Koks yra pagrindinis ląstelių energijos šaltinis?

Tikriausiai nuo jaunystės supratote, kad maistas, kurį valgote, turi tapti „kažkuo“ daug mažesniu už tą maistą, kuris yra „maiste“, kad galėtų padėti jūsų kūnui. Kaip tai atsitinka, konkrečiau, vienos rūšies molekulė angliavandeniai klasifikuojami kaip cukraus yra pagrindinis bet kurios ląstelės bet kuriuo metu vykstančios metabolinės reakcijos kuro šaltinis.

Ta molekulė yra gliukozės, šešių anglies molekulių smaigalio žiedo pavidalu. Visose ląstelėse jis patenka glikolizė, o sudėtingesnėse ląstelėse jis taip pat dalyvauja fermentacija, fotosintezė ir ląstelinis kvėpavimas skirtingais organizmais.

Bet kitoks būdas atsakyti į klausimą "kurią molekulę ląstelės naudoja kaip energijos šaltinį?" aiškina taip: „Kokia molekulė tiesiogiai valdo pačios ląstelės procesus? "

Ta „galios“ molekulė, kuri, kaip ir gliukozė, veikia visose ląstelėse, yra ATParba adenozino trifosfatas, nukleotidas dažnai vadinamas „ląstelių energijos valiuta“. Apie kurią molekulę turėtumėte pagalvoti, kai paklausite savęs: "Kokia molekulė yra visų ląstelių kuras?" Ar tai gliukozė, ar ATP?

Atsakymas į šį klausimą yra panašus į tai, kaip suprasti skirtumą tarp „Žmonės gauna iškastinį kurą iš žemės“ ir „Žmonės gauna iškastinį kurą“. kuro energija iš anglimis varomų jėgainių. "Abu teiginiai yra teisingi, tačiau nagrinėjami skirtingi metabolizmo energijos konversijos grandinės etapai reakcijos. Gyvuose dalykuose gliukozė yra pagrindinis dalykas maistinė medžiaga, bet ATP yra pagrindinis kuras.

Visi gyvi dalykai priklauso vienai iš dviejų plačių kategorijų: prokariotų ir eukariotų. Prokariotai yra taksonomikos vienaląsčiai organizmai domenai Bakterijos ir archėjos, o eukariotai patenka į Eukariotos sritį, kuriai priklauso gyvūnai, augalai, grybai ir protistai.

Prokariotai yra maži ir paprasti, palyginti su eukariotais; jų ląstelės yra atitinkamai ne tokios sudėtingos. Daugeliu atvejų prokariotinė ląstelė yra tas pats, kas prokariotinis organizmas, o bakterijos energijos poreikis yra daug mažesnis nei bet kurios eukariotinės ląstelės.

Prokariotinėse ląstelėse yra tie patys keturi komponentai, randami visose gamtos pasaulio ląstelėse: DNR, ląstelės membranoje, citoplazmoje ir ribosomose. Jų citoplazmoje yra visi fermentai, reikalingi glikolizei atlikti, tačiau mitochondrijų ir chloroplastų nebuvimas reiškia, kad glikolizė yra vienintelis metabolizmo kelias, prieinamas prokariotams.

Skaitykite daugiau apie prokariotinių ir eukariotinių ląstelių panašumus ir skirtumus.

Gliukozė yra šešių anglių cukrus žiedo pavidalu, diagramose pavaizduotas šešiakampės formos. Jo cheminė formulė yra C₆H₁₂O₆, suteikiant jai C / H / O santykį 1: 2: 1; tai tiesa arba visos biomolekulės, priskiriamos angliavandeniams.

Gliukozė laikoma a monosacharidas, tai reiškia, kad jo negalima redukuoti į skirtingus, mažesnius cukrus, nutraukiant vandenilio ryšius tarp skirtingų komponentų. Fruktozė yra dar vienas monosacharidas; sacharozė (stalo cukrus), kuri gaunama sujungus gliukozę ir fruktozę, laikoma a disacharidas.

Gliukozė taip pat vadinama „cukraus kiekiu kraujyje“, nes būtent šio junginio koncentracija kraujyje matuojama, kai klinika ar ligoninės laboratorija nustato paciento medžiagų apykaitos būklę. Jis gali būti įleidžiamas tiesiai į kraują į veną leidžiamais tirpalais, nes prieš patekdamas į kūno ląsteles nereikia skaidyti.

ATP yra a nukleotidas, tai reiškia, kad jis susideda iš vienos iš penkių skirtingų azoto bazių, penkių anglies cukrų, vadinamų riboze, ir nuo vienos iki trijų fosfatų grupių. Nukleotidų bazės gali būti arba adeninas (A), citozinas (C), guaninas (G), timinas (T) arba uracilas (U). Nukleotidai yra nukleorūgščių DNR ir RNR statybiniai blokai; A, C ir G yra abiejose nukleorūgštyse, o T yra tik DNR, o U - tik RNR.

„TP“ ATP, kaip matėte, reiškia „trifosfatą“ ir rodo, kad ATP turi didžiausią fosfatų grupės skaičių, kokį gali turėti nukleotidas - tris. Daugiausia ATP gaminama fosfatų grupę prijungus prie ADP arba adenozino difosfato - proceso, žinomo kaip fosforilinimas.

ATP ir jo dariniai plačiai naudojami biochemijoje ir medicinoje. Daugelis jų yra tiriamosios stadijos, kai XXI amžius artėja prie trečiojo dešimtmečio.

Energijos išsiskyrimas iš maisto apima maisto komponentų cheminių ryšių nutraukimą ir šios energijos panaudojimą ATP molekulių sintezei. Pavyzdžiui, visi yra angliavandeniai oksiduotas galų gale - į anglies dioksidą (CO₂) ir vandens (H₂O). Riebalai taip pat oksiduojasi, jų riebalų rūgščių grandinėse gaunamos acetato molekulės, kurios eukariotinėse mitochondrijose patenka į aerobinį kvėpavimą.

Baltymų skilimo produktuose yra daug azoto ir jie naudojami kitų baltymų ir nukleorūgščių statybai. Tačiau kai kurios iš 20 aminorūgščių, iš kurių susidaro baltymai, gali būti modifikuotos ir patekti į ląstelių metabolizmą ląstelių kvėpavimo lygiu (pvz., Po glikolizės)

Santrauka:Glikolizė tiesiogiai gamina 2 ATP kiekvienai gliukozės molekulei; jis tiekia piruvato ir elektronų nešėjus tolesniems medžiagų apykaitos procesams.

Glikolizė yra dešimties reakcijų serija, kurios metu gliukozės molekulė transformuojama į dvi trijų anglies molekulės piruvato molekules, o kelyje gaunama 2 ATP. Jį sudaro ankstyvoji „investicinė“ fazė, kurioje 2 ATP naudojamos fosfatų grupėms prijungti prie besikeičiančios gliukozės molekulės, ir vėlesnės „grąžinimo“ fazės kurio gliukozės darinys, padalytas į trijų anglies tarpinių junginių porą, du anglies junginiams duoda 2 ATP ir šis 4 apskritai.

Tai reiškia, kad grynasis glikolizės poveikis yra pagaminti 2 ATP vienai gliukozės molekulei, nes 2 ATP yra sunaudojami investavimo etape, tačiau iš viso 4 ATP yra išmokėjimo fazėje.

Skaitykite daugiau apie glikolizę.

Santrauka:Fermentacija papildo NAD⁺ glikolizei; jis tiesiogiai negamina ATP.

Kai nepakanka deguonies energijos poreikiams patenkinti, pavyzdžiui, kai jūs labai sunkiai bėgate ar sunkiai keliate svorį, glikolizė gali būti vienintelis galimas medžiagų apykaitos procesas. Čia atsiranda „pieno rūgšties deginimas“, apie kurį galbūt girdėjote. Jei piruvatas negali patekti į aerobinį kvėpavimą, kaip aprašyta toliau, jis virsta laktatu, kuris pats savaime neduoda daug gero, tačiau užtikrina, kad glikolizė gali tęstis tiekiant pagrindinę tarpinę molekulę vadinamas NAD⁺.

Santrauka:Krebso ciklas gamina 1 ATP vienam ciklo posūkiui (taigi 2 ATP gliukozei „prieš srovę“, nes 2 piruvatas gali pagaminti 2 acetil CoA).

Normaliomis pakankamo deguonies sąlygomis beveik visas pirukatas, susidarantis glikolizės metu eukariotuose, pereina iš citoplazma virsta organeliais („mažais organais“), vadinamais mitochondrijomis, kur ji virsta dviejų anglies molekule. acetilo kofermentas A (acetil CoA) pašalinant ir išleidžiant CO₂. Ši molekulė sujungiama su keturių anglių molekule, vadinama oksaloacetatu, kad būtų sukurtas citratas, pirmasis žingsnis vadinamajame TCA cikle arba citrinos ir rūgšties cikle.

Šis „reakcijų ratas“ citratą galiausiai pavertė oksaloacetatu, o kartu su keturiais vadinamaisiais didelės energijos elektronų nešikliais (NADH ir FADH) susidaro vienas ATP.₂).

Santrauka:Elektronų transportavimo grandinė duoda apie 32–34 ATP vienai „prieš srovę“ esančiai gliukozės molekulei, todėl tai yra didžiausias eukariotų ląstelių energijos indėlis.

Elektrono nešėjai iš Krebso ciklo juda iš mitochondrijų vidinės pusės į organelės vidinę membraną, kurioje yra paruošti darbui visų rūšių specializuoti fermentai, vadinami citochromais. Trumpai tariant, kai elektronai vandenilio atomų pavidalu pašalinami iš nešėjų, tai suteikia fosforilinimo ADP molekulėms daug ATP.

Deguonis turi būti kaip galutinis elektronų akceptorius kaskadoje, vykstančioje per membraną, kad įvyktų ši reakcijų grandinė. Jei taip nėra, ląstelinio kvėpavimo procesas „palaiko“ ir Krebso ciklas taip pat negali vykti.