Sejtes légzés emberben

meghatározás

A sejtek légzése, amelyet aerobnak is neveznek (az ókori görög "aer" - levegő), az emberi tápanyagok, például glükóz vagy zsírsavak lebontását írják le, oxigént (O2) használva az energia előállításához, amely a sejtek túléléséhez szükséges. A tápanyagok oxidálódnak, azaz elektronokat bocsátanak ki, mivel az oxigén csökken, azaz elektronokat fogad el. Az oxigénből és a tápanyagokból származó végtermékek a szén-dioxid (CO2) és a víz (H2O).

A sejtek légzésének funkciói és feladatai

Az emberi test minden folyamata energiát igényel. A testmozgás, az agyműködés, a szívverés, a nyál vagy a hajkészítés, és még az emésztés is energiát igényel a működéshez.

Ezen felül a testnek oxigénre van szüksége a túléléshez. Különösen fontos a sejtek légzése. Ennek és a gáz-oxigénnek köszönhetően a test energiával gazdag anyagokat képes elégetni és tőlük megkapni a szükséges energiát. Maga az oxigén semmilyen energiát nem szolgáltat nekünk, de a kémiai égési folyamatok elvégzéséhez szükséges a testben, és ezért nélkülözhetetlen a túléléshez.

A test sokféle energiahordozót ismeri:

• A glükóz (cukor) a fő energiaforrás és alapvető építőeleme, valamint az összes keményítőtartalmú ételtől elválasztott végtermék
• A zsírsavak és a glicerin a zsírok lebontásának végtermékei, és felhasználhatók az energiatermeléshez
• Az energiaforrások utolsó csoportja az aminosavak, amelyek a fehérjebontás eredményeként maradtak meg. A testben bekövetkező bizonyos átalakulás után ezek felhasználhatók a sejtek légzésében és így az energia előállításához

Olvassa el erről bővebben a Testgyakorlás és zsírégetés

Az emberi test által használt leggyakoribb energiaforrás a glükóz. Van egy olyan reakciólánc, amely végül az oxigénfogyasztással a CO2 és H2O termékekhez vezet. Ez a folyamat magában foglalja a glikolízis, így a A glükóz felosztása és a termék átadása, A piruvát a Acetil-CoA ban,-ben Citromsav-ciklus (Szinonimája: citromsav vagy Krebs ciklus). Más tápanyagok, például aminosavak vagy zsírsavak bomlástermékei szintén folynak ebbe a ciklusba. Az a folyamat, amelyben a zsírsavakat "lebontják" úgy, hogy a citromsav-ciklusba is befolyhassák, nevezik Béta oxidáció.

A citromsav-ciklus tehát egyfajta belépési pont, ahol az összes energiahordozó bekerülhet az energia anyagcserébe. A ciklus a A mitokondriumok ehelyett az emberi sejtek „energiaerőművei”.

Mindezen folyamatok során némi energiát fogyasztanak ATP formájában, de már el is nyerik, mint például a glikolízis során. Ezen túlmenően vannak túlnyomórészt más közbenső energiatárolók (például NADH, FADH2), amelyek csak közbenső energiatárolóként működnek az energiatermelés során. Ezek a közbenső tárolómolekulák azután a sejtek légzésének utolsó lépésébe, azaz az oxidatív foszforilezés lépésébe áramolnak, amelyet más néven légzési láncnak nevezünk. Ez a lépés az, ameddig az összes folyamat eddig működött. A légzéslánc, amely szintén a mitokondriumokban zajlik, szintén több lépésből áll, amelyekben az energiaban gazdag közbenső tároló molekulákat azután az ATP univerzális energiahordozó kivonására használják. Összességében egy glükóz-molekula lebontása összesen 32 ATP-molekulát eredményez.

Különösen az érdeklődők számára

A légzőlánc különféle fehérjekomplexeket tartalmaz, amelyek nagyon érdekes szerepet játszanak itt. Szivattyúként működnek, amelyek protonokat (H + -ionokat) pumpálnak a mitokondriális kettős membrán üregébe, miközben a közbenső tároló molekulákat fogyasztják, így ott nagy a protonok koncentrációja. Ez koncentráció-gradienst okoz a membránközi tér és a mitokondriális mátrix között. Ennek a gradiensnek a segítségével végül létezik egy olyan fehérje molekula, amely hasonló módon működik, mint egyfajta vízturbina. A protonokban levő gradiens hatására a protein egy ATP-molekulát szintetizál egy ADP-ből és egy foszfátcsoportból.

További információt itt talál: Mi a légzési lánc?

ATP

A Adenozin-trifoszfát (ATP) az emberi test energiahordozója. Az összes energiát, amely a sejtek légzéséből származik, kezdetben ATP formájában tárolják. A test csak akkor tudja felhasználni az energiát, ha az ATP-molekula formájában van.

Ha az ATP-molekula energiáját kimerítik, akkor az ATP-ből adenozin-difoszfát (ADP) jön létre, amelynek során a molekula foszfátcsoportja feloszlik és az energia felszabadul. A sejtes légzés vagy energiatermelés célja az ATP folyamatos regenerálása az úgynevezett ADP-ből, hogy a test újra felhasználhassa.

Reakciós egyenlet

Mivel a zsírsavak különböző hosszúságúak és az aminosavak szerkezete is nagyon eltérő, e két csoport számára nem állíthatunk össze egyszerű egyenletet, hogy pontosan jellemezzük energia hozamukat a sejtek légzésében. Mivel minden szerkezeti változás meghatározhatja, hogy a citrátciklus melyik szakaszában folyik az aminosav.
A zsírsavak lebontása az úgynevezett béta-oxidációban azok hosszától függ. Minél hosszabb a zsírsavak, annál több energiát lehet nyerni belőlük. Ez változik a telített és telítetlen zsírsavak között, a telítetlen savak minimálisan kevesebb energiát szolgáltatnak, feltéve hogy azonos mennyiségűek.

A már említett okokból a glükóz lebontására egy egyenlet írható le legjobban. Ez összesen 6 szén-dioxid molekulát (CO2) és 6 vízmolekulát (H2O) hoz létre egy glükóz molekulából (C6H12O6) és 6 oxigén molekulából (O2):

• A C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O-rá válik

Mi a glikolízis?

A glikolízis a glükóz, azaz a szőlőcukor lebontását írja le. Ez a metabolikus út az emberi sejtekben, valamint másokban, pl. élesztő esetében az erjedés során. A citoplazma az a hely, ahol a sejtek glikolízist végeznek. Itt vannak olyan enzimek, amelyek felgyorsítják a glikolízis reakciókat az ATP közvetlen szintézise és a citromsav-ciklus szubsztrátjainak biztosítása érdekében. Ez a folyamat két ATP molekula és NADH + H + molekula formájában hozza létre az energiát. A glikolízis, valamint a citromsav-ciklus és a légzési lánc, amelyek mindegyike a mitokondrionban helyezkedik el, képviselik az egyszerű cukor-glükóz lebontási útját az ATP univerzális energiahordozóhoz. A glikolízis az összes állati és növényi sejt citoszoljában zajlik.A glikolízis végterméke a piruvát, amelyet azután egy közbenső lépésben bevihetünk a citromsav-ciklusba.

A reakciók elvégzéséhez összesen 2 ATP-t használnak glükóz-molekulánként glükolízisben. Ugyanakkor 4 ATP-t kapunk úgy, hogy ténylegesen 2 ATP molekula nettó nyeresége legyen.

Tíz reakciólépés glikolízissel végezzük, amíg egy 6 szénatomos cukor két piruvátmolekulává válik, amelyek mindegyike három szénatomból áll. Az első négy reakció lépésben a cukor két foszfát és átrendezés segítségével fruktóz-1,6-biszfoszfáttá alakul. Ezt az aktivált cukrot két molekulára osztják, egyenként három szénatommal. A további átrendeződések és a két foszfátcsoport eltávolítása végül két piruvátot eredményez. Ha rendelkezésre áll oxigén (O2), akkor a piruvát tovább metabolizálható acetil-CoA-ként és bevihető a citromsav-ciklusba. Összességében a 2 molekula ATP és két molekula NADH + H + glikolízis viszonylag alacsony energia hozammal rendelkezik. Megalapozza azonban a cukor további lebontásának alapját, ezért elengedhetetlen az ATP előállításához a sejtek légzésében.

Ezen a ponton érdemes elválasztani az aerob és anaerob glikolízist. Az aerob glikolízis a fentebb leírt piruváthoz vezet, amelyet felhasználhatunk energia előállításához.
Az anaerob glikolízis viszont, amely oxigénhiányos körülmények között zajlik, a piruvát már nem használható, mivel a citromsav-ciklus oxigént igényel. A glikolízissel összefüggésben létrejön a közbenső tároló molekula NADH is, amely önmagában energiagazdag, és aerob körülmények között is befolyik a Krebsi ciklusba. A NAD + szülőmolekula azonban szükséges a glikolízis fenntartásához. Ez az oka annak, hogy a test „megharapja” a „savanyú almát”, és átalakítja ezt a nagy energiájú molekulát az eredeti formájába. A piruvátot alkalmazzuk a reakció végrehajtására. Az úgynevezett laktát vagy tejsav képződik a piruvátból.

Olvassa el erről bővebben a

• Laktát
• Anaerob küszöb

Mi a légzési lánc?

A légzési lánc a glükóz lebontási útjának utolsó része. Miután a cukor metabolizálódott a glikolízisben és a citromsav ciklusban, a légzési lánc feladata a létrehozott redukciós ekvivalensek (NADH + H + és FADH2) regenerálása. Ez létrehozza az ATP univerzális energiahordozót (adenozin-trifoszfát). A citromsav-ciklushoz hasonlóan a légzési lánc a mitokondriumokban helyezkedik el, ezért ezeket „sejt erőművének” is nevezik. A légzőlánc öt enzimkomplexből áll, amelyeket a belső mitokondriális membrán beágyaz. Az első két enzimkomplex mindegyike NADH + H + (vagy FADH2) regenerálja NAD + (vagy FAD). A NADH + H + oxidációja során négy protont szállítanak a mátrix térből a membránközi térbe. Két protont szivattyúznak a membránközi térbe a következő három enzimkomplex számára. Ez létrehoz egy koncentráció-gradienst, amelyet az ATP előállításához használnak. E célból a protonok a membránközi térből egy ATP szintázon keresztül a mátrix térbe áramolnak. A felszabadult energiát végül az ATP előállítására használják az ADP-ből (adenozin-difoszfát) és foszfátból. A légzőkészülék másik feladata a redukciós ekvivalensek oxidációjával előállított elektronok elfogása. Ezt úgy hajtják végre, hogy az elektronokat oxigénre juttatják. Az elektronok, protonok és oxigén összekapcsolásával normál víz képződik a negyedik enzimkomplexben (citokróm c oxidáz). Ez megmagyarázza azt is, hogy miért lehet a légzőlánc akkor működni, ha van elég oxigén.

Milyen feladatokat lát el a mitokondriumok a sejtek légzésében?

A mitokondriumok olyan organellák, amelyek csak az eukarióta sejtekben találhatók meg. Ezeket "sejt erőműveinek" is nevezik, mivel bennük történik a sejtek légzése. A celluláris légzés végterméke az ATP (adenozin-trifoszfát). Ez egy univerzális energiahordozó, amelyre az egész emberi szervezetben szükség van. A mitokondriumok rekeszei a sejtek légzésének előfeltételei. Ez azt jelenti, hogy a mitokondriumban külön reakcióterek vannak. Ezt egy belső és egy külső membrán valósítja meg, így van egy intermembrán tér és egy belső mátrix tér.

A légzési lánc során a protonok (hidrogénionok, H +) átjutnak a membránközi térbe, így különbség merül fel a protonok koncentrációjában. Ezek a protonok különböző redukciós ekvivalensekből származnak, mint például a NADH + H + és a FADH2, amelyek így regenerálódnak NAD + és FAD.

Az ATP szintáz az utolsó enzim a légzési láncban, ahol végül az ATP képződik. A koncentráció-különbség hatására a protonok az intermembrán térből az ATP szintázon keresztül a mátrix térbe áramolnak. Ez a pozitív töltésáram felszabadítja az energiát, amelyet az ATP előállításához felhasználnak az ADP-ből (adenozin-difoszfát) és foszfátból. A mitokondriumok különösen alkalmasak a légzési láncra, mivel a kettős membrán miatt két reakciótér van. Ezen túlmenően számos metabolikus út (glikolízis, citromsav-ciklus), amelyek a kiindulási anyagokat (NADH + H +, FADH2) biztosítják a légzési lánchoz, zajlanak a mitokondrionban. Ez a térbeli közelség egy másik előnye, és a mitokondriumokat ideális helyekké teszi a sejtek légzéséhez.

Itt mindent megtudhat a légzőkészülék témájáról

Energiamérleg

A sejtek légzésének energiamérlegét glükóz esetén a következőképpen lehet összegezni, glükózonként 32 ATP-molekula képződéssel:

A C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 32 ATP-vel válik

(Az áttekinthetőség kedvéért az ADP-t és a Pi foszfátmaradékot kihagyták az oktatókból)

Anaerob körülmények között, azaz oxigénhiány esetén a citromsav-ciklus nem futhat, és energia csak aerob glikolízissel nyerhető:

A C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP 2 laktát + 2 ATP-ként válik. + 2 H2O. Tehát az aránynak csak kb. 6% -át nyerik glükózmolekula, mint az aerob glikolízis esetén.

A sejtek légzésével kapcsolatos betegségek

A A sejtek légzése elengedhetetlen a túléléshezazaz hogy a sejtek légzésének fehérjéért felelős génekben sok mutáció, pl. Glikolízis, kódoló enzimek, halálos (halálos) vannak. A sejtek légzésének genetikai betegségei azonban előfordulnak. Ezek származhatnak nukleáris DNS-ből vagy mitokondriális DNS-ből. A mitokondriumok maguk tartalmazzák saját genetikai anyagot, amely a sejtek légzéséhez szükséges. Ezek a betegségek azonban hasonló tüneteket mutatnak, mivel mindegyiknek van egy közös vonása: beavatkoznak a sejtek légzésébe és megzavarják azt.

A sejtes légúti betegségek gyakran hasonló klinikai tüneteket mutatnak. Különösen fontos itt A szövetek rendellenességei, sok energiára van szükség. Ide tartoznak különösen az ideg-, izom-, szív-, vese- és májsejtek. Az olyan tünetek, mint az izomgyengeség vagy az agykárosodás jelei gyakran még fiatal korban jelentkeznek, ha nem a születéskor. Szintén kiejtettül beszél Tejsavas acidózis (A test laktátos savval való túlsavanyítása, amely felhalmozódik, mivel a piruvát nem bomlik kellõ mértékben a citromsav-ciklusban). A belső szervek is hibásan működhetnek.

A sejtes légzés betegségeinek diagnosztizálását és terápiáját szakembereknek kell elvégezniük, mivel a klinikai kép nagyon változatos és eltérő lehet. A mai napig még mindig így van nincs okozati és gyógyító kezelés ad. A betegségeket csak tünetileg lehet kezelni.

Mivel a mitokondriális DNS-t nagyon bonyolult módon adják át az anyák a gyermekeknek, a sejtes légzés betegségében szenvedő nőknek gyermekeket akarni kell fordulni egy szakemberhez, mivel csak ők képesek megbecsülni az öröklés valószínűségét.