מהו המקור העיקרי לאנרגיה תאית?

בוודאי הבנת מאז ילדותך שהאוכל שאתה אוכל צריך להיות "משהו" קטן בהרבה מאותו אוכל לכל מה שנמצא "באוכל" כדי להיות מסוגל לעזור לגופך. כפי שזה קורה, ליתר דיוק, מולקולה אחת מסוג פַּחמֵימָה מסווג כ- סוכר הוא מקור הדלק האולטימטיבי בכל תגובה מטבולית המתרחשת בכל תא בכל עת.

המולקולה הזו היא גלוקוז, מולקולה בעלת שש פחמן בצורת טבעת קוצנית. בכל התאים הוא נכנס פנימה גליקוליזה, ובתאים מורכבים יותר הוא גם משתתף תסיסה, פוטוסינתזה ו נשימה תאית בדרגות שונות באורגניזמים שונים.

אך דרך אחרת לענות על השאלה "איזו מולקולה משמשת את התאים כמקור אנרגיה?" מפרש את זה כ, "איזו מולקולה באופן ישיר מעצים את התהליכים של התא עצמו? "

אותה מולקולה "מפעילה", שכמו גלוקוז פעילה בכל התאים, היא ATP, או אדנוזין טרי פוספט, נוקלאוטיד המכונה לעתים קרובות "מטבע האנרגיה של התאים." על איזו מולקולה עליכם לחשוב, כשאתם שואלים את עצמכם, "איזו מולקולה היא הדלק לכל התאים?" האם זה גלוקוז או ATP?

מענה לשאלה זו דומה להבנת ההבדל בין אמירת "בני אדם מקבלים דלקים מאובנים מהקרקע" לבין "בני אדם מקבלים מאובנים דלק אנרגיה ממפעלים המונעים בפחם. "שתי ההצהרות נכונות, אך מתייחסות לשלבים שונים בשרשרת המרת האנרגיה של חילוף החומרים תגובות. ביצורים חיים,

כל היצורים החיים שייכים לאחת משתי קטגוריות רחבות: פרוקריוטים ואיקריוטים. פרוקריוטים הם האורגניזמים החד תאיים של הטקסונומי תחומים חיידקים וארכאים, ואילו אוקריוטים כולם נכנסים לתחום אוקריוטה, שכולל בעלי חיים, צמחים, פטריות ופרוטיסטים.

פרוקריוטים הם זעירים ופשוטים בהשוואה לאקריוטים; התאים שלהם הם פחות מורכבים פחות. ברוב המקרים, תא פרוקריוטי הוא אותו דבר כמו אורגניזם פרוקריוטי, וצורכי האנרגיה של חיידק נמוכים בהרבה מאלה של כל תא איקריוטי.

לתאים פרוקריוטים יש את אותם ארבעה מרכיבים הנמצאים בכל התאים בעולם הטבעי: DNA, קרום תאים, ציטופלזמה וריבוזומים. הציטופלסמה שלהם מכילה את כל האנזימים הדרושים לגליקוליזה, אך היעדר המיטוכונדריה והכלורופלסטים פירושו שגליקוליזה הוא באמת המסלול המטבולי היחיד העומד לרשות הפרוקריוטים.

קרא עוד על הדמיון וההבדלים בין תאים פרוקריוטיים לאיקריוטים.

גלוקוז הוא סוכר בעל שש פחמן בצורת טבעת, המיוצג בתרשימים על ידי צורה משושה. הנוסחה הכימית שלו היא C₆ה₁₂או₆, נותן לו יחס C / H / O של 1: 2: 1; זה נכון, למעשה, או כל הביו-מולקולות המסווגות כפחמימות.

גלוקוז נחשב א חד-סוכרכלומר לא ניתן לצמצם אותו לסוכרים שונים וקטנים יותר על ידי שבירת קשרי מימן בין מרכיבים שונים. פרוקטוז הוא חד-סוכר נוסף; סוכרוז (סוכר שולחן), המיוצר על ידי חיבור גלוקוז ופרוקטוז, נחשב א סוכר.

גלוקוז נקרא גם "סוכר בדם", מכיוון שמדובר בתרכובת זו שריכוזה נמדד בדם כאשר מרפאה או מעבדה בבית חולים קובעים את מצב חילוף החומרים של המטופל. ניתן להחדיר אותו ישירות לזרם הדם בתמיסות תוך ורידי מכיוון שהוא אינו דורש פירוק לפני שנכנס לתאי הגוף.

ATP הוא נוקלאוטידכלומר שהוא מורכב מאחד מחמישה בסיסים חנקניים שונים, סוכר בעל חמש פחמן הנקרא ריבוז וקבוצת פוספט אחת עד שלוש. הבסיסים בנוקליאוטידים יכולים להיות אדנין (A), ציטוזין (C), גואנין (G), תימין (T) או אוראסיל (U). נוקלאוטידים הם אבני הבניין של חומצות הגרעין DNA ו- RNA; A, C ו- G נמצאים בשתי חומצות הגרעין, ואילו T נמצא רק ב- DNA ו- U רק ב- RNA.

ה- "TP" ב- ATP, כפי שראית, מייצג "triphosphate" ומציין כי ל- ATP יש את המספר המרבי של קבוצת פוספט שיכולה להיות לנוקליאוטיד - שלוש. רוב ה- ATP מיוצר על ידי הצמדת קבוצת פוספט ל- ADP, או אדנוזין דיפוספט, תהליך המכונה זרחון.

ל- ATP ולנגזרותיו מגוון רחב של יישומים בתחום הביוכימיה והרפואה, שרבים מהם נמצאים בשלבי חקר ככל שהמאה ה -21 מתקרבת לעשור השלישי שלה.

שחרור האנרגיה מהמזון כולל שבירת הקשרים הכימיים ברכיבי המזון ורתמת אנרגיה זו לסינתזה של מולקולות ATP. למשל, פחמימות זה הכל מחומצן בסופו של דבר לפחמן דו חמצני (CO₂) ומים (ח₂O). גם שומנים מחומצנים, כאשר שרשראות חומצות השומן שלהם מניבות מולקולות אצטט אשר נכנסות לנשימה אירובית במיטוכונדריה האיקריוטית.

תוצרי הפירוק של החלבונים עשירים בחנקן ומשמשים לבניית חלבונים אחרים וחומצות גרעין. אך חלק מ -20 חומצות האמינו שממנו חלבונים בנויים ניתנות לשינוי ולהיכנס לחילוף החומרים התאיים ברמת הנשימה התאית (למשל, לאחר גליקוליזה).

סיכום:גליקוליזה מייצר ישירות 2 ATP לכל מולקולה של גלוקוז; הוא מספק נושאי פירובט ואלקטרונים לתהליכים מטבוליים נוספים.

גליקוליזה היא סדרה של עשר תגובות שבהן מולקולת גלוקוז הופכת לשתי מולקולות של פירובט מולקולת שלוש פחמן, ומניבה 2 ATP בדרך. זה מורכב משלב "השקעה" מוקדם שבו 2 ATP משמשים להצמדת קבוצות פוספט למולקולת הגלוקוז המשתנה, ושלב "חזרה" מאוחר יותר ב שנגזרת הגלוקוז, לאחר שהתחלקה לזוג תרכובות ביניים שלוש פחמן, מניבה 2 ATP לכל תרכובות שלוש פחמן ו -4 באופן כללי.

משמעות הדבר היא שההשפעה נטו של גליקוליזה היא לייצר 2 ATP לכל מולקולת גלוקוז, שכן 2 ATP נצרכים בשלב ההשקעה, אך סך הכל 4 ATP נעשים בשלב התשלום.

קרא עוד על גליקוליזה.

סיכום:תסיסה מחדשת את NAD⁺ לגליקוליזה; זה לא מייצר ATP ישירות.

כאשר אין מספיק חמצן כדי לספק את דרישות האנרגיה, כמו כשאתה פועל קשה מאוד או מרים משקולות בצורה מאומצת, גליקוליזה עשוי להיות התהליך המטבולי היחיד שיש. כאן נכנסת "צריבת חומצת החלב" שאולי שמעתם עליה. אם פירובט אינו יכול להיכנס לנשימה אירובית כמתואר להלן, הוא מומר לקטט, שהוא עצמו לא עושה הרבה טוב אבל מבטיח כי הגליקוליזה יכולה להמשיך על ידי אספקת מולקולת ביניים מרכזית נקרא NAD⁺.

סיכום:מחזור קרבס מייצר ATP 1 לכל סיבוב של המחזור (וכך 2 ATP לגלוקוז "במעלה הזרם", מכיוון ש -2 פירובט יכול לייצר 2 אצטיל CoA).

בתנאים רגילים של חמצן מספק כמעט כל פירובט שנוצר בגליקוליזה באיקריוטים עובר מ הציטופלזמה לאברונים ("איברים קטנים") המכונה מיטוכונדריה, שם היא הפכה למולקולה דו פחמית קואנזים אצטיל A (אצטיל CoA) על ידי הפשטה ושחרור CO₂. מולקולה זו משולבת עם מולקולה בעלת ארבע פחמן הנקראת oxaloacetate ליצירת ציטראט, הצעד הראשון במה שמכונה גם מחזור TCA או מחזור חומצת לימון.

"גלגל" התגובות הזה הפחית בסופו של דבר את הציטראט בחזרה לאוקסאלואצטט, ועל הדרך נוצר ATP יחיד יחד עם ארבעה מה שמכונים נושאי אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה (NADH ו- FADH₂).

סיכום:שרשרת הובלת האלקטרונים מניבה בערך 32 עד 34 ATP לכל מולקולת גלוקוז "במעלה הזרם", מה שהופך אותה ללא ספק לתורם הגדול ביותר לאנרגיה התאית באאוקריוטים.

נושאי האלקטרונים ממעגל קרבס נעים מבפנים של המיטוכונדריה לקרום הפנימי של האברון, שיש בו כל מיני אנזימים מיוחדים הנקראים ציטוכרומים מוכנים לעבודה. בקיצור, כאשר האלקטרונים, בצורת אטומי מימן, מורידים את נשאיהם, הדבר מכניס את הזרחון של מולקולות ADP לכמות גדולה של ATP.

חמצן חייב להיות נוכח כמקבל האלקטרונים הסופי במפל המתרחש על פני הקרום כדי שרשת התגובות הזו תתרחש. אם לא כך, תהליך הנשימה התאית "מגבה", וגם מחזור קרבס אינו יכול להתרחש.