Celični metabolizem: opredelitev, postopek in vloga ATP

Celice potrebujejo energijo za gibanje, delitev, razmnoževanje in druge procese. Velik del svojega življenja porabijo za pridobivanje in uporabo te energije s pomočjo metabolizma.

Prokariontske in evkariontske celice odvisne od različnih presnovnih poti, da preživijo.

Presnova celic je vrsta procesov, ki potekajo v živih organizmih za njihovo vzdrževanje.

V celični biologiji in molekularna biologija, metabolizem se nanaša na biokemične reakcije, ki se znotraj organizmov zgodijo za proizvodnjo energije. Pogovorna ali prehranska uporaba metabolizma se nanaša na kemični procesi ki se zgodijo v vašem telesu, ko hrano pretvorite v energijo.

Čeprav imajo izrazi podobnosti, obstajajo tudi razlike. Presnova je za celice pomembna, ker procesi ohranjajo organizme pri življenju in jim omogočajo rast, razmnoževanje ali delitev.

Dejansko obstaja več procesov metabolizma. Celično dihanje je vrsta presnovne poti, ki razgradi glukozo adenozin trifosfatali ATP.

Glavni koraki celičnega dihanja v Ljubljani evkarionti so:

• Glikoliza
• Oksidacija piruvata
• Citronska kislina ali Krebsov cikel
• Oksidativna fosforilacija

Glavna reaktanta sta glukoza in kisik, glavni proizvodi pa ogljikov dioksid, voda in ATP. Fotosinteza v celicah je druga vrsta presnovne poti, ki jo organizmi uporabljajo za izdelavo sladkorja.

Uporaba rastlin, alg in cianobakterij fotosinteza. Glavni koraki so svetlobno odvisne reakcije in Calvinov cikel ali svetlobno neodvisne reakcije. Glavni reaktanti so svetlobna energija, ogljikov dioksid in voda, glavni proizvodi pa so glukoza in kisik.

Presnova v prokarionti se lahko razlikujejo. Osnovne vrste presnovnih poti vključujejo heterotrofne, avtotrofne, fototrofičen in kemotrofni reakcije. Vrsta presnove, ki jo ima prokarion, lahko vpliva na to, kje živi in ​​kako komunicira z okoljem.

Njihove presnovne poti imajo tudi vlogo pri ekologiji, človekovem zdravju in boleznih. Na primer, obstajajo prokarionti, ki ne prenašajo kisika, kot npr C. botulin. Te bakterije lahko povzročijo botulizem, ker dobro uspevajo na območjih brez kisika.

Povezani članek:5 nedavnih prebojev, ki kažejo, zakaj so raziskave raka tako pomembne

Encimi so snovi, ki delujejo kot katalizatorji za pospešitev ali sprožitev kemičnih reakcij. Večina biokemijskih reakcij v živih organizmih se zanaša na encime. Pomembni so za celični metabolizem, saj lahko vplivajo na številne procese in pomagajo pri njihovem zagonu.

Glukoza in svetlobna energija sta najpogostejša vira goriva za celični metabolizem. Vendar presnovne poti brez encimov ne bi delovale. Večina encimov v celicah je beljakovin in znižuje aktivacijsko energijo za začetek kemičnih procesov.

Ker se večina reakcij v celici pojavi pri sobni temperaturi, so brez encimov prepočasne. Na primer, med glikoliza v celičnem dihanju, encim piruvat kinaza igra pomembno vlogo, saj pomaga pri prenosu fosfatne skupine.

Celično dihanje pri evkariontih se pojavlja predvsem v mitohondrijih. Eukariontske celice so za preživetje odvisne od celičnega dihanja.

Med glikoliza, celica razgrajuje glukozo v citoplazmi z ali brez prisotnosti kisika. Molekulo šestih ogljikov sladkorja razdeli na dve, triogljični molekuli piruvata. Poleg tega glikoliza tvori ATP in pretvori NAD + v NADH. Med oksidacija piruvata, piruvati vstopijo v mitohondrijski matriks in postanejo koencim A ali acetil CoA. To sprošča ogljikov dioksid in tvori več NADH.

Med citronska kislina oz Krebsov cikel, acetil CoA se kombinira z oksaloacetat narediti citrat. Nato citrat skozi reakcije tvori ogljikov dioksid in NADH. Cikel tvori tudi FADH2 in ATP.

Med oksidativna fosforilacija, elektronska transportna veriga igra ključno vlogo. NADH in FADH2 dajeta elektrone v elektronsko transportno verigo in postaneta NAD + in FAD. Elektroni se premikajo po tej verigi in tvorijo ATP. Ta postopek proizvaja tudi vodo. V zadnjem koraku je večina proizvodnje ATP med celičnim dihanjem.

Fotosinteza se zgodi v rastlinskih celicah, nekaterih algah in nekaterih bakterijah, imenovanih cianobakterije. Ta presnovni proces se v kloroplastih zgodi zaradi klorofila in proizvaja kisik skupaj s sladkorjem. The svetlobno odvisne reakcije, plus Calvinov cikel ali svetlobno neodvisne reakcije, so glavni deli fotosinteze. Pomembno je za splošno zdravje planeta, ker se živa bitja zanašajo na kisik, ki ga proizvajajo rastline.

Med svetlobno odvisne reakcije v tilakoidna membrana kloroplasta, klorofil pigmenti absorbirajo svetlobno energijo. Izdelujejo ATP, NADPH in vodo. Med Calvinov cikel ali svetlobno neodvisne reakcije v stroma, ATP in NADPH pomagata pri tvorbi gliceraldehid-3-fosfata ali G3P, ki sčasoma postane glukoza.

Tako kot celično dihanje je tudi fotosinteza odvisna od redoks reakcije, ki vključujejo prenose elektronov in verigo prenosa elektronov.

Obstajajo različni vrste klorofila, najpogostejše vrste pa so klorofil a, klorofil b in klorofil c. Večina rastlin ima klorofil a, ki absorbira valovno dolžino modre in rdeče svetlobe. Nekatere rastline in zelene alge uporabljajo klorofil b. Klorofil c lahko najdete v dinoflagelatah.

Za razliko od ljudi ali živali se prokarionti glede na potrebe po kisiku razlikujejo. Nekateri prokarionti lahko obstajajo tudi brez njega, drugi pa so odvisni od njega. To pomeni, da imajo aerobna (ki potrebuje kisik) oz anaerobna (ki ne zahteva kisika) presnova.

Poleg tega lahko nekateri prokarionti preklapljajo med obema vrstama metabolizma, odvisno od okoliščin ali okolja.

Prokarionti, ki so za presnovo odvisni od kisika, so obvezni aerobi. Po drugi strani pa so prokarionti, ki ne morejo obstajati v kisiku in jih ne potrebujejo obvezni anaerobi. Prokarionti, ki lahko prehajajo med aerobno in anaerobno presnovo, odvisno od prisotnosti kisika fakultativni anaerobi.

Mlečnokislinska fermentacija je vrsta anaerobne reakcije, ki proizvaja energijo za bakterije. Tudi vaše mišične celice imajo mlečnokislinsko fermentacijo. Med tem postopkom celice z glikolizo tvorijo ATP brez kisika. Postopek spremeni piruvat v mlečna kislina in ustvarja NAD + in ATP.

V industriji se za ta postopek uporablja veliko aplikacij, na primer proizvodnja jogurta in etanola. Na primer, bakterije Lactobacillus bulgaricus pomaga pri pripravi jogurta. Bakterije fermentirajo laktozo, sladkor v mleku, da nastane mlečna kislina. Zaradi tega se mlečni strdek spremeni v jogurt.

Prokarionte lahko razvrstite v različne skupine glede na njihov metabolizem. Glavne vrste so heterotrofne, avtotrofne, fototrofne in kemotrofne. Vendar vsi prokarionti še vedno potrebujejo določeno vrsto energije ali goriva živeti.

Heterotrofni prokarionti dobijo organske spojine iz drugih organizmov, da dobijo ogljik. Avtotrofni prokarionti kot vir ogljika uporabljajo ogljikov dioksid. Številni so za to sposobni uporabiti fotosintezo. Fototrofni prokarionti energijo pridobivajo iz svetlobe.

Kemotrofni prokarionti dobijo energijo iz kemičnih spojin, ki jih razgradijo.

Presnovne poti lahko razdelite na anabolični in katabolični kategorije. Anabolični pomeni, da potrebujejo energijo in jo uporabljajo za gradnjo velikih molekul iz majhnih. Katabolno pomeni, da sproščajo energijo in razgrajujejo velike molekule, da tvorijo manjše. Fotosinteza je anabolični proces, medtem ko je celično dihanje katabolični proces.

Eukarioti in prokarionti so odvisni od celične presnove, da lahko živijo in uspevajo. Čeprav se njihovi procesi razlikujejo, oba uporabljata ali ustvarjata energijo. Celično dihanje in fotosinteza sta najpogostejši poti v celicah. Vendar imajo nekateri prokarionti različne presnovne poti, ki so edinstvene.

Povezana vsebina:

• Amino kisline
• Maščobne kisline
• Gensko izražanje
• Nukleinska kislina
• Stebelna celica