Ποια είναι η κύρια πηγή κυτταρικής ενέργειας;

Πιθανότατα καταλάβατε ότι ήσασταν νέοι ότι το φαγητό που τρώτε πρέπει να γίνει "κάτι" πολύ μικρότερο από αυτό το φαγητό για ό, τι είναι "σε" τροφή για να μπορεί να βοηθήσει το σώμα σας. Όπως συμβαίνει, πιο συγκεκριμένα, ένα μόριο ενός τύπου υδατάνθρακας ταξινομούνται ως ζάχαρη είναι η απόλυτη πηγή καυσίμου σε οποιαδήποτε μεταβολική αντίδραση που συμβαίνει σε οποιοδήποτε κύτταρο ανά πάσα στιγμή.

Αυτό το μόριο είναι γλυκόζη, ένα μόριο έξι άνθρακα με τη μορφή ενός ακιδωτού δακτυλίου Σε όλα τα κελιά, εισέρχεται γλυκόλυση, και σε πιο πολύπλοκα κελιά συμμετέχει επίσης ζύμωση, φωτοσύνθεση και κυτταρική αναπνοή σε διάφορους βαθμούς σε διαφορετικούς οργανισμούς.

Αλλά ένας διαφορετικός τρόπος απάντησης στην ερώτηση "Ποιο μόριο χρησιμοποιείται από τα κύτταρα ως πηγή ενέργειας;" το ερμηνεύει ως "Τι μόριο κατευθείαν ενισχύει τις διαδικασίες του κελιού; "

Αυτό το μόριο "τροφοδοσίας", το οποίο όπως η γλυκόζη είναι ενεργό σε όλα τα κύτταρα, είναι ATP, ή τριφωσφορική αδενοσίνη

Η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση είναι παρόμοια με την κατανόηση της διαφοράς μεταξύ του ρητού "Οι άνθρωποι παίρνουν ορυκτά καύσιμα από το έδαφος" και "Οι άνθρωποι παίρνουν ορυκτά ενέργεια καυσίμου από εργοστάσια που λειτουργούν με άνθρακα. "Και οι δύο δηλώσεις είναι αληθείς, αλλά αντιμετωπίζουν διαφορετικά στάδια στην αλυσίδα μετατροπής ενέργειας του μεταβολισμού αντιδράσεις. Στα ζωντανά πράγματα, η γλυκόζη είναι το θεμελιώδες θρεπτικός, αλλά το ATP είναι το βασικό καύσιμα.

Όλα τα έμβια όντα ανήκουν σε μία από τις δύο ευρείες κατηγορίες: προκαρυώτες και ευκαρυώτες. Τα προκαρυωτικά είναι οι μονοκύτταροι οργανισμοί της ταξονομικής τομείς Τα βακτήρια και η Αρχαία, ενώ τα ευκαρυωτικά εμπίπτουν στην περιοχή Ευκαρυώτα, η οποία περιλαμβάνει ζώα, φυτά, μύκητες και προστατευτικά.

Οι προκαρυωτικοί είναι μικροσκοπικοί και απλοί σε σύγκριση με τους ευκαρυωτικούς. τα κύτταρα τους είναι αντίστοιχα λιγότερο περίπλοκα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα προκαρυωτικό κύτταρο είναι το ίδιο με έναν προκαρυωτικό οργανισμό και οι ενεργειακές ανάγκες ενός βακτηριδίου είναι πολύ χαμηλότερες από αυτές των ευκαρυωτικών κυττάρων.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν τα ίδια τέσσερα συστατικά που βρίσκονται σε όλα τα κύτταρα στον φυσικό κόσμο: DNA, κυτταρική μεμβράνη, κυτταρόπλασμα και ριβοσώματα. Το κυτταρόπλασμά τους περιέχει όλα τα ένζυμα που απαιτούνται για τη γλυκόλυση, αλλά η απουσία μιτοχονδρίων και χλωροπλαστών σημαίνει ότι η γλυκόλυση είναι πραγματικά η μόνη μεταβολική οδός που διατίθεται στους προκαρυώτες.

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τις ομοιότητες και τις διαφορές μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων.

Η γλυκόζη είναι ένα σάκχαρο έξι-άνθρακα με τη μορφή δακτυλίου, που αντιπροσωπεύεται στα διαγράμματα με εξαγωνικό σχήμα. Ο χημικός τύπος του είναι C₆Η₁₂Ο₆, δίνοντάς το λόγο C / H / O 1: 2: 1. Αυτό ισχύει, στην πραγματικότητα, ή όλα τα βιομόρια που ταξινομούνται ως υδατάνθρακες.

Η γλυκόζη θεωρείται α μονοσακχαρίτης, που σημαίνει ότι δεν μπορεί να μειωθεί σε διαφορετικά, μικρότερα σάκχαρα, διασπώντας δεσμούς υδρογόνου μεταξύ διαφορετικών συστατικών. Η φρουκτόζη είναι ένας άλλος μονοσακχαρίτης. Η σακχαρόζη (επιτραπέζια ζάχαρη), η οποία παρασκευάζεται με την ένωση γλυκόζης και φρουκτόζης, θεωρείται α δισακχαρίτης.

Η γλυκόζη ονομάζεται επίσης «σάκχαρο στο αίμα», επειδή αυτή είναι η ένωση της οποίας η συγκέντρωση μετράται στο αίμα όταν μια κλινική ή νοσοκομειακό εργαστήριο καθορίζει τη μεταβολική κατάσταση του ασθενούς. Μπορεί να εγχυθεί απευθείας στην κυκλοφορία του αίματος σε ενδοφλέβια διαλύματα, διότι δεν απαιτεί διάσπαση πριν εισέλθει στα κύτταρα του σώματος.

Το ATP είναι ένα νουκλεοτίδιο, που σημαίνει ότι αποτελείται από μία από τις πέντε διαφορετικές αζωτούχες βάσεις, ένα σάκχαρο πέντε-άνθρακα που ονομάζεται ριβόζη και μία έως τρεις ομάδες φωσφορικών. Οι βάσεις στα νουκλεοτίδια μπορεί να είναι είτε αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G), θυμίνη (Τ) ή ουρακίλη (U). Τα νουκλεοτίδια είναι τα δομικά στοιχεία των νουκλεϊκών οξέων DNA και RNA. Τα Α, C και G βρίσκονται και στα δύο νουκλεϊκά οξέα, ενώ το Τ βρίσκεται μόνο στο DNA και το U μόνο στο RNA.

Το "TP" στο ATP, όπως έχετε δει, σημαίνει "τριφωσφορικό" και δείχνει ότι το ATP έχει τον μέγιστο αριθμό φωσφορικών ομάδων που μπορεί να έχει ένα νουκλεοτίδιο - τρεις. Το μεγαλύτερο μέρος της ΑΤΡ παράγεται από τη σύνδεση μιας φωσφορικής ομάδας στην ADP ή διφωσφορική αδενοσίνη, μια διαδικασία γνωστή ως φωσφορυλίωση.

Η ATP και τα παράγωγά της έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στη βιοχημεία και την ιατρική, πολλές από τις οποίες βρίσκονται σε διερευνητικά στάδια καθώς ο 21ος αιώνας πλησιάζει την τρίτη δεκαετία του.

Η απελευθέρωση ενέργειας από τα τρόφιμα περιλαμβάνει τη διάσπαση των χημικών δεσμών στα συστατικά των τροφίμων και την αξιοποίηση αυτής της ενέργειας για τη σύνθεση των μορίων ΑΤΡ. Για παράδειγμα, οι υδατάνθρακες είναι όλοι οξειδωμένο στο τέλος του διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) και νερό (Η₂Ο). Τα λίπη οξειδώνονται επίσης, με τις αλυσίδες λιπαρών οξέων τους να παράγουν οξικά μόρια τα οποία στη συνέχεια εισέρχονται στην αερόβια αναπνοή στα ευκαρυωτικά μιτοχόνδρια.

Τα προϊόντα διάσπασης των πρωτεϊνών είναι πλούσια σε άζωτο και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή άλλων πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων. Αλλά μερικά από τα 20 αμινοξέα από τα οποία δημιουργούνται οι πρωτεΐνες μπορούν να τροποποιηθούν και να εισέλθουν στον κυτταρικό μεταβολισμό στο επίπεδο της κυτταρικής αναπνοής (π.χ. μετά από γλυκόλυση)

Περίληψη:Η γλυκόλυση παράγει άμεσα 2 ATP για κάθε μόριο γλυκόζης. Παρέχει φορείς πυροσταφυλικού και ηλεκτρονίου για περαιτέρω μεταβολικές διεργασίες.

Η γλυκόλυση είναι μια σειρά από δέκα αντιδράσεις στις οποίες ένα μόριο γλυκόζης μετατρέπεται σε δύο μόρια του πυροσταφυλικού μορίου τριών άνθρακα, αποδίδοντας 2 ΑΤΡ στην πορεία. Αποτελείται από μια πρώιμη φάση «επένδυσης» στην οποία 2 ATP χρησιμοποιούνται για την προσάρτηση φωσφορικών ομάδων στο μεταβαλλόμενο μόριο γλυκόζης, και μια μεταγενέστερη φάση «επιστροφής» σε το οποίο το παράγωγο γλυκόζης, έχοντας διαιρεθεί σε ένα ζεύγος ενδιάμεσων ενώσεων τριών-άνθρακα, αποδίδει 2 ΑΤΡ ανά τρείς άνθρακες ενώσεις και αυτό 4 Συνολικά.

Αυτό σημαίνει ότι η καθαρή επίδραση της γλυκόλυσης είναι να παράγει 2 ATP ανά μόριο γλυκόζης, καθώς 2 ATP καταναλώνονται στη φάση της επένδυσης, αλλά συνολικά 4 ATP γίνονται στη φάση αποπληρωμής.

Διαβάστε περισσότερα για τη γλυκόλυση.

Περίληψη:Η ζύμωση αναπληρώνει το NAD⁺ για γλυκόλυση δεν παράγει καθόλου ATP.

Όταν υπάρχει ανεπαρκές οξυγόνο για την ικανοποίηση ενεργειακών απαιτήσεων, όπως όταν τρέχετε πολύ σκληρά ή ανυψώνετε έντονα τα βάρη, η γλυκόλυση μπορεί να είναι η μόνη διαθέσιμη μεταβολική διαδικασία. Εδώ μπαίνει το "κάψιμο γαλακτικού οξέος" που ίσως έχετε ακούσει. Εάν το πυροσταφυλικό δεν μπορεί να εισέλθει στην αερόβια αναπνοή όπως περιγράφεται παρακάτω, μετατρέπεται σε γαλακτικό, το οποίο το ίδιο δεν κάνει πολλά καλά, αλλά διασφαλίζει ότι η γλυκόλυση μπορεί να συνεχιστεί παρέχοντας ένα βασικό ενδιάμεσο μόριο ονομάζεται NAD⁺.

Περίληψη:Ο κύκλος Krebs παράγει 1 ATP ανά στροφή του κύκλου (και συνεπώς 2 ATP ανά γλυκόζη «ανάντη», αφού 2 πυροσταφυλικό μπορεί να παράγει 2 ακετυλο CoA).

Υπό κανονικές συνθήκες επαρκούς οξυγόνου σχεδόν όλο το πυροσταφυλικό που παράγεται στη γλυκόλυση σε ευκαρυώτες κινείται από το κυτταρόπλασμα σε οργανίδια ("μικρά όργανα") γνωστά ως μιτοχόνδρια, όπου μετατράπηκε σε μόριο δύο ατόμων ακετύλιο συνένζυμο Α (ακετυλο CoA) απογυμνώνοντας και απελευθερώνοντας CO₂. Αυτό το μόριο συνδυάζεται με ένα μόριο τεσσάρων άνθρακα που ονομάζεται οξαλοξικό για να δημιουργήσει κιτρικό άλας, το πρώτο βήμα σε αυτό που ονομάζεται επίσης κύκλος TCA ή κύκλος κιτρικού οξέος.

Αυτός ο «τροχός» αντιδράσεων τελικά μείωσε το κιτρικό άλας σε οξαλοξικό, και στην πορεία δημιουργείται ένα ενιαίο ATP μαζί με τέσσερις λεγόμενους φορείς υψηλής ενέργειας ηλεκτρονίων (NADH και FADH₂).

Περίληψη:Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων αποδίδει περίπου 32 έως 34 ATP ανά «ανάντη» μόριο γλυκόζης, καθιστώντας το μακράν τον μεγαλύτερο συνεισφέροντα στην κυτταρική ενέργεια στα ευκαρυωτικά.

Οι φορείς ηλεκτρονίων από τον κύκλο Krebs μετακινούνται από το εσωτερικό των μιτοχονδρίων στην εσωτερική μεμβράνη του οργανιδίου, η οποία έχει όλα τα είδη εξειδικευμένων ενζύμων που ονομάζονται κυτόχρωμα έτοιμα να εργαστούν. Με λίγα λόγια, όταν τα ηλεκτρόνια, με τη μορφή ατόμων υδρογόνου, απομακρύνονται από τους φορείς τους, αυτό τροφοδοτεί τη φωσφορυλίωση των μορίων ADP σε μεγάλο βαθμό ATP.

Το οξυγόνο πρέπει να υπάρχει ως ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων στον καταρράκτη που εμφανίζεται κατά μήκος της μεμβράνης για να εμφανιστεί αυτή η αλυσίδα αντιδράσεων. Εάν δεν είναι, η διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής «δημιουργεί αντίγραφα ασφαλείας» και ο κύκλος Krebs δεν μπορεί να συμβεί.