מטבוליזם סלולרי: הגדרה, תהליך ותפקיד ה- ATP

תאים דורשים אנרגיה לתנועה, חלוקה, כפל ותהליכים אחרים. הם מבלים חלק גדול מימי חייהם ממוקדים בהשגת ושימוש באנרגיה זו באמצעות חילוף חומרים.

תאים פרוקריוטים ואיקריוטים תלויים במסלולים מטבוליים שונים כדי לשרוד.

מטבוליזם של תאים היא סדרת התהליכים המתרחשים באורגניזמים חיים לקיום אותם אורגניזמים.

בביולוגיה של תאים ו ביולוגיה מולקולרית, מטבוליזם מתייחס לתגובות הביוכימיות המתרחשות בתוך אורגניזמים כדי לייצר אנרגיה. השימוש המדובר או התזונתי בחילוף החומרים מתייחס ל תהליכים כימיים שקורים בגופך כשאתה ממיר אוכל לאנרגיה.

למרות שלמונחים יש דמיון, ישנם גם הבדלים. מטבוליזם חשוב לתאים מכיוון שהתהליכים מחזיקים אורגניזמים בחיים ומאפשרים להם לצמוח, להתרבות או להתחלק.

למעשה ישנם מספר תהליכי חילוף חומרים. נשימה תאית הוא סוג של מסלול מטבולי המפרק את הגלוקוז לייצור אדנוזין טרי פוספט, או ATP.

השלבים העיקריים של נשימה תאית ב אקריוטים הם:

• גליקוליזה
• חמצון פירובט
• חומצת לימון או מחזור קרבס
• זרחון חמצוני

המגיבים העיקריים הם גלוקוז וחמצן, ואילו המוצרים העיקריים הם פחמן דו חמצני, מים ו- ATP. פוטוסינתזה בתאים היא סוג נוסף של מסלול מטבולי שבו משתמשים אורגניזמים לייצור סוכר.

שימוש בצמחים, אצות וציאנובקטריות פוטוסינתזה. הצעדים העיקריים הם התגובות התלויות באור, ומחזור קלווין או התגובות שאינן תלויות באור. המגיבים העיקריים הם אנרגיית אור, פחמן דו חמצני ומים, בעוד שהמוצרים העיקריים הם גלוקוז וחמצן.

מטבוליזם ב פרוקריוטים יכול להשתנות. הסוגים הבסיסיים של מסלולים מטבוליים כוללים הטרוטרופי, אוטוטרופי, פוטוטרופי ו כימוטרופי תגובות. סוג חילוף החומרים שיש לפרוקריוט יכול להשפיע על היכן הוא חי ועל האופן בו הוא מתקשר עם הסביבה.

מסלולי חילוף החומרים שלהם ממלאים תפקיד גם באקולוגיה, בבריאות האדם ובמחלות. למשל, ישנם פרוקריוטים שאינם יכולים לסבול חמצן, כגון ג. בוטולינום. חיידק זה יכול לגרום לבוטוליזם משום שהוא גדל היטב באזורים ללא חמצן.

מאמר קשור:5 פריצות דרך אחרונות המראות מדוע חקר הסרטן כה חשוב

אנזימים הם חומרים שפועלים כמו זרזים כדי לזרז או להביא לתגובות כימיות. רוב התגובות הביוכימיות באורגניזמים חיים מסתמכות על אנזימים לעבוד. הם חשובים לחילוף החומרים בתאים מכיוון שהם יכולים להשפיע על תהליכים רבים ולעזור ליזום אותם.

גלוקוז ואנרגיית אור הם המקורות הנפוצים ביותר לדלק לחילוף החומרים בתאים. עם זאת, מסלולים מטבוליים לא יעבדו ללא אנזימים. רוב האנזימים בתאים הם חלבונים ומורידים את אנרגיית ההפעלה להתחלתם של תהליכים כימיים.

מכיוון שרוב התגובות בתא מתרחשות בטמפרטורת החדר, הן איטיות מדי ללא אנזימים. למשל, במהלך גליקוליזה בנשימה תאית, האנזים קינאז פירובט ממלא תפקיד חשוב בכך שהוא מסייע בהעברת קבוצת פוספט.

נשימה תאית באיקריוטים מופיע בעיקר במיטוכונדריה. תאים אוקריוטיים תלויים בנשימה התאית כדי לשרוד.

בְּמַהֲלָך גליקוליזה, התא מפרק גלוקוז בציטופלסמה עם או בלי חמצן. הוא מחלק את מולקולת הסוכר עם שש הפחמן לשתי מולקולות פירובט שלוש-פחמניות. בנוסף, גליקוליזה מייצר ATP וממיר את NAD + ל- NADH. בְּמַהֲלָך חמצון פירובט, פירובטים נכנסים למטריקס המיטוכונדריה והופכים קואנזים א אוֹ אצטיל CoA. זה משחרר פחמן דו חמצני ויוצר יותר NADH.

במהלך חומצת לימון או מחזור קרבס, CoA אצטיל משלב עם oxaloacetate לעשות ציטראט. לאחר מכן, ציטראט עובר תגובות לייצור פחמן דו חמצני ו- NADH. המחזור גם מייצר FADH2 ו- ATP.

בְּמַהֲלָך זרחון חמצוני, ה שרשרת העברת אלקטרונים ממלא תפקיד מכריע. NADH ו- FADH2 נותנים אלקטרונים לשרשרת הובלת האלקטרונים והופכים ל- NAD + ו- FAD. האלקטרונים נעים בשרשרת זו ויוצרים ATP. תהליך זה מייצר גם מים. רוב ייצור ה- ATP במהלך הנשימה התאית נמצא בשלב האחרון.

פוטוסינתזה מתרחשת בתאי צמח, בחלק מהאצות ובחיידקים מסוימים הנקראים ציאנובקטריה. תהליך מטבולי זה מתרחש בכלורופלסטים הודות לכלורופיל, והוא מייצר סוכר יחד עם חמצן. ה תגובות תלויות אור, בתוספת מחזור קלווין או תגובות שאינן תלויות באור, הם החלקים העיקריים בפוטוסינתזה. זה חשוב לבריאות הכללית של כדור הארץ מכיוון שיצורים חיים מסתמכים על צמחי החמצן.

במהלך תגובות תלויות אור בתוך ה קרום תילקואידי של הכלורופלסט, כלורופיל פיגמנטים סופגים אנרגיית אור. הם מייצרים ATP, NADPH ומים. במהלך מחזור קלווין אוֹ תגובות עצמאיות לאור בתוך ה סטרומה, ATP ו- NADPH מסייעים לייצור גליצראלדהיד-3-פוספט, או G3P, שהופך בסופו של דבר לגלוקוז.

כמו נשימה תאית, פוטוסינתזה תלויה חמצון מחדש תגובות הכוללות העברות אלקטרונים ושרשרת הובלת האלקטרונים.

יש הבדל סוגי כלורופיל, והסוגים הנפוצים ביותר הם כלורופיל a, כלורופיל b וכלורופיל c. ברוב הצמחים יש כלורופיל a, הסופג אורכי גל אור כחול ואדום. צמחים מסוימים ואצות ירוקות משתמשים בכלורופיל ב. אתה יכול למצוא כלורופיל c בדינו-פלגים.

שלא כמו בני אדם או בעלי חיים, פרוקריוטים משתנים בצורך שלהם בחמצן. פרוקריוטים מסוימים יכולים להתקיים בלעדיו, בעוד שאחרים תלויים בכך. זה אומר שיהיו להם אירובי (הדורש חמצן) או אנאירובי (לא דורש חמצן) מטבוליזם.

בנוסף, כמה פרוקריוטים יכולים לעבור בין שני סוגי חילוף החומרים בהתאם לנסיבותיהם או לסביבתם.

פרוקריוטים התלויים בחמצן לצורך חילוף החומרים הם חייבים אירובים. מצד שני, פרוקריוטים שאינם יכולים להתקיים בחמצן ואינם זקוקים לו חובה על אנאירובים. פרוקריוטים שיכולים לעבור בין חילוף חומרים אירובי ואנאירובי בהתאם לנוכחות חמצן הם אנאירובים פקולטטיביים.

תסיסה של חומצה לקטית הוא סוג של תגובה אנאירובית המייצרת אנרגיה לחיידקים. בתאי השריר שלך יש גם תסיסה של חומצת חלב. במהלך תהליך זה, התאים מייצרים ATP ללא חמצן באמצעות גליקוליזה. התהליך הופך פירובט ל חומצה לקטית ומייצר NAD + ו- ATP.

ישנם יישומים רבים בתעשייה לתהליך זה, כגון ייצור יוגורט ואתנול. למשל, החיידקים לקטובצילוס בולגאריקוס לעזור בייצור יוגורט. החיידקים מתסיסים לקטוז, הסוכר בחלב, ליצירת חומצה לקטית. זה גורם לקריש החלב והופך אותו ליוגורט.

ניתן לסווג פרוקריוטים לקבוצות שונות על בסיס חילוף החומרים שלהם. הסוגים העיקריים הם הטרוטרופיים, אוטוטרופיים, פוטוטרופיים וכימוטרופיים. עם זאת, כל הפרוקריוטים עדיין זקוקים לסוג כלשהו של אנרגיה או דלק לחיות.

פרוקריוטים הטרוטרופיים מקבלים תרכובות אורגניות מאורגניזמים אחרים כדי להשיג פחמן. פרוקריוטים אוטוטרופיים משתמשים בפחמן דו חמצני כמקור הפחמן שלהם. רבים מסוגלים להשתמש בפוטוסינתזה כדי להשיג זאת. פרוקריוטים פוטוטרופיים מקבלים את האנרגיה שלהם מאור.

פרוקריוטים כימוטרופיים מקבלים את האנרגיה שלהם מתרכובות כימיות שהם מפרקים.

אתה יכול לחלק מסלולים מטבוליים ל אנבוליים ו קטבולית קטגוריות. אנבוליים פירושם שהם זקוקים לאנרגיה ומשתמשים בה לבניית מולקולות גדולות מקטנות. פירושו קטבולי שהם משחררים אנרגיה ומפרקים מולקולות גדולות כדי ליצור קטנות יותר. פוטוסינתזה היא תהליך אנאבולי ואילו נשימה תאית היא תהליך קטבולי.

אוקריוטים ופרוקריוטים תלויים בחילוף החומרים בתאים כדי לחיות ולשגשג. למרות שהתהליכים שלהם שונים, שניהם משתמשים או יוצרים אנרגיה. נשימה סלולרית ופוטוסינתזה הם המסלולים הנפוצים ביותר שנראים בתאים. עם זאת, לחלק מהפרוקריוטים מסלולים מטבוליים שונים הייחודיים.

תוכן קשור:

• חומצות אמינו
• חומצות שומן
• ביטוי גני
• חומצות גרעין
• תאי גזע