Kaj je glavni vir celične energije?

Verjetno ste že od mladih nog razumeli, da mora hrana, ki jo jeste, postati "nekaj", kar je veliko manjše od tiste hrane, ki je "v" hrani, da lahko pomaga vašemu telesu. Kot se zgodi, natančneje, ena sama molekula vrste ogljikovi hidrati razvrščena kot a sladkor je glavni vir goriva v kateri koli presnovni reakciji, ki se kadar koli pojavi v kateri koli celici.

Ta molekula je glukoza, molekula s šestimi ogljiki v obliki trnastega obroča. V vseh celicah vstopi glikoliza, v bolj zapletenih celicah pa tudi sodeluje fermentacija, fotosinteza in celično dihanje v različni meri v različnih organizmih.

Toda drugačen način odgovora na vprašanje "Katero molekulo celice uporabljajo kot vir energije?" si to razlaga kot, "Kakšna molekula neposredno poganja celice lastne procese? "

Ta "napajalna" molekula, ki je tako kot glukoza aktivna v vseh celicah, je ATP, ali adenozin trifosfat, nukleotid, ki ga pogosto imenujejo "energijska valuta celic." Na katero molekulo bi morali pomisliti, ko se vprašate: "Katera molekula je gorivo za vse celice?" Je to glukoza ali ATP?

Odgovor na to vprašanje je podoben razumevanju razlike med besedami "Ljudje dobivamo fosilna goriva iz zemlje" in "Ljudje dobivamo fosilna goriva gorivo iz obratov na premog. "Obe trditvi sta resnični, vendar obravnavata različne stopnje v presnovni verigi pretvorbe energije reakcije. V živih bitjih glukoza je temeljna hranilo, vendar je ATP osnovno gorivo.

Vsa živa bitja spadajo v eno od dveh širokih kategorij: prokarionti in evkarionti. Prokarionti so enocelični organizmi taksonomije domene Bakterije in Arheje, medtem ko vsi evkarionti spadajo v domeno Eukaryota, ki vključuje živali, rastline, glive in protiste.

Prokarionti so v primerjavi z evkarionti majhni in preprosti; njihove celice so temu primerno manj zapletene. V večini primerov je prokariontska celica isto kot prokariontski organizem, energijske potrebe bakterij pa so veliko nižje od potreb katere koli evkariontske celice.

Prokariontske celice imajo enake štiri sestavine, ki jih najdemo v vseh celicah naravnega sveta: DNA, celično membrano, citoplazmo in ribosome. Njihova citoplazma vsebuje vse encime, potrebne za glikolizo, vendar odsotnost mitohondrijev in kloroplastov pomeni, da je glikoliza res edina presnovna pot, ki je na voljo prokariontom.

Preberite več o podobnostih in razlikah med prokariontskimi in evkariontskimi celicami.

Glukoza je šest-ogljikov sladkor v obliki obroča, ki je v diagramih predstavljena s šestkotno obliko. Njegova kemična formula je C₆H₁₂O₆, kar mu daje razmerje C / H / O 1: 2: 1; to dejansko drži ali pa so vsi biomolekule razvrščene kot ogljikovi hidrati.

Glukoza velja za a monosaharid, kar pomeni, da ga ni mogoče pretvoriti v različne, manjše sladkorje z razbijanjem vodikovih vezi med različnimi komponentami. Fruktoza je še en monosaharid; saharoza (namizni sladkor), ki nastane s povezovanjem glukoze in fruktoze, velja za a disaharid.

Glukozo imenujejo tudi "krvni sladkor", ker je ta spojina, katere koncentracija se meri v krvi, ko klinični ali bolnišnični laboratorij določa bolnikovo presnovno stanje. Lahko se vbrizga neposredno v krvni obtok v intravenskih raztopinah, ker pred vstopom v telesne celice ne zahteva razgradnje.

ATP je a nukleotid, kar pomeni, da je sestavljen iz ene od petih različnih dušikovih baz, sladkorja s petimi ogljiki, imenovanega riboza, in ene do treh fosfatnih skupin. Osnove v nukleotidih so lahko adenin (A), citozin (C), gvanin (G), timin (T) ali uracil (U). Nukleotidi so gradniki DNA in RNA nukleinskih kislin; A, C in G najdemo v obeh nukleinskih kislinah, medtem ko T najdemo le v DNA in U samo v RNA.

Kot ste videli, "TP" v ATP pomeni "trifosfat" in pomeni, da ima ATP največje število fosfatnih skupin, ki jih lahko vsebuje nukleotid - tri. Večina ATP nastane z vezavo fosfatne skupine na ADP ali adenozin difosfata, kar je postopek, znan kot fosforilacija.

ATP in njegovi derivati ​​se široko uporabljajo v biokemiji in medicini, od katerih jih je veliko v fazi raziskovanja, ko se 21. stoletje bliža tretjemu desetletju.

Sproščanje energije iz hrane vključuje prekinitev kemijskih vezi v sestavinah hrane in izkoriščanje te energije za sintezo molekul ATP. Na primer, ogljikovi hidrati so vsi oksidirana na koncu na ogljikov dioksid (CO₂) in vodo (H₂O). Maščobe so tudi oksidirane, saj njihove verige maščobnih kislin dajo molekule acetata, ki nato vstopijo v aerobno dihanje v evkariontskih mitohondrijih.

Produkti razgradnje beljakovin so bogati z dušikom in se uporabljajo za tvorbo drugih beljakovin in nukleinskih kislin. Toda nekatere od 20 aminokislin, iz katerih so zgrajene beljakovine, je mogoče spremeniti in vstopiti v celični metabolizem na ravni celičnega dihanja (npr. Po glikolizi)

Povzetek:Glikoliza neposredno proizvaja 2 ATP za vsako molekulo glukoze; dobavlja piruvat in nosilce elektronov za nadaljnje presnovne procese.

Glikoliza je niz desetih reakcij, pri katerih se molekula glukoze pretvori v dve molekuli tri-ogljikove molekule piruvata, pri čemer na poti dobimo 2 ATP. Sestavljen je iz zgodnje faze "naložbe", v kateri se 2 ATP uporabljata za pritrditev fosfatnih skupin na premikajočo se molekulo glukoze in poznejše faze "vrnitve" v pri čemer derivat glukoze, razdeljen na par triogljičnih vmesnih spojin, daje 2 ATP na tri ogljikove spojine in ta 4 na splošno.

To pomeni, da mora neto učinek glikolize proizvesti 2 ATP na molekulo glukoze, saj se v fazi naložbe porabi 2 ATP, v fazi izplačila pa skupno 4 ATP.

Preberite več o glikolizi.

Povzetek:Fermentacija dopolnjuje NAD⁺ za glikolizo; neposredno ne proizvaja ATP.

Kadar je za zadovoljevanje potreb po energiji premalo kisika, na primer pri zelo močnem teku ali napornem dvigovanju uteži, je lahko glikoliza edini presnovni postopek, ki je na voljo. Tu nastopi "opeklina mlečne kisline", o kateri ste morda že slišali. Če piruvat ne more vstopiti v aerobno dihanje, kot je opisano spodaj, se pretvori v laktat, ki sam ne prinese veliko dobrega, vendar zagotavlja, da se lahko glikoliza nadaljuje z dobavo ključne vmesne molekule imenovano NAD⁺.

Povzetek:Krebsov cikel proizvaja 1 ATP na obrat cikla (in s tem 2 ATP na glukozo "gorvodno", saj lahko 2 piruvata tvorita 2 acetil CoA).

V normalnih pogojih zadostnega kisika se skoraj ves piruvat, ki nastane pri glikolizi v evkariontih, premakne iz citoplazmo v organele ("majhne organe"), znane kot mitohondriji, kjer se je pretvorila v dvoogljično molekulo acetil koencim A (acetil CoA) z odstranjevanjem in sproščanjem CO₂. Ta molekula se kombinira z molekulo s štirimi ogljiki, imenovano oksaloacetat, in tvori citrat, prvi korak v tem, kar imenujemo tudi cikel TCA ali cikel citronske kisline.

To "kolo" reakcij je sčasoma zmanjšalo citrat nazaj v oksaloacetat in na poti nastaja en sam ATP skupaj s štirimi tako imenovanimi visokoenergijskimi elektronskimi nosilci (NADH in FADH₂).

Povzetek:Veriga prenosa elektronov daje približno 32 do 34 ATP na "gorvodno" molekulo glukoze, zaradi česar je daleč največ prispevala k celični energiji v evkariontih.

Elektronski nosilci iz Krebsovega cikla se premaknejo iz notranjosti mitohondrijev v notranjo membrano organele, ki ima vse vrste specializiranih encimov, imenovanih citokromi, pripravljene za delovanje. Skratka, ko se elektroni v obliki atomov vodika odstranijo s svojih nosilcev, to omogoči fosforilacijo molekul ADP v veliko ATP.

Za nastanek te verige reakcij mora biti kisik kot končni akceptor elektronov v kaskadi, ki poteka čez membrano. Če ni, se proces celičnega dihanja "podpre" in tudi Krebsov cikel se ne more zgoditi.