17. A mikroorganizmusok aerob kemoheterotróf anyagcseréje és összehasonlítása az anaerob anyagcserével. "Anaerob respiráció", "aerob erjedés", Pasteur- és Crabtree-effektusok

Question 1

Oxidatív anyagcsere

Answer 1

Ha a sejt lélegzik (respiráció), akkor tipikusan a légköri oxigén segítségével (aerob respiráció) bontja le a cukrot
Folyamat:
1. glükolízis –> piroszőlősav, majd oxidatív dekarboxilezéssel: acetil-koenzim A (citrát-ciklus kapureakciója)
2. Citrát-ciklus
3. Terminális oxidáció

Question 2

Citrát-ciklus

Answer 2

Helyszín:
baktériumok citoplazmája, eukarióták mitokondriumának mátrixa

Folyamat:
1. oxálecetsav (4C) felveszi a CoA által szállított acetilcsoportot (2C) –> citromsav (6C) képződik
2. Átrendeződések után kétszer egymás utáni oxidatív
dekarboxileződés után (kettő CO2 képződik) borostyánkősav (4C - szukcinát) jön létre, ez többszöri oxidatív lépésben oxálecetsavvá alakul
Képződik: 1 GTP, 2 CO2, 3 NADH + H+ és 1 FADH2
–> enzimek segítik a folyamatot, anaerob

Question 3

Terminális oxidáció

Answer 3

1. NADH redukálódik, baktérium plazmamembránjában vagy eukarióták mitokondriumának belső falában az elektron transzportláncnak adja nagy energiájú elektronjait –> terminális elektron akceptor a légzési O2 (2 NADH-ból 4 elektront ad le, ebből 4 protonnal egy O2 vízzé alakul)
   - -> a koenzimek később regenerálódnak
2. Kemiozmózisos mechanizmus: transzportlánc proton pumpái miatt kialakuló protongradienssel ATP szintézis (oxidatív foszforiláció, más, mint szubsztrát szintű foszforiláció a glükolízis során)

–> az aerob anyagcsere kb. 20x annyi energiát termel, mint az anaerob
DE: az oxigén sejtméreg, tudni kell kezelni

Question 4

Oxidatív anyagcsere oxigén nélkül:

Anaerob respiráció

Answer 4

A terminális elektronakceptor nem az O2, hanem: NO3-, SO4 2–, CO2 lehet
Azaz nitrátlégzés, szulfátlégzés és széndioxid-légzés is létrejöhet

Question 5

Mi egyezik a fermentatív és oxidatív anyagcserében?

Answer 5

Redukált koenzimek keletkeztek a kemoorgatortóf anyagcsere korábbi szakaszában, miután ezek regenerálódnak mindkét folyamatban (fermentatív és oxidatív is).
–> Az oxidatív anyagcserében aerob és anaerob légzést különböztethetünk meg a végső elektronakceptortól függően

Question 6

Milyen élőlényeknél fordul az aerob anyagcsere?

Answer 6

A magasabb rendűek mind így működnek

–> Számos baktérium, néhány gomba és protiszta anaerob

Question 7

Aerob erjedés

Answer 7

1. Hiányos oxidáció
2. A citrát-ciklus defektje miatt a szerves tápanyag C-atomjai nem tudnak széndioxiddá oxidálódni, de a koenzimek regenerációja elektrontranszportláncon játszódik le (oxidatív anyagcsere, amely oxigént használ!) → pl. ecetsav-baktériumok (etanol → ecetsav)

Question 8

Pasteur-effektus

Answer 8

Élesztőgombáknál anaerob módon alkoholosan erjesztenek, Pasteur: „a légzés elnyomja az erjedést” → oxigén adagolás hatására gyorsan átállnak oxidatív anyagcserére a sejtek (az alkohol képződése leáll)

Question 9

Crabtree-effektus (reverz Pasteur-effektus)

Answer 9

Élesztőkben oxigén-dús körülmények között is végbemehet az alkoholos erjedés, ha túl nagy a cukorkoncentráció –> (glikolízis gyorsabb, mint az oxidatív anyagcsere) sok piroszőlősav és redukált koenzim keletkezik a glikolízis alatt, amit az oxidatív anyagcsere nem tud „feldolgozni” –> beindul a fermentáció is

Pasteur- és Crabtree-effektusoknak ipari jelentősége van (élesztőgyártás, szeszgyártás)

Question 10

Katabolizmus nem szénhidrát alapon

Answer 10

1. Zsírok: Trigliceridek hidrolízise –> glicerin és zsírsavak
   glicerin: glükolízisben dihidroxiacetonná oxidálja a sejt koenzimekkel
   zsírsavak: Kétszénatomos egységenként lehasadva acetil-koenzim A-vá oxidálódnak (béta-oxidáció) –> Citrát-ciklusban hasznosulnak
2. Fehérjék: Hidrolízis aminosavakra –> oxidatívan dezaminálódnak, alfa-ketosavakat eredményeznek, ezeket citrát-ciklusba be lehet vezetni