Mikä on soluenergian päälähde?

Olet luultavasti ymmärtänyt nuoruudestasi lähtien, että syötävästä ruoasta on oltava "jotain" paljon pienempi kuin mitä tahansa ruokaa sisältävää ruokaa voidakseen auttaa kehoasi. Kuten tapahtuu, tarkemmin sanottuna yksi yksittäisen tyyppinen molekyyli hiilihydraatti luokiteltu a sokeria on lopullinen polttoaineen lähde missä tahansa solussa milloin tahansa tapahtuvassa metabolisessa reaktiossa.

Tuo molekyyli on glukoosi, kuuden hiilen molekyyli piikkisen renkaan muodossa. Kaikissa soluissa se astuu sisään glykolyysija monimutkaisemmissa soluissa se myös osallistuu käyminen, fotosynteesi ja soluhengitys eri organismeissa.

Mutta erilainen tapa vastata kysymykseen "Mitä molekyyliä solut käyttävät energialähteenä?" tulkitsee sen seuraavasti: "Mikä molekyyli suoraan ohjaa solun omia prosesseja? "

Tuo "tehoava" molekyyli, joka glukoosin tavoin on aktiivinen kaikissa soluissa, on ATPtai adenosiinitrifosfaatti, nukleotidia, jota kutsutaan usein "solujen energiavaluutaksi". Minkä molekyylin sinun pitäisi ajatella, kun kysyt itseltäsi: "Mikä molekyyli on kaikkien solujen polttoaine?" Onko se glukoosi vai ATP?

Tähän kysymykseen vastaaminen on samanlaista kuin ymmärtää ero sanojen "Ihmiset saavat fossiilisia polttoaineita maasta" ja "Ihmiset saavat fossiileja" välillä. "Molemmat väitteet pitävät paikkansa, mutta ne käsittelevät aineenvaihdunnan energian muuntoketjun eri vaiheita reaktioita. Elävissä olennoissa glukoosi on perustavanlaatuinen ravintoaine, mutta ATP on perus polttoainetta.

Kaikki elävät olennot kuuluvat kahteen laajaan luokkaan: prokaryootit ja eukaryootit. Prokaryootit ovat taksonomian yksisoluisia organismeja verkkotunnukset Bakteerit ja Archaea, kun taas eukaryootit kuuluvat kaikki Eukaryota-alueeseen, johon kuuluvat eläimet, kasvit, sienet ja protistit.

Prokaryootit ovat pieniä ja yksinkertaisia ​​verrattuna eukaryootteihin; niiden solut ovat vastaavasti vähemmän monimutkaisia. Useimmissa tapauksissa prokaryoottinen solu on sama asia kuin prokaryoottinen organismi, ja bakteerien energiantarve on paljon pienempi kuin minkä tahansa eukaryoottisen solun.

Prokaryoottisoluilla on samat neljä komponenttia, jotka löytyvät kaikista luonnollisen maailman soluista: DNA, solukalvo, sytoplasma ja ribosomit. Niiden sytoplasma sisältää kaikki glykolyysiin tarvittavat entsyymit, mutta mitokondrioiden ja kloroplastien puuttuminen tarkoittaa, että glykolyysi on todellakin ainoa prokaryoottien käytettävissä oleva metabolinen reitti.

Lue lisää prokaryoottisten ja eukaryoottisten solujen samankaltaisuudesta ja eroista.

Glukoosi on kuuden hiilen sokeri renkaan muodossa, jota kaavioissa edustaa kuusikulmainen muoto. Sen kemiallinen kaava on C₆H₁₂O₆antamalla sille C / H / O-suhteen 1: 2: 1; tämä on totta, tai kaikki biomolekyylit luokitellaan hiilihydraateiksi.

Glukoosia pidetään a monosakkaridimikä tarkoittaa, että sitä ei voida pelkistää erilaisiksi pienemmiksi sokereiksi rikkomalla vetysidoksia eri komponenttien välillä. Fruktoosi on toinen monosakkaridi; sakkaroosia (pöytäsokeri), joka valmistetaan liittämällä glukoosi ja fruktoosi, pidetään a disakkaridi.

Glukoosia kutsutaan myös "verensokeriksi", koska se on tämän yhdisteen pitoisuus veressä, kun klinikka tai sairaalalaboratorio määrittää potilaan aineenvaihduntatilan. Se voidaan infusoida suoraan verenkiertoon laskimonsisäisinä liuoksina, koska se ei vaadi hajoamista ennen kehon soluihin pääsyä.

ATP on a nukleotidimikä tarkoittaa, että se koostuu yhdestä viidestä eri typpipitoisesta emäksestä, viiden hiilen sokerista, jota kutsutaan riboosiksi, ja yhdestä kolmeen fosfaattiryhmää. Nukleotidien emäkset voivat olla joko adeniini (A), sytosiini (C), guaniini (G), tymiini (T) tai urasiili (U). Nukleotidit ovat DNA: n ja RNA: n nukleiinihappojen rakennuspalikoita; A, C ja G löytyvät molemmista nukleiinihapoista, kun taas T: tä löytyy vain DNA: sta ja U: ta vain RNA: sta.

"TP" ATP: ssä, kuten olet nähnyt, tarkoittaa "trifosfaattia" ja osoittaa, että ATP: llä on suurin määrä fosfaattiryhmää kuin nukleotidilla voi olla - kolme. Suurin osa ATP: stä tehdään kiinnittämällä fosfaattiryhmä ADP: hen tai adenosiinidifosfaattiin, prosessi, joka tunnetaan nimellä fosforylaatio.

ATP: llä ja sen johdannaisilla on laaja käyttökohde biokemiassa ja lääketieteessä, joista monet ovat tutkimusvaiheessa 21. vuosisadan lähestyessä kolmatta vuosikymmenään.

Energian vapautuminen ruoasta sisältää elintarvikekomponenttien kemiallisten sidosten rikkomisen ja tämän energian hyödyntämisen ATP-molekyylien synteesiin. Esimerkiksi hiilihydraatit ovat kaikki hapettunut lopulta hiilidioksidiksi (CO₂) ja vesi (H₂O). Rasvat myös hapetetaan, ja niiden rasvahappoketjut tuottavat asetaattimolekyylejä, jotka sitten tulevat aerobiseen hengitykseen eukaryoottisissa mitokondrioissa.

Proteiinien hajoamistuotteissa on runsaasti typpeä ja niitä käytetään muiden proteiinien ja nukleiinihappojen rakentamiseen. Mutta joitain 20 aminohaposta, joista proteiinit rakennetaan, voidaan modifioida ja tulla solujen aineenvaihduntaan soluhengityksen tasolla (esim. Glykolyysin jälkeen)

Yhteenveto:Glykolyysi tuottaa suoraan 2 ATP jokaiselle glukoosimolekyylille; se toimittaa pyruvaattia ja elektronikantajia aineenvaihduntaa varten.

Glykolyysi on sarja kymmenestä reaktiosta, joissa glukoosimolekyyli muuttuu kahdeksi kolmihiilimolekyylipyruvaatin molekyyliksi, jolloin saadaan 2 ATP matkan varrella. Se koostuu varhaisesta "investointivaiheesta", jossa 2 ATP: tä käytetään fosfaattiryhmien kiinnittämiseen siirtyvään glukoosimolekyyliin, ja myöhemmästä "paluu" -vaiheesta jolloin glukoosijohdannainen, joka on jaettu kolmen hiilen välituoteyhdisteen pariin, tuottaa 2 ATP kolmihiiliyhdisteitä kohti ja tämä 4 yleensä ottaen.

Tämä tarkoittaa, että glykolyysin nettovaikutuksena on tuottaa 2 ATP glukoosimolekyyliä kohti, koska 2 ATP: tä kulutetaan investointivaiheessa, mutta yhteensä 4 ATP: tä tehdään takaisinmaksuvaiheessa.

Lue lisää glykolyysistä.

Yhteenveto:Fermentointi täydentää NAD: ta⁺ glykolyysille; se ei tuota suoraan ATP: tä.

Kun happea ei ole riittävästi energiantarpeen tyydyttämiseksi, kuten kun juokset kovasti tai nostat painoja voimakkaasti, glykolyysi voi olla ainoa käytettävissä oleva aineenvaihduntaprosessi. Täältä tulee "maitohappopalo", josta olet ehkä kuullut. Jos pyruvaatti ei pääse aerobiseen hengitykseen alla kuvatulla tavalla, se muuttuu laktaatiksi, joka itse ei tee paljon hyvää, mutta varmistaa, että glykolyysi voi jatkua toimittamalla keskeisen välimolekyylin kutsutaan NAD⁺.

Yhteenveto:Krebs-sykli tuottaa 1 ATP per kierros kierrosta (ja siten 2 ATP glukoosia kohti "ylävirtaan", koska 2 pyruvaattia voi tehdä 2 asetyyli-CoA: ta).

Normaaleissa riittävän hapen olosuhteissa melkein kaikki eukaryoottien glykolyysissä syntyvät pyruvaatit siirtyvät sytoplasma organelloeleiksi ("pieniksi elimiksi"), jotka tunnetaan nimellä mitokondriot, missä se muuttuu kahden hiilen molekyyliksi asetyylikoentsyymi A (asetyyli-CoA) poistamalla ja vapauttamalla CO₂. Tämä molekyyli yhdistyy nelihiilimolekyylin kanssa, jota kutsutaan oksaloasetaatiksi, sitraatin muodostamiseksi, mikä on ensimmäinen vaihe TCA- tai sitruunahapposyklissä.

Tämä "reaktiopyörä" pelkisti lopulta sitraatin takaisin oksaloasetaatiksi, ja matkan varrella muodostuu yksi ATP yhdessä neljän ns. Korkean energian elektronikantajan kanssa (NADH ja FADH₂).

Yhteenveto:Elektronien siirtoketju tuottaa noin 32-34 ATP "ylävirran" glukoosimolekyyliä kohti, mikä tekee siitä ylivoimaisesti suurimman osan soluenergiasta eukaryooteissa.

Krebsin syklin elektronikantajat siirtyvät mitokondrioiden sisäpuolelta organellin sisäkalvoon, jossa on kaikenlaisia ​​erikoistuneita entsyymejä, joita kutsutaan sytokromeiksi, jotka ovat valmiita toimimaan. Lyhyesti sanottuna, kun elektronit vetyatomien muodossa poistetaan kantajistaan, tämä antaa ADP-molekyylien fosforylaation suureksi osaksi ATP: tä.

Hapen on oltava läsnä lopullisena elektroninakseptorina kalvon poikki tapahtuvassa kaskadissa, jotta tämä reaktioketju tapahtuu. Jos näin ei ole, soluhengitysprosessi "varmuuskopioituu", eikä Krebs-sykli voi myöskään tapahtua.