เมแทบอลิซึมของเซลล์: ความหมาย กระบวนการ และบทบาทของ ATP

เซลล์ต้องการพลังงานสำหรับการเคลื่อนไหว การหาร การคูณ และกระบวนการอื่นๆ พวกเขาใช้เวลาส่วนใหญ่ในชีวิตไปกับการได้รับและใช้พลังงานนี้ผ่านเมแทบอลิซึม

เซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอต ขึ้นอยู่กับวิถีการเผาผลาญที่แตกต่างกันเพื่อความอยู่รอด

เมแทบอลิซึมของเซลล์ เป็นชุดของกระบวนการที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตเพื่อรักษาสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น

ในชีววิทยาของเซลล์และ อณูชีววิทยาเมแทบอลิซึมหมายถึงปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิตเพื่อผลิตพลังงาน การใช้ภาษาพูดหรือทางโภชนาการของการเผาผลาญหมายถึง กระบวนการทางเคมี ที่เกิดขึ้นในร่างกายของคุณเมื่อคุณเปลี่ยนอาหารให้เป็นพลังงาน

แม้ว่าเงื่อนไขจะมีความคล้ายคลึงกัน แต่ก็มีความแตกต่างกัน เมแทบอลิซึมมีความสำคัญต่อเซลล์เนื่องจากกระบวนการทำให้สิ่งมีชีวิตมีชีวิตอยู่และปล่อยให้พวกมันเติบโต สืบพันธุ์ หรือแบ่งตัว

จริงๆ แล้วมีกระบวนการเผาผลาญหลายอย่าง การหายใจระดับเซลล์ เป็นวิถีเมแทบอลิซึมชนิดหนึ่งที่สลายกลูโคสเพื่อสร้าง อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟตหรือเอทีพี

ขั้นตอนหลักของการหายใจระดับเซลล์ใน ยูคาริโอต คือ:

• ไกลโคไลซิส
• ออกซิเดชันไพรูเวท
• กรดซิตริกหรือวงจรเครบส์
• ฟอสโฟรีเลชั่นออกซิเดชัน

สารตั้งต้นคือกลูโคสและออกซิเจน ในขณะที่ผลิตภัณฑ์หลักคือคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และเอทีพี การสังเคราะห์ด้วยแสงในเซลล์เป็นวิถีการเผาผลาญอีกประเภทหนึ่งที่สิ่งมีชีวิตใช้ทำน้ำตาล

การใช้พืช สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรีย การสังเคราะห์แสง. ขั้นตอนหลักคือปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง และวัฏจักรคาลวินหรือปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง สารตั้งต้นคือพลังงานแสง คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ ในขณะที่ผลิตภัณฑ์หลักคือน้ำตาลกลูโคสและออกซิเจน

เมแทบอลิซึมใน โปรคาริโอต สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ประเภทพื้นฐานของวิถีเมแทบอลิซึม ได้แก่ heterotrophic, autotrophic, phototrophic และ เคมีบำบัด ปฏิกิริยา ประเภทของเมแทบอลิซึมที่โปรคาริโอตมีสามารถส่งผลต่อที่ที่มันอาศัยอยู่และวิธีการโต้ตอบกับสิ่งแวดล้อม

เส้นทางการเผาผลาญของพวกมันยังมีบทบาทในด้านนิเวศวิทยา สุขภาพของมนุษย์ และโรคต่างๆ ตัวอย่างเช่น มีโปรคาริโอตที่ไม่สามารถทนต่อออกซิเจนได้ เช่น ค. โบทูลินัม แบคทีเรียชนิดนี้สามารถทำให้เกิดโรคโบทูลิซึมได้เนื่องจากเจริญเติบโตได้ดีในบริเวณที่ไม่มีออกซิเจน

บทความที่เกี่ยวข้อง:5 ความก้าวหน้าล่าสุดที่แสดงให้เห็นว่าเหตุใดการวิจัยมะเร็งจึงมีความสำคัญ

เอนไซม์ เป็นสารที่ทำหน้าที่เป็น ตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อเร่งหรือทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาทางชีวเคมีส่วนใหญ่ในสิ่งมีชีวิตอาศัยเอนไซม์ในการทำงาน มีความสำคัญต่อการเผาผลาญของเซลล์เนื่องจากสามารถส่งผลต่อกระบวนการต่างๆ และช่วยในการเริ่มต้น

กลูโคสและพลังงานแสงเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการเผาผลาญของเซลล์ อย่างไรก็ตาม วิถีเมแทบอลิซึมจะไม่ทำงานหากไม่มีเอนไซม์ เอ็นไซม์ส่วนใหญ่ในเซลล์เป็นโปรตีนและลดพลังงานกระตุ้นสำหรับกระบวนการทางเคมีเพื่อเริ่มต้น

เนื่องจากปฏิกิริยาส่วนใหญ่ในเซลล์เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง จึงช้าเกินไปหากไม่มีเอนไซม์ ตัวอย่างเช่น ในช่วง ไกลโคไลซิส ในการหายใจระดับเซลล์ เอนไซม์ ไพรูเวท ไคเนส มีบทบาทสำคัญในการช่วยถ่ายเทหมู่ฟอสเฟต

การหายใจระดับเซลล์ ในยูคาริโอตส่วนใหญ่เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย เซลล์ยูคาริโอตขึ้นอยู่กับการหายใจของเซลล์เพื่อความอยู่รอด

ระหว่าง ไกลโคไลซิสเซลล์จะสลายกลูโคสในไซโตพลาสซึมโดยมีหรือไม่มีออกซิเจนอยู่ มันแยกโมเลกุลน้ำตาลหกคาร์บอนออกเป็นสองโมเลกุลไพรูเวตคาร์บอนสาม นอกจากนี้ glycolysis ยังสร้าง ATP และแปลง NAD+ เป็น NADH ระหว่าง ไพรูเวตออกซิเดชัน, ไพรูเวตเข้าสู่ไมโตคอนเดรียเมทริกซ์และกลายเป็น โคเอ็นไซม์ A หรือ อะเซทิลโคเอ. ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์และทำให้ NADH มากขึ้น

ในช่วง กรดซิตริกหรือ เครบส์ ไซเคิล, acetyl CoA ผสมผสานกับ ออกซาโลอะซิเตต เพื่อทำ ซิเตรต. จากนั้นซิเตรตจะผ่านปฏิกิริยาเพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์และ NADH วัฏจักรนี้ยังทำให้ FADH2 และ ATP

ระหว่าง ออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชั่น, ที่ ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน มีบทบาทสำคัญ NADH และ FADH2 ให้อิเล็กตรอนแก่ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและกลายเป็น NAD+ และ FAD อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามสายโซ่นี้และสร้าง ATP กระบวนการนี้ยังผลิตน้ำ การผลิตเอทีพีส่วนใหญ่ระหว่างการหายใจระดับเซลล์อยู่ในขั้นตอนสุดท้ายนี้

การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในเซลล์พืช สาหร่ายบางชนิด และแบคทีเรียบางชนิดที่เรียกว่าไซยาโนแบคทีเรีย กระบวนการเผาผลาญนี้เกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ด้วยคลอโรฟิลล์และผลิตน้ำตาลพร้อมกับออกซิเจน ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงบวกกับวัฏจักรคาลวินหรือปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง เป็นส่วนหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสง มันเป็นสิ่งสำคัญสำหรับสุขภาพโดยรวมของโลกเพราะสิ่งมีชีวิตอาศัยออกซิเจนพืชทำ

ในช่วง ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง ใน เยื่อหุ้มไทลาคอยด์ ของคลอโรพลาสต์, คลอโรฟิลล์ เม็ดสีดูดซับพลังงานแสง พวกเขาสร้าง ATP, NADPH และน้ำ ในช่วง วัฏจักรคาลวิน หรือ ปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง ใน สโตรมา, ATP และ NADPH ช่วยสร้าง glyceraldehyde-3-phosphate หรือ G3P ซึ่งในที่สุดจะกลายเป็นกลูโคส

เช่นเดียวกับการหายใจระดับเซลล์ การสังเคราะห์ด้วยแสงขึ้นอยู่กับ รีดอกซ์ ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน

มีความแตกต่างกัน ชนิดของคลอโรฟิลล์และชนิดที่พบมากที่สุดคือ คลอโรฟิลล์ เอ คลอโรฟิลล์ บี และ คลอโรฟิลล์ ซี พืชส่วนใหญ่มีคลอโรฟิลล์เอ ซึ่งดูดซับความยาวคลื่นแสงสีน้ำเงินและสีแดง พืชบางชนิดและสาหร่ายสีเขียวบางชนิดใช้คลอโรฟิลล์บี คลอโรฟิลล์ ซี สามารถพบได้ในไดโนแฟลเจลเลต

โปรคาริโอตต่างจากมนุษย์หรือสัตว์ที่ต้องการออกซิเจน โปรคาริโอตบางชนิดสามารถดำรงอยู่ได้โดยปราศจากมัน ในขณะที่บางชนิดขึ้นอยู่กับมัน ซึ่งหมายความว่าพวกเขาอาจมี แอโรบิก (ต้องการออกซิเจน) หรือ ไม่ใช้ออกซิเจน (ไม่ต้องการออกซิเจน) เมแทบอลิซึม

นอกจากนี้ โปรคาริโอตบางชนิดยังสามารถสลับระหว่างการเผาผลาญทั้งสองประเภทขึ้นอยู่กับสถานการณ์หรือสภาพแวดล้อม

โปรคาริโอตที่อาศัยออกซิเจนในการเผาผลาญคือ บังคับ aerobes. ในทางกลับกัน โปรคาริโอตที่ไม่สามารถอยู่ในออกซิเจนและไม่ต้องการได้คือ บังคับ anaerobes. โปรคาริโอตที่สามารถสลับระหว่างเมแทบอลิซึมแบบแอโรบิกและแบบไม่ใช้ออกซิเจนขึ้นอยู่กับการมีออกซิเจน ไม่ใช้ออกซิเจนแบบคณะ.

การหมักกรดแลคติก เป็นปฏิกิริยาแบบไม่ใช้ออกซิเจนประเภทหนึ่งที่สร้างพลังงานให้กับแบคทีเรีย เซลล์กล้ามเนื้อของคุณมีการหมักกรดแลคติกด้วย ในระหว่างกระบวนการนี้ เซลล์จะสร้าง ATP โดยปราศจากออกซิเจนผ่านไกลโคไลซิส กระบวนการเปลี่ยนไพรูเวตเป็น กรดแลคติก และสร้าง NAD+ และ ATP

มีการใช้งานมากมายในอุตสาหกรรมสำหรับกระบวนการนี้ เช่น การผลิตโยเกิร์ตและเอทานอล ตัวอย่างเช่น แบคทีเรีย แลคโตบาซิลลัส บูลการิคัส ช่วยผลิตโยเกิร์ต แบคทีเรียหมักแลคโตส น้ำตาลในนม ให้เป็นกรดแลคติก ทำให้นมจับตัวเป็นก้อนและเปลี่ยนเป็นโยเกิร์ต

คุณสามารถจัดประเภทโปรคาริโอตออกเป็นกลุ่มต่าง ๆ ตามเมแทบอลิซึมของพวกมัน ประเภทหลัก ได้แก่ heterotrophic, autotrophic, phototrophic และ chemotrophic อย่างไรก็ตาม โปรคาริโอตทั้งหมดยังคงต้องการ .บางชนิด พลังงานหรือเชื้อเพลิง เพื่อมีชีวิต.

โปรคาริโอตเฮเทอโรโทรฟิกรับสารประกอบอินทรีย์จากสิ่งมีชีวิตอื่นเพื่อให้ได้คาร์บอน โปรคาริโอต Autotrophic ใช้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งคาร์บอน หลายคนสามารถใช้การสังเคราะห์แสงเพื่อทำสิ่งนี้ให้สำเร็จ โปรคาริโอต Phototrophic ได้รับพลังงานจากแสง

โปรคาริโอตเคมีได้รับพลังงานจากสารประกอบเคมีที่สลายตัว

คุณสามารถแบ่งเส้นทางการเผาผลาญออกเป็น โบลิค และ catabolic หมวดหมู่ Anabolic หมายความว่าพวกมันต้องการพลังงานและใช้เพื่อสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่จากโมเลกุลขนาดเล็ก Catabolic หมายความว่าพวกมันปล่อยพลังงานและสลายโมเลกุลขนาดใหญ่เพื่อสร้างโมเลกุลที่เล็กลง การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการ anabolic ในขณะที่การหายใจระดับเซลล์เป็นกระบวนการ catabolic

ยูคาริโอตและโปรคาริโอตขึ้นอยู่กับการเผาผลาญของเซลล์เพื่อให้มีชีวิตและเจริญเติบโต แม้ว่ากระบวนการของพวกมันจะแตกต่างกัน แต่ทั้งคู่ก็ใช้หรือสร้างพลังงาน การหายใจและการสังเคราะห์แสงของเซลล์เป็นวิถีทางที่พบได้บ่อยที่สุดในเซลล์ อย่างไรก็ตาม โปรคาริโอตบางชนิดมีวิถีทางเมตาบอลิซึมที่แตกต่างกันออกไป

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง:

• กรดอะมิโน
• กรดไขมัน
• การแสดงออกของยีน
• กรดนิวคลีอิก
• เซลล์ต้นกำเนิด