Biokémia összefoglaló

Biokémia

Energiagazdag tápanyagok és végtermékek

Energiagazdag tápanyagok: szénhidrátok, zsírok, fehérjék.
Energiaszegény végtermékek: $CO2$ , $H2O$ , $NH_3$ .
ATP keletkezése ADP-ből és HPO-ból.
NADH keletkezése NAD+-ból, NADPH keletkezése NADP+-ból, FADH2 keletkezése FAD-ból.

Sejt felépítése

Sejtplazma, sejtmembrán, riboszómák, sejtmag, sejtmagvacska, sejtmag membrán, egyéb sejtorganellumok.
Makromolekulák: fehérjék, poliszacharidok, lipidek, nukleinsavak.
Prekurzor molekulák: aminosavak, monoszacharidok, zsírsavak, nitrogéntartalmú bázisok.

Autotróf és Heterotróf élőlények

Autotróf: szervetlen anyagokból szerves anyagokat állít elő (pl. növények fotoszintézissel).
Heterotróf: szerves vegyületekből állítják elő a kémiai energiát (pl. állatok).

Metabolizmus

Anyagcsere (metabolizmus): az élő szervezetben az élet fenntartása érdekében bekövetkező kémiai folyamatok összessége.
Homeosztázis: az élő szervezet egy nyitott rendszer, mely a környezettel állandó anyag- és energiatranszfert folytat.

Enzimek

Enzimek = biokatalizátorok.
Az enzimek aktív centrumában kötik meg a szubsztrátot és alakítják át termékké.
Enzimek osztályai: oxidoreduktázok, transzferázok, hidrolázok, liázok, izomerázok, ligázok.

Enzim osztályok

Oxidoreduktázok: oxidálják vagy redukálják a szubsztrátot.
Transzferázok: kémiai csoportot visznek át másik molekulára (pl. foszforilázok, kinázok).
Hidrolázok: víz hatására hasítják a szubsztrátot (pl. glükozidáz, lipáz, peptidáz, foszfatáz).
Liázok: kettős kötés kialakításával hasítják a szubsztrátot.
Izomerázok: izomer átalakulást katalizálnak.
Ligázok: nagy szabadentalpia-változással járó reakciókat katalizálnak.

Bioaffinitás törvénye

Minden biomolekula legalább egy másikkal komplexet képez, amelyben a komponensek aránya, illeszkedése és térbeli elrendeződése pontosan definiálható.

Biokatalízis törvénye

Az enzimek reakció- és szubsztrát specifikusak.
Egy sejt enzimkészlete megszabja a sejt valamennyi tulajdonságát.

Bioreguláció törvénye

Az enzim katalizálta folyamatok összehangolásával foglalkozik.
Inhibítorok és aktivátorok befolyásolják az enzimek működését.

Az enzimek aktív centruma

Koenzimek/Prosztetikus csoportok/kofaktorok segítik az enzimek működését.
Kofaktor: fémion.
Koenzim: nem fehérje természetű szerves anyag.
Holoenzim: aktív enzim-koenzim komplex.
Apoenzim: koenzimet nem tartalmazó inaktív enzim.
#

Környezeti tényezők hatása az enzimek működésére

Hőmérséklet: optimális hőmérsékleten a legaktívabbak, extrém hőmérsékleten denaturálódnak.
pH: szélsőséges pH-n az enzim denaturálódik, az aktív hely disszociációs állapota a pH függvényében változik.

Membrán transzportfolyamatok

Passzív transzport: koncentrációgrádiensnek megfelelően, energiaráfordítás nélkül.
Aktív transzport: koncentrációgrádiens ellenében, energiaráfordítással.

Tápanyagok lebontásának vázlata

I. szakasz: hidrolízis (poliszacharidok → glükóz; lipidek → glicerol + zsírsavak; fehérjék → aminosavak).
II. szakasz: glikolízis (glükóz → piruvát).
III. szakasz: oxidáció és ATP szintézis (piruvát → acetil-KoA → citrátkör → terminális oxidáció).

Felépítő és lebontó folyamatok helyszínei

Citoplazma: glükóz, lipidek.
Mitokondrium: zsírsavak, glicerol, piruvát, aminosavak lebontása.

Szénhidrátok hidrolízise

Endo-hidrolázok (endo-glikozidázok).
Exo-hidrolázok (exo-glikozidázok).

Keményítő hidrolízise

α-amiláz (endo-glükozidáz).
β-amiláz (exo-glükozidáz).

Glikolízis

A glikolízis 6-szénatomos szakasza energiát igényel.
A glikolízis 3-szénatomos szakasza energiát termel.

Glikolízis egyenlete

$C6H{12}O6 + 2 NAD + 2 ADP \rightarrow 2 C3H4O3 + 2 (NADH + H) + 2 ATP$

Aerob és Anaerob Folyamatok

Anaerob: glükóz → piruvát → erjedés (laktát vagy etanol) + 2 ATP.
Aerob: glükóz → piruvát → $CO2 + H2O$ + 34 ATP.

Piruvát felhasználása

Anaerob erjedés: laktát vagy etanol keletkezik.
Oxidatív dekarboxileződés: acetil-KoA keletkezik.

Piruvát oxidatív dekarboxileződése

A mitokondriumban történik.
Piruvát-dehidrogenáz enzim komplex katalizálja.

Egyéb hexózok bekapcsolódása a glikolízisbe

Glükóz, galaktóz, fruktóz, mannóz.

Lipidek lebontása

Trigliceridek → zsírsavak + glicerol.
ß-oxidáció.

Glicerol belépése a glikolízisbe

Glicerol → glicerol-3-foszfát → DHAP.

Zsírsavak lebontása

Aktiválás, membrántranszport, ß-oxidáció.

Fehérjék lebontása

Peptidázok (proteázok): exopeptidázok és endopeptidázok.

Aminosavak sorsa

Szénlánc bekapcsolódik a szénhidrát-anyagcserébe.
Egyéb nitrogéntartalmú vegyületek bioszintézise.
Egyéb aminosavakká átalakulás.
Fehérjék bioszintézise.
Az aminocsoport karbamiddá alakulva kiürül.
Szekunder metabolitok szintézise.

Aminosavak lebontása

Transzaminálás, oxidatív dezaminálás, ammónia kiürítés (karbamid ciklus), oldalláncok oxidatív lebontása

Karbamid ciklus egyenlete

Asp + $CO2$ + $NH3$ + 3 ATP + $2 H2O \rightarrow H2NCONH_2$ + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi + fumarát

Aminosavak egyéb átalakulási lehetőségei

Biogén aminok kialakulása (dekarboxileződéssel).
Ammónia liázok által katalizált bomlás (ammónia és telítetlen sav keletkezik).

Acetil-Koenzim-A sorsa

Citrátkör (CO₂-dá és H₂O-zé bomlik + E (ATP)).
Terminális oxidáció (a koenzimek regenerálódnak, H-ből H₂O, ADP → ATP).

Citrátkör

,,A citrátkör az anyagcsere gyűjtőmedencéje".

Citrátkör egyenlete

$CH3CO-SKOA + 3 NAD^+ + FAD + GDP \rightarrow GTP + 2 CO2 + 3 (NADH + H^+) + FADH_2 + HS-KOA$

Allosztérikus szabályozás

Az allosztérikus fehérjék (enzimek) több szubsztrát-kötőhelyet is tartalmaznak: az egyik szubsztrát befolyásolja a másik kötődését.
Negatív (allosztérikus) feed back.

Terminális oxidáció

Elektrontranszport és oxidatív foszforiláció.

Káros szabad gyökök keletkezése és méregtelenítése

Szuperoxid gyök, peroxid gyök.
SOD (szuperoxid-dizmutáz), kataláz.

Mitchell-féle kemiozmotikus kapcsolás teória

A protonpumpák működése következtében proton-koncentráció grádiens jön létre (ozmotikus energia).
Ez az ozmotikus energia „hajtja” az ATPáz-t.

Terminális oxidáció egyenlete

(NADH + H) + $1/2 O2 \rightarrow NAD^+ + H2O$ + 3 ADP + 3 ATP.
FADH2 + $1/2 O2 \rightarrow FAD + H2O$ + 2 ADP + 2 ATP.

Ketontestek képződése

A mitokondriumban felhalmozódott acetil-KoA-ból ketonok keletkeznek.
Ez az állapot akkor következik be, ha a szervezet túl kevés glükózt, túl sok zsiradékot bont le (ketogén diéta / cukorbetegség).

Védelem a ketontestek ellen

Feltöltő (anaplerotikus) reakciók.

Redox ingák

Piruvát anaerob erjedése.
α-glicerol-foszfát inga.
Malát-aszpartát inga.

Glükóz direkt oxidációja

Pentóz-foszfát ciklus.
A citoszólban játszódik le.
Keletkeznek a bioszintézis számára fontos C-cukrok (ATP, nukleotidok…).
C2

Transzketolázok és transzaldolázok működése

Szénhidrát-anyagcsere enzimek.

A glükóz lebontásának teljes anyagmérlege

α-glicerol-foszfát ingával = 36 ATP
Σ 38 ATP.

Felépítő folyamatok (anabolizmus)

Glükoneogenezis

A glükóz de novo szintézise nem-szénhidrát jellegű prekurzorokból.
A glikolízis fordított folyamata.
Helyszíne a máj.
OAA mitokondriumból malát-aszpartát ingával jut ki.

Glikogén bioszintézise

A glükóz-1-foszfát aktiválódása szükséges makroerg vegyületté (UDP-glükóz).
Hormonok (inzulin, glukagon, adrenalin) szabályozzák a glikogén szintézis és lebontás közti egyensúlyt.

Fotoszintézis

Fotoszintézis = növények szénhidrát bioszintézise.

Emberi szervezet energiatároló polimerjei

Glikogén és trigliceridek

Lipidek bioszintézise

*Trigliceridek bioszintézise
*I. Acetil-csoport transzportja a citoplazmába
*II. Iniciáció: ACCáz (acetil-KoA-karboxiláz): acetil-KoA → malonil-KoA
*III. Zsírsavlánc felépülése: Zsírsav-szintáz

Aminosavak-fehérjék bioszintézise

legfontosabb metabolikus prekurzorokból
egyéb aminosavakból
családokba sorolhatók

Fehérjék bioszintézise

aminosavakból
nagy energiaigényű komplex folyamat (a sejt energiaraktárának 90%-a erre fordítódik), ezért erősen szabályozott
a növekedés/fejlődés alapvető folyamata
az endopazmatikus retikulumban történik