Koji je glavni izvor energije ćelije?

Sadržaj

• Hranjive tvari prema gorivima
• Prokariotske ćelije nasuprot eukariotskim stanicama
• Što je glukoza?
• Što je ATP?
• Stanična energetska biologija
• glikoliza
• Fermentacija
• Krebsov ciklus
• Elektronski transportni lanac

Vjerojatno ste već od malih nogu shvatili da hrana koju jedete mora postati "nešto" daleko manje od one hrane za sve što je "in" hrana kako biste mogli pomoći svom tijelu. Kao što se događa, točnije, jednu molekulu tipa karbohidrat klasificirani kao šećer je krajnji izvor goriva u svakoj metaboličkoj reakciji koja se u bilo kojoj stanici dogodi u bilo kojem trenutku.

Ta molekula je glukoza, molekula sa šest ugljika u obliku šiljastog prstena. U sve ćelije ulazi glikoliza, a u složenijim stanicama također sudjeluje fermentacija, fotosinteza i stanično disanje u različitom stupnju kod različitih organizama.

Ali drugačiji način odgovora na pitanje "Koju molekulu stanice koriste kao izvor energije?" tumači je kao: "Kakva molekula direktno ovlasti stanice da posjeduju procese? "

Hranjive tvari prema gorivima

Ta "napajajuća" molekula, koja poput glukoze djeluje u svim stanicama, jest ATP, ili adenozin trifosfat, nukleotid koji se često naziva "energetskom valutom stanica". Na koju biste molekulu trebali razmišljati kad se zapitate: "Koji je molekul gorivo za sve stanice?" Je li to glukoza ili ATP?

Odgovor na ovo pitanje sličan je razumijevanju razlike između riječi „ljudi dobivaju fosilna goriva iz zemlje“ i „ljudi dobivaju energiju fosilnih goriva iz postrojenja koja rade na ugljenu“. Obje su tvrdnje istinite, ali se odnose na različite faze metaboličkih reakcija pretvorbe energije. U živim bićima, glukoza je temeljna za ishranu, ali ATP je osnovni gorivo.

Prokariotske ćelije nasuprot eukariotskim stanicama

Sva živa bića pripadaju jednoj od dvije široke kategorije: prokarioti i eukarioti. Prokarioti su jednostanični organizmi taksonomskih oblika domena Bakterije i arheje, dok eukarioti spadaju u domenu Eukaryota, koja uključuje životinje, biljke, gljivice i protiste.

Prokarioti su maleni i jednostavni u usporedbi s eukariotima; njihove su stanice odgovarajuće manje složene. U većini slučajeva prokariotska stanica ista je stvar kao i prokariotski organizam, a energetske potrebe bakterija daleko su manje od potreba bilo koje eukariotske stanice.

Prokariotske stanice imaju iste četiri komponente koje se nalaze u svim stanicama prirodnog svijeta: DNK, stanična membrana, citoplazma i ribosomi. Njihova citoplazma sadrži sve enzime potrebne za glikolizu, ali odsutnost mitohondrija i kloroplasta znači da je glikoliza zaista jedini metabolički put koji je dostupan prokariotima.

Pročitajte više o sličnostima i razlikama između prokariotskih i eukariotskih stanica.

Što je glukoza?

Glukoza je šesto ugljični šećer u obliku prstena, prikazanog dijagramima šesterokutnim oblikom. Njegova kemijska formula je C₆H₁₂O₆, dajući mu omjer C / H / O od 1: 2: 1; to se zapravo odnosi na sve biomolekule klasificirane kao ugljikohidrate.

Glukoza se smatra a monosaharid, što znači da se on ne može reducirati u različite, manje šećere razbijanjem vodikovih veza između različitih komponenti. Fruktoza je još jedan monosaharid; saharoza (stolni šećer), koja se dobiva spajanjem glukoze i fruktoze, smatra se a disaharid.

Glukoza se također naziva "šećer u krvi", jer je to spoj čija se koncentracija mjeri u krvi kada klinički ili bolnički laboratorij utvrđuje metabolički status pacijenata. Može se unijeti izravno u krvotok u intravenskim otopinama, jer ne zahtijeva raspad prije ulaska u tjelesne stanice.

Što je ATP?

ATP je a nukleotid, što znači da se sastoji od jedne od pet različitih dušičnih baza, pet ugljikovog šećera koji se zove riboza i jedne do tri fosfatne skupine. Baza nukleotida može biti adenin (A), citozin (C), gvanin (G), timin (T) ili uracil (U). Nukleotidi su građevni blokovi DNA i RNA nukleinskih kiselina; A, C i G nalaze se u obje nukleinske kiseline, dok se T nalazi samo u DNK, a U samo u RNA.

"TP" u ATP-u, kao što ste vidjeli, označava "trifosfat" i označava da ATP ima najveći broj fosfatnih skupina koje nukleotid može imati - tri. Većina ATP-a nastaje vezanjem fosfatne skupine na ADP, odnosno adenozin-difosfat, proces poznatim kao fosforilacija.

ATP i njegovi derivati ​​imaju širok spektar primjene u biokemiji i medicini, od kojih su mnoge u istraživačkoj fazi dok se 21. stoljeće bliži svom trećem desetljeću.

Stanična energetska biologija

Oslobađanje energije iz hrane uključuje prekidanje kemijskih veza u komponentama hrane i iskorištavanje te energije za sintezu ATP molekula. Na primjer, svi su ugljikohidrati oksidirani na kraju do ugljičnog dioksida (CO₂) i vode (H₂O). Masti se također oksidiraju, pri čemu njihovi lanci masnih kiselina stvaraju molekule acetata, koje potom ulaze u aerobno disanje u eukariotskim mitohondrijama.

Produkti razgradnje proteina bogati su dušikom i koriste se za izgradnju drugih proteina i nukleinskih kiselina. Ali neke od 20 aminokiselina od kojih su izgrađeni proteini mogu se modificirati i ući u stanični metabolizam na razini staničnog disanja (npr. Nakon glikolize)

glikoliza

Sažetak: Glikoliza izravno nastaje 2 ATP za svaku molekulu glukoze; opskrbljuje piruvat i nosače elektrona za daljnje metaboličke procese.

Glikoliza je serija od deset reakcija u kojima se molekula glukoze pretvara u dvije molekule tri-ugljikove molekule piruvata, čime se dobiva 2 ATP. Sastoji se od rane faze "ulaganja" u kojoj se 2 ATP koriste za vezanje fosfatnih skupina na pomičnu molekulu glukoze i kasnije "povratne" faze u kojoj je derivat glukoze podijeljen na par intermedijarnih spojeva s tri ugljika , daje 2 ATP po tri ugljikova spoja i ovaj 4 ukupno.

To znači da je neto učinak glikolize stvaranje 2 ATP-a po molekuli glukoze, jer se u fazi ulaganja troše 2 ATP-a, ali u fazi isplate se napravi ukupno 4 ATP.

Pročitajte više o glikolizi.

Fermentacija

Sažetak: Fermentacija nadoknađuje NAD⁺ za glikolizu; izravno ne proizvodi ATP.

Kada nema dovoljno kisika da biste zadovoljili energetske potrebe, kao na primjer, kada trčite jako ili teško dižete tegove, glikoliza je možda jedini metabolički proces koji je dostupan. Tu dolazi i "izgaranje mliječne kiseline" za koje ste možda čuli. Ako piruvat ne može ući u aerobno disanje kao što je opisano u daljnjem tekstu, pretvara se u laktat, koji sam po sebi ne donosi mnogo dobra, ali osigurava da se glikoliza može nastaviti opskrbljivanjem ključna posredna molekula nazvana NAD⁺.

Krebsov ciklus

Sažetak: Krebsov ciklus proizvodi 1 ATP po potezu ciklusa (a time i 2 ATP-a po glukozi "uzvodno", budući da 2 piruvata mogu stvoriti 2 acetil CoA).

U normalnim uvjetima odgovarajućeg kisika gotovo sav piruvat nastao glikolizom u eukariotama prelazi iz citoplazme u organele ("male organe") poznate kao mitohondrije, gdje se pretvara u dvo-ugljičnu molekulu acetil koencim A (acetil CoA) uklanjanjem i oslobađanjem CO₂, Ova se molekula kombinira s četvero-ugljičnom molekulom koja se naziva oksaloacetat i stvara citrat, prvi korak u takozvanom ciklusu TCA ili ciklusu limunske kiseline.

Ovaj "kotač" reakcija na kraju je smanjio citrat nazad u oksaloacetat, a na putu se stvara i jedan ATP, zajedno s četiri takozvana visokoenergetska elektronska nosača (NADH i FADH₂).

Elektronski transportni lanac

Sažetak: Lanac transporta elektrona daje otprilike 32 do 34 ATP po molekuli glukoze koja je „uzvodno“, što daje daleko najveći doprinos staničnoj energiji u eukariota.

Nosioci elektrona iz Krebsova ciklusa prelaze iz unutrašnjosti mitohondrija u unutarnju membranu organela, koja ima sve vrste specijaliziranih enzima koji se nazivaju citokromi. Ukratko, kad se elektroni u obliku atoma vodika skinu sa svojih nosača, to upućuje fosforilaciju ADP molekula u veliku količinu ATP-a.

Kisik mora biti prisutan kao završni akceptor elektrona u kaskadi koja se događa kroz membranu da bi se dogodio ovaj lanac reakcija. Ako nije, proces staničnog disanja "vraća se nazad", a ne može se dogoditi ni Krebsov ciklus.