20.11. Példa egy összetett anyagcsere útvonalra: a tápanyagok aerob lebontása, vagyis a sejtlégzés áttekintése.

A tápanyagok aerob lebontásának sémáját a 20.18. ábra illusztrálja.

Az összetett folyamaton belül három fő szakaszt különíthetünk el.

Az első szakaszban történik a zsírsavak, a glükóz és egyéb szénhidrátok, valamint egyes aminosavaklebontása acetil-csoportokig, melynek eredményeképpen acetil-koenzim-A( acetil-CoA) keletkezik. Az acetilcsoport a koenzim-A-hoz egy tioészter kötésen keresztül kapcsolódik, ezáltal aktiválódik. Az első és második szakasz oxidációs lépéseiben NADH keletkezik.

A második szakaszban a keletkezett acetil-CoA a citromsavciklusban oxidálódik. A ciklus négy lépésében elektronok elvonásával redukált koenzimek (3 NADH és egy FADH2) keletkeznek.

A harmadik szakaszban a redukált koenzimek által szállított elektronokat membránkötött elektronszállítók, a légzési lánc tagjai (elektrontranszportlánc) veszik át, melyek végső soron oxigént redukálnak vízzé. Ennek energiája segítségével ATP szintetizálódik.

Eukarióták esetében az elektrontranszportlánc tagjai a mitokondrium belső membránjában helyezkednek el. A redukált koenzimek által szállított protonok és elektronok ebben a folyamatban ideiglenesen elválnak egymástól. Az elektrontranszportláncban az elektronok vegyületről vegyületre vándorolva egyre alacsonyabb energiaszintre kerülnek. Az energiaszint csökkenését kísérő felszabaduló energia egy része arra fordítódik, hogy protonok pumpálódjanak a mitokondrium lumenéből a mitokondrium két membránja közötti térbe.

Ennek következtében a két membrán közötti térben nagyobb lesz a protonkoncentráció, mint a lumenben.

A protonkoncentráció részben kémiai potenciálkülönbséget, részben elektromos potenciál különbséget generál a belső membrán két oldalán.

A proton koncentráció a gradiens irányában, exergonikus folyamatban egyenlítődik ki. A protonok a belső membránba ágyazódó ATP-szintáz enzimen keresztül vándorolnak át, amely a protonok átvándorlásában megtestesülő energia egy részét arra használja, hogy ADP-ből és inorganikus foszfátból kiindulva ATP-t generál.

Ennek a fejezetnek egy korábbi részében már ismertettük, hogy az ATP egy része szubsztrátszintű foszforilációval keletkezik ADP-ből. Aerob élőlényekben az ATP nagyobb része azonban az itt említett, terminális elektrontranszportlánchoz kapcsoltoxidatív foszforiláció útján keletkezik.

Az itt vázolt folyamat molekuláris mechanizmusát, az úgynevezett kemiozmotikus modell részleteit, valamint a természet egyik legcsodálatosabb fehérje gépezetének, az ATP-szintáznak a működését az e-jegyzet következő „kötetében” fogjuk kifejteni.

20.18. ábra: A tápanyagok aerob lebontásának sémája

20.18. ábra: A tápanyagok aerob lebontásának sémája