Biológia - Anyagcserefolyamatok

Anyagcserefolyamatok

• sejtekben lezajló biokémiai folyamatok összessége
• lebontó a.cs.f:

• biológiai oxidáció, tejsavas erjedés, alkoholos erjedés, ecetsavas erjedés
• nagy energiatartalmú vegyületek/molekulák lebontása építőegységekre
• az építőegységek később felhasználhatóak
• energia szabadul fel

• felépítő a.cs.f:

• a sejtre jellemző anyagok szintetizálása az építőegységekből
• energiaigényes
• pl.: fotoszintézis, fehérjeszintézis

• kémiai reakció megtörténéséhez szükséges:

• az anyagok találkozása
• aktivált állapot

• aktiválási energia

• általában hőmérséklet növeléssel

• élő szervezetben nem lehetséges

• katalizátor

• élő szervezetben: enzim

Enzimek:

• legtöbbjük fehérje
• specifikusak:

• 1 enzim → 1 féle reakció katalizálása

• reakciók során nem változnak meg tartósan, újra felhasználhatóak

Kulcs-zár elv:

• az enzim aktív centrumának olyan térszerkezettel kell rendelkeznie, ami a kiindulási anyagnak megfelel

Enzimek által katalizált reakciók:

• nagy molekulák lebontása kisebbekre

• pl. emberi tápcsatornában emésztőenzimek, mosószerek
• ilyen enzim pl: laktóz, alkohol-dehidrogenáz

• kisebb molekulák összeépítése nagyobbakká

• pl. glükóz → keményítő folyamatok elősegítése

• kisebb molekulák egymásba alakítása

• atomi szintű átalakítások

Fotoszintetizálás

Fotoszintetizáló szervezetek:

• növények
• fotoautotróf baktériumok
• egyes moszatok

Képlete: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Hogyan történik?

• CO2 a gázcserenyílásokon (sztómakomplex) keresztül jut oda
• vizet a szállítónyalábok farésze szállít
• fényszakasz:

• fény megkötése és kémiai energiává alakítása
• ATP és H2 szállító molekula képződik

• NADP+ +H2 → NADPH+H+

• fényenergiát a színanyagok kötik meg

• klorofill, karotin, xantofill
• gerjesztett állapotban → amikor megszűnik, leadják a felhasználható energiát
• fehérjemolekulákhoz kötve a fotorendszerben, a gránum membránjában

• tilakoidok membránjában fontos enzimek
• fotonok energiája miatt a protonok egyenlőtlenül oszlanak el, így hajtóerő képződik → ATP

• sötétszakasz:

• a fényszakaszban megtermelt redukált koenzim (NADPH+H+) és az ATP a CO2 megkötésére és redukciójára fordítódik
• Calvin-ciklus: CO2 megkötése

• CO2 egy 5 szénatomos (pentóz-difoszfát) molekulára kapcsolódik
• 2 db 3 szénatomos glicerinsav-foszfátra bomlik
• ezek redukálódnak → glicerinaldehid-foszfát keletkezik

• vízből származó H2 és a fény kémiai energiájának hatására

• elsődleges termék: szőlőcukor

• pl. aminosavak, zsírsavak épülnek fel belőle

• másodlagos termék: cellulóz vagy keményítő

Öröklődés molekuláris alapjai

DNS (dezoxiribonukleinsav):

• cukor: dezoxiribóz
• bázisok: adenin, guanin, timin, citozin (A = T; G ≡ C)
• antiparallel lefutás (3’ vég az 5’ véggel szemben)
• 2 db polinukleotidlánc → kettőshélix szerkezet

• hidrogén kötések kapcsolják össze

• meghatározza az öröklődő tulajdonságokat

DNS megkettőződés:

• kettőshélix szerkezete teszi lehetővé, hogy sejtosztódás során az információ átkerülhessen az utódsejtbe
• a szintézis kezdetén a két szál eltávolodik egymástól

• enzimek katalizálják

• majd, egy enzim beépíti a megfelelő nukleotidegységeket
• energiaigényes

• minden egyes bázis beépítéséhez ATP kell

• szemikonzervatív:

• a képződött DNS-molekula egyik szála régi, a másik új

• az eredeti nukleotidszálak pontos mintaként szolgálnak az újak képződéséhez

Genetikai kód:

• a DNS-ben kódolt genetikai tulajdonságok megjelenéséhez megfelelő fehérjék megléte és működése szükséges
• DNS határozza meg a fehérjék aminosavsorrendjét
• 4 féle bázis van benne és 20 féle aminosav létezik

• 1 bázis nem határozhat meg 1 aminosavat, mert akkor 4 féle aminosav lenne
• 2 bázis nem határozhat meg 1 aminosavat, mert akkor 16 féle aminosav lenne
• 3 bázis határoz meg 1 aminosavat, így 64 féle kombináció létezik

• genetikai kódot egy triplet (3 egymást követő bázis) határozza meg
• a genetikai kód átfedésmentes

• 1 nukleotidbázis 1 DNS láncban 1 kód része

• a g.k. folytonos

• nem marad ki bázis az egymást követő kódok értelmezése során

• a g.k. vesszőmentes

• a kódok között nincsenek strukturális jelek, amik elválasztanák őket, egymás után következnek

Fehérjeszintézis

Mi is ez?

• másnéven transzláció

• átfordítás, leolvasás mechanizmusa

• génkifejeződés végső lépése
• mRNS-re átíródott információból fehérje képződik

Szereplői:

• mRNS:

• RNS polimeráz
• 5’-3’ lefutás itt is
• a sejtmagban (prokariótákban a citoplazmában) a DNS beszélő szálának transzkripciójával készül
• érési folyamat végén kilép a citoplazmába (eukariótákban)

• tRNS:

• aminosavat szállít
• kodon:

• mRNS-en található, a DNS-től “kapja”, 3 bázis

• antikodon:

• tRNS bázishármasa

• az mRNS kodonjai nem komplementerek az aminosavakkal, ezért kellenek a tRNS-ek
• aminosavat ATP megkötésével aktiválja

• riboszóma:

• rRNS-ből és fehérjékből áll
• durva ER-on és a citoplazmában
• kis és nagy alegységből áll

• közre fogják az mRNS-t

• transzláció helye
• kis alegység → mRNS-t köti meg
• nagy alegység → tRNS-t köti meg

Fehérjeszintézis lépései:

• lánckezdés - iniciáció

• mRNS hozzáköt a kis alegységhez
• a kisalegység végighalad rajta és elemzi
• AUG (metionin) → start kodon
• hozzáköt a metionint szállító tRNS

• láncnövelés - elongáció

• halad tovább a riboszóma → értelmezi a kodonokat
• mindegyikhez odaviszi a kellő aminosavat a tRNS
• az aminosavak között peptidkötés alakul ki
• mindig maximum 2 tRNS van bekötve, a 3. legrégebben bekötött tRNS elmegy, otthagyva a bekötött aminosavat

• lánczárás - termináció

• a riboszóma eléri a stop kodont: UAG/ UAA/ UGA
• leválik az utolsó tRNS és nem jön újabb
• jön egy enzim, ami különválasztja a szereplőket
• a kialakult polipeptidlánc (fehérje) leválik a riboszómáról

Helyszíne:

• eukariótában:

• durva EN

• exportra készített fehérjék
• pl.: mirigyváladék

• citoplazma:

• a sejt saját fehérjéi

• prokariótában:

• citoplazmában
• amint elkészül az mRNS, készül a fehérje → nincs érés
• sokkal gyorsabb

Klónozás

Növényeknél:

• vegetatív szaporodás
• pl. szamóca
• könnyű kivitelezni

Állatoknál:

• pl. szivacsok
• szöveteseknél nincs ilyen
• mesterséges klónozás:

• Dolly bárány

• egy testi sejt sejtmagját kivették, majd egy zigóta sejtmagja helyére berakták
• az így elkészült zigótát egy 3. juh méhébe ültették
• 6 évig élt, de betegeskedett (valószínű a mutációk miatt)

Klónozás:

• genetikailag azonos egyedek jönnek létre
• fizikailag nem teljesen azonosak

• külső hatások
• mutációk

GMO (Genetically Modified Organisms):

• Genetikailag módosított élőlények
• előny:

• ellenállóbb a betegségekkel szemben
• terméshozam növekedése
• magnélküli termés
• hosszabb szavatossági idő

• hátrány:

• génelszabadulás

• pl. DDT rovarirtó

A gének módosulásai, mutációk

Alapja:

• az örökítőanyag változásra képes
• vannak javító mechanizmusok hogy a DNS másolása közben ne legyen hiba, de ez néha megtörténik
• a DNS másolása után is lehetnek olyan behatások, melyek hibát eredményeznek

Mutáció:

• egy tulajdonságban tartós változás történik az egyedben, a szüleihez képest

• továbbörökíthető, ha az ivarsejtekben történik mutáció

Mikor történhet?

• röntgen/UV sugárzás hatására
• káros anyagok miatt
• DNS másolás közben

Hol történhet?

• sejtmagban
• pontmutáció

• pl. sarlósejtes vérszegénység
• a DNS egyetlen bázisa cserélődik ki egy másikra

• kromoszómamutáció

• nem egy ponton történik, hanem a kromoszóma egy darabját érinti

• kromoszómaszám-változás

• pl. Down-szindróma

Lebontó anyagcserefolyamatok

Miért történnek?

• a nagyobb energiájú kötéseket/molekulákat lebontva energia szabadul fel
• a lebontott anyagok alkotóelemeiből újat állíthatunk elő

Biológiai oxidáció (sejtlégzés):

• legtöbb eukarióta
• sok prokarióta
• oxigénes - aerob körülmények között
• eukariótákban: mitokondriumban
• prokariótákban: sejtplazmában
• C6H12O6 → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
• energianyerés céljából a leghatékonyabb

Tejsavas fermentáció (erjedés):

• izomsejtekben
• baktériumokban
• bizonyos gombákban
• oxigénhiányos - anaerob körülmények között
• sejtplazmában
• C6H12O6 → 2 CH3-CHOH-COOH + 2 ATP

• CH3-CHOH-COOH - tejsav

• izomszövetek, ha oxigénhiányos állapotban dolgoznak
• izomláz → tejsav felhalmozódása
• élelmiszergyártásban használják

• savanyúkáposzta, joghurt

Alkoholos fermentáció:

• élesztőgombák
• oxigénhiányos - anaerob körülmények között
• sejtplazmában
• C6H12O6 → CH3-CH2-OH + 2 CO2 + 2 ATP

• CH3-CH2-OH - etil alkohol

• alkoholos italok gyártása
• élesztők
• pékárúk