Bunkový metabolizmus: definícia, proces a úloha ATP

Bunky vyžadujú energiu na pohyb, delenie, množenie a ďalšie procesy. Veľkú časť svojho života trávia zameraním na získavanie a využitie tejto energie prostredníctvom metabolizmu.

Prokaryotické a eukaryotické bunky závisia od rôznych metabolických ciest prežitia.

Bunkový metabolizmus je séria procesov, ktoré prebiehajú v živých organizmoch na udržanie týchto organizmov.

V bunkovej biológii a molekulárna biológia, metabolizmus sa vzťahuje na biochemické reakcie, ktoré prebiehajú vo vnútri organizmov na výrobu energie. Hovorovým alebo nutričným využitím metabolizmu sa rozumie chemické procesy ktoré sa vyskytujú vo vašom tele, keď premieňate jedlo na energiu.

Aj keď sú pojmy podobné, existujú aj rozdiely. Metabolizmus je pre bunky dôležitý, pretože procesy udržiavajú organizmy pri živote a umožňujú im rásť, množiť sa alebo deliť sa.

V skutočnosti existuje viac metabolických procesov. Bunkové dýchanie je typ metabolickej cesty, ktorá štiepi glukózu na produkciu adenosintrifosfátualebo ATP.

Hlavné kroky bunkového dýchania v eukaryoty sú:

• Glykolýza
• Oxidácia pyruvátu
• Kyselina citrónová alebo Krebsov cyklus
• Oxidačná fosforylácia

Hlavnými reaktantmi sú glukóza a kyslík, zatiaľ čo hlavnými produktmi sú oxid uhličitý, voda a ATP. Fotosyntéza v bunkách je ďalším typom metabolickej cesty, ktorú organizmy používajú na výrobu cukru.

Využívajú sa rastliny, riasy a sinice fotosyntéza. Hlavnými krokmi sú reakcie závislé od svetla a Calvinov cyklus alebo reakcie nezávislé od svetla. Hlavnými reaktantmi sú svetelná energia, oxid uhličitý a voda, zatiaľ čo hlavnými produktmi sú glukóza a kyslík.

Metabolizmus v prokaryoty sa môže líšiť. Medzi základné typy metabolických dráh patria heterotrofné, autotrofné, fototrofné a chemotrofické reakcie. Typ metabolizmu, ktorý prokaryot má, môže mať vplyv na to, kde žije a ako interaguje s prostredím.

Ich metabolické cesty tiež zohrávajú úlohu v ekológii, ľudskom zdraví a chorobách. Napríklad existujú prokaryoty, ktoré nemôžu tolerovať kyslík, ako napr C. botulinum. Táto baktéria môže spôsobiť botulizmus, pretože rastie dobre v oblastiach bez kyslíka.

Súvisiaci článok:5 posledných prelomov, ktoré ukazujú, prečo je výskum rakoviny taký dôležitý

Enzýmy sú látky, ktoré pôsobia ako katalyzátory na urýchlenie alebo vyvolanie chemických reakcií. Väčšina biochemických reakcií v živých organizmoch závisí od fungovania enzýmov. Sú dôležité pre bunkový metabolizmus, pretože môžu ovplyvniť veľa procesov a pomôcť ich zahájiť.

Glukóza a svetelná energia sú najbežnejším zdrojom paliva pre metabolizmus buniek. Metabolické cesty by však bez enzýmov nefungovali. Väčšina enzýmov v bunkách sú bielkoviny a znižujú aktivačnú energiu pre začatie chemických procesov.

Pretože väčšina reakcií v bunke sa deje pri izbovej teplote, sú bez enzýmov príliš pomalé. Napríklad počas glykolýza v bunkovom dýchaní enzým pyruvátkináza hrá dôležitú úlohu tým, že pomáha pri prenose fosfátovej skupiny.

Bunkové dýchanie u eukaryotov sa vyskytuje primárne v mitochondriách. Eukaryotické bunky závisia od prežitia od bunkového dýchania.

Počas glykolýzabunka štiepi glukózu v cytoplazme s prítomnosťou alebo bez prítomnosti kyslíka. Rozdeľuje molekulu cukru so šiestimi uhlíkmi na dve molekuly pyruvátu s tromi uhlíkmi. Glykolýza navyše vytvára ATP a prevádza NAD + na NADH. Počas oxidácia pyruvátu, pyruváty vstupujú do mitochondriálnej matrice a stávajú sa koenzým A alebo acetyl CoA. Týmto sa uvoľňuje oxid uhličitý a vytvára sa viac NADH.

Počas kyselina citrónová alebo Krebsov cyklus, acetyl CoA sa kombinuje s oxaloacetát urobiť citrát. Potom citrát prechádza reakciami, aby vytvoril oxid uhličitý a NADH. Tento cyklus tiež robí FADH2 a ATP.

Počas Oxidačná fosforylácia, reťazec transportu elektrónov hrá rozhodujúcu úlohu. NADH a FADH2 poskytujú elektróny do transportného reťazca elektrónov a stávajú sa z nich NAD + a FAD. Elektróny sa pohybujú dole týmto reťazcom a vytvárajú ATP. Týmto procesom sa tiež vyrába voda. Väčšina produkcie ATP počas bunkového dýchania je v tomto poslednom kroku.

Fotosyntéza sa deje v rastlinných bunkách, niektorých riasach a určitých baktériách nazývaných sinice. Tento metabolický proces sa vyskytuje v chloroplastoch vďaka chlorofylu a produkuje cukor spolu s kyslíkom. The reakcie závislé od svetla, plus Calvinov cyklus alebo reakcie nezávislé od svetla, sú hlavnými súčasťami fotosyntézy. Je to dôležité pre celkové zdravie planéty, pretože živé veci sa spoliehajú na kyslík, ktorý si rastliny vyrábajú.

Počas reakcie závislé od svetla v tylakoidná membrána chloroplastov, chlorofyl pigmenty absorbujú svetelnú energiu. Vyrábajú ATP, NADPH a vodu. Počas Calvinov cyklus alebo reakcie nezávislé od svetla v strómy, ATP a NADPH pomáhajú vytvárať glyceraldehyd-3-fosfát alebo G3P, z ktorého sa nakoniec stane glukóza.

Rovnako ako bunkové dýchanie závisí aj fotosyntéza redox reakcie, ktoré zahŕňajú prenosy elektrónov a reťazec transportu elektrónov.

Existujú rôzne typy chlorofylua najbežnejšími typmi sú chlorofyl a, chlorofyl b a chlorofyl c. Väčšina rastlín má chlorofyl a, ktorý absorbuje vlnové dĺžky modrého a červeného svetla. Niektoré rastliny a zelené riasy používajú chlorofyl b. Chlorofyl c nájdete v dinoflagelátoch.

Na rozdiel od ľudí alebo zvierat sa potreba kyslíka u prokaryot líši. Niektoré prokaryoty môžu existovať aj bez neho, zatiaľ čo iné sú na ňom závislé. To znamená, že môžu mať aeróbne (vyžadujúci kyslík) alebo anaeróbne (nevyžadujúci kyslík) metabolizmus.

Niektoré prokaryoty môžu navyše prepínať medzi dvoma typmi metabolizmu v závislosti od okolností alebo prostredia.

Prokaryoty, ktoré metabolicky závisia od kyslíka, sú povinné aeróby. Na druhej strane prokaryoty, ktoré nemôžu existovať v kyslíku a nepotrebujú to, sú povinné anaeróby. Prokaryoty, ktoré môžu prepínať medzi aeróbnym a anaeróbnym metabolizmom v závislosti od prítomnosti kyslíka, sú fakultatívne anaeróby.

Fermentácia kyselinou mliečnou je typ anaeróbnej reakcie, ktorá produkuje energiu pre baktérie. Vaše svalové bunky tiež fermentujú kyselinu mliečnu. Počas tohto procesu bunky tvoria glykolýzou ATP bez kyslíka. Tento proces premení pyruvát na kyselina mliečna a vyrába NAD + a ATP.

V priemysle existuje veľa aplikácií pre tento proces, napríklad výroba jogurtov a etanolu. Napríklad baktérie Lactobacillus bulgaricus pomáhajú vyrábať jogurt. Baktérie fermentujú laktózu, cukor v mlieku, na kyselinu mliečnu. To spôsobí, že sa mliečna zrazenina zmení na jogurt.

Prokaryoty môžete kategorizovať do rôznych skupín na základe ich metabolizmu. Hlavné typy sú heterotrofné, autotrofné, fototrofné a chemotrofné. Všetci prokaryoti však stále potrebujú nejaký druh energie alebo paliva žiť.

Heterotrofné prokaryoty získavajú organické zlúčeniny z iných organizmov na získanie uhlíka. Autotrofné prokaryoty využívajú ako zdroj uhlíka oxid uhličitý. Mnohí sú schopní na tento účel použiť fotosyntézu. Fototrofné prokaryoty získavajú svoju energiu zo svetla.

Chemotrofické prokaryoty získavajú energiu z chemických zlúčenín, ktoré rozkladajú.

Metabolické dráhy môžete rozdeliť na anabolický a katabolický Kategórie. Anabolické znamená, že vyžadujú energiu a používajú ju na výrobu veľkých molekúl z malých. Katabolické znamená, že uvoľňujú energiu a rozkladajú veľké molekuly na menšie. Fotosyntéza je anabolický proces, zatiaľ čo bunkové dýchanie je katabolický proces.

Eukaryoty a prokaryoty závisia od bunkového metabolizmu, aby mohli žiť a prosperovať. Aj keď sú ich procesy odlišné, obidve buď využívajú, alebo vytvárajú energiu. Bunkové dýchanie a fotosyntéza sú najbežnejšie dráhy pozorované v bunkách. Niektoré prokaryoty však majú odlišné metabolické dráhy, ktoré sú jedinečné.

Súvisiaci obsah:

• Aminokyseliny
• Mastné kyseliny
• Génová expresia
• Nukleové kyseliny
• Kmeňové bunky