Kaj je glavni vir energije celic?

Vsebina

• Hranila proti gorivom
• Prokariontske celice proti evkariontskim celicam
• Kaj je glukoza?
• Kaj je ATP?
• Biologija celic
• Glikoliza
• Fermentacija
• Krebsov cikel
• Elektronska transportna veriga

Verjetno ste že od malih nog razumeli, da mora hrana, ki jo jeste, postati "nekaj" veliko manjšega od tistega, kar je v "hrani", da lahko pomagate svojemu telesu. Kakor se zgodi, natančneje, ena sama molekula ogljikovih hidratov razvrščen kot sladkorja je najboljši vir goriva v vsaki presnovni reakciji, ki se pojavi v kateri koli celici kadarkoli.

Ta molekula je glukoza, molekula s šestimi ogljiki v obliki koničastega obroča. V vse celice vstopi glikoliza, v bolj zapletenih celicah pa tudi sodeluje fermentacija, fotosinteza in celično dihanje v različnih stopnjah pri različnih organizmih.

Toda drugačen način odgovora na vprašanje "Katero molekulo celice uporabljajo kot vir energije?" to razlaga kot: "Kakšna molekula neposredno pooblasti celice za lastništvo procesov? "

Hranila proti gorivom

Ta "napajajoča" molekula, ki je tako kot glukoza aktivna v vseh celicah, je ATPali adenozin trifosfat, nukleotid, ki ga pogosto imenujemo "energijska valuta celic." Na katero molekulo bi si morali misliti, ko se vprašate: "Katera molekula je gorivo za vse celice?" Ali gre za glukozo ali ATP?

Odgovor na to vprašanje je podoben razumevanju razlike med besedami "Ljudje dobivajo fosilna goriva iz tal" in "Ljudje pridobivajo energijo fosilnih goriv iz elektrarn na premog." Obe trditvi sta resnični, vendar obravnavata različne stopnje v verigi pretvorbe energije presnovnih reakcij. Pri živih stvareh oz. glukoza je temeljna hranilo, vendar je ATP osnovna gorivo.

Prokariontske celice proti evkariontskim celicam

Vsa živa bitja spadajo v eno od dveh širokih kategorij: prokarioti in evkarioti. Prokarioti so enocelični organizmi taksonomskih domene Bakterije in arheje, medtem ko vsi evkarionti sodijo v domeno Eukaryota, ki vključuje živali, rastline, glive in protiste.

Prokarioti so drobni in preprosti v primerjavi z evkarionti; njihove celice so ustrezno manj zapletene. V večini primerov je prokariotska celica ista stvar kot prokariontski organizem, energijske potrebe bakterij pa so precej manjše kot pri kateri koli evkariontski celici.

Prokariontske celice imajo enake štiri komponente, ki jih najdemo v vseh celicah naravnega sveta: DNK, celična membrana, citoplazma in ribosomi. Njihova citoplazma vsebuje vse encime, potrebne za glikolizo, vendar odsotnost mitohondrijev in kloroplastov pomeni, da je glikoliza res edina presnovna pot, ki je na voljo za prokariote.

Preberite več o podobnosti in razlikah med prokariotskimi in evkariontskimi celicami.

Kaj je glukoza?

Glukoza je šest-ogljikov sladkor v obliki obroča, ki je v diagramih predstavljen s šestkotno obliko. Njegova kemijska formula je C₆H₁₂O₆, pri čemer dobimo razmerje med C / H / O 1: 2: 1; to je v resnici ali pa vse biomolekule, uvrščene med ogljikove hidrate.

Glukoza velja za a monosaharid, kar pomeni, da ga ni mogoče reducirati na različne, manjše sladkorje z razbijanjem vodikovih vezi med različnimi komponentami. Fruktoza je še en monosaharid; saharoza (namizni sladkor), ki nastane s spajanjem glukoze in fruktoze, velja za a disaharid.

Glukozo imenujejo tudi "krvni sladkor", ker gre za to spojino, katere koncentracijo izmerimo v krvi, ko klinični ali bolnišnični laboratorij določa bolnikov metabolični status. Lahko ga infundiramo neposredno v krvni obtok v intravenskih raztopinah, ker pred vnosom telesnih celic ne potrebuje razpada.

Kaj je ATP?

ATP je a nukleotid, kar pomeni, da je sestavljen iz ene od petih različnih dušikovih baz, pet-ogljikovega sladkorja, imenovanega riboza, in ene do treh fosfatnih skupin. Osnove nukleotidov so lahko adenin (A), citozin (C), gvanin (G), timin (T) ali uracil (U). Nukleotidi so gradniki DNK nukleinskih kislin in RNK; A, C in G najdemo v obeh nukleinskih kislinah, medtem ko je T najden le v DNK in U le v RNA.

"TP" v ATP, kot ste videli, pomeni "trifosfat" in pomeni, da ima ATP največje število fosfatne skupine, ki jo ima lahko nukleotid - tri. Večina ATP nastane s pritrditvijo fosfatne skupine na ADP ali adenozin-difosfat, postopek znan kot fosforilacija.

ATP in njegovi derivati ​​imajo široko paleto uporabe v biokemiji in medicini, od katerih so mnoge v raziskovalnih fazah, ko se 21. stoletje bliža tretjemu desetletju.

Biologija celic

Sprostitev energije iz hrane vključuje pretrganje kemičnih vezi v sestavnih delih hrane in izkoriščanje te energije za sintezo molekul ATP. Ogljikovi hidrati so na primer vsi oksidira na koncu do ogljikovega dioksida (CO₂) in vode (H₂O). Maščobe so tudi oksidirane, saj njihove verige maščobnih kislin povzročajo acetatne molekule, ki nato v evkariontske mitohondrije vstopijo v aerobno dihanje.

Produkti razgradnje beljakovin so bogati z dušikom in se uporabljajo za gradnjo drugih beljakovin in nukleinskih kislin. Toda nekatere od 20 aminokislin, iz katerih so zgrajene beljakovine, se lahko spremenijo in vstopijo v celični metabolizem na ravni celičnega dihanja (npr. Po glikolizi)

Glikoliza

Povzetek: Glikoliza neposredno nastaja 2 ATP za vsako molekulo glukoze; oskrbuje piruvatske in elektronske nosilce za nadaljnje presnovne procese.

Glikoliza je serija desetih reakcij, v katerih se molekula glukoze preoblikuje v dve molekuli tri-ogljikove molekule piruvata, ki na poti povzroči 2 ATP. Sestavljen je iz zgodnje "naložbene" faze, v kateri se 2 ATP uporabljata za pritrditev fosfatnih skupin na gibljivo molekulo glukoze, in kasnejša "povratna" faza, v kateri se je derivat glukoze razdelil na par tri ogljikovih vmesnih spojin , daje 2 ATP na tri ogljikove spojine in to 4 na splošno.

To pomeni, da je neto učinek glikolize ustvariti 2 ATP na molekulo glukoze, saj se v naložbeni fazi porabi 2 ATP, v fazi izplačila pa se skupno izvede 4 ATP.

Preberite več o glikolizi.

Fermentacija

Povzetek: Fermentacija polni NAD⁺ za glikolizo; neposredno ne proizvaja ATP.

Kadar ni dovolj kisika, da bi zadostili potrebam po energiji, kot je na primer, če tečete zelo težko ali dvigujete uteži, je glikoliza lahko edini presnovni proces, ki je na voljo. Tukaj pride do "kurjenja mlečne kisline", za katero ste morda slišali. Če piruvat ne more vstopiti v aerobno dihanje, kot je opisano spodaj, se pretvori v laktat, ki sam po sebi ne naredi veliko dobrega, vendar zagotavlja, da se glikoliza lahko nadaljuje s preskrbo ključna vmesna molekula, imenovana NAD⁺.

Krebsov cikel

Povzetek: Krebsov cikel proizvede 1 ATP na obrat cikla (in s tem 2 ATP na glukozo "navzgor", ker lahko 2 piruvata tvorita 2 acetil CoA).

V normalnih razmerah zadostnega kisika se skoraj ves piruvat, ustvarjen z glikolizo v evkariontih, iz citoplazme preseli v organele ("male organe"), znane kot mitohondrije, kjer se pretvori v dvo-ogljikovo molekulo acetilni koencim A (acetil CoA) z odstranjevanjem in sproščanjem CO₂. Ta molekula se kombinira s štirimi ogljikovimi molekuli, imenovanimi oksaloacetat, in ustvari citrat, kar je prvi korak v tem, kar se imenuje tudi cikel TCA ali cikel citronske kisline.

To "kolo" reakcij je sčasoma zmanjšalo citrat nazaj v oksaloacetat, na poti pa nastane en sam ATP, skupaj s štirimi tako imenovanimi visokoenergijskimi nosilci elektronov (NADH in FADH₂).

Elektronska transportna veriga

Povzetek: Transportna veriga elektronov daje približno 32 do 34 ATP na molekulo glukoze na zgornji točki, tako da daleč največ prispeva k celični energiji evkariotov.

Nosilci elektronov iz Krebsovega cikla se premikajo iz notranjosti mitohondrijev v notranjo membrano organelov, ki imajo pripravljene na delo vse vrste specializiranih encimov, imenovanih citokromi. Skratka, ko se elektroni v obliki vodikovih atomov odvzamejo svojim nosilcem, to povzroči fosforilacijo molekul ADP v velik del ATP.

Kisik mora biti prisoten kot končni sprejemnik elektronov v kaskadi, ki se pojavi skozi membrano, da se ta veriga reakcij pojavi. V nasprotnem primeru se proces celičnega dihanja "upira nazaj" in tudi Krebsov cikel ne more priti.