Шта је главни извор ћелијске енергије?

Вероватно сте од младости схватили да храна коју једете мора да постане „нешто“ далеко мање од те хране за било шта што је „у“ храни да би могло да помогне вашем телу. Иначе, тачније, један молекул неке врсте угљени хидрати класификовано као а шећер је крајњи извор горива у било којој метаболичкој реакцији која се деси у било којој ћелији у било ком тренутку.

Тај молекул је глукоза, молекул са шест угљеника у облику шиљастог прстена. У све ћелије улази гликолиза, а у сложенијим ћелијама у којима и учествује ферментација, фотосинтеза и ћелијско дисање у различитом степену код различитих организама.

Али другачији начин одговора на питање „Који молекул ћелије користе као извор енергије?“ тумачи као: "Какав молекул директно покреће сопствене процесе ћелије? "

Тај „снажни“ молекул, који је попут глукозе активан у свим ћелијама, јесте АТП, или аденозин трифосфат, нуклеотид који се често назива „валутом енергије ћелија“. На који молекул бисте онда требали да помислите када се запитате: „Који је молекул гориво за све ћелије?“. Да ли је глукоза или АТП?

Одговор на ово питање сличан је схватању разлике између речи „Људи добијају фосилна горива из земље“ и „Људи добијају фосилна горива. енергија горива из постројења на угаљ. "Обе изјаве су тачне, али говоре о различитим фазама у метаболичком ланцу претворбе енергије реакције. У живим бићима, глукоза је основна хранљиве материје, али АТП је основни гориво.

Сва жива бића припадају једној од две широке категорије: прокариоти и еукариоти. Прокариоти су једноћелијски организми таксономије домени Бактерије и археје, док сви еукариоти спадају у домен Еукариота, који укључује животиње, биљке, гљиве и протисте.

Прокариоти су сићушни и једноставни у поређењу са еукариотима; њихове ћелије су сходно томе мање сложене. У већини случајева прокарионтска ћелија је исто што и прокариотски организам, а енергетске потребе бактерија су далеко ниже од потреба било које еукариотске ћелије.

Прокариотске ћелије имају исте четири компоненте које се налазе у свим ћелијама у природном свету: ДНК, ћелијска мембрана, цитоплазма и рибосоми. Њихова цитоплазма садржи све ензиме потребне за гликолизу, али одсуство митохондрија и хлоропласта значи да је гликолиза заиста једини метаболички пут доступан прокарионима.

Прочитајте више о сличностима и разликама између прокарионтских и еукариотских ћелија.

Глукоза је шећер од шест угљеника у облику прстена, који је на дијаграмима представљен хексагоналним обликом. Његова хемијска формула је Ц.₆Х.₁₂О.₆, дајући му однос Ц / Х / О од 1: 2: 1; ово је тачно, у ствари, или сви биомолекули класификовани као угљени хидрати.

Глукоза се сматра а моносахарид, што значи да се не може редуковати у различите, мање шећере прекидом водоничних веза између различитих компоненти. Фруктоза је још један моносахарид; сахароза (стони шећер), која се добија спајањем глукозе и фруктозе, сматра се а дисахарид.

Глукоза се назива и „шећер у крви“, јер је то једињење чија се концентрација мери у крви када клиника или болничка лабораторија одређују метаболички статус пацијента. Може се улити директно у крвоток у интравенским растворима, јер не захтева разградњу пре уласка у телесне ћелије.

АТП је нуклеотид, што значи да се састоји од једне од пет различитих азотних база, шећера са пет угљеника који се назива рибоза и једне до три фосфатне групе. Базе у нуклеотидима могу бити аденин (А), цитозин (Ц), гванин (Г), тимин (Т) или урацил (У). Нуклеотиди су градивни блокови ДНК и РНК нуклеинских киселина; А, Ц и Г се налазе у обе нуклеинске киселине, док се Т налази само у ДНК, а У само у РНК.

Као што сте видели, „ТП“ у АТП означава „трифосфат“ и указује на то да АТП има максималан број фосфатних група који нуклеотид може да има - три. Већина АТП настаје везивањем фосфатне групе за АДП, или аденозин дифосфата, процес познат као фосфорилација.

АТП и његови деривати имају широк спектар примене у биохемији и медицини, од којих су многи у фази истраживања како се 21. век приближава трећој деценији.

Ослобађање енергије из хране укључује разбијање хемијских веза у компонентама хране и искоришћавање ове енергије за синтезу молекула АТП. На пример, угљени хидрати су сви оксидована на крају до угљен-диоксида (ЦО₂) и воде (Х.₂О). Масти се такође оксидирају, ланци масних киселина дају молекуле ацетата који затим улазе у аеробно дисање у еукариотским митохондријима.

Производи распадања протеина богати су азотом и користе се за изградњу других протеина и нуклеинских киселина. Али неке од 20 аминокиселина од којих су протеини изграђени могу се модификовати и ући у ћелијски метаболизам на нивоу ћелијског дисања (нпр. Након гликолизе)

Резиме:Гликолиза директно производи 2 АТП за сваки молекул глукозе; снабдева пируватом и носачима електрона за даље метаболичке процесе.

Гликолиза је низ од десет реакција у којима се молекул глукозе трансформише у два молекула молекула три угљеника пирувата, чиме се успут добија 2 АТП. Састоји се од ране фазе „улагања“ у којој се 2 АТП користе за везивање фосфатних група на молекул глукозе који се помера и касније фазе „повратка“ у који дериват глукозе, подељен у пар интермедијерних једињења са три угљеника, даје 2 АТП по једињењима са три угљеника и овај 4 свеукупно.

То значи да ће нето ефекат гликолизе произвести 2 АТП по молекулу глукозе, јер се 2 АТП троше у фази улагања, али укупно 4 АТП настају у фази исплате.

Прочитајте више о гликолизи.

Резиме:Ферментација допуњава НАД⁺ за гликолизу; директно не производи АТП.

Када је присутно недовољно кисеоника да задовољи енергетске потребе, као када јако трчите или напорно дижете тегове, гликолиза је можда једини доступан метаболички процес. Овде долази до „опекотине млечне киселине“ за коју сте можда чули. Ако пируват не може да уђе у аеробно дисање како је описано у наставку, он се претвара у лактат, који и сам не доноси много доброг, али осигурава да се гликолиза може наставити снабдевањем кључним средњим молекулом под називом НАД⁺.

Резиме:Кребсов циклус производи 1 АТП по окрету циклуса (и тиме 2 АТП по глукози „узводно“, јер 2 пирувата могу да направе 2 ацетил ЦоА).

У нормалним условима адекватног кисеоника премешта се готово сав пируват створен гликолизом у еукариотима цитоплазма у органеле („мале органе“) познате као митохондрији, где се претворила у молекул са два угљеника ацетил коензим А. (ацетил ЦоА) уклањањем и ослобађањем ЦО₂. Овај молекул се комбинује са молекулом од четири угљеника названим оксалоацетат да би створио цитрат, први корак у ономе што се назива и ТЦА циклус или циклус лимунске киселине.

Овај „точак“ реакција је на крају смањио цитрат натраг у оксалоацетат и успут се генерише један АТП заједно са четири такозвана високоенергетска носача електрона (НАДХ и ФАДХ₂).

Резиме:Ланац транспорта електрона даје око 32 до 34 АТП по молекулу глукозе „узводно“, чинећи га далеко највећим доприносом ћелијској енергији еукариота.

Носачи електрона из Кребсовог циклуса крећу се из унутрашњости митохондрија у унутрашњу мембрану органеле, која има све врсте специјализованих ензима названих цитокроми, спремне за рад. Укратко, када се електрони, у облику атома водоника, скину са носача, то омогућава фосфорилацију молекула АДП у велику количину АТП.

Кисеоник мора бити присутан као коначни акцептор електрона у каскади која се јавља преко мембране да би се могао догодити овај ланац реакција. Ако није, процес ћелијског дисања се „подупире“, а не може се десити ни Кребсов циклус.