Aký je hlavný zdroj bunkovej energie?

Pravdepodobne ste od mladosti pochopili, že jedlo, ktoré konzumujete, sa musí stať „niečím“ oveľa menším ako jedlo pre čokoľvek, čo je „v“ jedle, aby mohlo pomôcť vášmu telu. Ako už to býva, konkrétnejšie jediná molekula typu uhľohydrát klasifikované ako a cukor je hlavným zdrojom paliva pri akejkoľvek metabolickej reakcii prebiehajúcej v ktoromkoľvek článku kedykoľvek.

Tá molekula je glukóza, šesťuhlíková molekula vo forme špicatého kruhu. Vo všetkých bunkách vstupuje do glykolýza, a v zložitejších bunkách sa tiež zúčastňuje fermentácia, fotosyntéza a bunkové dýchanie v rôznej miere u rôznych organizmov.

Ale iný spôsob odpovede na otázku „Ktorú molekulu používajú bunky ako zdroj energie?“ to interpretuje ako: „Aká molekula priamo napája vlastné procesy bunky? “

Táto „napájajúca“ molekula, ktorá je rovnako ako glukóza aktívna vo všetkých bunkách, je ATPalebo adenosintrifosfátu, nukleotid, ktorý sa často nazýva „energetická mena buniek“. Na ktorú molekulu by ste mali myslieť, potom keď si položíte otázku: „Aká molekula je palivom pre všetky bunky?“ Je to glukóza alebo ATP?

Odpovedanie na túto otázku je podobné pochopeniu rozdielu medzi slovami „Ľudia získavajú fosílne palivá zo zeme“ a „Ľudia získavajú fosílne palivá“. palivová energia z uhoľných elektrární. “Obidve tvrdenia sú pravdivé, ale týkajú sa rôznych etáp metabolického reťazca premeny energie reakcie. V živých veciach glukóza je základ živina, ale ATP je základná palivo.

Všetko živé patrí do jednej z dvoch širokých kategórií: prokaryoty a eukaryoty. Prokaryoty sú jednobunkové organizmy taxonomickej skupiny domén Baktérie a Archea, zatiaľ čo všetky eukaryoty spadajú do domény Eukaryota, ktorá zahŕňa zvieratá, rastliny, huby a proteíny.

Prokaryoty sú v porovnaní s eukaryotmi malé a jednoduché; ich bunky sú zodpovedajúcim spôsobom menej zložité. Vo väčšine prípadov je prokaryotická bunka to isté ako prokaryotický organizmus a energetická potreba baktérie je oveľa nižšia ako energetická potreba ktorejkoľvek eukaryotickej bunky.

Prokaryotické bunky majú rovnaké štyri zložky, ktoré sa nachádzajú vo všetkých bunkách v prírodnom svete: DNA, bunková membrána, cytoplazma a ribozómy. Ich cytoplazma obsahuje všetky enzýmy potrebné na glykolýzu, ale absencia mitochondrií a chloroplastov znamená, že glykolýza je pre prokaryoty skutočne jedinou metabolickou cestou.

Prečítajte si viac o podobnostiach a rozdieloch medzi prokaryotickými a eukaryotickými bunkami.

Glukóza je šesťuhlíkový cukor vo forme kruhu, ktorý je na schémach znázornený šesťuholníkovým tvarom. Jeho chemický vzorec je C₆H₁₂O₆, čím sa získa pomer C / H / O 1: 2: 1; to je v skutočnosti pravda alebo všetky biomolekuly klasifikované ako sacharidy.

Glukóza sa považuje za a monosacharid, To znamená, že sa nedá rozdeliť na rôzne menšie cukry rozbitím vodíkových väzieb medzi rôznymi zložkami. Fruktóza je ďalší monosacharid; sacharóza (stolový cukor), ktorá sa vyrába spojením glukózy a fruktózy, sa považuje za a disacharid.

Glukóze sa hovorí aj „krvný cukor“, pretože to je táto zlúčenina, ktorej koncentrácia sa meria v krvi, keď klinický stav alebo nemocničné laboratórium určuje metabolický stav pacienta. Môže sa podávať infúziou priamo do krvného obehu v intravenóznych roztokoch, pretože pred vstupom do buniek tela nevyžaduje žiadne odbúravanie.

ATP je a nukleotidTo znamená, že sa skladá z jednej z piatich rôznych dusíkatých báz, päťuhlíkového cukru nazývaného ribóza a jednej až troch fosfátových skupín. Bázy v nukleotidoch môžu byť buď adenín (A), cytozín (C), guanín (G), tymín (T) alebo uracil (U). Nukleotidy sú stavebnými kameňmi nukleových kyselín DNA a RNA; A, C a G sa nachádzajú v obidvoch nukleových kyselinách, zatiaľ čo T sa nachádza iba v DNA a U iba v RNA.

„TP“ v ATP, ako ste videli, znamená „trifosfát“ a znamená, že ATP má maximálny počet fosfátových skupín, ktoré môže mať nukleotid - tri. Väčšina ATP sa vyrába pripojením fosfátovej skupiny k ADP alebo adenozíndifosfátu, čo je proces známy ako fosforylácia.

ATP a jeho deriváty majú širokú škálu aplikácií v biochémii a medicíne, z ktorých mnohé sú v štádiu skúmania, keď sa 21. storočie blíži k svojmu tretiemu desaťročiu.

Uvoľňovanie energie z potravy zahrnuje prerušenie chemických väzieb v zložkách potravy a využitie tejto energie na syntézu molekúl ATP. Napríklad sacharidy sú všetko oxidovaný nakoniec oxid uhličitý (CO₂) a vodu (H₂O). Tuky sú tiež oxidované a ich reťazce mastných kyselín poskytujú molekuly acetátu, ktoré potom vstupujú do aeróbneho dýchania v eukaryotických mitochondriách.

Produkty štiepenia bielkovín sú bohaté na dusík a používajú sa na tvorbu ďalších bielkovín a nukleových kyselín. Ale niektoré z 20 aminokyselín, z ktorých sú bielkoviny vyrobené, môžu byť upravené a vstúpiť do bunkového metabolizmu na úrovni bunkového dýchania (napr. Po glykolýze)

Zhrnutie:Glykolýza priamo vzniká 2 ATP pre každú molekulu glukózy; dodáva pyruvát a nosiče elektrónov pre ďalšie metabolické procesy.

Glykolýza je séria desiatich reakcií, pri ktorých sa molekula glukózy transformuje na dve molekuly trojuhlíkovej molekuly pyruvátu, pričom sa cestou získa 2 ATP. Skladá sa z počiatočnej „investičnej“ fázy, v ktorej sa používajú 2 ATP na pripojenie fosfátových skupín k meniacej sa molekule glukózy, a z neskoršej „návratovej“ fázy v pričom derivát glukózy, ktorý bol rozdelený na pár trojuhlíkových medziproduktov, poskytuje 2 ATP na trojuhlíkové zlúčeniny a táto 4 celkovo.

To znamená, že čistým účinkom glykolýzy je produkcia 2 ATP na molekulu glukózy, pretože 2 ATP sa spotrebujú v investičnej fáze, ale celkovo sa vo fáze výplaty vyrobia 4 ATP.

Prečítajte si viac o glykolýze.

Zhrnutie:Fermentáciou sa dopĺňa NAD⁺ na glykolýzu; neprodukuje priamo ATP.

Ak nie je k dispozícii dostatočné množstvo kyslíka na uspokojenie energetických nárokov, ako napríklad pri nadmernom behu alebo namáhavom zdvíhaní závažia, môže byť jediným dostupným metabolickým procesom glykolýza. Tu prichádza na rad „spaľovanie kyseliny mliečnej“, o ktorom ste možno počuli. Ak pyruvát nemôže vstúpiť do aeróbneho dýchania, ako je opísané nižšie, premieňa sa na laktát, ktorý samotný nerobí veľa dobrého, ale zaisťuje, že glykolýza môže pokračovať, dodaním kľúčovej medziproduktovej molekuly s názvom NAD⁺.

Zhrnutie:Produkuje Krebsov cyklus 1 ATP za otočku cyklu (a teda 2 ATP na glukózu „proti prúdu“, pretože 2 pyruvát môže vytvoriť 2 acetyl CoA).

Za normálnych podmienok dostatočného množstva kyslíka sa pohybuje takmer všetok pyruvát generovaný pri glykolýze v eukaryotoch cytoplazma na organely („malé orgány“) známe ako mitochondrie, kde sa prevedie na molekulu s dvoma atómami uhlíka acetyl koenzým A (acetyl CoA) odstránením a uvoľnením CO₂. Táto molekula sa kombinuje so štvoruhlíkovou molekulou nazývanou oxaloacetát a vytvára citrát, prvý krok v takzvanom TCA cykle alebo cykle kyseliny citrónovej.

Toto „koleso“ reakcií nakoniec znížilo citrát späť na oxaloacetát a cestou sa vytvára jediný ATP spolu so štyrmi takzvanými vysokoenergetickými nosičmi elektrónov (NADH a FADH)₂).

Zhrnutie:Reťazec transportu elektrónov dáva asi 32 až 34 ATP na „protiprúdovú“ molekulu glukózy, čo zďaleka najviac prispieva k bunkovej energii u eukaryotov.

Nosiče elektrónov z Krebsovho cyklu sa pohybujú z vnútra mitochondrií do vnútornej membrány organely, ktorá má pripravené najrôznejšie špecializované enzýmy nazývané cytochrómy. Stručne povedané, keď sa elektróny vo forme atómov vodíka odstránia z nosičov, spôsobí to fosforyláciu molekúl ADP na veľkú časť ATP.

Pre vznik tohto reťazca reakcií musí byť ako konečný akceptor elektrónov v kaskáde prebiehajúcej cez membránu kyslík. Ak nie je, proces bunkového dýchania „zálohuje“ a nemôže dôjsť ani k Krebsovmu cyklu.