Apa Sumber Utama Energi Sel?

Anda mungkin telah mengerti sejak Anda masih muda bahwa makanan yang Anda makan harus menjadi "sesuatu" yang jauh lebih kecil dari makanan untuk apa pun yang "dalam" makanan untuk dapat membantu tubuh Anda. Seperti yang terjadi, lebih khusus, satu molekul dari jenis karbohidrat diklasifikasikan sebagai Gula adalah sumber bahan bakar utama dalam setiap reaksi metabolisme yang terjadi di sel mana pun dan kapan pun.

Molekul itu adalah glukosa, molekul enam karbon dalam bentuk cincin runcing. Di semua sel, ia masuk ke dalam glikolisis, dan dalam sel yang lebih kompleks ia juga berpartisipasi dalam fermentasi, fotosintesis dan respirasi seluler derajat yang berbeda pada organisme yang berbeda.

Tetapi cara yang berbeda untuk menjawab pertanyaan "Molekul mana yang digunakan oleh sel sebagai sumber energi?" menafsirkannya sebagai, "Molekul apa? langsung menggerakkan proses sel itu sendiri?"

Molekul "bertenaga" itu, yang seperti glukosa aktif di semua sel, adalah ATP, atau adenosin trifosfat

Menjawab pertanyaan ini mirip dengan memahami perbedaan antara mengatakan "Manusia mendapatkan bahan bakar fosil dari tanah" dan "Manusia mendapatkan fosil energi bahan bakar dari pembangkit listrik tenaga batu bara." Kedua pernyataan itu benar, tetapi membahas tahapan yang berbeda dalam rantai konversi energi metabolisme reaksi. Pada makhluk hidup, glukosa adalah dasar gizi, tetapi ATP adalah dasarnya bahan bakar.

Semua makhluk hidup termasuk dalam salah satu dari dua kategori besar: prokariota dan eukariota. Prokariota adalah organisme bersel tunggal dari taksonomi domain Bakteri dan Archaea, sedangkan eukariota semuanya termasuk dalam domain Eukariota, yang meliputi hewan, tumbuhan, jamur, dan protista.

Prokariota kecil dan sederhana dibandingkan dengan eukariota; sel mereka juga kurang kompleks. Dalam kebanyakan kasus, sel prokariotik adalah hal yang sama dengan organisme prokariotik, dan kebutuhan energi bakteri jauh lebih rendah daripada sel eukariotik mana pun.

Sel prokariotik memiliki empat komponen yang sama yang ditemukan di semua sel di alam: DNA, membran sel, sitoplasma, dan ribosom. Sitoplasma mereka mengandung semua enzim yang diperlukan untuk glikolisis, tetapi tidak adanya mitokondria dan kloroplas berarti bahwa glikolisis benar-benar satu-satunya jalur metabolisme yang tersedia untuk prokariota.

Baca lebih lanjut tentang persamaan dan perbedaan antara sel prokariotik dan eukariotik.

Glukosa adalah gula enam karbon dalam bentuk cincin, diwakili dalam diagram dengan bentuk heksagonal. Rumus kimianya adalah C₆H₁₂HAI₆, memberikan rasio C/H/O 1:2:1; ini benar, pada kenyataannya, atau semua biomolekul yang diklasifikasikan sebagai karbohidrat.

Glukosa dianggap sebagai monosakarida, artinya tidak dapat direduksi menjadi gula yang berbeda dan lebih kecil dengan memutus ikatan hidrogen antara komponen yang berbeda. Fruktosa adalah monosakarida lain; sukrosa (gula meja), yang dibuat dengan menggabungkan glukosa dan fruktosa, dianggap sebagai disakarida.

Glukosa juga disebut "gula darah", karena senyawa inilah yang konsentrasinya diukur dalam darah ketika laboratorium klinik atau rumah sakit menentukan status metabolisme pasien. Itu dapat diinfuskan langsung ke aliran darah dalam larutan intravena karena tidak memerlukan pemecahan sebelum memasuki sel-sel tubuh.

ATP adalah nukleotida, artinya terdiri dari satu dari lima basa nitrogen yang berbeda, gula lima karbon yang disebut ribosa dan satu hingga tiga gugus fosfat. Basa dalam nukleotida dapat berupa adenin (A), sitosin (C), guanin (G), timin (T) atau urasil (U). Nukleotida adalah blok bangunan asam nukleat DNA dan RNA; A, C dan G ditemukan pada kedua asam nukleat, sedangkan T hanya ditemukan pada DNA dan U hanya pada RNA.

"TP" dalam ATP, seperti yang telah Anda lihat, singkatan dari "trifosfat" dan menunjukkan bahwa ATP memiliki jumlah maksimum gugus fosfat yang dapat dimiliki nukleotida – tiga. Sebagian besar ATP dibuat dengan menempelkan gugus fosfat ke ADP, atau adenosin difosfat, suatu proses yang dikenal sebagai fosforilasi.

ATP dan turunannya memiliki berbagai aplikasi dalam biokimia dan kedokteran, banyak di antaranya berada dalam tahap eksplorasi saat abad ke-21 mendekati dekade ketiga.

Pelepasan energi dari makanan melibatkan pemutusan ikatan kimia dalam komponen makanan dan memanfaatkan energi ini untuk sintesis molekul ATP. Misalnya, karbohidrat adalah semua teroksidasi akhirnya menjadi karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂HAI). Lemak juga dioksidasi, dengan rantai asam lemaknya menghasilkan molekul asetat yang kemudian memasuki respirasi aerobik di mitokondria eukariotik.

Produk pemecahan protein kaya akan nitrogen dan digunakan untuk membangun protein lain dan asam nukleat. Tetapi beberapa dari 20 asam amino yang membentuk protein dapat dimodifikasi dan memasuki metabolisme sel pada tingkat respirasi sel (misalnya, setelah glikolisis)

Ringkasan:Glikolisis langsung menghasilkan 2 ATP untuk setiap molekul glukosa; itu memasok piruvat dan pembawa elektron untuk proses metabolisme lebih lanjut.

Glikolisis adalah serangkaian sepuluh reaksi di mana molekul glukosa diubah menjadi dua molekul piruvat molekul tiga karbon, menghasilkan 2 ATP di sepanjang jalan. Ini terdiri dari fase "investasi" awal di mana 2 ATP digunakan untuk mengikat gugus fosfat ke molekul glukosa yang bergeser, dan fase "kembali" kemudian di dimana turunan glukosa, setelah dipecah menjadi sepasang senyawa antara tiga karbon, menghasilkan 2 ATP per senyawa tiga karbon dan 4 ini secara keseluruhan.

Ini berarti bahwa efek bersih dari glikolisis adalah menghasilkan 2 ATP per molekul glukosa, karena 2 ATP dikonsumsi dalam fase investasi tetapi total 4 ATP dibuat dalam fase pembayaran.

Baca lebih lanjut tentang glikolisis.

Ringkasan:Fermentasi mengisi ulang NAD⁺ untuk glikolisis; tidak menghasilkan ATP secara langsung.

Ketika oksigen tidak mencukupi untuk memenuhi kebutuhan energi, seperti ketika Anda berlari sangat keras atau mengangkat beban berat, glikolisis mungkin satu-satunya proses metabolisme yang tersedia. Di sinilah "pembakaran asam laktat" yang mungkin pernah Anda dengar terjadi. Jika piruvat tidak dapat memasuki respirasi aerobik seperti yang dijelaskan di bawah ini, ia diubah menjadi laktat, yang dengan sendirinya tidak banyak membantu tetapi memastikan bahwa glikolisis dapat berlanjut dengan memasok molekul perantara utama disebut NAD⁺.

Ringkasan:Siklus Krebs menghasilkan 1 ATP per putaran siklus (dan dengan demikian 2 ATP per glukosa "hulu", karena 2 piruvat dapat membuat 2 asetil KoA).

Dalam kondisi normal oksigen yang memadai hampir semua piruvat yang dihasilkan dalam glikolisis pada eukariota bergerak dari sitoplasma menjadi organel ("organ kecil") yang dikenal sebagai mitokondria, di mana ia diubah menjadi molekul dua karbon asetil koenzim A (asetil KoA) dengan melepaskan dan melepaskan CO₂. Molekul ini bergabung dengan molekul empat karbon yang disebut oksaloasetat untuk membuat sitrat, langkah pertama dalam apa yang juga disebut siklus TCA atau siklus asam sitrat.

"Roda" reaksi ini akhirnya mereduksi sitrat kembali menjadi oksaloasetat, dan sepanjang jalan satu ATP dihasilkan bersama dengan empat yang disebut pembawa elektron berenergi tinggi (NADH dan FADH2).₂).

Ringkasan:Rantai transpor elektron menghasilkan sekitar 32 hingga 34 ATP per molekul glukosa "hulu", menjadikannya sebagai penyumbang terbesar energi seluler pada eukariota.

Pembawa elektron dari siklus Krebs bergerak dari bagian dalam mitokondria ke membran bagian dalam organel, yang memiliki semua jenis enzim khusus yang disebut sitokrom yang siap bekerja. Singkatnya, ketika elektron, dalam bentuk atom hidrogen, dilepaskan dari pembawanya, ini menggerakkan fosforilasi molekul ADP menjadi banyak ATP.

Oksigen harus hadir sebagai akseptor elektron terakhir dalam kaskade yang terjadi melintasi membran agar rantai reaksi ini terjadi. Jika tidak, proses respirasi seluler "mendukung", dan siklus Krebs juga tidak dapat terjadi.