Care este principala sursă de energie celulară?

Probabil ai înțeles încă de când erai tânăr că mâncarea pe care o mănânci trebuie să devină „ceva” mult mai mic decât acea mâncare pentru orice este „în” mâncare pentru a-ți putea ajuta corpul. După cum se întâmplă, mai precis, o singură moleculă dintr-un tip de glucide clasificat ca a zahăr este sursa supremă de combustibil în orice reacție metabolică care are loc în orice celulă în orice moment.

Acea moleculă este glucoză, o moleculă cu șase carbon sub forma unui inel țepos. În toate celulele, acesta intră glicoliză, și în celulele mai complexe participă, de asemenea fermentare, fotosinteză și respirație celulară în diferite grade în diferite organisme.

Dar un alt mod de a răspunde la întrebarea „Care moleculă este utilizată de celule ca sursă de energie?” îl interpretează ca „Ce moleculă direct alimentează propriile procese ale celulei? "

Acea moleculă „alimentatoare”, care la fel ca glucoza este activă în toate celulele, este ATP, sau adenozin trifosfat, o nucleotidă numită adesea „moneda energetică a celulelor”. La ce moleculă ar trebui să te gândești, atunci, când te întrebi, „Ce moleculă este combustibilul pentru toate celulele?” Este glucoză sau ATP?

Răspunsul la această întrebare este similar cu înțelegerea diferenței dintre a spune „Oamenii obțin combustibili fosili de la sol” și „Oamenii obțin fosile energie combustibilă de la centralele pe cărbune. "Ambele afirmații sunt adevărate, dar abordează diferite etape din lanțul de conversie a energiei metabolice reacții. În viețuitoare, glucoza este elementul fundamental nutrient, dar ATP este elementul de bază combustibil.

Toate viețuitoarele aparțin uneia dintre cele două mari categorii: procariote și eucariote. Procariotele sunt organismele unicelulare ale taxonomiei domenii Bacterii și Archaea, în timp ce eucariotele se încadrează în domeniul Eukaryota, care include animale, plante, ciuperci și protiști.

Procariotele sunt mici și simple în comparație cu eucariotele; celulele lor sunt în mod corespunzător mai puțin complexe. În majoritatea cazurilor, o celulă procariotă este același lucru cu un organism procariot, iar nevoile de energie ale unei bacterii sunt mult mai mici decât cele ale oricărei celule eucariote.

Celulele procariote au aceleași patru componente găsite în toate celulele din lumea naturală: ADN, o membrană celulară, citoplasmă și ribozomi. Citoplasma lor conține toate enzimele necesare pentru glicoliză, dar absența mitocondriilor și a cloroplastelor înseamnă că glicoliza este într-adevăr singura cale metabolică disponibilă pentru procariote.

Citiți mai multe despre asemănările și diferențele dintre celulele procariote și celulele eucariote.

Glucoza este un zahăr cu șase atomi de carbon sub forma unui inel, reprezentat în diagrame printr-o formă hexagonală. Formula sa chimică este C₆H₁₂O₆, oferindu-i un raport C / H / O de 1: 2: 1; acest lucru este adevărat, de fapt, sau toate biomoleculele clasificate ca glucide.

Glucoza este considerată o monozaharidă, ceea ce înseamnă că nu poate fi redus în zaharuri diferite, mai mici, prin ruperea legăturilor de hidrogen între diferite componente. Fructoza este o altă monozaharidă; zaharoza (zahărul de masă), care se realizează prin îmbinarea glucozei și fructozei, este considerată a dizaharidă.

Glucoza se mai numește „zahăr din sânge”, deoarece este acest compus a cărui concentrație este măsurată în sânge atunci când o clinică sau un laborator de spital determină starea metabolică a pacientului. Poate fi infuzat direct în fluxul sanguin în soluții intravenoase, deoarece nu necesită nici o defecțiune înainte de a intra în celulele corpului.

ATP este un nucleotidă, ceea ce înseamnă că este alcătuit din una dintre cele cinci baze azotate diferite, un zahăr cu cinci atomi de carbon numit riboză și una până la trei grupări fosfat. Bazele din nucleotide pot fi fie adenină (A), citozină (C), guanină (G), timină (T) sau uracil (U). Nucleotidele sunt elementele de bază ale acizilor nucleici ADN și ARN; A, C și G se găsesc în ambii acizi nucleici, în timp ce T se găsește numai în ADN și U numai în ARN.

„TP” în ATP, după cum ați văzut, înseamnă „trifosfat” și indică faptul că ATP are numărul maxim de grupe fosfat pe care îl poate avea o nucleotidă - trei. Majoritatea ATP se realizează prin atașarea unei grupări fosfat la ADP sau adenozin difosfat, un proces cunoscut sub numele de fosforilare.

ATP și derivații săi au o gamă largă de aplicații în biochimie și medicină, dintre care multe se află în stadiile exploratorii pe măsură ce secolul 21 se apropie de al treilea deceniu.

Eliberarea de energie din alimente presupune ruperea legăturilor chimice din componentele alimentelor și valorificarea acestei energii pentru sinteza moleculelor de ATP. De exemplu, carbohidrații sunt toți oxidat în cele din urmă la dioxid de carbon (CO₂) și apă (H₂O). Grăsimile sunt, de asemenea, oxidate, cu lanțurile lor de acizi grași producând molecule de acetat care apoi intră în respirația aerobă în mitocondriile eucariote.

Produsele descompuse ale proteinelor sunt bogate în azot și sunt utilizate pentru construirea altor proteine ​​și acizi nucleici. Dar unii dintre cei 20 de aminoacizi din care sunt construiți proteinele pot fi modificați și intră în metabolismul celular la nivelul respirației celulare (de exemplu, după glicoliză)

Rezumat:Glicoliza produce direct 2 ATP pentru fiecare molecula de glucoza; furnizează purtători de piruvat și electroni pentru procesele metabolice ulterioare.

Glicoliza este o serie de zece reacții în care o moleculă de glucoză este transformată în două molecule ale piruvatului moleculei cu trei carbon, producând 2 ATP pe parcurs. Acesta constă într-o fază timpurie de „investiție” în care se utilizează 2 ATP pentru a atașa grupe fosfat la molecula de glucoză în mișcare și o fază ulterioară de „revenire” în care derivatul glucozei, fiind împărțit într-o pereche de compuși intermediari cu trei atomi de carbon, produce 2 ATP pe compuși cu trei atomi de carbon și acest 4 per total.

Aceasta înseamnă că efectul net al glicolizei este de a produce 2 ATP pe moleculă de glucoză, deoarece 2 ATP sunt consumate în faza de investiții, dar un total de 4 ATP sunt realizate în faza de recompensă.

Citiți mai multe despre glicoliză.

Rezumat:Fermentarea completează NAD⁺ pentru glicoliză; nu produce ATP direct.

Când este prezent un nivel insuficient de oxigen pentru a satisface cererile de energie, ca atunci când alergi foarte greu sau ridici greutăți intens, glicoliza poate fi singurul proces metabolic disponibil. Aici intervine „arderea acidului lactic” despre care este posibil să fi auzit. Dacă piruvatul nu poate intra în respirația aerobă așa cum este descris mai jos, acesta este transformat în lactat, care în sine nu face mult bine, dar se asigură că glicoliza poate continua prin furnizarea unei molecule intermediare cheie numit NAD⁺.

Rezumat:Ciclul Krebs produce 1 ATP pe rândul ciclului (și, prin urmare, 2 ATP pe glucoză „în amonte”, deoarece 2 piruvat pot produce 2 acetil CoA).

În condiții normale de oxigen adecvat, aproape tot piruvatul generat în glicoliză în eucariote se mută din citoplasma în organite („organe mici”) cunoscute sub numele de mitocondrii, unde s-a transformat în molecula cu doi carbon acetil coenzima A (acetil CoA) prin eliminarea și eliberarea CO₂. Această moleculă se combină cu o moleculă de patru carbon numită oxaloacetat pentru a crea citrat, primul pas în ceea ce se numește și ciclul TCA sau ciclul acidului citric.

Această „roată” de reacții a redus în cele din urmă citratul înapoi la oxaloacetat și, pe parcurs, este generat un singur ATP împreună cu patru așa-numiții purtători de electroni de mare energie (NADH și FADH₂).

Rezumat:Lanțul de transport al electronilor produce aproximativ 32 la 34 ATP pe moleculă de glucoză „în amonte”, făcându-l de departe cel mai mare contribuitor la energia celulară în eucariote.

Purtătorii de electroni din ciclul Krebs se deplasează din interiorul mitocondriilor către membrana interioară a organitei, care are tot felul de enzime specializate numite citocromi gata de funcționare. Pe scurt, când electronii, sub formă de atomi de hidrogen, sunt scoși de pe purtători, acest lucru alimentează fosforilarea moleculelor ADP într-o mare cantitate de ATP.

Oxigenul trebuie să fie prezent ca acceptor final de electroni în cascadă care apare peste membrană pentru ca acest lanț de reacții să apară. În caz contrar, procesul de respirație celulară „face backup” și nici ciclul Krebs nu poate avea loc.