat tartalmazó fehérjék, amik a membránban négy komplexet alkotnak. Ezeket a komplexeket azonban két elektronszállitó molekula, a lipid jellegű Q, vagy ubikinon,és viszonylag kis molekulatömegű fehérje, a citokróm c köti össze. A légzési láncba egyszerre két elektron lép be.

A lánc három fehérjekomplexe (I, II,IV.) tartalmaz olyan polipeptidláncokat,amik transzmembrán fehérjék,és protont pumpálnak ki a mátrixból. 1.) NADH-Ubikonon-oxidoreduktáz, 25 polipeptidláncból álló nagy fehérjekomplex. Az elektronok a NADH-ról érkeznek rá. Elektronszállitó csoportjai FMN,Fe-S. Ez a légzési lánc NAD-on kivüli egyetlen olyan elektronátvivője, ami nem kötődik kovalens kötéssel a fehérjéhez, igy a mitokondrium belső membránjában viszonylagos mozgási szabadság van. Az ubikinon az elektronokat a komplex III-ra szállitja. Van protonpumpa aktivitás!(4H+) (Diasor szerint az elektronok az ubikinonra kerülnek) 2.) Szukcinált Ubikinon oxidoreduktáz, szukcinátról képes elektronokat átvinni az ubikinonra. Az a szukcinát dehidrogenázt tartalmazó komplex katalizálja. Az

elektronok a FADH-ról érkeznek. A komplex II nem tartalmaz protonpumpát Az elektronok a Q10re kerülnek. Elektronszállitó csoportjaik a FAD,Fe-S 3.) Ubikinol-Citokróm c-oxidoreduktáz. Elektronok ezen komplex segitségével az UQH2(ubikonolról)-ről egy vizoldékony fehérjére,a citokróm c-re kerülnek, ami a belső membrán külső felszinén helyezkedik el. A III-as komplexet,többek között citokrómok,valamit Fe-S fehérje alkotják. Elektronok a szolubulis citokróm c-re kerülnek. Van protonpumpa aktivitás!(4H+) 4.) Citokróm oxidáz, a harmdik protonpumpa(2H+) aktivitású fehérjekomplex. A citrokróm c-oxidáz redukálja az oxigénmolekulát vizzé. Az elektrondonor a redukált citokróm c. Az elektronszállitó csoportok citokróm a-k, Cu ionok.A 4H és 1elektron részvételével, az oxigénmolekula vizzé redukálódik.

5.)Az oxidativ foszforiláció mechanizmusa, energiamérlege,szétkapcsolás

A terminális oxidáció a mitokondriumban exergenikus folyamat. Az oxidativ foszforilációaz ADP és Pi kondenzáció- a NADPH oxidációhoz, mint exergenikus elektrontranszfer folyamathoz kapcsolt foszforiltranszfer. A légzési láncban végigmenő elektronpár redoxrendszerről redoxrendszerre vándorol. Mindegyik folyamathoz rendelhető két elektród, amivel a lépés redoxpotenciál-változásá mérhető. A légzési lánc mint mitokondrium belső membránjában kialakitott struktúra,a standard redoxpotenciálok sorrendjének, mint rendező elvnek megfelelően szerveződött. A légzésilánc egyes komponensei úgy helyezkednek el egymás után, hogy a negativabb elektródpotenciálú,

oxidálódni

képes(elektront

leadni)

komponenst,egy

pozitivabb

elektródpotenciálú, elektront felvenni képes molekula kövesse. Különböző redoxelektródok közötti redoxpotenciál különbség, három esetben tesz lehetővé, az egyébként protonokra impermeábilis belső membránon keresztül a mátrixból kifelé történő protonpumpálást, ami egy endergenikus folyamat, igy a protonpumpa a légzési lánc redoxfolyamataihoz kötött. Mind a három esetben a létrejött protongrádiens egy egy ADP molekula foszforilációját teszi lehetővé ATP-vé. (Ez az oxidativ foszforiláció lényege) Két elektron transzferjéhez kapcsoltan 4-4 proton pumpálódik k...