Rakuline ainevahetus: ATP määratlus, protsess ja roll

Rakud vajavad energiat liikumiseks, jagunemiseks, korrutamiseks ja muudeks protsessideks. Nad veedavad suure osa oma elust selle energia hankimisele ja kasutamisele ainevahetuse kaudu.

Prokarüootsed ja eukarüootsed rakud sõltuvad erinevatest ainevahetusradadest ellujäämiseks.

Rakkude metabolism on elusorganismides toimuvate protsesside jada nende organismide ülalpidamiseks.

Rakubioloogias ja molekulaarbioloogia, metabolism viitab biokeemilistele reaktsioonidele, mis toimuvad organismides energia tootmiseks. Ainevahetuse kõnekeelne või toitumisalane kasutamine viitab keemilised protsessid mis juhtuvad teie kehas, kui muudate toitu energiaks.

Kuigi terminitel on sarnasusi, on ka erinevusi. Ainevahetus on rakkude jaoks oluline, kuna protsessid hoiavad organisme elus ja võimaldavad neil kasvada, paljuneda või jagada.

Ainevahetusprotsesse on tegelikult mitu. Rakuhingamine on teatud tüüpi metaboolne rada, mis lagundab glükoosi adenosiinitrifosfaatvõi ATP.

Rakulise hingamise peamised etapid aastal eukarüootid on:

• Glükolüüs
• Püruvaadi oksüdatsioon
• Sidrunhappe ehk Krebsi tsükkel
• Oksüdatiivne fosforüülimine

Peamised reagendid on glükoos ja hapnik, peamised tooted on süsinikdioksiid, vesi ja ATP. Fotosüntees rakkudes on veel üks ainevahetusraja tüüp, mida organismid kasutavad suhkru valmistamiseks.

Kasutatakse taimi, vetikaid ja tsüanobaktereid fotosüntees. Peamised sammud on valgusest sõltuvad reaktsioonid ja Calvini tsükkel ehk valgusest sõltumatud reaktsioonid. Peamisteks reagentideks on valgusenergia, süsinikdioksiid ja vesi, peamisteks toodeteks on glükoos ja hapnik.

Ainevahetus aastal prokarüootid võib varieeruda. Metaboolsete radade põhitüübid hõlmavad heterotroofseid, autotroofseid, fototroofne ja kemotroofne reaktsioonid. Ainevahetuse tüüp, mis prokarüootil on, võib mõjutada tema elukohta ja keskkonnaga suhtlemist.

Nende ainevahetusrajad mängivad rolli ka ökoloogias, inimeste tervises ja haigustes. Näiteks on prokarüootid, mis ei talu hapnikku, näiteks C. botuliin. See bakter võib põhjustada botulismi, kuna see kasvab hästi hapnikuta aladel.

Seotud artikkel:5 hiljutist läbimurret, mis näitavad, miks vähiuuringud on nii olulised

Ensüümid on ained, mis toimivad katalüsaatorid keemiliste reaktsioonide kiirendamiseks või tekitamiseks. Enamik elusorganismide biokeemilisi reaktsioone toetuvad ensüümide toimimisele. Need on raku ainevahetuse jaoks olulised, kuna võivad mõjutada paljusid protsesse ja aidata neid algatada.

Glükoos ja valgusenergia on rakkude ainevahetuse kõige levinumad kütuseallikad. Ainevahetusrajad ei töötaks aga ilma ensüümideta. Enamik rakkudes sisalduvaid ensüüme on valgud ja vähendavad keemiliste protsesside alustamiseks aktiveerimisenergiat.

Kuna suurem osa raku reaktsioonidest toimub toatemperatuuril, on need ilma ensüümideta liiga aeglased. Näiteks ajal glükolüüs rakuhingamisel ensüüm püruvaadi kinaas mängib olulist rolli, aidates fosfaatrühma üle kanda.

Rakuhingamine eukarüootides esineb peamiselt mitokondrites. Eukarüootsed rakud sõltuvad ellujäämiseks rakuhingamisest.

Ajal glükolüüs, lagundab rakk tsütoplasmas glükoosi koos hapnikuga või ilma. See jagab kuue süsinikuga suhkrumolekuli kaheks, kolm süsinikuga püruvaadi molekuliks. Lisaks muudab glükolüüs ATP ja muudab NAD + NADH-ks. Ajal püruvaadi oksüdatsioon, sisenevad püruvaadid mitokondrite maatriksisse ja muutuvad koensüüm A või atsetüül CoA. See eraldab süsinikdioksiidi ja muudab rohkem NADH-d.

Jooksul sidrunhape või Krebsi tsükkel, atsetüül CoA ühendub oksaloatsetaat tegema tsitraat. Seejärel läbib tsitraat süsinikdioksiidi ja NADH saamiseks reaktsioonid. Tsükkel muudab ka FADH2 ja ATP.

Ajal oksüdatiivne fosforüülimine, elektronide transpordiahel mängib otsustavat rolli. NADH ja FADH2 annavad elektronid elektroni transpordiahelale ning saavad NAD + ja FAD. Elektronid liiguvad sellest ahelast alla ja moodustavad ATP. See protsess toodab ka vett. Enamik ATP produktsioonist rakuhingamise ajal on selles viimases etapis.

Fotosüntees toimub taimerakkudes, osades vetikates ja teatud bakterites, mida nimetatakse tsüanobakteriteks. See metaboolne protsess toimub kloroplastides tänu klorofüllile ja see toodab koos hapnikuga suhkrut. The valgusest sõltuvad reaktsioonid, pluss Calvini tsükkel või valgusest sõltumatud reaktsioonid, on fotosünteesi põhiosad. See on oluline planeedi üldise tervise jaoks, sest elusolendid sõltuvad taimede hapnikust.

Jooksul valgusest sõltuvad reaktsioonid aastal tülakoidmembraan kloroplastist, klorofüll pigmendid neelavad valguse energiat. Nad teevad ATP, NADPH ja vett. Jooksul Calvini tsükkel või valgusest sõltumatud reaktsioonid aastal strooma, ATP ja NADPH aitavad muuta glütseraldehüüd-3-fosfaati ehk G3P-d, mis lõpuks muutub glükoosiks.

Nagu rakuline hingamine, sõltub ka fotosüntees redoks reaktsioonid, mis hõlmavad elektronide ülekandeid ja elektronide ülekandeahelat.

Neid on erinevaid klorofülli tüübidja levinumad tüübid on klorofüll a, klorofüll b ja klorofüll c. Enamikul taimedel on klorofüll a, mis neelab sinise ja punase valguse lainepikkusi. Mõned taimed ja rohevetikad kasutavad klorofülli b. Klorofülli c leiate dinoflagellaatidest.

Erinevalt inimestest või loomadest on prokarüootide hapnikuvajadus erinev. Mõned prokarüootid võivad eksisteerida ilma selleta, teised sõltuvad sellest. See tähendab, et neil võib olla aeroobne (vajab hapnikku) või anaeroobne (ei vaja hapnikku) metabolism.

Lisaks võivad mõned prokarüootid vahetada kahte tüüpi ainevahetust sõltuvalt nende oludest või keskkonnast.

Prokarüoodid, mille ainevahetus sõltub hapnikust, on kohustuslikud aeroobid. Teiselt poolt on prokarüootid, mis ei saa hapnikus eksisteerida ega vaja seda kohustada anaeroobe. Prokarüootid, mis sõltuvalt hapniku olemasolust võivad vahetada aeroobse ja anaeroobse ainevahetuse vahel, on fakultatiivsed anaeroobid.

Piimhappe kääritamine on anaeroobse reaktsiooni tüüp, mis toodab bakteritele energiat. Teie lihasrakkudel on ka piimhappe fermentatsioon. Selle protsessi käigus valmistavad rakud glükolüüsi teel ATP-d ilma hapnikuta. Protsess muudab püruvaadi piimhape ja teeb NAD + ja ATP.

Tööstuses on selle protsessi jaoks palju rakendusi, näiteks jogurti ja etanooli tootmine. Näiteks bakterid Lactobacillus bulgaricus aidata jogurtit toota. Bakterid kääritavad piimhappe saamiseks piimas sisalduva suhkru laktoosi. See muudab piima hüübima ja muudab selle jogurtiks.

Prokarüootid saate nende ainevahetuse põhjal kategoriseerida erinevatesse rühmadesse. Peamised tüübid on heterotroofsed, autotroofsed, fototroofsed ja kemotroofsed. Kuid kõik prokarüootid vajavad ikkagi mõnda tüüpi energia või kütus elama.

Heterotroofsed prokarüoodid saavad orgaanilisi ühendeid teistelt organismidelt süsiniku saamiseks. Autotroofsed prokarüootid kasutavad süsinikuallikana süsinikdioksiidi. Paljud suudavad selle saavutamiseks kasutada fotosünteesi. Fototroofsed prokarüoodid saavad energia valgusest.

Kemotroofsed prokarüootid saavad energiat lagunevatest keemilistest ühenditest.

Võite jagada ainevahetusrajad anaboolsed ja kataboolne kategooriad. Anaboolne tähendab, et nad vajavad energiat ja kasutavad seda väikeste molekulide ehitamiseks. Kataboolne tähendab, et nad vabastavad energiat ja lõhuvad suuri molekule väiksemate molekulide valmistamiseks. Fotosüntees on anaboolne protsess, rakuline hingamine aga kataboolne protsess.

Eukarüoodid ja prokarüootid sõltuvad elust ja arenemisest raku ainevahetusest. Kuigi nende protsessid on erinevad, kasutavad nad mõlemad energiat või loovad seda. Rakkude hingamine ja fotosüntees on rakkudes kõige tavalisemad radad. Kuid mõnel prokarüootil on erinevad ainevahetusrajad, mis on ainulaadsed.

Seotud sisu:

• Aminohapped
• Rasvhapped
• Geeniekspressioon
• Nukleiinhapped
• Tüvirakud