التمثيل الغذائي الخلوي: التعريف والعملية ودور ATP

تتطلب الخلايا طاقة للحركة والقسمة والضرب والعمليات الأخرى. يقضون جزءًا كبيرًا من حياتهم في التركيز على الحصول على هذه الطاقة واستخدامها من خلال التمثيل الغذائي.

الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة تعتمد على مسارات التمثيل الغذائي المختلفة للبقاء على قيد الحياة.

استقلاب الخلية هي سلسلة العمليات التي تحدث في الكائنات الحية للحفاظ على تلك الكائنات.

في بيولوجيا الخلية و البيولوجيا الجزيئيةيشير التمثيل الغذائي إلى التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث داخل الكائنات الحية لإنتاج الطاقة. يشير الاستخدام العامية أو التغذوية لعملية التمثيل الغذائي إلى العمليات الكيميائية التي تحدث في جسمك أثناء تحويل الطعام إلى طاقة.

على الرغم من وجود أوجه تشابه بين المصطلحات ، إلا أن هناك اختلافات أيضًا. التمثيل الغذائي مهم للخلايا لأن العمليات تحافظ على الكائنات الحية وتسمح لها بالنمو والتكاثر والانقسام.

هناك بالفعل عمليات استقلاب متعددة. التنفس الخلوي هو نوع من المسارات الأيضية التي تكسر الجلوكوز لتكوينه أدينوسين ثلاثي الفوسفاتأو ATP.

الخطوات الرئيسية للتنفس الخلوي في حقيقيات النواة نكون:

• تحلل السكر
• أكسدة البيروفات
• حامض الستريك أو دورة كريبس
• الفسفرة التأكسدية

المواد المتفاعلة الرئيسية هي الجلوكوز والأكسجين ، بينما المنتجات الرئيسية هي ثاني أكسيد الكربون والماء و ATP. التمثيل الضوئي في الخلايا هو نوع آخر من المسارات الأيضية التي تستخدمها الكائنات الحية لصنع السكر.

استخدام النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء البناء الضوئي. الخطوات الرئيسية هي التفاعلات المعتمدة على الضوء ، ودورة كالفين أو التفاعلات المستقلة للضوء. المواد المتفاعلة الرئيسية هي الطاقة الضوئية وثاني أكسيد الكربون والماء ، بينما المنتجات الرئيسية هي الجلوكوز والأكسجين.

التمثيل الغذائي في بدائيات النوى يمكن أن تختلف. تشمل الأنواع الأساسية للمسارات الأيضية غيرية التغذية ، ذاتية التغذية ، ضوئي و التغذية الكيميائية تفاعلات. يمكن أن يؤثر نوع التمثيل الغذائي الذي تمتلكه بدائيات النوى على المكان الذي تعيش فيه وكيف تتفاعل مع البيئة.

تلعب مسارات التمثيل الغذائي أيضًا دورًا في علم البيئة وصحة الإنسان والأمراض. على سبيل المثال ، هناك بدائيات النوى التي لا يمكنها تحمل الأكسجين ، مثل ج. البوتولينوم. يمكن أن تسبب هذه البكتيريا التسمم الغذائي لأنها تنمو بشكل جيد في المناطق التي لا تحتوي على أي أكسجين.

مقالات لها صلة:5 اختراقات حديثة تظهر سبب أهمية أبحاث السرطان

الانزيمات هي المواد التي تعمل المحفزات لتسريع أو إحداث تفاعلات كيميائية. تعتمد معظم التفاعلات الكيميائية الحيوية في الكائنات الحية على الإنزيمات لتعمل. إنها مهمة لعملية التمثيل الغذائي الخلوي لأنها يمكن أن تؤثر على العديد من العمليات وتساعد في بدءها.

الجلوكوز والطاقة الضوئية هما أكثر مصادر الوقود شيوعًا لعملية التمثيل الغذائي للخلايا. ومع ذلك ، فإن المسارات الأيضية لن تعمل بدون الإنزيمات. معظم الإنزيمات في الخلايا عبارة عن بروتينات وتقلل من طاقة التنشيط لبدء العمليات الكيميائية.

نظرًا لأن معظم التفاعلات في الخلية تحدث في درجة حرارة الغرفة ، فهي بطيئة جدًا بدون إنزيمات. على سبيل المثال ، خلال تحلل السكر في التنفس الخلوي ، الإنزيم بيروفات كيناز يلعب دورًا مهمًا من خلال المساعدة في نقل مجموعة الفوسفات.

التنفس الخلوي في حقيقيات النوى يحدث في المقام الأول في الميتوكوندريا. تعتمد الخلايا حقيقية النواة على التنفس الخلوي للبقاء على قيد الحياة.

أثناء تحلل السكرتقوم الخلية بتكسير الجلوكوز في السيتوبلازم مع وجود الأكسجين أو بدونه. يقسم جزيء السكر المكون من ستة كربون إلى جزئين من ثلاثة كربون بيروفات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تحلل السكر يصنع ATP ويحول NAD + إلى NADH. أثناء أكسدة البيروفاتتدخل البيروفات مصفوفة الميتوكوندريا وتصبح أنزيم أ أو أسيتيل CoA. هذا يطلق ثاني أكسيد الكربون ويصنع المزيد من NADH.

أثناء ال حامض الستريك أو دورة كريبس، يجمع أسيتيل CoA مع أوكسالو أسيتات ليصنع سترات. بعد ذلك ، تمر السترات من خلال تفاعلات لإنتاج ثاني أكسيد الكربون و NADH. تصنع الدورة أيضًا FADH2 و ATP.

أثناء الفسفرة التأكسدية، ال سلسلة نقل الإلكترون يلعب دورًا حاسمًا. يعطي NADH و FADH2 الإلكترونات لسلسلة نقل الإلكترون وتصبح NAD + و FAD. تتحرك الإلكترونات أسفل هذه السلسلة وتصنع ATP. هذه العملية تنتج الماء أيضًا. غالبية إنتاج ATP أثناء التنفس الخلوي في هذه الخطوة الأخيرة.

يحدث التمثيل الضوئي في الخلايا النباتية وبعض الطحالب وبعض البكتيريا تسمى البكتيريا الزرقاء. تحدث عملية التمثيل الغذائي هذه في البلاستيدات الخضراء بفضل الكلوروفيل ، وتنتج السكر مع الأكسجين. ال ردود الفعل التي تعتمد على الضوء، بالإضافة إلى دورة كالفين أو التفاعلات المستقلة عن الضوء ، هي الأجزاء الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي. إنه مهم للصحة العامة للكوكب لأن الكائنات الحية تعتمد على نباتات الأكسجين التي تصنعها.

أثناء ال ردود الفعل التي تعتمد على الضوء في ال غشاء الثايلاكويد من البلاستيدات الخضراء ، الكلوروفيل تمتص الأصباغ الطاقة الضوئية. يصنعون ATP و NADPH والماء. أثناء ال دورة كالفين أو تفاعلات الضوء المستقلة في ال سدىيساعد ATP و NADPH في صنع جليسيرالديهيد -3 فوسفات أو G3P ، والذي يتحول في النهاية إلى جلوكوز.

مثل التنفس الخلوي ، يعتمد التمثيل الضوئي على الأكسدة والاختزال التفاعلات التي تنطوي على عمليات نقل الإلكترون وسلسلة نقل الإلكترون.

هناك مختلف أنواع الكلوروفيل، والأنواع الأكثر شيوعًا هي الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب والكلوروفيل ج. تحتوي معظم النباتات على الكلوروفيل أ الذي يمتص أطوال موجات الضوء الأزرق والأحمر. بعض النباتات والطحالب الخضراء تستخدم الكلوروفيل ب. يمكنك أن تجد الكلوروفيل ج في دينوفلاجيلات.

على عكس البشر أو الحيوانات ، تختلف بدائيات النوى في حاجتها للأكسجين. يمكن أن توجد بعض بدائيات النوى بدونها ، بينما يعتمد البعض الآخر عليها. هذا يعني أنهم قد يكون لديهم الهوائية (تتطلب الأكسجين) أو اللاهوائية (لا تتطلب الأكسجين) التمثيل الغذائي.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لبعض بدائيات النوى التبديل بين نوعي التمثيل الغذائي حسب ظروفها أو بيئتها.

بدائيات النوى التي تعتمد على الأكسجين لعملية التمثيل الغذائي هي نموذج تعهد. من ناحية أخرى ، فإن بدائيات النوى التي لا يمكن أن توجد في الأكسجين ولا تحتاجها موجودة تلزم اللاهوائية. بدائيات النوى التي يمكن أن تنتقل بين الأيض الهوائي واللاهوائي اعتمادًا على وجود الأكسجين اللاهوائية الاختيارية.

تخمير حمض اللاكتيك هو نوع من التفاعلات اللاهوائية التي تنتج الطاقة للبكتيريا. تحتوي خلايا العضلات أيضًا على تخمير حمض اللاكتيك. خلال هذه العملية ، تصنع الخلايا ATP بدون أي أكسجين من خلال تحلل السكر. هذه العملية تحول البيروفات إلى حمض اللاكتيك ويجعل NAD + و ATP.

هناك العديد من التطبيقات في الصناعة لهذه العملية ، مثل إنتاج الزبادي والإيثانول. على سبيل المثال ، البكتيريا الملبنة البلغارية تساعد في إنتاج الزبادي. تخمر البكتيريا اللاكتوز ، السكر الموجود في الحليب ، لإنتاج حمض اللاكتيك. هذا يجعل اللبن يتخثر ويحوله إلى زبادي.

يمكنك تصنيف بدائيات النوى إلى مجموعات مختلفة بناءً على عملية التمثيل الغذائي. الأنواع الرئيسية هي غيرية التغذية وذاتية التغذية والضوئية والتغذية الكيميائية. ومع ذلك ، لا تزال جميع بدائيات النوى بحاجة إلى نوع من الطاقة أو الوقود ليعيش.

بدائيات النوى غير المتجانسة تحصل على مركبات عضوية من كائنات أخرى للحصول على الكربون. بدائيات النوى ذاتية التغذية تستخدم ثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربون. يستطيع الكثيرون استخدام التمثيل الضوئي لتحقيق ذلك. تستمد بدائيات النوى الضوئية طاقتها من الضوء.

تحصل بدائيات النوى الكيماوية على طاقتها من المركبات الكيميائية التي تتحلل.

يمكنك تقسيم مسارات التمثيل الغذائي إلى الابتنائية و الهدم التصنيفات. الابتنائية تعني أنها تتطلب الطاقة واستخدامها لبناء جزيئات كبيرة من الجزيئات الصغيرة. تقويضي يعني أنها تطلق الطاقة وتفكك الجزيئات الكبيرة لتكوين جزيئات أصغر. التمثيل الضوئي هو عملية الابتنائية ، في حين أن التنفس الخلوي هو عملية تقويضية.

تعتمد حقيقيات النوى وبدائيات النوى على التمثيل الغذائي الخلوي للعيش والازدهار. على الرغم من اختلاف عملياتهم ، إلا أنهما إما يستخدمان أو يخلقان الطاقة. يعد التنفس الخلوي والتمثيل الضوئي أكثر المسارات شيوعًا في الخلايا. ومع ذلك ، فإن بعض بدائيات النوى لها مسارات استقلابية مختلفة وفريدة من نوعها.

محتوى ذو صلة:

• أحماض أمينية
• أحماض دهنية
• التعبير الجيني
• احماض نووية
• الخلايا الجذعية