Zellen benötigen Energie für Bewegung, Teilung, Vermehrung und andere Prozesse. Sie verbringen einen großen Teil ihres Lebens damit, diese Energie durch den Stoffwechsel zu gewinnen und zu nutzen.
Prokaryontische und eukaryontische Zellen sind von verschiedenen Stoffwechselwegen abhängig, um zu überleben.
Zellmetabolismus
Zellstoffwechsel ist die Reihe von Prozessen, die in lebenden Organismen stattfinden, um diese Organismen zu erhalten.
In der Zellbiologie und Molekularbiologie, Metabolismus bezieht sich auf die biochemischen Reaktionen, die innerhalb von Organismen stattfinden, um Energie zu erzeugen. Die umgangssprachliche oder ernährungsphysiologische Verwendung des Stoffwechsels bezieht sich auf die Chemische Prozesse die in Ihrem Körper passieren, wenn Sie Nahrung in Energie umwandeln.
Obwohl die Begriffe Ähnlichkeiten aufweisen, gibt es auch Unterschiede. Der Stoffwechsel ist für Zellen wichtig, weil die Prozesse Organismen am Leben erhalten und ihnen erlauben zu wachsen, sich zu vermehren oder sich zu teilen.
Was ist der Zellstoffwechselprozess?
Tatsächlich gibt es mehrere Stoffwechselprozesse. Zellatmung ist eine Art Stoffwechselweg, der Glukose abbaut, um Adenosintriphosphat, oder ATP.
Die wichtigsten Schritte der Zellatmung in Eukaryoten sind:
- Glykolyse
- Pyruvat-Oxidation
- Zitronensäure oder Krebszyklus
- Oxidative Phosphorylierung
Die Hauptreaktanten sind Glucose und Sauerstoff, während die Hauptprodukte Kohlendioxid, Wasser und ATP sind. Die Photosynthese in Zellen ist eine andere Art von Stoffwechselweg, den Organismen zur Zuckerherstellung nutzen.
Verwendung von Pflanzen, Algen und Cyanobakterien Photosynthese. Die Hauptschritte sind die lichtabhängigen Reaktionen und der Calvin-Zyklus oder lichtunabhängige Reaktionen. Die Hauptreaktanten sind Lichtenergie, Kohlendioxid und Wasser, während die Hauptprodukte Glucose und Sauerstoff sind.
Stoffwechsel in Prokaryoten kann variieren. Zu den Grundtypen von Stoffwechselwegen gehören heterotrophe, autotrophe, phototrophe und chemotrophe Reaktionen. Die Art des Stoffwechsels, den ein Prokaryot hat, kann beeinflussen, wo er lebt und wie er mit der Umwelt interagiert.
Ihre Stoffwechselwege spielen auch eine Rolle für Ökologie, menschliche Gesundheit und Krankheiten. Zum Beispiel gibt es Prokaryonten, die keinen Sauerstoff vertragen, wie z C. botulinum. Dieses Bakterium kann Botulismus verursachen, da es in Gebieten ohne Sauerstoff gut wächst.
Verwandter Artikel:5 aktuelle Durchbrüche, die zeigen, warum Krebsforschung so wichtig ist
Enzyme: Die Grundlagen
Enzyme sind Stoffe, die als Katalysatoren chemische Reaktionen zu beschleunigen oder herbeizuführen. Die meisten biochemischen Reaktionen in lebenden Organismen sind auf Enzyme angewiesen. Sie sind wichtig für den Zellstoffwechsel, da sie viele Prozesse beeinflussen und initiieren helfen können.
Glukose und Lichtenergie sind die häufigsten Brennstoffquellen für den Zellstoffwechsel. Ohne Enzyme würden Stoffwechselwege jedoch nicht funktionieren. Die meisten Enzyme in Zellen sind Proteine und senken die Aktivierungsenergie für den Beginn chemischer Prozesse.
Da die meisten Reaktionen in einer Zelle bei Raumtemperatur ablaufen, sind sie ohne Enzyme zu langsam. Zum Beispiel während Glykolyse bei der Zellatmung ist das Enzym Pyruvatkinase spielt eine wichtige Rolle, indem es die Übertragung einer Phosphatgruppe unterstützt.
Zellatmung bei Eukaryoten
Zellatmung kommt bei Eukaryoten hauptsächlich in den Mitochondrien vor. Eukaryontische Zellen sind zum Überleben auf die Zellatmung angewiesen.
Während Glykolyse, baut die Zelle Glukose im Zytoplasma mit oder ohne Sauerstoff ab. Es spaltet das Zuckermolekül mit sechs Kohlenstoffatomen in zwei Pyruvatmoleküle mit drei Kohlenstoffatomen. Darüber hinaus bildet die Glykolyse ATP und wandelt NAD+ in NADH um. Während Pyruvatoxidation, die Pyruvate dringen in die mitochondriale Matrix ein und werden zu Coenzym A oder Acetyl-CoA. Dadurch wird Kohlendioxid freigesetzt und mehr NADH produziert.
Während der Zitronensäure oder Krebs Zyklus, Acetyl-CoA verbindet sich mit Oxalacetat machen Zitrat. Dann durchläuft Citrat Reaktionen, um Kohlendioxid und NADH herzustellen. Der Zyklus bildet auch FADH2 und ATP.
Während oxidative Phosphorylierung, das Elektronentransportkette spielt eine entscheidende Rolle. NADH und FADH2 geben Elektronen an die Elektronentransportkette und werden zu NAD+ und FAD. Die Elektronen wandern diese Kette entlang und produzieren ATP. Bei diesem Prozess entsteht auch Wasser. Der Großteil der ATP-Produktion während der Zellatmung findet in diesem letzten Schritt statt.
Stoffwechsel in Pflanzen: Photosynthese
Die Photosynthese findet in Pflanzenzellen, einigen Algen und bestimmten Bakterien, den sogenannten Cyanobakterien, statt. Dieser Stoffwechselprozess läuft in Chloroplasten dank Chlorophyll ab und produziert neben Sauerstoff auch Zucker. Das lichtabhängige Reaktionen, sowie der Calvin-Zyklus oder lichtunabhängige Reaktionen, sind die Hauptbestandteile der Photosynthese. Es ist wichtig für die allgemeine Gesundheit des Planeten, da Lebewesen auf den Sauerstoff angewiesen sind, den Pflanzen produzieren.
Während der lichtabhängige Reaktionen in dem Thylakoidmembran des Chloroplasten, Chlorophyll Pigmente absorbieren Lichtenergie. Sie bilden ATP, NADPH und Wasser. Während der Calvin-Zyklus oder lichtunabhängige Reaktionen in dem stroma, ATP und NADPH helfen dabei, Glyceraldehyd-3-phosphat oder G3P herzustellen, das schließlich zu Glukose wird.
Wie die Zellatmung hängt die Photosynthese von Redox Reaktionen, die Elektronentransfers und die Elektronentransportkette beinhalten.
Es gibt verschiedene Arten von Chlorophyll, und die häufigsten Arten sind Chlorophyll a, Chlorophyll b und Chlorophyll c. Die meisten Pflanzen haben Chlorophyll a, das blaue und rote Lichtwellenlängen absorbiert. Einige Pflanzen und Grünalgen verwenden Chlorophyll b. Chlorophyll c ist in Dinoflagellaten enthalten.
Stoffwechsel bei Prokaryoten
Im Gegensatz zu Menschen oder Tieren unterscheiden sich Prokaryonten in ihrem Sauerstoffbedarf. Einige Prokaryoten können ohne sie existieren, während andere davon abhängig sind. Dies bedeutet, dass sie möglicherweise haben Aerobic (benötigt Sauerstoff) oder anaerob (ohne Sauerstoffbedarf) Stoffwechsel.
Darüber hinaus können einige Prokaryonten je nach ihren Umständen oder ihrer Umgebung zwischen den beiden Stoffwechselarten wechseln.
Prokaryoten, die für den Stoffwechsel auf Sauerstoff angewiesen sind, sind verpflichtende Aerobes. Auf der anderen Seite sind Prokaryonten, die in Sauerstoff nicht existieren können und ihn nicht benötigen obligate Anaerobier. Prokaryoten, die je nach Anwesenheit von Sauerstoff zwischen aeroben und anaeroben Stoffwechsel umschalten können, sind fakultative Anaerobier.
Milchsäuregärung
Milchsäuregärung ist eine Art anaerober Reaktion, die Energie für Bakterien erzeugt. Ihre Muskelzellen haben auch Milchsäuregärung. Während dieses Prozesses stellen die Zellen durch Glykolyse ATP ohne Sauerstoff her. Der Prozess verwandelt Pyruvat in Milchsäure und macht NAD+ und ATP.
In der Industrie gibt es viele Anwendungen für dieses Verfahren, beispielsweise bei der Joghurt- und Ethanolherstellung. Zum Beispiel die Bakterien Lactobacillus bulgaricus helfen, Joghurt zu produzieren. Die Bakterien vergären Laktose, den Zucker in der Milch, zu Milchsäure. Dadurch wird das Milchgerinnsel und verwandelt es in Joghurt.
Wie ist der Zellstoffwechsel bei verschiedenen Arten von Prokaryoten?
Sie können Prokaryonten anhand ihres Stoffwechsels in verschiedene Gruppen einteilen. Die Haupttypen sind heterotroph, autotroph, phototroph und chemotroph. Alle Prokaryoten benötigen jedoch immer noch eine Art von Energie oder Treibstoff Leben.
Heterotrophe Prokaryonten erhalten organische Verbindungen von anderen Organismen, um Kohlenstoff zu gewinnen. Autotrophe Prokaryonten verwenden Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle. Viele sind in der Lage, die Photosynthese zu nutzen, um dies zu erreichen. Phototrophe Prokaryonten beziehen ihre Energie aus Licht.
Chemotrophe Prokaryonten beziehen ihre Energie aus chemischen Verbindungen, die sie abbauen.
Anabole vs. Katabolisch
Sie können Stoffwechselwege einteilen in anabol und katabolisch Kategorien. Anabole bedeutet, dass sie Energie benötigen und diese nutzen, um aus kleinen Molekülen große Moleküle aufzubauen. Katabolisch bedeutet, dass sie Energie freisetzen und große Moleküle auseinanderbrechen, um kleinere zu machen. Die Photosynthese ist ein anaboler Prozess, während die Zellatmung ein kataboler Prozess ist.
Eukaryoten und Prokaryoten sind auf den Zellstoffwechsel angewiesen, um zu leben und zu gedeihen. Obwohl ihre Prozesse unterschiedlich sind, verbrauchen oder erzeugen sie beide Energie. Zellatmung und Photosynthese sind die häufigsten Wege, die in Zellen beobachtet werden. Einige Prokaryonten haben jedoch unterschiedliche Stoffwechselwege, die einzigartig sind.
Zugehöriger Inhalt:
- Aminosäuren
- Fettsäuren
- Genexpression
- Nukleinsäuren
- Stammzellen