ფიჭური მეტაბოლიზმი: ATP- ის განსაზღვრა, პროცესი და როლი

უჯრედები ენერგიას საჭიროებენ მოძრაობის, გაყოფის, გამრავლებისა და სხვა პროცესებისთვის. ისინი თავიანთი ცხოვრების დიდ ნაწილს ფოკუსირებულნი არიან ამ ენერგიის მოპოვებასა და გამოყენებაზე მეტაბოლიზმის საშუალებით.

პროკარიოტული და ეუკარიოტული უჯრედები გადარჩენისთვის დამოკიდებულია სხვადასხვა მეტაბოლურ გზაზე.

უჯრედების მეტაბოლიზმი არის მთელი რიგი პროცესებისა, რომლებიც ხდება ცოცხალ ორგანიზმებში ამ ორგანიზმების შენარჩუნების მიზნით.

უჯრედის ბიოლოგიაში და მოლეკულური ბიოლოგია, მეტაბოლიზმი აღნიშნავს ბიოქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც ხდება ორგანიზმების შიგნით ენერგიის წარმოქმნის მიზნით. მეტაბოლიზმის სასაუბრო ან კვების გამოყენება გულისხმობს ქიმიური პროცესები ეს ხდება თქვენს სხეულში, როდესაც საკვებს ენერგიად აქცევთ.

მიუხედავად იმისა, რომ ტერმინებს მსგავსება აქვთ, არსებობს განსხვავებებიც. მეტაბოლიზმი მნიშვნელოვანია უჯრედებისათვის, რადგან პროცესები აცოცხლებს ორგანიზმებს და საშუალებას აძლევს მათ გაიზარდონ, გამრავლდნენ ან გაიყონ.

სინამდვილეში მრავალი მეტაბოლიზმის პროცესია.

უჯრედული სუნთქვის ძირითადი ნაბიჯები ეუკარიოტები არიან:

• გლიკოლიზი
• პიროვატის დაჟანგვა
• ლიმონმჟავას ან კრებსის ციკლი
• ჟანგვითი ფოსფორილაცია

ძირითადი რეაქტივებია გლუკოზა და ჟანგბადი, ხოლო ძირითადი პროდუქტებია ნახშირორჟანგი, წყალი და ATP. უჯრედებში ფოტოსინთეზი კიდევ ერთი მეტაბოლური გზაა, რომელსაც ორგანიზმები იყენებენ შაქრის დასამზადებლად.

მცენარეების, წყალმცენარეებისა და ციანობაქტერიების გამოყენება ფოტოსინთეზი. ძირითადი ნაბიჯებია სინათლეზე დამოკიდებული რეაქციები და კალვინის ციკლი ან სინათლისგან დამოუკიდებელი რეაქციები. ძირითადი რეაქტორებია მსუბუქი ენერგია, ნახშირორჟანგი და წყალი, ხოლო ძირითადი პროდუქტებია გლუკოზა და ჟანგბადი.

მეტაბოლიზმი პროკარიოტები შეიძლება განსხვავდებოდეს. მეტაბოლური გზების ძირითადი ტიპები მოიცავს ჰეტეროტროპულ, აუტოტროფულ, ფოტოტროფიული და ქიმიოტროფიული რეაქციები მეტაბოლიზმის ტიპს, რომელსაც აქვს პროკარიოტი, შეუძლია გავლენა მოახდინოს მის საცხოვრებელ ადგილზე და როგორ ურთიერთქმედებს ის გარემოზე.

მათი მეტაბოლური გზები ასევე თამაშობს როლს ეკოლოგიაში, ადამიანის ჯანმრთელობასა და დაავადებებში. მაგალითად, არსებობს პროკარიოტები, რომლებიც ვერ იტანენ ჟანგბადს, მაგალითად გ. ბოტულინი. ამ ბაქტერიას შეუძლია გამოიწვიოს ბოტულიზმი, რადგან ის კარგად იზრდება ჟანგბადის გარეშე.

დაკავშირებული სტატია:5 ბოლოდროინდელი მიღწევა, რაც აჩვენებს, თუ რატომ არის კიბოს გამოკვლევა ასეთი მნიშვნელოვანი

ფერმენტები არის ნივთიერებები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც კატალიზატორები დააჩქაროს ან გამოიწვიოს ქიმიური რეაქციები. ცოცხალ ორგანიზმებში ბიოქიმიური რეაქციების უმეტესობა ფერმენტებს ეყრდნობა. ისინი მნიშვნელოვანია უჯრედული მეტაბოლიზმისთვის, რადგან მათ შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ ბევრ პროცესზე და ხელი შეუწყონ მათ დაწყებას.

გლუკოზა და მსუბუქი ენერგია წარმოადგენს უჯრედის მეტაბოლიზმის საწვავის ყველაზე გავრცელებულ წყაროს. ამასთან, მეტაბოლური გზები არ იმუშავებს ფერმენტების გარეშე. უჯრედებში არსებული ფერმენტების უმეტესობა ცილაა და ამცირებს აქტივაციის ენერგიას ქიმიური პროცესების დასაწყებად.

მას შემდეგ, რაც უჯრედში რეაქციების უმრავლესობა ხდება ოთახის ტემპერატურაზე, ისინი ფერმენტების გარეშე ძალიან ნელია. მაგალითად, დროს გლიკოლიზი უჯრედულ სუნთქვაში, ფერმენტში პიროვატი კინაზა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ფოსფატების ჯგუფის გადატანაში.

უჯრედული სუნთქვა ეუკარიოტებში ძირითადად მიტოქონდრიებში ხდება. ეუკარიოტული უჯრედები გადარჩენისთვის დამოკიდებულია უჯრედულ სუნთქვაზე.

დროს გლიკოლიზი, უჯრედი ანადგურებს გლუკოზას ციტოპლაზმაში ჟანგბადის არსებობით ან მის გარეშე. იგი ყოფს ექვს ნახშირბადის შაქრის მოლეკულას ორ, სამ ნახშირბადის პიროვატის მოლეკულად. გარდა ამისა, გლიკოლიზი ქმნის ATP- ს და გარდაქმნის NAD + - ს NADH. დროს პიროვატის დაჟანგვა, პირუვატები შედიან მიტოქონდრიულ მატრიქსში და იქცევიან კოფერმენტი A ან აცეტილ CoA. ეს ათავისუფლებს ნახშირორჟანგს და ქმნის მეტ NADH- ს.

დროს ლიმონმჟავა ან კრებსის ციკლი, აცეტილ CoA აერთიანებს ოქსალოაცეტატი გაკეთება ციტრატი. შემდეგ, ციტრატი გადის რეაქციებს ნახშირორჟანგისა და NADH წარმოქმნის მიზნით. ციკლი ასევე ქმნის FADH2 და ATP.

დროს ჟანგვითი ფოსფორილაცია, ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი გადამწყვეტ როლს ასრულებს. NADH და FADH2 აძლევს ელექტრონებს ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვს და ხდება NAD + და FAD. ელექტრონები გადადიან ამ ჯაჭვში და ქმნიან ATP- ს. ამ პროცესში ასევე ხდება წყლის წარმოება. ფიჭური სუნთქვის დროს ATP წარმოების უმეტესობა ამ ბოლო ეტაპზეა.

ფოტოსინთეზი ხდება მცენარეთა უჯრედებში, ზოგიერთ წყალმცენარეში და გარკვეულ ბაქტერიებში, რომლებსაც ციანობაქტერიები ეწოდება. ეს მეტაბოლური პროცესი ხდება ქლოროპლასტებში ქლოროფილის წყალობით და ის წარმოქმნის შაქარს ჟანგბადთან ერთად. სინათლეზე დამოკიდებული რეაქციები, პლუს კალვინის ციკლი ან სინათლისგან დამოუკიდებელი რეაქციები, ფოტოსინთეზის ძირითადი ნაწილებია. ეს მნიშვნელოვანია პლანეტის ჯანმრთელობისთვის, რადგან ცოცხალი არსებები ჟანგბადის მცენარეებს ეყრდნობა.

დროს სინათლეზე დამოკიდებული რეაქციები წელს თილაკოიდული მემბრანა ქლოროპლასტი, ქლოროფილი პიგმენტები შთანთქავენ სინათლის ენერგიას. ისინი ამზადებენ ATP, NADPH და წყალს. დროს კალვინის ციკლი ან სინათლისგან დამოუკიდებელი რეაქციები წელს სტრომა, ATP და NADPH ხელს უწყობენ გლიცერალდეჰიდი-3-ფოსფატის, ან G3P- ს წარმოებას, რაც საბოლოოდ ხდება გლუკოზა.

ფიჭური სუნთქვის მსგავსად, ფოტოსინთეზი დამოკიდებულია რედოქსირება რეაქციები, რომლებიც მოიცავს ელექტრონების გადატანასა და ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვს.

არსებობს სხვადასხვა ქლოროფილის ტიპებიდა ყველაზე გავრცელებული ტიპებია ქლოროფილი ა, ქლოროფილი ბ და ქლოროფილი გ. მცენარეთა უმეტესობას აქვს ქლოროფილი a, რომელიც შთანთქავს ლურჯ და წითელ სინათლის ტალღის სიგრძეს. ზოგი მცენარე და მწვანე წყალმცენარე იყენებს ქლოროფილს ბ. ქლოროფილი c შეგიძლიათ იპოვოთ დინოფლაგელატებში.

ადამიანისა და ცხოველისგან განსხვავებით, პროკარიოტები განსხვავდება ჟანგბადის საჭიროების მიხედვით. ზოგიერთ პროკარიოტს შეუძლია არსებობა მის გარეშე, ზოგი კი მასზეა დამოკიდებული. ეს ნიშნავს, რომ მათ შეიძლება ჰქონდეთ აერობული (საჭიროებს ჟანგბადს) ან ანაერობული (არ საჭიროებს ჟანგბადს) მეტაბოლიზმი.

გარდა ამისა, ზოგიერთ პროკარიოტს შეუძლია გადავიდეს მეტაბოლიზმის ორ ტიპზე, მათი გარემოებებიდან და გარემოდან გამომდინარე.

პროკარიოტები, რომლებიც ჟანგბადზეა დამოკიდებული მეტაბოლიზმისთვის, არის სავალდებულო აერობები. მეორეს მხრივ, პროკარიოტები, რომლებიც ჟანგბადში ვერ იარსებებს და არ სჭირდებათ სავალდებულო ანაერობები. პროკარიოტები, რომლებსაც შეუძლიათ გადასვლა აერობულ და ანაერობულ მეტაბოლიზმს შორის ჟანგბადის არსებობის გათვალისწინებით ფაკულტატური ანაერობები.

რძემჟავა დუღილი ანაერობული რეაქციის სახეობაა, რომელიც ენერგიას აწარმოებს ბაქტერიებისთვის. თქვენს კუნთოვან უჯრედებს ასევე აქვთ რძემჟავა დუღილი. ამ პროცესის დროს, უჯრედები ქმნიან ATP– ს ყოველგვარი ჟანგბადის გარეშე, გლიკოლიზის საშუალებით. პროცესი პიროვატად იქცევა რძემჟავა და ქმნის NAD + და ATP.

ინდუსტრიაში ამ პროგრამის მრავალი პროგრამა არსებობს, მაგალითად, იოგურტის და ეთანოლის წარმოება. მაგალითად, ბაქტერიები Lactobacillus bulgaricus დაეხმარეთ იოგურტის წარმოებაში. ბაქტერიები დუღავენ ლაქტოზას, რძეში შაქარს, რძემჟავას წარმოქმნიან. ეს რძეს თრომბად აქცევს და იოგურტად აქცევს.

პროკარიოტების დაყოფა შეგიძლიათ სხვადასხვა ჯგუფებად მათი მეტაბოლიზმის საფუძველზე. ძირითადი ტიპები არის ჰეტეროტროფული, აუტოტროფული, ფოტოტროფული და ქიმიოტროფიული. ამასთან, ყველა პროკარიოტს მაინც სჭირდება გარკვეული ტიპის ენერგია ან საწვავი ცხოვრება.

ნახშირბადის მისაღებად ჰეტეროტროფული პროკარიოტები სხვა ორგანიზმებისგან იღებენ ორგანულ ნაერთებს. ავტოტროფული პროკარიოტები ნახშირორჟანგს ნახშირბადის წყაროდ იყენებენ. ამის მისაღწევად ბევრს შეუძლია ფოტოსინთეზის გამოყენება. ფოტოტროფიული პროკარიოტები ენერგიას სინათლისგან იღებენ.

ქემოტროფული პროკარიოტები ენერგიას იღებენ ქიმიური ნაერთებისგან, რომელთა დაშლასაც ხდება.

შეგიძლიათ დაყოთ მეტაბოლური გზები ანაბოლური და კატაბოლური კატეგორიები. ანაბოლური ნიშნავს, რომ მათ ენერგია სჭირდებათ და იყენებენ მას მცირე ზომისგან დიდი მოლეკულების შესაქმნელად. კატაბოლური ნიშნავს, რომ ისინი გამოყოფენ ენერგიას და ანადგურებენ დიდ მოლეკულებს, რომ უფრო მცირე გახადონ. ფოტოსინთეზი ანაბოლური პროცესია, უჯრედული სუნთქვა კი - კატაბოლური.

ეუკარიოტები და პროკარიოტები დამოკიდებულია უჯრედულ მეტაბოლიზმზე, რომ იცხოვრონ და განვითარდნენ. მიუხედავად იმისა, რომ მათი პროცესები განსხვავებულია, ისინი ან იყენებენ ან ქმნიან ენერგიას. უჯრედული სუნთქვა და ფოტოსინთეზი ყველაზე გავრცელებული გზაა უჯრედებში. ამასთან, ზოგიერთ პროკარიოტს აქვს სხვადასხვა მეტაბოლური გზა, რომლებიც უნიკალურია.

დაკავშირებული შინაარსი:

• Ამინომჟავების
• ცხიმოვანი მჟავები
• გენის გამოხატვა
• Ნუკლეინის მჟავა
• ღეროვანი უჯრედები