Hogyan igazolható a glükóz biológiai oxidációjának sztöchiometriai egyenlete (C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O) a részletes biokémiai mechanizmusokkal? Nekem sehogy sem sikerül teljes egészében.

Ott a hiba a mátrixban, hogy nem veszed figyelembe, hogy az ATP szintézis során kondenzáció történik, azaz általában egy víz molekula képződik. Azonban a glikolízis és a citrátcilus során szubsztrát szintű foszforiláció zajlik, ezért ilyenkor nem fog ténylegesen vízmolekula kilépni, hanem a kilépő atomok a vegyületbe épülnek be.

Vegyük példának a citráciklus során szukcinil-CoA-ból szukcinát lesz.

[link]

Ehhez könnyen belátható, hogy egy vízmolekulának kéne beépülnie. (Az egyik hidrogén jutna a CoA-nak, a másik és az oxigén kerülne a szukcinátba.) Azonban ehelyett GDP-ből és foszfátionból egy GTP képződik, ami során egy víz molekula szabadulna fel, ami viszont nem lép ki ténylegesen, hanem az atomjai beépülnek a már említett módon. A glikolízisben is hasonló a helyzet, csak kicsit szövevényesebb.

Tehát ha ezeket is beírnád az egyenletbe, ezt kapnád (a GTP helyett ATP-t feltüntetve, hiszen azzá konvertálható):

C6H12O6 + 6 O2 + 4 ADP + 4 Pi = 6 CO2 + 10 H2O + 4 ATP

Ami helyes, hiszen:

4 ADP + 4 Pi = 4 ATP + 4 H2O

(Természetesen a terminális oxidációban képződő ATP-ket és vizeket is be lehetne írni, de az már nem befolyásolná az egyenlet helyességét, hiszen nincs közvetlen kapcsolatban a résztvevő molekulákkal.)

Ne haragudj, de szerintem nem értetted meg a válaszomat. (persze lehet, az én hibám.)

A reakciódba nem írtad bele az ATP képződést, pedig az eléggé fontos. Annak során ugyanis víz szabadul fel. Márpedig a plusz vizek pont ezek lesznek, emiatt nem stimmelt az egyenleted. Csak épp ezekben az esetekben a vízmolekulák nem rögtön lépnek ki, hanem átmenetileg beépülnek a vegyületekbe. Emiatt jött ki a plusz négy vízmolekula.

A múltkor csak röviden tudtam válaszolni, de akkor most megpróbálom kifejteni.

1. Azért csak a glikolízis és a citrátciklus során képződő ATP-ket (és GTP-ket) vettem figyelembe, mivel ott szubsztrát szintű foszforiláció történik, azaz a folyamatokba résztvevő anyagok közvetlenül reagálnak a nukleotidokkal, így azok befolyásolják a termékképződést. Ezzel szemben az oxidatív foszforiláció során az ATP képződés nem kapcsolódik közvetlenül a glükózt lebontó biokémiai folyamatokhoz, csak a létrehozott protongrádiens energiájára van hozzá szükség. Természetesen azokat az ATP-ket is figyelembe vehetjük, de ez nem befolyásolja az egyenletet, hiszen (a glikolízissel és citrátciklussal szemben) itt a képződő víz nem épül be a szerves anyagokba.

2. Azt jól leírtad, hogy hol lép ki, illetve hol épül be vízmolekula a biokémiai folyamatok során a vegyületekből/be. Amit én jelezni próbáltam, hogy van olyan eset, amikor az adott lépés egy olyan folyamattal kapcsolódik össze (ATP/GTP képződés), ami során általában víz képződik, de ebben az esetben nem lép ki vízmolekula, hanem azok az atomok, amelyek oda kerülnének a kapcsolt reakció anyagaiba épülnek be.

A citrátciklusban, mint említettem a szukcinát képződése ilyen lépés. A szukcinil-CoA hidrolízise elvileg vízbeépüléssel jár, ám ebben a reakcióban a GTP képződés fedezi a vízigényt.

Részletesebben:

[link]

vagy még részletesebben:

[link]

Azt tudjuk, hogy ha önmagában GTP (vagy ATP) képződik, az egyenlet a következő:

GDP + Pi = GTP + H2O

Ehhez képest itt azt látjuk, hogy a reakcióban nem lép ki víz. Azaz azok az atomok, amik a vízbe kerülnének, a szukcinátba és a CoA-ba épülnek be. A második képen látszik is, hogy a foszfátionról egy hidrogénatom kerül a CoA-ra, és egy oxigén a szukcinátba. (A másik hidrogén ionos formában a vizes oldatban marad, hiszen a szukcinát savas.)

Tehát az összesített reakció (nem ionos formában írom fel a képletet, és csak a lényeges részeket írom ki külön, remélem, így átlátható lesz):

C3H5O2-CO-S-CoA + GDP + Pi = C3H5O2-COOH + HS-CoA + GTP

Amit felírhatunk két részreakció formájában:

1. GDP + Pi = GTP + H2O

2. C3H5O2-CO-S-CoA + H2O = C3H5O2-COOH + HS-CoA

Természetesen a fenti egyenletekben szereplő vízmolekula a valóságban nem jön létre, hanem az atomjai kerülnek át az egyik vegyületről a másikra. De ebből a felírásból látható, hogy tulajdonképpen olyan a reakció, mintha egy vízmolekula beépülne (ugyanaz az eredménye), ami aztán később fel tud szabadulni.

Remélem a fentiből érthető, hogy mire gondoltam. A glikolízisnél ugyanez a helyzet, csak kicsit bonyolultabb, mert több ATP bomláshoz/képződéshez kapcsolt reakció van.

"És akkor a nem ATP-képződés során létrejött 6 víz szerinted honnan van?"

A glükózból. :)

"Na azokat akkor te miből származtatod (hol keletkezik az a 6)?"

Most az a kérdés, hogy melyik víz származik a glükózból, és melyik a ATP/GTP szintézisből? Azt így elég nehéz megmondani, bár valamilyen szinten keresztül végig lehet követni.

Megpróbálom bemutatni a szukcinát példáján. A szukcinát képződés során egy H atom kerül a CoA-ra és egy O és egy H atom a szukcinátba (pontosabban az utóbbinak a protonja, mivel savas a vegyület, a vizes oldatban marad).

Az HS-CoA hidrogénje a következő ciklusban (akár a piruvát oxidációjakor, akár a szukcinil-CoA képződésekor) NAD+-ra kerül, innen jut a terminális oxidációba, és ott oxidálódva kerül víz molekulába.

A szukcináton a H és O atom a karboxil csoportban lesz. Mivel a szukcinát szimmetrikus, a képződő citromsavban ez a karboxilcsoport a középső és a szélső szénatomhoz is kapcsolódhat. A középső és az egyik szélső karboxilcsoport oxigénatomjai (és szénatomja) szén-dioxidba kerül, a másik szélső karboxilcsoport újra bekerül a szukcinátba. A H atom meg vagy a vegyületen marad, vagy NAD+-ra kerül (ezt már kicsit nehezen tudom követni.)

Szóval a beépülő atomok egy része nem is vízmolekulába kerül. Azt hiszem a fentiből is látható, hogy az, hogy egy molekula atomjai honnan származnak, elég bonyolult, és sokszor nem is egyértelműen megmondható.

Bocs, úgy látom, tényleg nem tudom értelmezni, mit akarsz.

"Úgy értettem azt hogy honnan jön szerinted az a 6 víz, hogy konkrétan mely (enzim)reakciók során keletkezik."

Melyik hat? Abban teljesen egyet értek veled, hogy ott lépnek ki, illetve épülnek be vízmolekulák, ahol te a kérdés alatt írtad. Pusztán arra próbáltam rámutatni, hogy azért keletkezett az általad felírt egyenletben plusz négy víz a "hivataloshoz" képest, mert vannak olyan lépései a folyamatoknak, amelyek ATP/GTP szintézishez kapcsolódnak, viszont itt a kondenzáció nem kár tényleges vízkilépéssel, hanem a hidrogén és oxigén atomok a vegyületekbe épülnek, és később ezekből is víz képződik. Azaz ezt kvázi úgy vehetjük, mintha még négy vízmolekula beépülne.

"Azt mondod, hogy a terminalis oxidációban keletkezoket nem kell számolni, értem az indokot is."

Azt hiszem, itt félreértettél. Úgy értettem, hogy a terminális oxidáció ATP szintézisére értettem (ahol szintén víz lép kis, de a glükóz atomjaitól teljesen függetlenül). (Az ATP szintáz által képzett vizek nyilván nem épülnek be semmilyen molekulába, de az atomjai nem is a glükózból, hanem az ADP-k és Pi-k atomjaiból származnak.)

Természetesen az elektrontranszportlánc végén képződő 12 vízmolekulával számolnunk kell, hiszen azoknak a hidrogénatomjai (nagyrészt) a glükózból származnak.

(Ugyanígy természetesen az oxigéneket is számításba kell venni.)