Kāds ir galvenais šūnu enerģijas avots?

Jūs, iespējams, kopš jaunības esat sapratis, ka ēdienam, kas jums jāēd, ir jākļūst par "kaut ko", kas ir daudz mazāks nekā tas ēdiens, lai kāds būtu "ēdienā", lai varētu palīdzēt jūsu ķermenim. Kā tas notiek, konkrētāk, viena veida molekula ogļhidrāti klasificēts kā cukurs ir galvenais degvielas avots jebkurā vielmaiņas reakcijā, kas notiek jebkurā šūnā jebkurā laikā.

Tā molekula ir glikoze, sešu oglekļa molekula asa gredzena formā. Visās šūnās tas nonāk glikolīze, un sarežģītākās šūnās tā arī piedalās fermentācija, fotosintēze un šūnu elpošana dažādos organismos dažādās pakāpēs.

Bet atšķirīgs veids, kā atbildēt uz jautājumu "Kuru molekulu šūnas izmanto kā enerģijas avotu?" to interpretē šādi: "Kāda molekula tieši nodrošina šūnu procesus? "

Šī "barojošā" molekula, kas tāpat kā glikoze ir aktīva visās šūnās, ir ATPvai adenozīna trifosfāts, nukleotīdu bieži sauc par "šūnu enerģijas valūtu". Par kuru molekulu jums vajadzētu domāt, kad jūs sev jautājat: "Kāda molekula ir visu šūnu degviela?" Vai tā ir glikoze vai ATP?

Atbildēšana uz šo jautājumu ir līdzīga izpratnei par atšķirību starp teikšanu "Cilvēki iegūst fosilo kurināmo no zemes" un "Cilvēki iegūst fosilās degvielas enerģija no ogļu spēkstacijām. "Abi apgalvojumi ir patiesi, taču tie skar dažādus metabolisma enerģijas konversijas ķēdes posmus reakcijas. Dzīvās būtnēs glikoze ir fundamentāla barības viela, bet ATP ir pamata degviela.

Visas dzīvās būtnes pieder vienai no divām plašām kategorijām: prokariotiem un eikariotiem. Prokarioti ir taksonomikas vienšūnas organismi domēnus Baktērijas un arhejas, turpretī eikarioti visi ietilpst Eukaryota domēnā, kurā ietilpst dzīvnieki, augi, sēnes un protisti.

Prokarioti ir mazi un vienkārši salīdzinājumā ar eikariotiem; to šūnas ir attiecīgi mazāk sarežģītas. Vairumā gadījumu prokariotu šūna ir tas pats, kas prokariotu organisms, un baktēriju enerģijas vajadzības ir daudz mazākas nekā jebkurai eikariotu šūnai.

Prokariotu šūnām ir tie paši četri komponenti, kas atrodami visās dabiskās pasaules šūnās: DNS, šūnu membrāna, citoplazma un ribosomas. Viņu citoplazmā ir visi enzīmi, kas nepieciešami glikolīzei, bet mitohondriju un hloroplastu trūkums nozīmē, ka glikolīze patiešām ir vienīgais metabolisma ceļš, kas pieejams prokariotiem.

Lasiet vairāk par prokariotu un eikariotu šūnu līdzībām un atšķirībām.

Glikoze ir sešu ogļu cukurs gredzena formā, ko diagrammās attēlo sešstūra forma. Tās ķīmiskā formula ir C₆H₁₂O₆, piešķirot tam C / H / O attiecību 1: 2: 1; tā ir patiesība vai visas biomolekulas, kas klasificētas kā ogļhidrāti.

Glikoze tiek uzskatīta par a monosaharīds, kas nozīmē, ka to nevar samazināt dažādos, mazākos cukuros, sadalot ūdeņraža saites starp dažādiem komponentiem. Fruktoze ir vēl viens monosaharīds; saharozi (galda cukuru), ko iegūst, savienojot glikozi un fruktozi, uzskata par a disaharīds.

Glikozi sauc arī par "cukura līmeni asinīs", jo tieši šī savienojuma koncentrāciju asinīs mēra, kad klīnika vai slimnīcas laboratorija nosaka pacienta vielmaiņas stāvokli. To var ievadīt tieši asinsritē intravenozu šķīdumu veidā, jo pirms iekļūšanas ķermeņa šūnās tas nav nepieciešams.

ATP ir a nukleotīds, kas nozīmē, ka tas sastāv no vienas no piecām dažādām slāpekļa bāzēm, piecu oglekļa cukura, ko sauc par ribozi, un no vienas līdz trim fosfātu grupām. Nukleotīdu bāzes var būt vai nu adenīns (A), citozīns (C), guanīns (G), timīns (T) vai uracils (U). Nukleotīdi ir DNS un RNS nukleīnskābju celtniecības elementi; A, C un G ir atrodami abās nukleīnskābēs, turpretī T ir sastopami tikai DNS un U tikai RNS.

"TP" ATP, kā jūs redzējāt, nozīmē "trifosfātu" un norāda, ka ATP ir maksimālais fosfātu grupas skaits, kāds var būt nukleotīdam - trīs. Lielāko daļu ATP ražo, piesaistot fosfātu grupu ADP vai adenozīna difosfātam, procesu, kas pazīstams kā fosforilēšana.

ATP un tā atvasinājumi ir plaši pielietojami bioķīmijā un medicīnā, no kuriem daudzi ir izpētes stadijā, kad 21. gadsimts tuvojas trešajai desmitgadei.

Enerģijas atbrīvošana no pārtikas ietver pārtikas sastāvdaļu ķīmisko saišu pārtraukšanu un šīs enerģijas izmantošanu ATP molekulu sintēzei. Piemēram, visi ir ogļhidrāti oksidēts beigās oglekļa dioksīds (CO₂) un ūdeni (H₂O). Tauki tiek arī oksidēti, taukskābju ķēdēs iegūstot acetāta molekulas, kas pēc tam nonāk aerobā elpošanā eikariotu mitohondrijos.

Olbaltumvielu sadalīšanās produktos ir daudz slāpekļa, un tos izmanto citu olbaltumvielu un nukleīnskābju veidošanai. Bet dažas no 20 aminoskābēm, no kurām tiek veidoti proteīni, var modificēt un iekļūt šūnu metabolismā šūnu elpošanas līmenī (piemēram, pēc glikolīzes)

Kopsavilkums:Glikolīze tieši rada 2 ATP par katru glikozes molekulu; tas piegādā piruvāta un elektronu nesējus turpmākiem vielmaiņas procesiem.

Glikolīze ir desmit reakciju sērija, kurā glikozes molekula tiek pārveidota divās trīs oglekļa molekulas piruvāta molekulās, pa ceļam iegūstot 2 ATP. Tas sastāv no agrīnas "investīciju" fāzes, kurā 2 ATP tiek izmantoti fosfātu grupu piestiprināšanai pie mainīgās glikozes molekulas, un vēlākas "atgriešanās" fāzes glikozes atvasinājums, sadalīts trīs oglekļa starpposma savienojumu pārī, dod 2 ATP uz trīs oglekļa savienojumiem un kopumā.

Tas nozīmē, ka glikolīzes tīrais efekts ir 2 ATP ražošana uz vienu glikozes molekulu, jo investīciju fāzē tiek patērēti 2 ATP, bet izmaksu fāzē tiek veikti 4 ATP.

Lasiet vairāk par glikolīzi.

Kopsavilkums:Fermentācija papildina NAD⁺ glikolīzei; tas tieši nerada ATP.

Ja ir nepietiekams skābekļa daudzums enerģijas pieprasījuma apmierināšanai, piemēram, kad jūs ļoti smagi skrienat vai smagi celat svaru, glikolīze var būt vienīgais pieejamais vielmaiņas process. Šeit parādās "pienskābes apdegums", par kuru, iespējams, esat dzirdējis. Ja piruvāts nevar iekļūt aerobā elpošanā, kā aprakstīts zemāk, tas tiek pārveidots par laktātu, kas pats par sevi nedod daudz laba, bet nodrošina glikolīzes turpināšanos, piegādājot galveno starpmolekulu sauca NAD⁺.

Kopsavilkums:Krebsa cikls rada 1 ATP vienā cikla pagriezienā (un tādējādi 2 ATP uz glikozi "augšpus straumes", jo 2 piruvāts var radīt 2 acetil CoA).

Normālos adekvāta skābekļa apstākļos gandrīz viss pirukāts, kas rodas eikariotu glikolīzē, pārvietojas no citoplazma organellos ("mazie orgāni"), kas pazīstami kā mitohondriji, kur tā pārveidojas par divu oglekļa molekulu acetila koenzīms A (acetil CoA), noņemot un atbrīvojot CO₂. Šī molekula apvienojas ar četru oglekļa molekulu, ko sauc par oksaloacetātu, lai izveidotu citrātu, kas ir pirmais solis tā sauktajā TCA ciklā vai citronskābes ciklā.

Šis reakciju "ritenis" galu galā samazināja citrāta daudzumu līdz oksaloacetātam, un pa ceļam tiek ģenerēts viens ATP kopā ar četriem tā dēvētajiem augstas enerģijas elektronu nesējiem (NADH un FADH₂).

Kopsavilkums:Elektronu transporta ķēde dod apmēram 32 līdz 34 ATP uz vienu "augšteces" glikozes molekulu, padarot to par lielāko šūnu enerģijas veicinātāju eikariotos.

Elektrona nesēji no Krebsa cikla pārvietojas no mitohondriju iekšpuses uz organellas iekšējo membrānu, kurā ir gatavi darbam visu veidu specializētie fermenti, ko sauc par citohromiem. Īsāk sakot, kad elektroni ūdeņraža atomu veidā tiek noņemti no nesējiem, tas nodrošina ADP molekulu fosforilēšanu lielā daudzumā ATP.

Skābeklim jābūt kā galīgajam elektronu akceptoram kaskādē, kas notiek pāri membrānai, lai notiktu šī reakciju ķēde. Ja tā nav, šūnu elpošanas process "dublējas", un arī Krebsa cikls nevar notikt.