Що є основним джерелом клітинної енергії?

Ви, мабуть, ще з молодих років розуміли, що їжа, яку ви їсте, повинна стати «чимось» набагато меншим, ніж ця їжа для будь-якої «їжі», щоб мати можливість допомогти вашому організму. Як це трапляється, точніше, одинична молекула типу вуглеводів класифікується як a цукор є кінцевим джерелом палива в будь-якій метаболічній реакції, що відбувається в будь-якій клітині в будь-який час.

Ця молекула є глюкоза, шестивуглецева молекула у формі колористого кільця. У всі клітини він потрапляє всередину гліколіз, а в більш складних клітинах він також бере участь бродіння, фотосинтез і клітинне дихання різною мірою у різних організмів.

Але інший спосіб відповісти на питання "Яка молекула використовується клітинами як джерело енергії?" трактує це як: "Яка молекула безпосередньо забезпечує власні процеси клітини? "

Ця "живильна" молекула, яка подібно глюкозі активна у всіх клітинах, є АТФ, або аденозинтрифосфат, нуклеотид, який часто називають "валютою енергії клітин". Тоді про яку молекулу вам слід подумати, коли ви запитаєте себе: "Яка молекула є паливом для всіх клітин?" Це глюкоза чи АТФ?

Відповідь на це питання схожий на розуміння різниці між висловом "Люди отримують викопне паливо з землі" та "Люди отримують викопне паливо енергія палива від вугільних електростанцій ". Обидва твердження відповідають дійсності, але стосуються різних стадій в ланцюзі метаболізму з перетворення енергії реакції. У живих істотах, глюкоза є основною поживна речовина, але АТФ є основним паливо.

Все живе належить до однієї з двох широких категорій: прокаріоти та еукаріоти. Прокаріоти - це одноклітинні організми таксономіки домени Бактерії та археї, тоді як всі еукаріоти потрапляють у домен Eukaryota, що включає тварин, рослини, гриби та протистів.

Прокаріоти - крихітні та прості в порівнянні з еукаріоти; їх клітини відповідно менш складні. У більшості випадків прокаріотична клітина - це те саме, що прокаріотичний організм, а енергетичні потреби бактерії набагато нижчі, ніж у будь-якої еукаріотичної клітини.

Клітини прокаріотів мають однакові чотири компоненти, що містяться у всіх клітинах природного світу: ДНК, клітинна мембрана, цитоплазма та рибосоми. У їх цитоплазмі містяться всі ферменти, необхідні для гліколізу, але відсутність мітохондрій та хлоропластів означає, що гліколіз справді є єдиним метаболічним шляхом, доступним для прокаріотів.

Докладніше про подібність та відмінності між прокаріотичними та еукаріотичними клітинами.

Глюкоза - це шестивуглецевий цукор у формі кільця, представлений на схемах шестигранною формою. Його хімічна формула - С₆H₁₂О₆, надаючи йому співвідношення C / H / O 1: 2: 1; насправді це правда, або всі біомолекули, класифіковані як вуглеводи.

Глюкоза вважається a моносахарид, що означає, що його не можна перетворити на різні, менші цукри, розриваючи водневі зв’язки між різними компонентами. Фруктоза - ще один моносахарид; сахароза (столовий цукор), яка отримується шляхом з’єднання глюкози та фруктози, вважається а дисахарид.

Глюкозу ще називають «цукром у крові», оскільки саме ця сполука вимірюється в крові, коли клініка або лікарняна лабораторія визначає метаболічний статус пацієнта. Його можна вливати безпосередньо в кров у внутрішньовенних розчинах, оскільки він не потребує розщеплення перед тим, як потрапляти в клітини організму.

АТФ - це нуклеотид, що означає, що він складається з однієї з п’яти різних азотистих основ, п’ятивуглецевого цукру, званого рибозою, та однієї-трьох фосфатних груп. Основами нуклеотидів можуть бути або аденін (А), цитозин (С), гуанін (G), тимін (Т) або урацил (U). Нуклеотиди - це будівельні блоки нуклеїнових кислот ДНК і РНК; A, C і G містяться в обох нуклеїнових кислотах, тоді як T міститься лише в ДНК, а U - лише в РНК.

"ТР" в АТФ, як ви вже бачили, означає "трифосфат" і вказує на те, що АТФ має максимальну кількість фосфатної групи, яку може мати нуклеотид - три. Більшість АТФ виробляється шляхом приєднання фосфатної групи до АДФ, або аденозиндифосфату, процес, відомий як фосфорилювання.

АТФ та його похідні мають широкий спектр застосування в біохімії та медицині, багато з яких знаходяться на стадії досліджень, коли 21 століття наближається до третього десятиліття.

Вивільнення енергії з їжі передбачає розрив хімічних зв’язків у харчових компонентах та використання цієї енергії для синтезу молекул АТФ. Наприклад, вуглеводи - це все окислений зрештою до вуглекислого газу (CO₂) і вода (H₂О). Жири також окислюються, їх ланцюги жирних кислот дають молекули ацетату, які потім вступають в аеробне дихання в мітохондріях еукаріотів.

Продукти розпаду білків багаті на азот і використовуються для побудови інших білків та нуклеїнових кислот. Але деякі з 20 амінокислот, з яких побудовані білки, можуть бути модифіковані та потрапити в клітинний метаболізм на рівні клітинного дихання (наприклад, після гліколізу)

Короткий зміст:Гліколіз безпосередньо виробляє 2 АТФ для кожної молекули глюкози; він постачає носії пірувату та електронів для подальших метаболічних процесів.

Гліколіз - це серія з десяти реакцій, в яких молекула глюкози перетворюється на дві молекули тривуглецевої молекули пірувату, даючи по ходу 2 АТФ. Він складається з ранньої фази "інвестування", в якій 2 АТФ використовуються для приєднання фосфатних груп до молекули глюкози, що переміщується, і пізнішої фази "повернення" в де похідне глюкози, розділившись на пару тривуглецевих проміжних сполук, дає 2 АТФ на три вуглецеві сполуки, і це 4 загалом.

Це означає, що чистий ефект гліколізу полягає у виробленні 2 АТФ на молекулу глюкози, оскільки 2 АТФ витрачається у фазі інвестування, але в цілому 4 АТФ виробляються у фазі виплат.

Детальніше про гліколіз.

Короткий зміст:Бродіння поповнює НАД⁺ для гліколізу; він безпосередньо не виробляє АТФ.

Коли недостатньо кисню для задоволення енергетичних потреб, як, наприклад, коли ви дуже важко біжите або важко піднімаєте тяжкості, гліколіз може бути єдиним доступним процесом метаболізму. Тут з’являється «опік молочної кислоти», про який ви, можливо, чули. Якщо піруват не може потрапити в аеробне дихання, як описано нижче, він перетворюється в лактат, який сам не робить багато корисного, але гарантує, що гліколіз може продовжуватися, постачаючи ключову проміжну молекулу називається НАД⁺.

Короткий зміст:Цикл Кребса виробляє 1 АТФ за оборот циклу (і, отже, 2 АТФ на глюкозу "вище за течією", оскільки 2 пірувату можуть утворювати 2 ацетил КоА).

У нормальних умовах достатнього кисню майже весь піруват, що утворюється при гліколізі в еукаріотів, рухається з цитоплазма в органели ("маленькі органи"), відомі як мітохондрії, де вона перетворюється в молекулу двовуглецю ацетиловий кофермент А (ацетил CoA) шляхом видалення і вивільнення CO₂. Ця молекула поєднується з молекулою чотирьох вуглеців, яка називається оксалоацетат, утворюючи цитрат, перший крок у так званому циклі ТСА або циклі лимонної кислоти.

Це "колесо" реакцій врешті-решт відновило цитрат до оксалоацетату, і попутно генерується єдиний АТФ разом з чотирма так званими високоенергетичними електронними носіями (NADH і FADH₂).

Короткий зміст:Електронно-транспортний ланцюг дає приблизно Від 32 до 34 АТФ на молекулу глюкози, розташовану вище за течією, що робить її безумовно найбільшим внеском у клітинну енергію еукаріотів.

Електроносії з циклу Кребса переміщуються зсередини мітохондрій до внутрішньої мембрани органели, яка має всілякі спеціалізовані ферменти, звані цитохромами, готовими до роботи. Коротше кажучи, коли електрони у формі атомів водню віднімаються від своїх носіїв, це забезпечує фосфорилювання молекул АДФ у велику кількість АТФ.

Для цього ланцюга реакцій кисень повинен бути присутнім як кінцевий акцептор електронів у каскаді, що протікає через мембрану. Якщо це не так, процес клітинного дихання "резервується", і цикл Кребса також не може відбутися.