რა არის უჯრედის ენერგიის ძირითადი წყარო?

თქვენ ალბათ უკვე ახალგაზრდობიდან გესმოდით, რომ თქვენს მიერ მიღებულ საკვებს უნდა გახდეს "რაღაც", ვიდრე ეს საკვები, რაც არ არის "საკვებში", რომ შეძლოთ თქვენი სხეულის დახმარება. როგორც ეს ხდება, უფრო კონკრეტულად, ერთი მოლეკულა ტიპის ნახშირწყლები კლასიფიცირდება როგორც ა შაქარი არის საწვავის საბოლოო წყარო ნებისმიერ მეტაბოლურ რეაქციაში, რომელიც ხდება ნებისმიერ უჯრედში ნებისმიერ დროს.

ეს მოლეკულა არის გლუკოზა, ექვს ნახშირბადის მოლეკულა spiky ბეჭდის სახით. ყველა უჯრედში ის შედის გლიკოლიზი, და უფრო რთულ უჯრედებში ის ასევე მონაწილეობს დუღილი, ფოტოსინთეზი და უჯრედული სუნთქვა სხვადასხვა ორგანიზმში სხვადასხვა ხარისხით.

კითხვაზე პასუხის გაცემის განსხვავებული გზაა: "რომელ მოლეკულას იყენებენ უჯრედები ენერგიის წყაროდ?" განმარტავს მას, როგორც: ”რა მოლეკულა პირდაპირ აძლიერებს უჯრედის საკუთარ პროცესებს? "

ეს "გამაძლიერებელი" მოლეკულა, რომელსაც გლუკოზა მოსწონს, აქტიურია ყველა უჯრედში, არის ATPან ადენოზინტრიფოსფატი, ნუკლეოტიდს, რომელსაც ხშირად "უჯრედების ენერგეტიკულ ვალუტს" უწოდებენ. შემდეგ რომელ მოლეკულაზე უნდა იფიქროთ, როდესაც საკუთარ თავს ეკითხებით: "რა მოლეკულაა ყველა უჯრედის საწვავი?" გლუკოზაა თუ ATP?

ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა ანალოგიურია იმის გაგება, თუ რა განსხვავებაა ”ადამიანები წიაღისეულ საწვავს იღებენ მიწიდან” და ”ადამიანები იღებენ ნამარხებს საწვავის ენერგია ნახშირზე მომუშავე მცენარეებიდან. "ორივე განცხადება მართალია, მაგრამ მეტაბოლური ენერგიის გარდაქმნის ჯაჭვის სხვადასხვა ეტაპს ეხება რეაქციები ცოცხალ არსებებში გლუკოზა ფუნდამენტურია საკვები ნივთიერება, მაგრამ ATP არის ძირითადი საწვავი.

ყველა ცოცხალი არსება ორ ფართო კატეგორიას მიეკუთვნება: პროკარიოტები და ეუკარიოტები. პროკარიოტები ტაქსონომიკის ერთუჯრედიანი ორგანიზმებია დომენები ბაქტერიები და არქეა, ხოლო ეუკარიოტები ევკარიოტას სამფლობელოში მოხვდებიან, რომელშიც შედის ცხოველები, მცენარეები, სოკოები და პროტისტები.

პროკარიოტები ევკარიოტებთან შედარებით მცირე და მარტივი არიან; მათი უჯრედები შესაბამისად ნაკლებად რთულია. უმეტეს შემთხვევაში, პროკარიოტული უჯრედი იგივეა, რაც პროკარიოტული ორგანიზმი, ხოლო ბაქტერიების ენერგეტიკული საჭიროებები გაცილებით დაბალია, ვიდრე ნებისმიერი ეუკარიოტული უჯრედისისა.

პროკარიოტულ უჯრედებს აქვთ იგივე ოთხი კომპონენტი, რომლებიც ბუნებრივი სამყაროს ყველა უჯრედში გვხვდება: დნმ, უჯრედის მემბრანა, ციტოპლაზმა და რიბოსომები. მათი ციტოპლაზმა შეიცავს გლიკოლიზისთვის საჭირო ყველა ფერმენტს, მაგრამ მიტოქონდრიებისა და ქლოროპლასტების არარსებობა ნიშნავს, რომ გლიკოლიზი არის ერთადერთი მეტაბოლური გზა, რომელიც პროკარიოტებს აქვთ.

წაიკითხეთ მეტი პროკარიოტულ და ეუკარიოტულ უჯრედებს შორის მსგავსებასა და განსხვავებებზე.

გლუკოზა არის ექვს ნახშირბადის შაქარი რგოლის სახით, რომელიც დიაგრამებში წარმოდგენილია ექვსკუთხა ფორმით. მისი ქიმიური ფორმულაა C₆ჰ₁₂ო₆, მას C / H / O თანაფარდობა 1: 2: 1; სინამდვილეში, ეს სინამდვილეში, ან ყველა ბიომოლეკულაა, რომლებიც კლასიფიცირდება როგორც ნახშირწყლები.

გლუკოზა ითვლება ა მონოსაქარიდი, რაც იმას ნიშნავს, რომ იგი არ შეიძლება დაიყვანოს სხვადასხვა, უფრო მცირე ზომის შაქრად სხვადასხვა კომპონენტებს შორის წყალბადის ბმების გაწყვეტით. ფრუქტოზა კიდევ ერთი მონოსაქარიდია; საქაროზა (სუფრის შაქარი), რომელიც მზადდება გლუკოზისა და ფრუქტოზას შეერთებით, ითვლება ა დისაქარიდი.

გლუკოზას ასევე უწოდებენ "სისხლში შაქარს", რადგან სწორედ ეს ნაერთია, რომლის კონცენტრაცია იზომება სისხლში, როდესაც კლინიკა ან საავადმყოფოს ლაბორატორია განსაზღვრავს პაციენტის მეტაბოლურ მდგომარეობას. მისი შეყვანა შესაძლებელია პირდაპირ სისხლის ნაკადში ინტრავენურ ხსნარებში, რადგან არ საჭიროებს დაშლას სხეულის უჯრედებში შესვლამდე.

ATP არის ა ნუკლეოტიდი, რაც ნიშნავს, რომ იგი შედგება ხუთი განსხვავებული აზოტოვანი ბაზისგან, ხუთ ნახშირბადოვანი შაქრისგან, რომელსაც რიბოზა ეწოდება და ერთიდან სამ ფოსფატის ჯგუფისაგან. ნუკლეოტიდებში შეიძლება იყოს ადენინი (A), ციტოზინი (C), გუანინი (G), თიმინი (T) ან ურაცილი (U). ნუკლეოტიდები არის ნუკლეინის მჟავების დნმ და RNA საშენი მასალები; A, C და G გვხვდება ორივე ნუკლეინის მჟავებში, ხოლო T გვხვდება მხოლოდ დნმ – ში და U მხოლოდ RNA– ში.

როგორც თქვენ ნახეთ, "TP" ATP– ში დგას "ტრიფოსფატი" და მიუთითებს იმაზე, რომ ATP– ს აქვს ფოსფატის ჯგუფის მაქსიმალური რაოდენობა, რაც შეიძლება ჰქონდეს ნუკლეოტიდს - სამი. ATP– ს უმეტესობა წარმოიქმნება ფოსფატური ჯგუფის ADP– ზე ან ადენოზინფოსფატთან მიერთებით, ფოსფორილაციის სახელით ცნობილი პროცესი.

ATP– ს და მის წარმოებულებს აქვთ ფართო სპექტრის გამოყენება ბიოქიმიასა და მედიცინაში, რომელთა უმეტესობა საძიებო ეტაპებზეა, რადგან XXI საუკუნე მესამე ათწლეულს უახლოვდება.

საკვებიდან ენერგიის გამოყოფა გულისხმობს საკვები კომპონენტების ქიმიური ბმების გაწყვეტას და ამ ენერგიის ათვისებას ATP მოლეკულების სინთეზისთვის. მაგალითად, ნახშირწყლები ყველაა იჟანგება ბოლოს ნახშირორჟანგი (CO₂) და წყალი (H₂ო) ცხიმები ასევე იჟანგება, ცხიმოვანი მჟავების ჯაჭვებით გამოიყოფა აცეტატის მოლეკულები, რომლებიც შემდეგ აერობულ სუნთქვაში შედიან ევკარიოტული მიტოქონდრიებში.

ცილების დაშლის პროდუქტები მდიდარია აზოტით და გამოიყენება სხვა ცილებისა და ნუკლეინის მჟავების შესაქმნელად. მაგრამ 20 ამინომჟავასგან, რომელთაგან ცილებია აგებული, შეიძლება შეიცვალოს და შევიდეს უჯრედულ მეტაბოლიზმში უჯრედული სუნთქვის დონეზე (მაგალითად, გლიკოლიზის შემდეგ)

Შემაჯამებელი:გლიკოლიზი უშუალოდ აწარმოებს 2 ATP გლუკოზის ყველა მოლეკულისთვის; ის უზრუნველყოფს პიროვატისა და ელექტრონის მატარებლებს შემდგომი მეტაბოლური პროცესებისთვის.

გლიკოლიზი არის ათი რეაქციის სერია, რომლის დროსაც გლუკოზის მოლეკულა გარდაიქმნება სამი ნახშირბადის მოლეკულა პირუვატის ორ მოლეკულად, რის შედეგადაც მიიღება 2 ATP. იგი შედგება ადრეული "ინვესტიციის" ფაზისაგან, რომელშიც 2 ATP გამოიყენება ფოსფატური ჯგუფების გადასამაგრებლად გლუკოზის მოლეკულაზე, ხოლო მოგვიანებით "დაბრუნების" ეტაპი რომელიც გლუკოზის წარმოებულს, სამ ნახშირბადის შუალედურ ნაერთებად დაყოფილია, იძლევა სამ ATA ნახშირბადის ნაერთს 2 ATP და ეს 4 საერთო ჯამში.

ეს ნიშნავს, რომ გლიკოლიზის წმინდა ეფექტია გლუკოზის მოლეკულაზე 2 ATP წარმოება, რადგან ინვესტიციის ფაზაში მოიხმარენ 2 ATP, ხოლო ანაზღაურების ფაზაში სულ 4 ATP მიიღება.

წაიკითხეთ მეტი გლიკოლიზის შესახებ.

Შემაჯამებელი:დუღილი ავსებს NAD– ს⁺ გლიკოლიზისთვის; ის პირდაპირ არ აწარმოებს ATP- ს.

როდესაც საკმარისი ჟანგბადი არ არის ენერგიის მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად, როგორც მაშინ, როდესაც ძალიან ძნელად დარბიხართ ან წონას ასწორებთ, გლიკოლიზი შეიძლება იყოს ერთადერთი მეტაბოლური პროცესი. სწორედ აქ შემოდის "რძემჟავა წვა", რომლის შესახებაც შეიძლება გსმენიათ. თუ პირუვატი ვერ შედის აერობულ სუნთქვაში, როგორც ეს აღწერილია ქვემოთ, ის გარდაიქმნება ლაქტატად, რომელიც თავისთავად ხდება არ აკეთებს ბევრ კარგს, მაგრამ უზრუნველყოფს გლიკოლიზის გაგრძელებას ძირითადი შუალედური მოლეკულის მოწოდებით მოუწოდა NAD⁺.

Შემაჯამებელი:კრების ციკლი წარმოქმნის 1 ATP ციკლის მონაცვლეობით (და ამრიგად 2 ATP გლუკოზაზე "ზედა დინებაში", ვინაიდან 2 პირუვატს შეუძლია შექმნას 2 აცეტილ CoA).

ადექვატური ჟანგბადის ნორმალურ პირობებში ევკარიოტებში გლიკოლიზში წარმოქმნილი თითქმის ყველა პიროვატი მოძრაობს ციტოპლაზმა ორგანელაებად ("პატარა ორგანოებად") ცნობილია მიტოქონდრიებად, სადაც იგი გარდაიქმნება ორ ნახშირბადის მოლეკულად აცეტილ კოფერმენტი A (აცეტილ CoA) CO– ს გამოღებით და გამოყოფით₂. ეს მოლეკულა აერთიანებს ოთხ ნახშირბადოვან მოლეკულას, რომელსაც ეწოდება ოქსალოაცეტატი, და ქმნის ციტრატს, ეს არის პირველი ეტაპი, რასაც TCA ციკლი ან ციტრუსის მჟავას ციკლი ეწოდება.

რეაქციების ამ "ბორბალმა" საბოლოოდ შეამცირა ციტრატი ოქსალოცეტატამდე და გზაზე წარმოიქმნება ერთი ATP და ოთხი ე.წ. მაღალენერგეტიკული ელექტრონული მატარებელი (NADH და FADH).₂).

Შემაჯამებელი:ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი იძლევა დაახლოებით 32-დან 34 ATP- მდე გლუკოზის "ზედა დინების" მოლეკულაზე, რაც მას შორს წარმოადგენს ევკარიოტებში უჯრედული ენერგიის ყველაზე დიდ წვლილს.

კრებსის ციკლიდან ელექტრონული მატარებლები მიტოქონდრიის შიგნიდან გადადიან ორგანელის შიდა მემბრანაში, სადაც მუშაობისთვის მზად არის ყველა სახის სპეციალიზირებული ფერმენტი, რომელსაც ციტოქრომები ეწოდება. მოკლედ, როდესაც ელექტრონები, წყალბადის ატომების სახით, გადაიყვანეს მატარებლებზე, ეს ახდენს ADP მოლეკულების ფოსფორილაციას დიდ ATP– ში.

ჟანგბადი უნდა იყოს წარმოდგენილი ელექტრონების საბოლოო მიმღებად, როგორც კასკადი, რომელიც გარსის გადაღმა ხდება, ამ რეაქციების ჯაჭვისთვის. თუ ეს ასე არ არის, ფიჭური სუნთქვის პროცესი "უკან დგას" და კრებსის ციკლი ვერ მოხდება.