Koji je glavni izvor stanične energije?

Vjerojatno ste od malih nogu shvatili da hrana koju jedete mora postati "nešto" daleko manje od one hrane za ono što je "u" hrani da bi mogla pomoći vašem tijelu. Kao što se događa, točnije, jedna molekula neke vrste ugljikohidrata klasificirano kao a šećer je krajnji izvor goriva u bilo kojoj metaboličkoj reakciji koja se dogodi u bilo kojoj stanici u bilo koje vrijeme.

Ta molekula je glukoza, molekula sa šest ugljika u obliku šiljastog prstena. U sve stanice ulazi glikoliza, a u složenijim stanicama u kojima i sudjeluje fermentacija, fotosinteza i stanično disanje u različitom stupnju u različitim organizmima.

Ali drugačiji način odgovora na pitanje "Koju molekulu stanice koriste kao izvor energije?" to tumači kao, "Kakva molekula direktno pokreće vlastite procese stanice? "

Ta "snažna" molekula koja poput glukoze djeluje u svim stanicama jest ATP, ili adenozin trifosfat, nukleotid koji se često naziva "valutom energije stanica". Na koju biste molekulu trebali pomisliti kad se zapitate: "Koja je molekula gorivo za sve stanice?" Je li to glukoza ili ATP?

Odgovor na ovo pitanje sličan je razumijevanju razlike između kazivanja "Ljudi fosilna goriva dobivaju iz zemlje" i "Ljudi fosilna goriva energija goriva iz elektrana na ugljen. "Obje su tvrdnje istinite, ali govore o različitim fazama u metaboličkom lancu pretvorbe energije reakcije. U živim bićima, glukoza je temeljna hranjiva, ali ATP je osnovni gorivo.

Sva živa bića pripadaju jednoj od dvije široke kategorije: prokarioti i eukarioti. Prokarioti su jednostanični organizmi taksonomije domene Bakterije i Arheje, dok svi eukarioti spadaju u domenu Eukaryota, što uključuje životinje, biljke, gljive i protiste.

Prokarioti su sićušni i jednostavni u usporedbi s eukarionima; njihove su stanice odgovarajuće manje složene. U većini slučajeva prokariontska stanica je isto što i prokariotski organizam, a energetske potrebe bakterija daleko su niže od potreba bilo koje eukariotske stanice.

Prokariotske stanice imaju iste četiri komponente koje se nalaze u svim stanicama u prirodnom svijetu: DNA, stanična membrana, citoplazma i ribosomi. Njihova citoplazma sadrži sve enzime potrebne za glikolizu, ali odsutnost mitohondrija i kloroplasta znači da je glikoliza stvarno jedini metabolički put dostupan prokarionima.

Pročitajte više o sličnostima i razlikama između prokariontskih i eukariotskih stanica.

Glukoza je šećer s šest ugljika u obliku prstena, koji je dijagramom predstavljen šesterokutnim oblikom. Njegova kemijska formula je C₆H₁₂O₆, dajući mu omjer C / H / O od 1: 2: 1; to je zapravo točno, ili sve biomolekule klasificirane kao ugljikohidrati.

Glukoza se smatra a monosaharid, što znači da se ne može reducirati u različite, manje šećere razbijanjem vodikovih veza između različitih komponenata. Fruktoza je još jedan monosaharid; saharoza (stolni šećer), koja nastaje spajanjem glukoze i fruktoze, smatra se a disaharid.

Glukoza se naziva i "šećer u krvi", jer je taj spoj čija se koncentracija mjeri u krvi kada klinika ili bolnički laboratorij određuju metabolički status pacijenta. Može se uliti izravno u krvotok u intravenskim otopinama, jer ne zahtijeva razgradnju prije ulaska u tjelesne stanice.

ATP je nukleotid, što znači da se sastoji od jedne od pet različitih dušičnih baza, šećera s pet ugljika koji se naziva riboza i jedne do tri fosfatne skupine. Baze u nukleotidima mogu biti adenin (A), citozin (C), gvanin (G), timin (T) ili uracil (U). Nukleotidi su gradivni blokovi nukleinskih kiselina DNA i RNA; A, C i G nalaze se u obje nukleinske kiseline, dok se T nalazi samo u DNA, a U samo u RNA.

"TP" u ATP-u, kao što ste vidjeli, označava "trifosfat" i ukazuje da ATP ima maksimalan broj fosfatnih skupina koji nukleotid može imati - tri. Većina ATP nastaje vezanjem fosfatne skupine na ADP, ili adenozin difosfata, proces poznat kao fosforilacija.

ATP i njegovi derivati ​​imaju širok spektar primjene u biokemiji i medicini, od kojih su mnogi u fazi istraživanja kako se 21. stoljeće približava trećem desetljeću.

Oslobađanje energije iz hrane uključuje razbijanje kemijskih veza u komponentama hrane i iskorištavanje te energije za sintezu ATP molekula. Na primjer, ugljikohidrati su svi oksidirana na kraju na ugljični dioksid (CO₂) i vode (H₂O). Masti se također oksidiraju, lanci masnih kiselina daju molekule acetata koje zatim ulaze u aerobno disanje u eukariotskim mitohondrijima.

Proizvodi razgradnje bjelančevina bogati su dušikom i koriste se za izgradnju ostalih bjelančevina i nukleinskih kiselina. No neke od 20 aminokiselina od kojih su izgrađeni proteini mogu se modificirati i ući u stanični metabolizam na razini staničnog disanja (npr. Nakon glikolize)

Sažetak:Glikoliza izravno proizvodi 2 ATP za svaku molekulu glukoze; opskrbljuje piruvatom i nosačima elektrona za daljnje metaboličke procese.

Glikoliza je niz od deset reakcija u kojima se molekula glukoze transformira u dvije molekule molekule tri ugljika piruvata, čime se usput dobivaju 2 ATP. Sastoji se od rane faze "ulaganja" u kojoj se 2 ATP koriste za vezanje fosfatnih skupina na molekulu glukoze koja se mijenja i kasnije faze "povratka" u koji derivat glukoze, nakon što je podijeljen u par intermedijernih spojeva s tri ugljika, daje 2 ATP po spojevima s tri ugljika i ovaj 4 sveukupno.

To znači da će neto učinak glikolize proizvesti 2 ATP po molekuli glukoze, jer se 2 ATP troše u fazi ulaganja, ali ukupno 4 ATP nastaju u fazi isplate.

Pročitajte više o glikolizi.

Sažetak:Fermentacija nadopunjuje NAD⁺ za glikolizu; ne proizvodi izravno ATP.

Kada je prisutno nedovoljno kisika da zadovolji energetske potrebe, kao kada jako trčite ili naporno dižete utege, glikoliza je možda jedini dostupni metabolički proces. Tu dolazi do "opekline mliječne kiseline" za koju ste možda čuli. Ako piruvat ne može ući u aerobno disanje kako je opisano u nastavku, on se pretvara u laktat, koji i sam ne donosi puno dobra, ali osigurava da se glikoliza može nastaviti isporukom ključne međuproduktne molekule pod nazivom NAD⁺.

Sažetak:Krebsov ciklus proizvodi 1 ATP po okretu ciklusa (i time 2 ATP po glukozi "uzvodno", jer 2 piruvata mogu stvoriti 2 acetil CoA).

U normalnim uvjetima adekvatnog kisika gotovo se sav piruvat koji nastaje glikolizom u eukariotima premješta iz citoplazma u organele ("male organe") poznate kao mitohondriji, gdje se pretvorila u molekulu s dva ugljika acetil koenzim A (acetil CoA) uklanjanjem i oslobađanjem CO₂. Ova se molekula kombinira s molekulom s četiri ugljika zvanom oksaloacetat da bi stvorila citrat, prvi korak u onome što se naziva i TCA ciklus ili ciklus limunske kiseline.

Ovaj "kotačić" reakcija na kraju je reducirao citrat natrag u oksaloacetat, a usput se stvara jedan ATP zajedno s četiri takozvana visokoenergetska nosača elektrona (NADH i FADH₂).

Sažetak:Lanac prijenosa elektrona daje oko 32 do 34 ATP po molekuli glukoze "uzvodno", čineći je daleko najvećim doprinosom staničnoj energiji eukariota.

Nosači elektrona iz Krebsova ciklusa kreću se iz unutrašnjosti mitohondrija u unutarnju membranu organele koja ima sve vrste specijaliziranih enzima nazvanih citokromi spremni za rad. Ukratko, kada se elektroni, u obliku atoma vodika, oduzmu sa svojih nosača, to omogućuje fosforilaciju molekula ADP u veliku količinu ATP-a.

Da bi se mogao dogoditi ovaj lanac reakcija, kisik mora biti prisutan kao konačni akceptor elektrona u kaskadi koja se javlja preko membrane. Ako nije, proces staničnog disanja se "podupire", a ne može se dogoditi ni Krebsov ciklus.