Hücre Enerjisinin Ana Kaynağı Nedir?

Muhtemelen gençliğinizden beri anlamışsınızdır ki, yediğiniz yiyeceğin, vücudunuza yardımcı olabilmesi için "içerdiği" yiyeceklerden çok daha küçük "bir şey" olması gerekir. Olduğu gibi, daha spesifik olarak, bir tür tek bir molekül karbonhidrat olarak sınıflandırılır şeker herhangi bir zamanda herhangi bir hücrede meydana gelen herhangi bir metabolik reaksiyonda nihai yakıt kaynağıdır.

O molekül glikoz, dikenli bir halka şeklinde altı karbonlu bir molekül. Tüm hücrelere girer glikolizve daha karmaşık hücrelerde de katılır fermantasyon, fotosentez ve hücresel solunum Farklı organizmalarda değişen derecelerde.

Ancak, "Hücreler tarafından enerji kaynağı olarak hangi molekül kullanılır?" sorusuna farklı bir şekilde cevap verilebilir. "Hangi molekül direkt olarak hücrenin kendi süreçlerine güç verir mi?"

Glikoz gibi tüm hücrelerde aktif olan bu "güç veren" molekül, ATPveya adenozin trifosfat, genellikle "hücrelerin enerji para birimi" olarak adlandırılan bir nükleotid. O halde kendinize "Hücrelerin yakıtı hangi moleküldür?" diye sorduğunuzda hangi molekülü düşünmelisiniz? Glikoz mu yoksa ATP mi?

Bu soruyu yanıtlamak, "İnsanlar fosil yakıtları topraktan alır" ile "İnsanlar fosil yakıtları alır" demek arasındaki farkı anlamaya benzer. Kömürle çalışan santrallerden yakıt enerjisi." Her iki ifade de doğrudur, ancak metabolik süreçlerin enerji dönüşüm zincirindeki farklı aşamaları ele alır. reaksiyonlar. Canlılarda, glikoz temeldir besin, ancak ATP temel yakıt.

Tüm canlılar iki geniş kategoriden birine aittir: prokaryotlar ve ökaryotlar. Prokaryotlar, taksonomik grubun tek hücreli organizmalarıdır. etki alanları Bakteriler ve Arkeler, ökaryotların tümü, hayvanları, bitkileri, mantarları ve protistleri içeren Ökaryota alanına girer.

Prokaryotlar, ökaryotlara kıyasla küçük ve basittir; hücreleri buna bağlı olarak daha az karmaşıktır. Çoğu durumda, prokaryotik bir hücre, prokaryotik bir organizma ile aynı şeydir ve bir bakterinin enerji ihtiyacı, herhangi bir ökaryotik hücreninkinden çok daha düşüktür.

Prokaryotik hücreler, doğal dünyadaki tüm hücrelerde bulunan aynı dört bileşene sahiptir: DNA, hücre zarı, sitoplazma ve ribozomlar. Sitoplazmaları, glikoliz için gerekli tüm enzimleri içerir, ancak mitokondri ve kloroplastların yokluğu, glikolizin gerçekten prokaryotlar için mevcut olan tek metabolik yol olduğu anlamına gelir.

Prokaryotik ve ökaryotik hücreler arasındaki benzerlikler ve farklılıklar hakkında daha fazla bilgi edinin.

Glikoz, diyagramlarda altıgen bir şekil ile temsil edilen bir halka şeklinde altı karbonlu bir şekerdir. Kimyasal formülü C'dir.₆H₁₂Ö₆1:2:1'lik bir C/H/O oranı vererek; bu aslında doğrudur, ya da karbonhidrat olarak sınıflandırılan tüm biyomoleküller.

Glikoz olarak kabul edilir monosakkarityani farklı bileşenler arasındaki hidrojen bağlarını kırarak farklı, daha küçük şekerlere indirgenemez. Fruktoz başka bir monosakkarittir; Glikoz ve fruktozun birleştirilmesiyle elde edilen sakaroz (sofra şekeri) disakkarit.

Glikoz ayrıca "kan şekeri" olarak da adlandırılır, çünkü bir klinik veya hastane laboratuvarı bir hastanın metabolik durumunu belirlerken konsantrasyonu kanda ölçülen bu bileşiktir. Vücut hücrelerine girmeden önce bozulma gerektirmediğinden intravenöz solüsyonlarda doğrudan kan dolaşımına infüze edilebilir.

ATP bir nükleotidyani beş farklı azotlu bazdan birinden, riboz adı verilen beş karbonlu bir şekerden ve bir ila üç fosfat grubundan oluşur. Nükleotidlerdeki bazlar, adenin (A), sitozin (C), guanin (G), timin (T) veya urasil (U) olabilir. Nükleotitler, nükleik asitler DNA ve RNA'nın yapı taşlarıdır; A, C ve G her iki nükleik asitte bulunurken T sadece DNA'da ve U sadece RNA'da bulunur.

ATP'deki "TP", gördüğünüz gibi, "trifosfat" anlamına gelir ve ATP'nin bir nükleotidin sahip olabileceği maksimum fosfat grubuna sahip olduğunu gösterir - üç. Çoğu ATP, bir fosfat grubunun ADP'ye veya fosforilasyon olarak bilinen bir süreç olan adenosin difosfata bağlanmasıyla yapılır.

ATP ve türevlerinin biyokimya ve tıpta geniş bir uygulama alanı vardır ve bunların çoğu 21. yüzyılın üçüncü on yılına yaklaşırken keşif aşamasındadır.

Gıdalardan enerjinin salınması, gıda bileşenlerindeki kimyasal bağların kırılmasını ve bu enerjinin ATP moleküllerinin sentezi için kullanılmasını içerir. Örneğin, karbonhidratların hepsi oksitlenmiş sonunda karbondioksit (CO₂) ve su (H₂Ö). Yağlar da oksitlenir, yağ asidi zincirleri, daha sonra ökaryotik mitokondride aerobik solunuma giren asetat moleküllerini verir.

Proteinlerin parçalanma ürünleri azot bakımından zengindir ve diğer proteinlerin ve nükleik asitlerin yapımında kullanılır. Ancak proteinlerin yapıldığı 20 amino asitten bazıları değiştirilebilir ve hücresel solunum seviyesinde hücresel metabolizmaya girebilir (örneğin, glikolizden sonra)

Özet:Glikoliz doğrudan üretir 2 ATP her glikoz molekülü için; daha ileri metabolik işlemler için piruvat ve elektron taşıyıcıları sağlar.

Glikoliz, bir glikoz molekülünün, yol boyunca 2 ATP veren üç karbonlu piruvatın iki molekülüne dönüştürüldüğü on reaksiyon dizisidir. Fosfat gruplarını değişen glikoz molekülüne bağlamak için 2 ATP'nin kullanıldığı erken bir "yatırım" fazından ve daha sonraki bir "geri dönüş" fazından oluşur. bir çift üç karbonlu ara bileşiğe bölünmüş olan glikoz türevi, üç karbonlu bileşik başına 2 ATP verir ve bu 4 genel.

Bu, yatırım aşamasında 2 ATP tüketildiği, ancak ödeme aşamasında toplam 4 ATP yapıldığı için, glikolizin net etkisinin glikoz molekülü başına 2 ATP üretmek olduğu anlamına gelir.

Glikoliz hakkında daha fazla bilgi edinin.

Özet:Fermantasyon NAD'ı yeniler⁺ glikoliz için; doğrudan ATP üretmez.

Enerji taleplerini karşılamak için yetersiz oksijen mevcut olduğunda, çok sert koşarken veya ağır ağırlık kaldırırken olduğu gibi, mevcut tek metabolik süreç glikoliz olabilir. Bu, duymuş olabileceğiniz "laktik asit yanığı"nın devreye girdiği yerdir. Piruvat aşağıda açıklandığı gibi aerobik solunuma giremezse, kendisi laktata dönüştürülür. pek bir işe yaramaz ama anahtar bir ara molekül sağlayarak glikolizin devam etmesini sağlar NAD denilen⁺.

Özet:Krebs döngüsü üretir 1 ATP döngünün her dönüşünde (ve dolayısıyla 2 piruvat 2 asetil CoA oluşturabildiğinden, glikoz "yukarı akış" başına 2 ATP).

Yeterli oksijenin normal koşulları altında, ökaryotlarda glikolizde üretilen piruvatın neredeyse tamamı, sitoplazma, mitokondri olarak bilinen organellere ("küçük organlar") dönüşür ve burada iki karbonlu moleküle dönüşür asetil koenzim A (asetil CoA) CO'yu soyarak ve serbest bırakarak₂. Bu molekül, sitratı oluşturmak için oksaloasetat adı verilen dört karbonlu bir molekülle birleşir; bu, TCA döngüsü veya sitrik asit döngüsü olarak da adlandırılan şeyin ilk adımıdır.

Bu reaksiyon çarkı sonunda sitratı tekrar oksaloasetata indirdi ve yol boyunca dört yüksek enerjili elektron taşıyıcısı (NADH ve FADH) ile birlikte tek bir ATP üretilir.₂).

Özet:Elektron taşıma zinciri yaklaşık 32 ila 34 ATP "yukarı akış" glikoz molekülü başına, ökaryotlarda hücresel enerjiye açık ara en büyük katkıyı yapan.

Krebs döngüsündeki elektron taşıyıcıları, mitokondrinin içinden, çalışmaya hazır sitokrom adı verilen her türlü özel enzime sahip organelin iç zarına hareket eder. Kısacası, hidrojen atomları biçimindeki elektronlar taşıyıcılarından alındığında, bu, ADP moleküllerinin fosforilasyonunu büyük miktarda ATP'ye dönüştürür.

Bu reaksiyonlar zincirinin gerçekleşmesi için membran boyunca meydana gelen kaskadda son elektron alıcısı olarak oksijen bulunmalıdır. Değilse, hücresel solunum süreci "yedekleşir" ve Krebs döngüsü de gerçekleşemez.