Mis on raku energia peamine allikas?

Tõenäoliselt olete noorest saati aru saanud, et teie söödavast toidust peab teie keha aitamiseks saama "midagi", mis on palju väiksem kui see, mis on toidus. Nagu see juhtub, täpsemalt üks molekuli tüüpi süsivesikud liigitatud a suhkur on lõplik kütuseallikas mis tahes ainevahetusreaktsioonis, mis toimub mis tahes rakus igal ajal.

See molekul on glükoos, kuue süsinikuga molekul terava ringi kujul. Kõigis rakkudes see siseneb glükolüüsja keerukamates rakkudes see ka osaleb fermentatsioon, fotosüntees ja rakuhingamine erinevates organismides erineval määral.

Kuid erinev viis vastata küsimusele "Millist molekuli rakud kasutavad energiaallikana?" tõlgendab seda järgmiselt: "Mis molekul otse juhib raku enda protsesse? "

See "toitev" molekul, mis nagu glükoos on aktiivne kõigis rakkudes, on ATPvõi adenosiinitrifosfaat, nukleotiidi, mida sageli nimetatakse "rakkude energiavaluutaks". Millisele molekulile peaksite siis mõtlema, kui küsite endalt: "Mis molekul on kõigi rakkude kütus?" Kas see on glükoos või ATP?

Sellele küsimusele vastamine sarnaneb erinevuse mõistmisega: "Inimesed saavad fossiilkütuseid maast" ja "Inimesed saavad fossiilseid kütuseenergia söel töötavatest elektrijaamadest. "Mõlemad väited vastavad tõele, kuid käsitlevad metaboolse energia muundamise ahela erinevaid etappe reaktsioonid. Elusolendites glükoos on põhiline toitaine, kuid ATP on põhiline kütus.

Kõik elusolendid kuuluvad ühte kahest laiast kategooriast: prokarüootid ja eukarüoodid. Prokarüoodid on taksonoomia üherakulised organismid domeenid Bakterid ja arheed, kusjuures eukarüoodid kuuluvad kõik Eukaryota domeeni, mis hõlmab loomi, taimi, seeni ja protiste.

Prokarüootid on pisikesed ja lihtsad võrreldes eukarüootidega; nende rakud on vastavalt vähem keerukad. Enamasti on prokarüootne rakk sama mis prokarüootne organism ja bakterite energiavajadus on palju väiksem kui mis tahes eukarüootse raku omal.

Prokarüootsetel rakkudel on samad neli komponenti, mida leidub kõigis loodusmaailma rakkudes: DNA, rakumembraan, tsütoplasma ja ribosoomid. Nende tsütoplasma sisaldab kõiki glükolüüsi jaoks vajalikke ensüüme, kuid mitokondrite ja kloroplastide puudumine tähendab, et glükolüüs on prokarüootide ainus ainevahetusrada.

Lisateave prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude sarnasuste ja erinevuste kohta.

Glükoos on kuue süsinikuga suhkur rõnga kujul, mida diagrammidel kujutab kuusnurkne kuju. Selle keemiline valem on C₆H₁₂O₆, andes sellele C / H / O suhte 1: 2: 1; see on tegelikult tõsi või kõik süsivesikuteks liigitatud biomolekulid.

Glükoosi peetakse a monosahhariid, mis tähendab, et seda ei saa redutseerida erinevateks väiksemateks suhkruteks, purustades erinevate komponentide vesiniksidemed. Fruktoos on veel üks monosahhariid; sahharoosi (lauasuhkur), mis on valmistatud glükoosi ja fruktoosi ühendamisel, peetakse a disahhariid.

Glükoosi nimetatakse ka "veresuhkruks", sest just selle ühendi kontsentratsiooni mõõdetakse veres, kui kliinik või haigla labor määrab patsiendi metaboolse seisundi. Seda saab infundeerida otse vereringesse intravenoossete lahuste kujul, kuna see ei vaja lagunemist enne keharakkudesse sisenemist.

ATP on a nukleotiid, mis tähendab, et see koosneb ühest viiest erinevast lämmastikalusest, viiesüsinikust suhkrust, mida nimetatakse riboosiks, ja ühest kuni kolmest fosfaatrühmast. Alused nukleotiidides võivad olla kas adeniin (A), tsütosiin (C), guaniin (G), tümiin (T) või uratsiil (U). Nukleotiidid on DNA ja RNA nukleiinhapete ehituskivid; A, C ja G leiduvad mõlemas nukleiinhappes, samas kui T leidub ainult DNA-s ja U ainult RNA-s.

Nagu nägite, tähistab ATP-s olev "TP" "trifosfaati" ja näitab, et ATP-l on maksimaalne fosfaatrühma arv, mis nukleotiidil võib olla - kolm. Suurem osa ATP-st saadakse fosfaatrühma kinnitamisel ADP-le või adenosiindifosfaadile - protsessile, mida nimetatakse fosforüülimiseks.

ATP ja selle derivaadid on biokeemias ja meditsiinis laialdaselt kasutatavad, paljud neist on uurimisjärgus, kui 21. sajand läheneb oma kolmandale kümnendile.

Toidust energia eraldamine hõlmab toidukomponentide keemiliste sidemete purustamist ja selle energia kasutamist ATP molekulide sünteesiks. Näiteks on süsivesikud kõik oksüdeerunud lõpuks süsinikdioksiidiks (CO₂) ja vesi (H₂O). Rasvad oksüdeeruvad ka, nende rasvhapete ahelad annavad atsetaatmolekule, mis seejärel sisenevad eukarüootsetesse mitokondritesse aeroobsesse hingamisse.

Valkude laguproduktid sisaldavad palju lämmastikku ja neid kasutatakse teiste valkude ja nukleiinhapete ehitamiseks. Kuid mõnda 20-st aminohappest, millest valgud on ehitatud, saab modifitseerida ja siseneda raku ainevahetusse rakuhingamise tasemel (nt pärast glükolüüsi)

Kokkuvõte:Glükolüüs toodab otseselt 2 ATP iga glükoosi molekuli kohta; see varustab püruvaadi ja elektronkandjaid edasiste ainevahetusprotsesside jaoks.

Glükolüüs on kümnest reaktsioonist koosnev seeria, kus glükoosi molekul muundatakse püruvaadi kolme süsiniku molekuli kaheks molekuliks, saades teel 2 ATP. See koosneb varajasest "investeerimisfaasist", milles 2 ATP-d kasutatakse fosfaatrühmade kinnitamiseks nihkuva glükoosimolekuli külge, ja hilisemast "tagasipöördumisfaasist" mille glükoosiderivaat, olles jagatud kolmesüsinikuliste vaheühendite paariks, annab 2 ATP kolme süsinikühendi kohta ja see 4 üldiselt.

See tähendab, et glükolüüsi netomõju on 2 ATP tootmine glükoosimolekuli kohta, kuna investeerimisfaasis tarbitakse 2 ATP, kuid tasumise etapis tehakse kokku 4 ATP.

Lisateavet glükolüüsi kohta.

Kokkuvõte:Kääritamine täiendab NAD-i⁺ glükolüüsi jaoks; see ei tooda otse ATP-d.

Kui energiavajaduse rahuldamiseks pole piisavalt hapnikku, näiteks väga kõvasti joostes või raskusi tõstes, võib glükolüüs olla ainus kättesaadav ainevahetusprotsess. Siit tuleb sisse see "piimhappe põletus", millest olete kuulnud. Kui püruvaat ei pääse aeroobsesse hingamisse, nagu allpool kirjeldatud, muundatakse see laktaadiks, mis ise ei tee palju head, kuid tagab glükolüüsi jätkumise peamise vahemolekuli tarnimisega kutsus NAD⁺.

Kokkuvõte:Krebsi tsükkel toodab 1 ATP tsükli pöörde kohta (ja seega 2 ATP glükoosi kohta "ülesvoolu", kuna 2 püruvaadist saab 2 atsetüül CoA).

Piisava hapniku normaalsetes tingimustes liigub peaaegu kogu eukarüootides glükolüüsil tekkinud püruvaat tsütoplasma organellideks ("väikesed organid"), mida nimetatakse mitokondriteks, kus see muundub kahe süsiniku molekuliks atsetüülkoensüüm A (atsetüül CoA), eraldades ja vabastades CO₂. See molekul ühendub tsitraadi loomiseks nelja süsiniku molekuliga, mida nimetatakse oksaloatsetaadiks, mis on esimene samm selles, mida nimetatakse ka TCA tsükliks või sidrunhappe tsükliks.

See reaktsioonide "ratas" viis lõpuks tsitraadi tagasi oksaloatsetaadiks ja selle käigus tekib üks ATP koos nelja nn suure energiaga elektronkandjaga (NADH ja FADH)₂).

Kokkuvõte:Elektroni transpordiahel annab umbes 32 kuni 34 ATP "ülesvoolu" glükoosi molekuli kohta, mis teeb sellest eukarüootides ülekaalukalt kõige suurema osa rakuenergiast.

Krebsi tsükli elektronkandjad liiguvad mitokondrite sisemusest organelli sisemisele membraanile, millel on töövalmis igasugused spetsiaalsed ensüümid, mida nimetatakse tsütokroomideks. Lühidalt, kui elektronid vesinikuaatomite kujul kandjatelt eemaldatakse, annab see ADP molekulide fosforüülimise suureks osaks ATP-st.

Selle reaktsiooniahela tekkimiseks peab kaskaadis, mis toimub üle membraani, olema hapnik kui lõplik elektronide aktseptor. Kui seda pole, siis rakuhingamise protsess "varundub" ja ka Krebsi tsükkel ei saa toimuda.