====== Az intermedier anyagcsere – bioenergetika ======
  * 2012. szeptember 11-12.
  * Előadó: Bánhegyi Gábor
  * {{:aok:biokemia:eloadasok_egyebek:bioenergox.pdf|előadásábra (pdf)}}

  - az energiafajták egymásba átalakíthatóak, összegük a világegyetemben állandó
  - a világegyetem rendezetlensége (entrópia) fokozódik
  - az élőlények nyílt, izobár-izoterm rendszert alkotnak, rendezettségüknek fenn kell maradni, ehhez környezetükből vesznek fel energiát.
 

===Energiaforrások: ===

  * primer – Nap energiája – autotróf élőlények hasznosítják kb 0,02%-át fotoszintézis segítségével
  * kémiai energia – heterotróf élőlények hasznosítják
 
A felvett energia átalakítandó, raktározandó.

A táplálék makromolekuláinak (glikogén, lipidek, GAG, fehérjék, stb.) lebontása építőkövekre (monoszacharidok, zsírsavak, aminosavak, koleszterol stb.) = **EMÉSZTÉS** majd további lebontás: **KATABOLIZMUS** (főként szervetlen anyagok keletkeznek CO<sub>2</sub>, H<sub>2</sub>O, urea, urát, NH<sub>3</sub>  stb.) 

Bioszintézis: **ANABOLIZMUS** = saját makromolekulák felépítése a táplálékból keletkezett építőkövekből.

katabolizmus + anabolizmus = METABOLIZMUS. 

A katabolizmus során energia szabadul fel, ebből a felszabadult energiából fedezi a szervezet az anabolizmus, a mozgás, membrántranszport, jelátvitel energiaigényét és felhasználódik a testhőmérséklet fenntartására is. 

  * ∆G – szabadenergiaváltozás (rendszer munkavégző képessége állandó hőmérsékleten és nyomáson)
  * ∆G° - szabadenergiaváltozás meghatározott körülmények között (standard körülmények)
  * ∆G’° - standard szabadenergia-változás – meghatározott állapot + meghatározott pH (0,1 MPa, légköri nyomás, 25 C° , pH=7, 1 M)

ha ∆G’° (−) → exergonikus reakció

ha ∆G’° (+) → endergonikus reakció

===Spontán / nem spontán reakciók===

No1: A + B  →  C + D      ( ΔG < 0 -> **exergonikus** )

Ha a reakció aktiválási energiája alacsony, előre halad. 

Ha a reakció aktiválási energiája magas, katalízis szükségeltetik. 

No2: E + F  →  G + H      ( ΔG > 0 -> **endergonikus** )

Ha a reakció aktiválási energiája alacsony, hátrafelé halad. 

Ha a reakció aktiválási energiája magas, katalizátor jelenlétében hátrafelé halad. 

**A katalizátor nem változtatja meg az adott reakció irányát!**

===Enzimek===

  - csökkentik az aktiválási energiát
  - irányítják a reakciót
  - fokozzák a reakció sebességét ( karboanhidráz: 10<sup>7</sup> )

==== Kapcsolt reakciók ====

A spontán reakciók szabadenergiaváltozása részben felhasználható és/vagy más energiává alakítható.
Az enzim, ami egy spontán reakciót kapcsolni tud egy nem-spontánnal, vagy mindkét reakciót katalizálja egyidejűleg, vagy egyiket sem.

  * közös intermedier az aktív centrumban
  * konformációváltozás az enzimfehérjében a spontán reakció után (pl foszforiláció: P csoport -> (-) töltés )

  - A + B  →  C + D     (ΔG = -50 kJ/mol)
  - E + F  →  G + H     (ΔG = +30 kJ/mol) 

Ha a reakciók aktiválási energiája alacsony, előre (1) illetve hátrafelé (2) haladnak, nincs lehetőség az összekapcsolásukra. 
Ha a reakciók aktiválási energiája magas (=katalízis szükséges) a két reakciót egy közös enzim katalizálhatja, és mindkettő előrefelé halad. 

Ebben az esetben a **kapcsolt reakció**: A + B + E + F →  C + D + G + H     (ΔG = -20 kJ/mol)

pl.: __szukcinil-KoA szintetáz__ (citrátkör)

  - R-KoA + H<sub>2</sub>O -> szukcinát + KoA  -  **spontán**
  - GDP + P<sub>i</sub> -> GTP + H<sub>2</sub>O  -  **nem spontán**

**kapcsolt reakció:** R-KoA + GDP + P<sub>i</sub> -> szukcinát + KoA + GTP  (∆G’° = -2,9 kJ/mol)
(reverzibilis reakció, de mivel a szukcinát rögtön továbbalakul, egyirányú.)

=== Kapcsolt reakciók - Csoportátvitel===

pl.: __piruvát-kináz__ (glikolízis)

  - foszfoenol-piruvát + H<sub>2</sub>O -> piruvát + P<sub>i</sub>  **spontán**
  - ADP + P<sub>i</sub> -> ATP + H<sub>2</sub>O **nem spontán**

**kapcsolt reakció:** foszfoenolpiruvát + ADP –> piruvát + ATP  (∆G’°=-31,4kJ/mol)
(spontán, irreverzibilis reakció)

Ugyanaz a csoport különböző eredetű lehet és sokféle szubsztrátra vihető át. A csoportátvivők csökkentik a szükséges enzimek számát.
A csoportátvivők általában koenzimek.

^ koenzim ^ átvitt kémiai csoportok ^ prekurzor emlősökben ^
| biotin | CO<sub>2</sub> | biotin (B<sub>7</sub>) |
| koenzim A | acil csoportok | pantoténsav (B<sub>5</sub>) |
| 5’-Deoxiadenozilkobalamin és metilkobalamin | H atomok és alkik csoportok | B<sub>12</sub> vitamin |
| FAD | elektronok | riboflavin (B<sub>2</sub>) |
| liponsav | elektronok és acil csoportok | - |
| NAD<sup>+</sup> | hidrid ion: H<sup>-</sup> | nikotinsav (niacin/B<sub>3</sub>) |
| piridoxál foszfát | amino csoportok | piridoxin (B<sub>6</sub>) |
| tetrahidrofolát | egyszénatomos csoportok | folát (B<sub>9</sub>) |
| tiamin pirofoszfát | aldehidek | tiamin (B<sub>1</sub>) |
| purin nukleotidok (ATP/GTP) | foszforil csoport | - |

=== csoportátviteli potenciál (csáp) ===

**Definíció:** A hidrolízis negatív szabadenergia változása. (A csoport eltávolításakor felszabaduló szabadenergia.) 

-ΔG<sub>hidrolízis</sub> (kJ/mol) 

**Jelentése:** A csoportátadás tendenciáját mutatja. A magasabb csoportátviteli potenciállal rendelkező molekula a donor, az alacsonyabbal az akceptor. -> A csoportátvitel iránya előre jelezhető.

**Használata:** A csoportátviteli reakció szabadenergia változása kiszámítható a csoportátviteli potenciálok különbségéből. 

Az átvivőknek általában magas (de nem a legmagasabb csáp-ja van.)

=== Foszforilcsoport-átvitel ===

  * központi szerepet játszik a kapcsolásban
  * az ATP a sejt anyagcseréjének "szabadenergia eurója"

** Miért jó átvivő az ATP? **

miért jó átvivő az ATP: 
  * a poláros P = O kettős kötés a foszfátokat érzékennyé teszi a nukleofil támadás, így a hidrolízis iránt
  * a negatívan töltött (fiziológiás pH-n) foszforil csoportok taszítják egymást
  * az eltávolított foszfátot a rezonancia (delokalizáció) stabilizálja
  * a hidrolízist savi disszociáció követi fiziológiás pH-n

===ATP===

{{:aok:biokemia:atp.png?200|}}

  * a leggyakoribb foszforilcsoport átvivő a sejtben.
  * két magas csáp-ú savanhidrid kötésének bontása 30,5 kJ/mol (ATP -> ADP) vagy 64,6 kJ/mol (ATP -> AMP) szabadenergiát szolgáltathat.

**Intracelluláris koncentráció:** 2-10 mM 
**Teljes mennyiség emberben:** ≈ 50 g. 
**Felhasználás:** ≈ 50 kg/nap (nyugalomban) ≈ 0.5 kg/min (sport) 

**energiatöltés:** azt jellemzi, hogy a sejt energetikailag milyen állapotban van. 0 és 1 között változhat. 0,  ha minden adenin nukleotid AMP a sejtben. 1, ha csak ATP van a sejtben.

===ADP -> ATP===

a katabolizmus szabadenergia terhére

  *  oxidatív foszforiláció    
     * az ATP termelését a légzési lánc biztosítja (mitok.)
     * ATP szintézis spontán iontranszporthoz kapcsolt
     * a fő ATP forrás aerob körülmények között
  *  szubsztrátszintű foszforiláció
     * minden más ATP termelő reakció a sejtben
     * az ATP szintézis spontán biokémiai reakcióhoz kapcsolt
     * **az egyedüli ATP forrás anaerob körülmének között** (1+2)
       - foszfoglicerát kináz (glikolízis) 
       - piruvát kináz (glikolízis) 
       - szukcinil-KoA szintetáz (citrát ciklus) 
       - (kreatin kináz)

===ATP -> ADP===

  - bioszintézis (nem spontán anabolikus reakciók)
  - mozgás (izomösszehúzódás + intracell. mozgások)
  - transzport
     * primer aktív transzport: pumpák (ATP-ázok) - grádiens létrehozása
     * másodlagosan aktív transzport: primer pumpa által létrehozott grádiens terhére
  - jelátvitel és szabályozás (receptorok, regulátor fehérjék, transzkripciós faktorok és effektor enzimek foszforilációja. cAMP szintézis ATP-ből (__adenilát-cikláz__)
  - egyéb - speciális ATP felhasználó folyamatok

ATP -> ADP + P<sub>i</sub>  (30kJ/mol)
ATP -> AMP + P<sub>i</sub> + P<sub>i</sub> (a pirofoszfát is hidrolizál) (68kJ/mol)
ATP -> AMP + PP<sub>i</sub> (30kJ/mol)