Jaký je hlavní zdroj buněčné energie?

Pravděpodobně jste od mladosti pochopili, že jídlo, které jíte, se musí stát „něčím“ mnohem menším než toto jídlo pro cokoli, co je „v“ jídle, aby mohlo pomoci vašemu tělu. Jak se to stane, konkrétněji jedna molekula typu uhlohydrát klasifikován jako a cukr je hlavním zdrojem paliva v jakékoli metabolické reakci probíhající v kterémkoli článku kdykoli.

Ta molekula je glukóza, molekula se šesti uhlíky ve formě špičatého kruhu. Ve všech buňkách vstupuje do glykolýzaa ve složitějších buňkách se také účastní fermentace, fotosyntéza a buněčné dýchání v různé míře v různých organismech.

Ale jiný způsob odpovědi na otázku „Kterou molekulu používají buňky jako zdroj energie?“ interpretuje to jako: „Jaká molekula přímo pohání vlastní procesy buňky? “

Ta „pohánějící“ molekula, která je stejně jako glukóza aktivní ve všech buňkách, je ATPnebo adenosintrifosfát, nukleotid, který se často nazývá „energetická měna buněk“. Na kterou molekulu byste měli myslet, když se ptáte sami sebe: „Jaká molekula je palivem pro všechny články?“ Je to glukóza nebo ATP?

Odpověď na tuto otázku je podobná pochopení rozdílu mezi slovy „Lidé získávají fosilní paliva ze země“ a „Lidé získávají fosilní zdroje palivová energie z uhelných elektráren. “Obě tvrzení jsou pravdivá, ale týkají se různých fází metabolického řetězce přeměny energie reakce. V živých věcech glukóza je zásadní živina, ale ATP je základní pohonné hmoty.

Všechno živé patří do jedné ze dvou širokých kategorií: prokaryoty a eukaryoty. Prokaryoty jsou jednobuněčné organismy taxonomické domén Bakterie a Archea, zatímco všechny eukaryoty spadají do domény Eukaryota, která zahrnuje zvířata, rostliny, houby a protisty.

Prokaryoty jsou malé a jednoduché ve srovnání s eukaryoty; jejich buňky jsou odpovídajícím způsobem méně složité. Ve většině případů je prokaryotická buňka stejná věc jako prokaryotický organismus a energetické potřeby bakterií jsou mnohem nižší než u jakékoli eukaryotické buňky.

Prokaryotické buňky mají stejné čtyři složky, které se nacházejí ve všech buňkách v přirozeném světě: DNA, buněčná membrána, cytoplazma a ribozomy. Jejich cytoplazma obsahuje všechny enzymy potřebné pro glykolýzu, ale absence mitochondrií a chloroplastů znamená, že glykolýza je pro prokaryoty opravdu jedinou metabolickou cestou.

Přečtěte si více o podobnostech a rozdílech mezi prokaryotickými a eukaryotickými buňkami.

Glukóza je cukr se šesti uhlíky ve formě kruhu, který je v diagramech znázorněn šestiúhelníkovým tvarem. Jeho chemický vzorec je C.₆H₁₂Ó₆, což dává poměr C / H / O 1: 2: 1; to je ve skutečnosti pravda, nebo všechny biomolekuly klasifikované jako sacharidy.

Glukóza je považována za monosacharid, což znamená, že jej nelze snížit na různé menší cukry rozbitím vodíkových vazeb mezi různými složkami. Fruktóza je další monosacharid; sacharóza (stolní cukr), která se vyrábí spojením glukózy a fruktózy, se považuje za a disacharid.

Glukóze se také říká „krevní cukr“, protože je to tato sloučenina, jejíž koncentrace se měří v krvi, když klinická nebo nemocniční laboratoř určuje metabolický stav pacienta. Může být aplikován přímo do krevního oběhu v intravenózních roztocích, protože před vstupem do buněk těla nevyžaduje žádné rozložení.

ATP je nukleotid, což znamená, že se skládá z jedné z pěti různých dusíkatých bází, pět uhlíkového cukru zvaného ribóza a jedné až tří fosfátových skupin. Bázemi v nukleotidech mohou být buď adenin (A), cytosin (C), guanin (G), thymin (T) nebo uracil (U). Nukleotidy jsou stavebními kameny nukleových kyselin DNA a RNA; A, C a G se nacházejí v obou nukleových kyselinách, zatímco T se nachází pouze v DNA a U pouze v RNA.

„TP“ v ATP, jak jste viděli, znamená „trifosfát“ a znamená, že ATP má maximální počet fosfátových skupin, které může mít nukleotid - tři. Většina ATP se vyrábí připojením fosfátové skupiny k ADP nebo adenosindifosfátu, což je proces známý jako fosforylace.

ATP a její deriváty mají širokou škálu aplikací v biochemii a medicíně, z nichž mnohé jsou v průzkumné fázi, jak se 21. století blíží ke svému třetímu desetiletí.

Uvolňování energie z potravy zahrnuje rozbití chemických vazeb ve složkách potravin a využití této energie pro syntézu molekul ATP. Například sacharidy jsou všechny oxidovaný nakonec na oxid uhličitý (CO₂) a voda (H₂Ó). Tuky jsou také oxidovány a jejich řetězce mastných kyselin poskytují molekuly acetátu, které pak vstupují do aerobního dýchání v eukaryotických mitochondriích.

Produkty rozkladu bílkovin jsou bohaté na dusík a používají se k tvorbě dalších bílkovin a nukleových kyselin. Ale některé z 20 aminokyselin, z nichž jsou bílkoviny vytvořeny, lze upravit a vstoupit do buněčného metabolismu na úrovni buněčného dýchání (např. Po glykolýze)

Souhrn:Glykolýza přímo produkuje 2 ATP pro každou molekulu glukózy; dodává pyruvát a nosiče elektronů pro další metabolické procesy.

Glykolýza je řada deseti reakcí, při nichž se molekula glukózy transformuje na dvě molekuly pyruvátové molekuly se třemi uhlíky, čímž se získá 2 ATP. Skládá se z rané „investiční“ fáze, ve které se 2 ATP používají k připojení fosfátových skupin k měnící se molekule glukózy, a pozdější „návratové“ fáze v který derivát glukózy, který byl rozdělen na dvojici tří uhlíkových meziproduktů, poskytuje 2 ATP na tři uhlíkové sloučeniny a tento 4 celkově.

To znamená, že čistým účinkem glykolýzy je produkce 2 ATP na molekulu glukózy, protože 2 ATP jsou spotřebovány v investiční fázi, ale ve fázi výplaty jsou vyrobeny celkem 4 ATP.

Přečtěte si více o glykolýze.

Souhrn:Fermentace doplňuje NAD⁺ pro glykolýzu; nevyrábí přímo ATP.

Pokud není k dispozici dostatek kyslíku k uspokojení energetických požadavků, jako když běháte velmi tvrdě nebo pilně zvedáte závaží, může být glykolýza jediným dostupným metabolickým procesem. To je místo, kde přichází „spálení kyselinou mléčnou“, o kterém jste možná slyšeli. Pokud pyruvát nemůže vstoupit do aerobního dýchání, jak je popsáno níže, přemění se na laktát, který sám o sobě nedělá mnoho dobrého, ale zajišťuje, že glykolýza může pokračovat, dodáním klíčové meziproduktové molekuly volal NAD⁺.

Souhrn:Krebsův cyklus produkuje 1 ATP za kolo cyklu (a tedy 2 ATP na glukózu „proti proudu“, protože 2 pyruvát může vytvořit 2 acetyl CoA).

Za normálních podmínek dostatečného kyslíku se téměř veškerý pyruvát generovaný při glykolýze v eukaryotech pohybuje cytoplazma na organely („malé orgány“) známé jako mitochondrie, kde se přeměnila na molekulu se dvěma uhlíky acetyl koenzym A (acetyl CoA) odstraněním a uvolněním CO₂. Tato molekula se spojí s molekulou se čtyřmi uhlíky zvanou oxaloacetát a vytvoří citrát, první krok v takzvaném cyklu TCA nebo cyklu citron-kyselina.

Toto „kolo“ reakcí nakonec snížilo citrát zpět na oxaloacetát a cestou se generuje jeden ATP spolu se čtyřmi takzvanými vysokoenergetickými elektronovými nosiči (NADH a FADH)₂).

Souhrn:Výtěžek elektronového transportního řetězce je asi 32 až 34 ATP na „upstream“ molekulu glukózy, což z ní činí zdaleka největší přispěvatel k buněčné energii u eukaryot.

Elektronové nosiče z Krebsova cyklu se pohybují z nitra mitochondrií do vnitřní membrány organely, která má připraveny všechny druhy specializovaných enzymů zvaných cytochromy. Stručně řečeno, když jsou elektrony ve formě atomů vodíku odstraněny ze svých nosičů, vede to k fosforylaci molekul ADP na velkou část ATP.

Kyslík musí být přítomen jako konečný akceptor elektronů v kaskádě probíhající přes membránu, aby došlo k tomuto řetězci reakcí. Pokud tomu tak není, proces buněčného dýchání „zálohuje“ a nemůže nastat ani Krebsův cyklus.