Hva er den viktigste kilden til cellenergi?

Du har sikkert forstått siden du var ung at maten du spiser må bli "noe" langt mindre enn den maten til hva som helst "i" mat for å kunne hjelpe kroppen din. Når det skjer, mer spesifikt, et enkelt molekyl av en type karbohydrat klassifisert som en sukker er den ultimate drivstoffkilden i enhver metabolsk reaksjon som oppstår i en hvilken som helst celle når som helst.

Det molekylet er glukose, et seks-karbonmolekyl i form av en spiky ring. I alle celler kommer det inn glykolyse, og i mer komplekse celler deltar den også i gjæring, fotosyntese og cellulær respirasjon i varierende grad i forskjellige organismer.

Men en annen måte å svare på spørsmålet "Hvilket molekyl brukes av celler som energikilde?" tolker det som "Hvilket molekyl direkte driver cellens egne prosesser? "

Det "drivende" molekylet, som som glukose er aktivt i alle celler, er ATP, eller adenosintrifosfat, et nukleotid som ofte kalles "energivalutaen til celler." Hvilket molekyl skal du tenke på når du spør deg selv: "Hvilket molekyl er drivstoffet for alle celler?" Er det glukose eller ATP?

Å svare på dette spørsmålet ligner på å forstå forskjellen mellom å si "Mennesker får fossilt brensel fra bakken" og "Mennesker blir fossilt drivstoffenergi fra kulldrevne anlegg. ”Begge utsagnene er sanne, men tar for seg forskjellige stadier i energiomdannelseskjeden til metabolsk reaksjoner. I levende ting, glukose er det grunnleggende næringsstoff, men ATP er det grunnleggende brensel.

Alle levende ting tilhører en av to brede kategorier: prokaryoter og eukaryoter. Prokaryoter er encellede organismer i det taksonomiske domener Bakterier og Archaea, mens eukaryoter alle faller inn i domenet Eukaryota, som inkluderer dyr, planter, sopp og protister.

Prokaryoter er små og enkle sammenlignet med eukaryoter; cellene deres er tilsvarende mindre komplekse. I de fleste tilfeller er en prokaryot celle det samme som en prokaryot organisme, og energibehovet til en bakterie er langt lavere enn for noen eukaryote celler.

Prokaryote celler har de samme fire komponentene som finnes i alle celler i den naturlige verden: DNA, en cellemembran, cytoplasma og ribosomer. Cytoplasmaet deres inneholder alle enzymene som trengs for glykolyse, men fraværet av mitokondrier og kloroplaster betyr at glykolyse egentlig er den eneste metabolske veien tilgjengelig for prokaryoter.

Les mer om likhetene og forskjellene mellom prokaryote og eukaryote celler.

Glukose er et seks-karbon sukker i form av en ring, representert i diagrammer av en sekskantet form. Dens kjemiske formel er C₆H₁₂O₆og gir det et C / H / O-forhold på 1: 2: 1; dette er sant, faktisk, eller alle biomolekyler klassifisert som karbohydrater.

Glukose regnes som en monosakkarid, noe som betyr at det ikke kan reduseres til forskjellige, mindre sukker ved å bryte hydrogenbindinger mellom forskjellige komponenter. Fruktose er et annet monosakkarid; sukrose (bordsukker), som er laget ved sammenføyning av glukose og fruktose, regnes som en disakkarid.

Glukose kalles også "blodsukker", fordi det er denne forbindelsen hvis konsentrasjon måles i blodet når en klinikk eller et sykehuslaboratorium bestemmer pasientens metabolske status. Det kan tilføres direkte i blodstrømmen i intravenøse løsninger fordi det ikke krever nedbrytning før det kommer inn i kroppens celler.

ATP er en nukleotid, noe som betyr at den består av en av fem forskjellige nitrogenholdige baser, et fem-karbon sukker kalt ribose og en til tre fosfatgrupper. Basene i nukleotider kan være enten adenin (A), cytosin (C), guanin (G), tymin (T) eller uracil (U). Nukleotider er byggesteinene til nukleinsyrene DNA og RNA; A, C og G finnes i begge nukleinsyrene, mens T bare finnes i DNA og U bare i RNA.

"TP" i ATP, som du har sett, står for "trifosfat" og indikerer at ATP har det maksimale antall fosfatgrupper som et nukleotid kan ha - tre. Mest ATP lages ved å feste en fosfatgruppe til ADP, eller adenosindifosfat, en prosess kjent som fosforylering.

ATP og dets derivater har et bredt spekter av anvendelser innen biokjemi og medisin, hvorav mange er i utforskende stadier når det 21. århundre nærmer seg sitt tredje tiår.

Frigjøring av energi fra mat innebærer å bryte de kjemiske bindingene i matkomponenter og utnytte denne energien for syntesen av ATP-molekyler. For eksempel er karbohydrater alt oksidert til slutt til karbondioksid (CO₂) og vann (H₂O). Fett oksideres også, med fettsyrekjedene som gir acetatmolekyler som deretter kommer inn i aerob respirasjon i eukaryote mitokondrier.

Nedbrytningsproduktene til proteiner er rike på nitrogen og brukes til å bygge andre proteiner og nukleinsyrer. Men noen av de 20 aminosyrene som proteiner er bygd fra, kan modifiseres og gå inn i cellulær metabolisme på nivå med cellulær respirasjon (f.eks. Etter glykolyse)

Sammendrag:Glykolyse produserer direkte 2 ATP for hvert molekyl glukose; den leverer pyruvat- og elektronbærere for videre metabolske prosesser.

Glykolyse er en serie på ti reaksjoner der et molekyl glukose blir transformert til to molekyler av tre-karbonmolekylet pyruvat, og gir 2 ATP underveis. Den består av en tidlig "investerings" -fase der to ATP brukes til å feste fosfatgrupper til det skiftende glukosemolekylet, og en senere "retur" -fase i som glukosederivatet, etter å ha blitt delt i et par med tre-karbon mellomprodukter, gir 2 ATP per tre-karbonforbindelser og dette 4 alt i alt.

Dette betyr at nettoeffekten av glykolyse er å produsere 2 ATP per glukosemolekyl, ettersom 2 ATP forbrukes i investeringsfasen, men totalt 4 ATP blir laget i utbetalingsfasen.

Les mer om glykolyse.

Sammendrag:Gjæring etterfyller NAD⁺ for glykolyse; det produserer ingen ATP direkte.

Når det ikke er tilstrekkelig oksygen til å tilfredsstille energibehov, som når du løper veldig hardt eller løfter vekter hardt, kan glykolyse være den eneste tilgjengelige metabolske prosessen. Det er her "melkesyreforbrenningen" du kanskje har hørt om kommer inn. Hvis pyruvat ikke kan komme inn i aerob respirasjon som beskrevet nedenfor, blir det omdannet til laktat, som i seg selv gjør ikke mye bra, men sørger for at glykolyse kan fortsette ved å levere et nøkkel mellommolekyl ringte NAD⁺.

Sammendrag:Krebs-syklusen produserer 1 ATP per omgang av syklusen (og dermed 2 ATP per glukose "oppstrøms", siden 2 pyruvat kan lage 2 acetyl CoA).

Under normale forhold med tilstrekkelig oksygen beveger seg nesten alt pyruvat generert i glykolyse i eukaryoter fra cytoplasmaet i organeller ("små organer") kjent som mitokondrier, hvor det konverteres til to-karbonmolekylet acetylkoenzym A (acetyl CoA) ved å strippe av og frigjøre CO₂. Dette molekylet kombineres med et fire-karbonmolekyl kalt oksaloacetat for å skape sitrat, det første trinnet i det som også kalles TCA-syklusen eller sitronsyresyklusen.

Dette "reaksjonshjulet" reduserte til slutt citratet tilbake til oksaloacetat, og underveis blir det produsert en enkelt ATP sammen med fire såkalte høyenergi-elektronbærere (NADH og FADH₂).

Sammendrag:Elektrontransportkjeden gir ca. 32 til 34 ATP per "oppstrøms" glukosemolekyl, noe som gjør det til den klart største bidragsyteren til cellulær energi i eukaryoter.

Elektronbærerne fra Krebs-syklusen beveger seg fra innsiden av mitokondrier til organellens indre membran, som har alle slags spesialiserte enzymer kalt cytokromer klare til å fungere. Kort fortalt, når elektronene, i form av hydrogenatomer, blir tatt av bærerne, driver dette fosforylering av ADP-molekyler til mye ATP.

Oksygen må være til stede som den siste elektronakseptoren i kaskaden som oppstår over membranen for at denne kjeden av reaksjoner skal oppstå. Hvis det ikke er det, "går prosessen med cellulær respirasjon" tilbake ", og Krebs-syklusen kan heller ikke forekomme.