Hvad er den vigtigste kilde til celleenergi?

Du har sandsynligvis forstået siden du var ung, at den mad, du spiser, skal blive "noget" langt mindre end den mad til det, der er "i" mad for at kunne hjælpe din krop. Som det sker, mere specifikt, et enkelt molekyle af en type kulhydrat klassificeret som en sukker er den ultimative kilde til brændstof i enhver metabolisk reaktion, der forekommer i en hvilken som helst celle til enhver tid.

Det molekyle er glukose, et seks-kulstofmolekyle i form af en spiky ring. I alle celler trænger det ind glykolyse, og i mere komplekse celler deltager den også i gæring, fotosyntese og cellulær respiration i varierende grad i forskellige organismer.

Men en anden måde at besvare spørgsmålet "Hvilket molekyle bruges af celler som energikilde?" fortolker det som, "Hvilket molekyle direkte styrker cellens egne processer? "

Det "drivende" molekyle, som ligesom glucose er aktivt i alle celler, er ATP, eller Adenosintrifosfat, et nukleotid, der ofte kaldes "cellernes energivaluta." Hvilket molekyle skal du tænke på, når du spørger dig selv: "Hvilket molekyle er brændstoffet for alle celler?" Er det glukose eller ATP?

Svaret på dette spørgsmål svarer til forståelsen af ​​forskellen mellem at sige "Mennesker får fossile brændstoffer fra jorden" og "Mennesker får fossile brændselsenergi fra kuldrevne anlæg. "Begge udsagn er sande, men adresserer forskellige stadier i metabolisk energikonverteringskæde reaktioner. I levende ting, glukose er det grundlæggende næringsstof, men ATP er grundlæggende brændstof.

Alle levende ting tilhører en af ​​to brede kategorier: prokaryoter og eukaryoter. Prokaryoter er de encellede organismer i det taksonomiske domæner Bakterier og arkæer, hvorimod eukaryoter alle falder inden for domænet Eukaryota, som inkluderer dyr, planter, svampe og protister.

Prokaryoter er små og enkle sammenlignet med eukaryoter; deres celler er tilsvarende mindre komplekse. I de fleste tilfælde er en prokaryot celle den samme som en prokaryot organisme, og energibehovet for en bakterie er langt lavere end for enhver eukaryot celle.

Prokaryote celler har de samme fire komponenter, der findes i alle celler i den naturlige verden: DNA, en cellemembran, cytoplasma og ribosomer. Deres cytoplasma indeholder alle de enzymer, der er nødvendige til glykolyse, men fraværet af mitokondrier og kloroplaster betyder, at glykolyse virkelig er den eneste metaboliske vej, der er tilgængelig for prokaryoter.

Læs mere om ligheder og forskelle mellem prokaryote og eukaryote celler.

Glukose er et seks-kulstof sukker i form af en ring, repræsenteret i diagrammer af en sekskantet form. Dens kemiske formel er C₆H₁₂O₆, hvilket giver det et C / H / O-forhold på 1: 2: 1; dette er rigtigt, eller alle biomolekyler klassificeret som kulhydrater.

Glukose betragtes som en monosaccharid, hvilket betyder at det ikke kan reduceres til forskellige, mindre sukkerarter ved at bryde hydrogenbindinger mellem forskellige komponenter. Fruktose er et andet monosaccharid; saccharose (bordsukker), der er fremstillet ved sammenføjning af glucose og fruktose, betragtes som en disaccharid.

Glukose kaldes også "blodsukker", fordi det er denne forbindelse, hvis koncentration måles i blodet, når en klinik eller et hospitalslaboratorium bestemmer en patients metaboliske status. Det kan infunderes direkte i blodstrømmen i intravenøse opløsninger, fordi det ikke kræver nogen sammenbrud, før det kommer ind i kroppens celler.

ATP er en nukleotid, hvilket betyder at den består af en af ​​fem forskellige nitrogenholdige baser, et fem-kulstofsukker kaldet ribose og en til tre fosfatgrupper. Baserne i nukleotider kan være enten adenin (A), cytosin (C), guanin (G), thymin (T) eller uracil (U). Nukleotider er byggestenene til nukleinsyrerne DNA og RNA; A, C og G findes i begge nukleinsyrer, hvorimod T kun findes i DNA og U kun i RNA.

"TP" i ATP står, som du har set, for "triphosphat" og indikerer, at ATP har det maksimale antal fosfatgrupper, som et nukleotid kan have - tre. Mest ATP fremstilles ved binding af en phosphatgruppe til ADP eller adenosindiphosphat, en proces kendt som phosphorylering.

ATP og dets derivater har en bred vifte af anvendelser inden for biokemi og medicin, hvoraf mange er i udforskende faser, da det 21. århundrede nærmer sig sit tredje årti.

Frigivelsen af ​​energi fra mad indebærer at bryde de kemiske bindinger i fødevarekomponenter og udnytte denne energi til syntese af ATP-molekyler. For eksempel er kulhydrater alle oxideret i sidste ende til kuldioxid (CO₂) og vand (H₂O). Fedtstoffer oxideres også, hvor deres fedtsyrekæder giver acetatmolekyler, som derefter kommer ind i aerob respiration i eukaryote mitokondrier.

Nedbrydningsprodukterne af proteiner er rige på nitrogen og bruges til opbygning af andre proteiner og nukleinsyrer. Men nogle af de 20 aminosyrer, som proteiner er bygget fra, kan modificeres og komme ind i cellulær metabolisme på niveauet af cellulær respiration (fx efter glykolyse)

Resumé:Glykolyse producerer direkte 2 ATP for hvert glukosemolekyle; det leverer pyruvat- og elektronbærere til yderligere metaboliske processer.

Glykolyse er en række på ti reaktioner, hvor et glukosemolekyle omdannes til to molekyler af tre-carbonmolekylet pyruvat, hvilket giver 2 ATP undervejs. Den består af en tidlig "investerings" -fase, hvor 2 ATP bruges til at knytte fosfatgrupper til det skiftende glukosemolekyle, og en senere "retur" -fase i hvor glukosederivatet, der er blevet delt i et par af tre-carbon-mellemforbindelser, giver 2 ATP pr. tre-carbonforbindelser, og dette 4 samlet set.

Dette betyder, at nettoeffekten af ​​glykolyse er at producere 2 ATP pr. Glukosemolekyle, da 2 ATP forbruges i investeringsfasen, men i alt 4 ATP fremstilles i udbetalingsfasen.

Læs mere om glykolyse.

Resumé:Fermentering genopfylder NAD⁺ til glykolyse; det producerer ingen ATP direkte.

Når der ikke er tilstrækkeligt med ilt til at tilfredsstille energibehovet, som når du kører meget hårdt eller løfter vægte hårdt, kan glykolyse være den eneste tilgængelige metaboliske proces. Det er her den "mælkesyreforbrænding", du måske har hørt om, kommer ind. Hvis pyruvat ikke kan komme ind i aerob respiration som beskrevet nedenfor, omdannes det til lactat, hvilket i sig selv gør ikke meget godt, men sikrer, at glykolyse kan fortsætte ved at levere et nøglemellemprodukt kaldte NAD⁺.

Resumé:Krebs-cyklussen producerer 1 ATP pr. omgang af cyklussen (og dermed 2 ATP pr. glucose "opstrøms", da 2 pyruvat kan danne 2 acetyl CoA).

Under normale forhold med tilstrækkelig ilt bevæger sig næsten alt det pyruvat, der genereres i glykolyse i eukaryoter, fra cytoplasmaet i organeller ("små organer") kendt som mitokondrier, hvor det omdannes til to-carbon-molekylet acetylcoenzym A (acetyl CoA) ved at fjerne og frigive CO₂. Dette molekyle kombineres med et fire-kulstofmolekyle kaldet oxaloacetat for at skabe citrat, det første trin i hvad der også kaldes TCA-cyklussen eller citronsyrecyklussen.

Dette "reaktionshjul" reducerede til sidst citratet tilbage til oxaloacetat, og undervejs genereres et enkelt ATP sammen med fire såkaldte højenergi-elektronbærere (NADH og FADH₂).

Resumé:Elektrontransportkæden giver ca. 32 til 34 ATP pr. "opstrøms" glukosemolekyle, hvilket gør det til den langt største bidragyder til cellulær energi i eukaryoter.

Elektronbærerne fra Krebs-cyklussen bevæger sig fra indersiden af ​​mitokondrier til organellens indre membran, som har alle mulige specialiserede enzymer kaldet cytokromer klar til at arbejde. Kort sagt, når elektronerne i form af brintatomer tages af deres bærere, styrker dette phosphoryleringen af ​​ADP-molekyler til en hel del ATP.

Oxygen skal være til stede som den endelige elektronacceptor i kaskaden, der forekommer over membranen, for at denne reaktionskæde kan forekomme. Hvis det ikke er tilfældet, "bakker" processen med cellulær respiration, og Krebs-cyklussen kan heller ikke forekomme.