Bevezetés a sejtlégzésbe

Szerény véleményem szerint a legfontosabb biokémiai reakció – különösen a mi számunkra – a sejtlégzés. Azért ez a szilárd meggyőződésem, mert e folyamat során nyerünk energiát abból, amit megeszünk, ami táplál minket, egészen pontosan a glükózból. Végső soron a legtöbb táplálékunk – főképpen a szénhidrátok – glükózzá alakul. A következő videókban arról beszélünk, hogy miképp nyerünk energiát zsírokból és fehérjékből. A sejtlégzés révén a glükózból energia keletkezik, néhány melléktermék kíséretében. A pontosság kedvéért felírom a folyamat reakcióegyenletét. A glükóz molekulaképletében 6 szénatom, 12 hidrogénatom és 6 oxigénatom található. Ez a glükóz képlete. Vagyis 1 mol glükózzal 6 mól oxigénmolekula reagál a sejtben. Ez az egyenlet erősen leegyszerűsítve írja le a sejtlégzést. A következő videókból derül ki majd igazán, hogy mennyire mélyre áshatunk a folyamat részleteiben. De jó, ha egészben is látjuk. Szóval 1 mol glükózból és 6 mol oxigénből a sejtlégzés során... legyen ez a folyamat egyelőre egy nagy fekete doboz. Ez a sejtlégzés folyamata. Látjuk majd, hogy ez nem ilyen egyszerű, de igazából semmi sem az, ha jobban megnézzük. A sejtlégzés eredményeképpen 6 mol szén-dioxid és 6 mol víz keletkezik. Emellett – és ez rendkívül fontos –, energia is felszabadul a folyamatban. Ez az energia más folyamatokhoz hasznosítható, például ahhoz, hogy fűtsük a testünket, vagy elektromos impulzusokat hozzunk létre az agyunkban. Minden energiaigényes folyamathoz – akár az emberi szervezetben, akár más élőlényekben – a sejtlégzés szolgáltatja az energiát. Az energiáról szólva felmerülhet a kérdés: Nem úgy volt az előző videóban, hogy az ATP a közös energiavaluta a biológiai rendszerekben? Most meg úgy tűnik, hogy a glükóz az általános energiavaluta. Bizonyos értelemben mindkét válasz helyes. Ugyanis a sejtlégzés folyamata során valóban energia szabadul fel, de ez az energia ATP molekulák képzésére hasznosul. A sejtlégzésben felszabaduló energia sorsát követve azt látnánk, hogy részben csupán hővé alakul. A felszabaduló hő felmelegíti a sejtet. Egy másik része pedig, ahogy a tankönyvek is kiemelik, 38 mol ATP előállítására hasznosul. Ez felhasználható például izomösszehúzódásra, vagy idegi impulzusok képzésére, vagy bármi másra, növekedésre, osztódásra, ami a sejtnek szükséges. Szóval azt mondani, hogy a sejtlégzés energiát termel, nem egészen pontos. Valójában a sejtlégzés a glükóz lebontását és az ATP termelését jelenti, esetleg hőfelszabadulás mellett. De ez a felszabaduló hő is hasznos számunkra. A szervezetünknek szüksége van egy bizonyos hőmérsékletre ahhoz, hogy jól működjön. A lényeg, hogy a glükóz lebomlik, és mólonként 38 mol ATP keletkezik a tankönyvek szerint. Valójában ez a 38 ATP csak ideális esetben keletkezne. A videó elkészítése előtt kicsit utánaolvastam, és valójában a sejt hatékonyságától függően a sejtlégzés ATP-mérlege inkább 29-30 körül van. Nagy a különbség az egyes sejtek közt, és ennek a kutatása még jelenleg is tart. Összességében ennyibből áll a sejtlégzés. A következő videókban egyenként sorra vesszük az egyes részeit. Most éppen csak bemutatom, hogy megismerjük a sejtlégzés részfolyamatait. Az első szakasz neve glikolízis. Ez szó szerint a glükóz szétbontását jelenti. A gliko- tag a glükózra utal, a -lízis pedig szétbontást jelent. Hasonlóképpen a hidrolízis víz segítségével történő bontást jelent. A glikolízis tehát a glükóz szétbontását jelenti. Ha érdekel a szavak eredete, a glükóz névben a glük- tag az édes szó görög megfelelőjéből ered. A glükóz pedig valóban édes. A cukrok neve pedig mindig -ózra végződik. Vagyis ez csak annyit jelent, hogy ez egy cukor. Az „édes cukor” elnevezés felesleges szószaporításnak tűnhet, viszont vannak nem édes cukrok is, például a laktóz. A tej ugyan lehet kicsit édes, de igazán édes cukrok csak az emésztés során szabadulnak fel belőle, eredetileg nem olyan édes, mint a glükóz, fruktóz vagy a szacharóz. De ez most mellékes. Szóval a sejtlégzés első lépése a glikolízis, a glükóz szétbontása. A 6 szénatomos glükózmolekula szétbomlik. Valahogy így néz ki. Igazából gyűrűs szerkezetű, mutatom, hogy néz ki valójában. Ez itt egy glükózmolekula. Összesen 1,2,3,4,5,6 szénatomból áll. Ez egy wikipédiás ábra. A glükóz szócikkben található, ha valaki kíváncsi a részletekre. Mint látható, 6 szénatom és 6 oxigénatom van benne. 1,2,3,4,5,6. Ezek a kis kék atomok pedig a hidrogének. Így néz ki egy glükózmolekula. Térjünk vissza a glikolízishez. Egyenes vonalként ábrázolom a glükózt, de lehetne szénlánc formájában is, amelyben a szénatomokhoz oxigének és hidrogének kapcsolódnak. Az alapváza szénatomokből áll. A glikolízis során ez a szénlánc szakad ketté. Ez a glikolízis lényege. A glükózmolekula tehát szétesett. A többi részét ugyan nem ábrázoltam, de persze minden szénatomhoz kötődnek más atomok is, oxigének és hidrogének. A képződő 3 szénatomos molekulák neve piruvát (piroszőlősav). Ezt majd részletesen is kifejtjük. A glikolízis folyamata 2 ATP-t igényel, és 4 ATP-t termel. Így a folyamat nettó energiamérlege nettó 2 ATP glükózmolekulánként. Ez az első szakasz. Ez a folyamat oxigén nélkül is képes végbemenni. Majd készül egy külön videó is a glikolízisről. A végtermékek ezután kissé átalakulnak, majd belépnek a citromsavciklusba (Krebs-ciklus). Ez a szakasz további 2 ATP-t termel. A citromsavciklust egy újabb folyamat követi. Persze egy sejtben ezek mind egyszerre történnek, de ettől még vehetjük úgy, hogy ez a glikolízis és a citromsavciklus után következik. Ez a folyamat oxigént igényel. Csak hogy tisztázzuk: a glikolízis nem igényel oxigént. Végbemehet oxigénnel vagy anélkül is, de nem igényel oxigént. Úgy mondjuk, hogy ez egy anaerob folyamat, a sejtlégzés anaerob szakasza. Ezt ide is írom. Mivel a glikolízis nem igényel oxigént, anaerob folyamatnak nevezzük. Az aerob edzés ismerős fogalom lehet. Az aerob edzés lényege, hogy a légzés fokozódjon, mert az aerob testmozgáshoz sok oxigén szükséges. Az anaerob folyamatok nem igényelnek oxigént, az aerobok pedig igen. Az anaerob az aerob ellentéte, vagyis nem igényel oxigént. A glikolízis tehát anaerob folyamat, és összességében 2 ATP-t termel. Ezután a citromsavciklus következik. A kettő közt van egy kis átalakulás, amire majd részletesen kitérünk. Ezután következik a citromsavciklus, amely aerob. Oxigénigényes. Ez a folyamat is 2 ATP-t termel. A következő rész számomra eleinte nagyon zavarosnak tűnt. De csak írjuk le a hagyományos módon. Most következik az elektronszállító lánc. Ebben a folyamatban termelődik az ATP túlnyomó többsége. Összesen 34 ATP. Ez a folyamat szintén aerob, oxigént igényel. Tehát ha a sejtek nem jutnak oxigénhez, akkor is termelhető egy kis energia, de közel sem annyi, mint oxigén jelenlétében. Amikor kezd elfogyni az oxigén a sejtben, ezek a folyamatok nem tudnak lezajlani, és a glikolízis végtermékei az oxigénigényes citromsavciklus és az elektronszállító lánc helyett egy erjedés nevű mellékfolyamatba jutnak. Egyes élőlényekben az erjedés a glikolízis termékeiből alkoholt képez. Így keletkezik az alkohol. A folyamat neve alkoholos erjedés. Bennünk emberekben (szerencsére, vagy sem), az izmokban nem alkohol képződik, hanem tejsav. Bennünk tehát tejsavas erjedés megy végbe. Ezt le is írom. Ez az emberekre és egyéb emlősökre is jellemző. Más élőlényekben viszont, például az élesztőkben, alkoholos erjedés megy végbe. Ez történik oxigén nélkül. A tejsav az, ami egy erős sprint során, amikor nem jutunk elég oxigénhez, izomfájdalmat okozva felhalmozódik. De ez most mellékes. Oxigén jelenlétében a citromsavciklusban 2 ATP képződik, majd az elektronszállító láncban 34 ATP, ami a sejtlégzés ATP-termelésének fő hányada. Ezt a szakaszt mellékesnek neveztem, de ez nem egészen igaz. Ebben a folyamatban ugyanis másféle a molekulák is képződnek, illetve átalakulnak. Tudom, ez elég bonyolult, de remélhetőleg a következő pár videó majd segít megérteni. Ebben az első két szakaszban, a glikolízis és a citromsavciklus során folyamatosan zajlik a NAD⁺ átalakítása NADH-vá, hidrogén hozzáadásával. Glükózmolekulánként 10 NAD⁺ alakul át NADH-vá. Ezek a NADH molekulák azok, amelyek hajtják az elektronszállító láncot. Később majd bővebben is beszélek arról, hogy mi is történik, hogyan alakul át az energia, és hogy ez mitől redoxireakció, hogy mi oxidálódik és mi redukálódik. Azt akartam hangsúlyozni, hogy ezek a folyamatok nem csupán 2-2 ATP-t termelnek, hanem összesen még 10 NADH-t is, amelyek egyenként 3 ATP képzésre fordíthatók ideális esetben az elektronszállító láncban. Hasonló folyamat játszódik le egy másik, FAD⁺ nevű molekulával is, amiből FADH keletkezik. Ez mind rendkívül bonyolult dolog, de majd még csinálok erről videókat. A legfontosabb dolog az, hogy a sejtlégzés során a glükóz energiáját átcsomagoljuk 38 ATP molekulába. Ha vizsgázol, ezt beírhatod helyes számnak. A valóságban viszont ennél kisebb a nyereség, és hő is képződik. Igazából nagyobbrészt hő képződik. De ideális esetben 38 ATP is, három szakaszon keresztül. Elsőként a glikolízis, ahol a glükóz molekulája kettéhasad, és némi ATP is keletkezik. Viszont, ami fontosabb, NADH is képződik, amelyet később az elektronszállító lánc hasznosít. A glikolízis termékei ezután a citromsavciklusban tovább bomlanak, ahol újabb 2 ATP keletkezik, de emellett még több NADH is. Ez pedig mind az elektronszállító láncban hasznosul, ahol a hasznosítható energia többsége kinyerhető 34 ATP formájában.