Mi az alapvető különbség a terminális oxidáció és az oxidatív foszforiláció között?

Mashonnan idemasolom a valaszomat.

Na nézzük a következő szót: terminális oxidáció.

Ez egy olyan fogalom, amit én is sokáig nem értettem igazán (persze meg lehet tanulni a nélkül is, de megérteni nehéz volt), ezért megpróbálom összerakni mindazt, ami számomra kézzelfoghatóvá tette a dolgot.

Először is, azt tudod, hogy az ember oxigént lélegzik be, és széndioxidot lélegzik ki. Honnan kerül a szén az oxigénre, hiszen az oxigénből csak úgy nem lesz széndioxid, valamit el kell égetnie. Az a szén a kajából kerül oda, azaz az a sokminden amit megeszünk, mind tartalmaz szénatomokat. Ugye a cukrokat úgy is hívják hogy szénhidrát, a nevében is benne van a szén.

Viszont ugye nem eszünk állandóan, de folyamatosan lélegzünk. Vagyis a kaját a szervezet valahogy beosztja, mert a légzés annyira esszenciális, hogy pár percig lehet csak felfüggeszteni. Miért kell folyamatosan lélegezni? Hogy fenntartsuk a terminális oxidációt. Vagyis aki megfullad, az lényegében abba hal bele, hogy megszűnik a terminális oxidációja.

De mi történik a kajával, amit megeszünk?

A glükóz bontását szokták tanítani, aminek három része van: glikolízis, citrátkör (citromsav ciklus) és terminális oxidáció.

Ha megnézed, akkor a glikolízisben nagyon sok lépésen keresztül alig történik energiatermelés, sőt mi több, eleinte energia befektetés történik. A glikolízis lényege, hogy a megevett cukrot egy általánosan használható univerzális anyaggá alakítsa, amit acetil csoportnak (esetleg úgy tanultátok, hogy acetil-koenzim-A) hívnak, de lehet hogy ti piroszőlősavig avagy piruvátig tanuljátok, de abból acetil csoport lesz. Most egy pillanatra álljunk meg annál, hogy erre mi szükség van.

Tegyük fel, hogy nagyon különböző méretű és súlyú vasdarabokat kellene szállítanod újrahasznosításra. Van köztük hosszú vékony és könnyű rúd, de van köztük páncélszekrény is. A hosszú rúddal az a baj, hogy lelóg a kocsiról, ezért egy nagyon hosszú platós teherautót kéne venni hozzá, a páncélszekrényt meg egyszerűen nem tudod felrakni, csak daruval. Ráadásul a hosszú rúdhoz hosszú olvasztókemence kell, a páncélszekrényhez meg magas de nagy ajtós. Szóval két dolgot tehetsz: vagy veszel egy hosszú autót és egy hosszú kemencét, plusz egy darus autót és egy nagy kemencét, de az ugye nagyon drága és bonyolult. Vagy veszel egy autót és egy kemencét, meg egy fűrészt, amivel szépen mindent méretre tudsz darabolni. Ugyan a fűrészelés az egy energia befektetés, de megspórolod azt, hogy külön autó és kemence kelljen mindenféle hulladékhoz. Nevezzük a fűrészelés eredményét fémforgácsnak, azaz minden hulladékból előbb fémforgácsot csinálsz, és azt elszállítod a kemencéhez.

Na az acetil csoport a „fémforgács”, a zsírtól kezdve a cukorig mindenből lehet csinálni. Erre volt tehát jó a glikolízis, amellett, hogy azért valamennyi energiát termelt. A fémforgácsot utána beküldöd a citrátkörbe.

A citrátkör semmi mást nem csinál, mint hogy az acetil csoport két szénatomjának a kötési energiáját átalakítja egy másfajta energiává. Olyan, mint amikor szélenergiából vagy atomenergiából elektromos energiát gyártasz. Például ha van egy villanykörtéd meg egy kis uránod, akkor nem tudsz világítani, de ha az uránt Pakson berakod az erőműbe, akkor termel neked áramot és máris ég a villany.

A citrátkör se csinál mást, elég bonyolultan oldja meg, de lényegében az acetil csoport két szénatomját ráragasztja egy négy szénatomos molekulára, majd egyesével levagdossa a szeneket, és az így felszabaduló energiával hidrogéneket kényszerít egy NAD nevű molekulára. Ez a NAD semmi másra nem jó, mint hidrogént vinni a sejten belül. Amikor épp viszi a hidrogént, akkor NADH-nak hívják. Igazából a glikolízisnél és keletkezik egy kevés belőle, de sokkal több itt a citromsav ciklusban. Meg keletkezik FADH is, ami ugyanarra jó, csak egy kicsit más. Figyelem! Itt csaltunk, hiszen széndioxid képződött, de honnan jött az oxigén? Erre visszatérünk.

Ekkor jön a terminális oxidáció.

Az oxigén egy elég komoly méreg a sejtre, ezért nagyon kell vigyázni, hogy hol mit csinál, és mivel. Vagyis nagyon kell fogni a kezét, hogy nehogy nekiálljon midjuk a DNS-t rongálni. Ezért itt, a mitokondriumban ez egy igen veszélyes üzem. Az oxigénről és a hidrogénről azt tudjuk, hogy szeretnek vízzé egyesülni. Ezért az eddig keletkezett NADH-k idejönnek, és felkínálják az oxigénnek a hidrogént. Vagyis a terminális oxidációban nem történik más, mint hogy az oxigén-hidrogén reakciót nagyon óvatosan, lépésről-lépésre játszatják le. Az oxigén elektronjai szépen egy elektron vezető rendszeren mennek keresztül, miközben a hidrogént óvatosan odaküldik. Az elektron vezető rendszer pedig protont pumpál az egyik oldalról a másik oldalra a membránban, ozmotikus nyomás alakul ki (protonok ozmotiuks nyomását pH különbségnek is hívják). A protonok vissza akarnak menni a helyükre, ezt ugye megbeszéltük már, de közben meghajtanak egy malomkereket, ami ATP-t gyárt.

A terminális oxidációkor tehát a NADH és FADH által szállított hidrogén egyesül a légzési oxigénnel, víz és energia keletkezik, az energiából ATP lesz.

Már csak az kell, hogy a légzési oxigén rájusson a szenekre. Ez tulajdonképpen már megtörtént, hiszen a széndioxidok nem itt keletkeztek, viszont az itt keletkező vízből fogja aztán a szervezet visszaszerezni az ott elhasznált oxigént, azaz lényegében az itt képződött víz egy része végül nem víz lesz, hanem az oxigénjét a széndioxid képzésre fordítja.

Namost ugye azt ne felejtsuk el, hidrogen atom mint olyan a termeszetben nem letezik. A hidrogen egy protonbol es egy elektronbol all, a proton tehat gyakorlatilag egy hidrogen ion. Oldott formaban nem is letezik maskent csak hidrogen ion formajaban, tehat mikor a FAD-bol FADH lesz (azaz FADH2 valojaban), akkor egy protont vesz fel az oldatbol es egy elektront valahonnan mashonnan, nem pedig egy kesz hidrogen atomot. Amikor pedig leadja ezeket, akkor is kulon adja le a H iont es kulon az elektront.

Amugy a NADH egy kicsit mas ebbol a szempontbol, mert a NAD erdetileg egy pozitiv ion, NADH-kent pedig semleges, azaz EGY protont es KET elektront szallit, ami osszegileg olyan, mintha vegso soron egy negativ toltesu hidrogeniont szallitana.

A szallitmany leadasa pedig a mitokondrium belso membranjan tortenik: kulon a proton es kulon az elektron. A mitokondriom belso membranjan kicsit messzebb mar ott varakozik az oxigenmolekula egy enzim altal aktivalt formaban, tehat szabadgyokkent. A NADH/FADH2 elengedi az elektront, ami egy bonyolult enzimrendszer (kinonok es protonpumpak) soran halad keresztul. Ez vegulis egy elektromos aramkor, amiben a kinon a vezetek, es amire protonpumpak vannak kotve. Vagyis ez a kinonos enzimrendszer reszben elviszi az elektront az elektronokra ehes oxigenhez, reszben pedig ennek a folyamatnak az energiajat felhasznalva atpumpal egy par protont a tuloldalra. Az atmpumpalt protonok aztan az ATP-szintazon keresztul jonnek vissza. Az ATP szintaz tehat nem pumpal protont, hanem a mar odaat levo protonok energiajat vamolja meg.

Meg egy apro megjegyzes, az ATP szintaz az nem szinETaz. A terminologia szerint szintetaznak azt nevezzuk, ami ATP felhasznalasaval keszit valamit, merpedig ugye ATP felhasznalasaval ATP-t gyartani nem nagyon jo moka. Tehat az ATP-t szintaz enzim gyartja.

Ezen a kepen nagyon jol latszik, hogy mindezt negy hatalmas komplex intezi plusz az otodik az ATP szintaz.

[link]

" A mitokondrium belső membránján egy membránpotenciál alakul ki, aszerint, hogy protonok áramlanak majd ki a mitokondriumból.

Az volna a kérdésem, hogy ez minek a hatására történik?"

Ez az a rész, ahogy a fentebbiekben írtam, amikor a hidrogén ionok (=PROTONOK) a FADH2/NADH rendszerről lekerülnek és átmennek a membránon. Ennek energiáját az az elektronfolyam biztosítja, ami szintén a FADH2/NADH rendszerrel érkezett. Tehát az elektron végigmegy a láncon (kinonok, citokróm-c stb), MIALATT a protonok átmennek a membáronon.

" Valamint, ha jól értelmezem, ezen protonok visszaáramlásakor hajtják meg úgymond az ATP szintáz malomkerekét, melynek hatására ATP jön létre (sejtem úgy, hogy egy ATP inorganikus foszfátja átkerül az egyik ADP -re, ezáltal ATP -t hozván létre. Vagy tévedek? (mondjuk, igazat megvallva, nem értem, ez miért lenne jó!"

Jól érted. Ez azért jó, mert az inorganikus foszfát és az ADP külön-külön nem nagy energiájú vegyület, de az ATP igen. Márpedig a szervezetnek erre szüksége van, tehát valahogy létre kell hozni az ATP-t. A létrehozáshoz energia kell, ezt biztosítja a sok beáramló proton.

" Vagy az UTP -ről kapja a foszfátot, nem tudom...)"

UTP-ből ATP-t gyártani nincs értelme, mindkettő nagy energiájú vegyület, olyan, mintha ATP-ből gyártanál ATP-t. Attól nem lesz több energiád. A kis energiájú ADP-ből kell nagy energiájú ATP-t gyártani.

" Valamint, minek a hatására áramlanak vissza a protonok?"

Azért, mert az egyik oldalon sok van, a másikon kevés s ki akarják egyenlíteni magukat.