Κυτταρικός Μεταβολισμός: Ορισμός, Διαδικασία & Ο Ρόλος του ATP

Τα κύτταρα απαιτούν ενέργεια για κίνηση, διαίρεση, πολλαπλασιασμό και άλλες διαδικασίες. Περνούν μεγάλο μέρος της ζωής τους επικεντρώνοντας στην απόκτηση και χρήση αυτής της ενέργειας μέσω του μεταβολισμού.

Προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα εξαρτώνται από διαφορετικές μεταβολικές οδούς για να επιβιώσουν.

Κυτταρικός μεταβολισμός είναι η σειρά των διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα σε ζωντανούς οργανισμούς για τη διατήρηση αυτών των οργανισμών.

Στην κυτταρική βιολογία και ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ, ο μεταβολισμός αναφέρεται στις βιοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στους οργανισμούς για την παραγωγή ενέργειας. Η συνηθισμένη ή θρεπτική χρήση του μεταβολισμού αναφέρεται στο χημικές διεργασίες που συμβαίνουν στο σώμα σας καθώς μετατρέπετε τα τρόφιμα σε ενέργεια.

Αν και οι όροι έχουν ομοιότητες, υπάρχουν επίσης διαφορές. Ο μεταβολισμός είναι σημαντικός για τα κύτταρα επειδή οι διεργασίες κρατούν τους οργανισμούς ζωντανούς και τους επιτρέπουν να αναπτυχθούν, να αναπαραχθούν ή να διαιρεθούν.

Υπάρχουν στην πραγματικότητα πολλαπλές διαδικασίες μεταβολισμού. Κυτταρική αναπνοή είναι ένας τύπος μεταβολικής οδού που διασπά τη γλυκόζη τριφωσφορική αδενοσίνηή ATP.

Τα κύρια βήματα της κυτταρικής αναπνοής στο ευκαρυώτες είναι:

• Γλυκόλυση
• Οξείδωση πυροσταφυλικού
• Κιτρικό οξύ ή κύκλο Krebs
• Οξειδωτική φωσφορυλίωση

Τα κύρια αντιδραστήρια είναι η γλυκόζη και το οξυγόνο, ενώ τα κύρια προϊόντα είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το νερό και το ΑΤΡ. Η φωτοσύνθεση στα κύτταρα είναι ένας άλλος τύπος μεταβολικής οδού που χρησιμοποιούν οι οργανισμοί για την παραγωγή σακχάρου.

Φυτά, φύκια και κυανοβακτήρια φωτοσύνθεση. Τα κύρια βήματα είναι οι αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως και ο κύκλος Calvin ή οι αντιδράσεις που δεν εξαρτώνται από το φως. Τα κύρια αντιδραστήρια είναι η ελαφριά ενέργεια, το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό, ενώ τα κύρια προϊόντα είναι η γλυκόζη και το οξυγόνο.

Μεταβολισμός στο προκαρυώτες μπορει να διαφερει. Οι βασικοί τύποι μεταβολικών οδών περιλαμβάνουν ετεροτροφικά, αυτοτροφικά, φωτοτροφικό και χημειοτροφικά αντιδράσεις. Ο τύπος του μεταβολισμού που έχει ένας προκαρυώτης μπορεί να επηρεάσει το πού ζει και πώς αλληλεπιδρά με το περιβάλλον.

Οι μεταβολικές τους οδούς διαδραματίζουν επίσης ρόλο στην οικολογία, την ανθρώπινη υγεία και τις ασθένειες. Για παράδειγμα, υπάρχουν προκαρυωτικά που δεν μπορούν να ανεχθούν οξυγόνο, όπως ΝΤΟ. αλλαντίαση. Αυτό το βακτήριο μπορεί να προκαλέσει αλλαντίαση επειδή αναπτύσσεται καλά σε περιοχές χωρίς οξυγόνο.

Σχετικό άρθρο:5 πρόσφατες ανακαλύψεις που δείχνουν γιατί η έρευνα για τον καρκίνο είναι τόσο σημαντική

Ένζυμα είναι ουσίες που δρουν ως καταλύτες να επιταχύνει ή να προκαλέσει χημικές αντιδράσεις. Οι περισσότερες βιοχημικές αντιδράσεις σε ζωντανούς οργανισμούς βασίζονται σε ένζυμα για να εργαστούν. Είναι σημαντικά για τον κυτταρικό μεταβολισμό, διότι μπορούν να επηρεάσουν πολλές διαδικασίες και να τους βοηθήσουν να ξεκινήσουν.

Η γλυκόζη και η ελαφριά ενέργεια είναι οι πιο κοινές πηγές καυσίμου για τον μεταβολισμό των κυττάρων. Ωστόσο, οι μεταβολικές οδοί δεν θα λειτουργούσαν χωρίς ένζυμα. Τα περισσότερα από τα ένζυμα στα κύτταρα είναι πρωτεΐνες και μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης για να ξεκινήσουν οι χημικές διεργασίες.

Δεδομένου ότι η πλειονότητα των αντιδράσεων σε ένα κύτταρο συμβαίνει σε θερμοκρασία δωματίου, είναι πολύ αργές χωρίς ένζυμα. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια γλυκόλυση στην κυτταρική αναπνοή, το ένζυμο πυροσταφυλική κινάση παίζει σημαντικό ρόλο βοηθώντας στη μεταφορά μιας φωσφορικής ομάδας.

Κυτταρική αναπνοή στα ευκαρυωτικά εμφανίζεται κυρίως στα μιτοχόνδρια. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα εξαρτώνται από την κυτταρική αναπνοή για να επιβιώσουν.

Στη διάρκεια γλυκόλυση, το κύτταρο διασπά τη γλυκόζη στο κυτταρόπλασμα με ή χωρίς οξυγόνο. Χωρίζει το μόριο ζάχαρης έξι-άνθρακα σε δύο, πυροσταφυλικά μόρια τριών-άνθρακα. Επιπλέον, η γλυκόλυση κάνει το ATP και μετατρέπει το NAD + σε NADH. Στη διάρκεια οξείδωση πυροσταφυλικού, τα πυροσταφυλικά εισέρχονται στη μιτοχονδριακή μήτρα και γίνονται συνένζυμο Α ή ακετυλο CoA. Αυτό απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα και παράγει περισσότερο NADH.

Κατά τη διάρκεια της κιτρικό οξύ ή Κύκλος Krebs, το ακετύλιο CoA συνδυάζεται με οξαλοξικός να κάνω κιτρικό άλας. Στη συνέχεια, το κιτρικό διέρχεται αντιδράσεις για να παράγει διοξείδιο του άνθρακα και NADH. Ο κύκλος κάνει επίσης FADH2 και ATP.

Στη διάρκεια οξειδωτική φωσφορυλίωση, ο αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων παίζει καθοριστικό ρόλο. Τα NADH και FADH2 δίνουν ηλεκτρόνια στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και γίνονται NAD + και FAD. Τα ηλεκτρόνια κινούνται κάτω από αυτήν την αλυσίδα και δημιουργούν ATP. Αυτή η διαδικασία παράγει επίσης νερό. Η πλειοψηφία της παραγωγής ATP κατά την κυτταρική αναπνοή βρίσκεται σε αυτό το τελευταίο βήμα.

Η φωτοσύνθεση συμβαίνει σε φυτικά κύτταρα, μερικά φύκια και ορισμένα βακτήρια που ονομάζονται κυανοβακτήρια. Αυτή η μεταβολική διαδικασία λαμβάνει χώρα στους χλωροπλάστες χάρη στη χλωροφύλλη και παράγει σάκχαρο μαζί με οξυγόνο. ο εξαρτώμενες από το φως αντιδράσεις, συν τον κύκλο Calvin ή τις αντιδράσεις ανεξάρτητες από το φως, είναι τα κύρια μέρη της φωτοσύνθεσης. Είναι σημαντικό για τη γενική υγεία του πλανήτη, επειδή τα ζωντανά είδη βασίζονται στα φυτά οξυγόνου.

Κατά τη διάρκεια της εξαρτώμενες από το φως αντιδράσεις στο θυλακοειδής μεμβράνη του χλωροπλάστη, χλωροφύλλη οι χρωστικές απορροφούν την ελαφριά ενέργεια. Κάνουν ATP, NADPH και νερό. Κατά τη διάρκεια της Κύκλος Calvin ή ανεξάρτητες από το φως αντιδράσεις στο στρώμα, Τα ATP και NADPH βοηθούν στην παραγωγή γλυκεραλδεϋδης-3-φωσφορικής, ή G3P, η οποία τελικά γίνεται γλυκόζη.

Όπως η κυτταρική αναπνοή, η φωτοσύνθεση εξαρτάται από redox αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μεταφορά ηλεκτρονίων και την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Υπάρχουν διαφορετικά τύποι χλωροφύλλης, και οι πιο συνηθισμένοι τύποι είναι η χλωροφύλλη α, η χλωροφύλλη β και η χλωροφύλλη γ. Τα περισσότερα φυτά έχουν χλωροφύλλη α, η οποία απορροφά μήκη κύματος μπλε και κόκκινου φωτός. Μερικά φυτά και πράσινα φύκια χρησιμοποιούν χλωροφύλλη β. Μπορείτε να βρείτε χλωροφύλλη c στα dinoflagellates.

Σε αντίθεση με τους ανθρώπους ή τα ζώα, τα προκαρυωτικά ποικίλλουν στην ανάγκη τους για οξυγόνο. Ορισμένοι προκαρυωτικοί μπορούν να υπάρχουν χωρίς αυτό, ενώ άλλοι εξαρτώνται από αυτό. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να έχουν αερόβια (απαιτείται οξυγόνο) ή αναερόβιος (δεν απαιτείται οξυγόνο) μεταβολισμός.

Επιπλέον, ορισμένοι προκαρυωτικοί μπορούν να εναλλάσσονται μεταξύ των δύο τύπων μεταβολισμού ανάλογα με τις συνθήκες ή το περιβάλλον τους.

Τα προκαρυωτικά που εξαρτώνται από το οξυγόνο για το μεταβολισμό είναι υποχρεωτικά αερόβια. Από την άλλη πλευρά, προκαρυωτικά που δεν μπορούν να υπάρχουν στο οξυγόνο και δεν το χρειάζονται υποχρεωτικά αναερόβια. Τα προκαρυωτικά που μπορούν να εναλλάσσονται μεταξύ αερόβιου και αναερόβιου μεταβολισμού ανάλογα με την παρουσία οξυγόνου είναι προαιρετικά αναερόβια.

Ζύμωση γαλακτικού οξέος είναι ένας τύπος αναερόβιας αντίδρασης που παράγει ενέργεια για βακτήρια. Τα μυϊκά σας κύτταρα έχουν επίσης ζύμωση γαλακτικού οξέος. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, τα κύτταρα παράγουν ATP χωρίς οξυγόνο μέσω γλυκόλυσης. Η διαδικασία μετατρέπει το πυροσταφυλικό σε γαλακτικό οξύ και κάνει NAD + και ATP.

Υπάρχουν πολλές εφαρμογές στη βιομηχανία για αυτήν τη διαδικασία, όπως γιαούρτι και παραγωγή αιθανόλης. Για παράδειγμα, τα βακτήρια Lactobacillus bulgaricus βοηθήστε στην παραγωγή γιαουρτιού. Τα βακτήρια ζυμώνουν τη λακτόζη, το σάκχαρο στο γάλα, για να παράγουν γαλακτικό οξύ. Αυτό κάνει τον θρόμβο γάλακτος και το μετατρέπει σε γιαούρτι.

Μπορείτε να κατηγοριοποιήσετε τα προκαρυωτικά σε διαφορετικές ομάδες με βάση το μεταβολισμό τους. Οι κύριοι τύποι είναι ετεροτροφικοί, αυτοτροφικοί, φωτοτροφικοί και χημειοτροφικοί. Ωστόσο, όλοι οι προκαρυωτικοί εξακολουθούν να χρειάζονται κάποιο είδος ενέργεια ή καύσιμο να ζεις.

Τα ετεροτροφικά προκαρυωτικά λαμβάνουν οργανικές ενώσεις από άλλους οργανισμούς για να λάβουν άνθρακα. Τα αυτοτροφικά προκαρυωτικά χρησιμοποιούν το διοξείδιο του άνθρακα ως πηγή άνθρακα. Πολλοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη φωτοσύνθεση για να το επιτύχουν. Οι φωτοτροφικοί προκαρυώτες παίρνουν την ενέργειά τους από το φως.

Οι χημειοτροφικοί προκαρυώτες παίρνουν την ενέργειά τους από χημικές ενώσεις που διασπώνται.

Μπορείτε να χωρίσετε τις μεταβολικές οδούς σε αναβολικά και καταβολικός κατηγορίες. Αναβολικά σημαίνει ότι απαιτούν ενέργεια και τη χρησιμοποιούν για να χτίσουν μεγάλα μόρια από μικρά. Καταβολικό σημαίνει ότι απελευθερώνουν ενέργεια και διαλύουν μεγάλα μόρια για να κάνουν μικρότερα. Η φωτοσύνθεση είναι μια αναβολική διαδικασία, ενώ η κυτταρική αναπνοή είναι μια καταβολική διαδικασία.

Οι ευκαρυώτες και οι προκαρυωτικοί εξαρτώνται από τον κυτταρικό μεταβολισμό για να ζήσουν και να ευδοκιμήσουν. Παρόλο που οι διαδικασίες τους είναι διαφορετικές, είτε χρησιμοποιούν είτε δημιουργούν ενέργεια. Η κυτταρική αναπνοή και η φωτοσύνθεση είναι οι πιο κοινές οδοί που παρατηρούνται στα κύτταρα. Ωστόσο, ορισμένα προκαρυωτικά έχουν διαφορετικές μεταβολικές οδούς που είναι μοναδικές.

Σχετικό περιεχόμενο:

• Αμινοξέα
• Λιπαρά οξέα
• Γονιδιακή έκφραση
• Νουκλεϊκά οξέα
• Βλαστοκύτταρα