Conţinut
- Nutrienți vs. combustibili
- Celule procariote vs. celule eucariote
- Ce este glucoza?
- Ce este ATP?
- Biologia energiei celulare
- glicoliză
- Fermentaţie
- Ciclul Krebs
- Lanțul de transport cu electroni
Probabil ați înțeles de când erați tineri că mâncarea pe care o mâncați trebuie să devină „ceva” mult mai mic decât acel aliment, pentru că orice este „în” aliment pentru a vă ajuta organismul. Așa cum se întâmplă, mai precis, o singură moleculă dintr-un tip de carbohidrați clasificat ca a zahăr este sursa finală de combustibil în orice reacție metabolică care are loc în orice celulă în orice moment.
Acea moleculă este glucoză, o moleculă cu șase atomi de carbon sub forma unui inel spiky. În toate celulele, acesta intră în glicolizăși în celulele mai complexe participă și la fermentație, fotosinteză și respirație celulară la diferite grade în diferite organisme.
Dar un mod diferit de a răspunde la întrebarea „Care moleculă este folosită de celule ca sursă de energie?” îl interpretează ca: „Ce moleculă direct alimentează celulele propriile procese? "
Nutrienți vs. combustibili
Acea moleculă „care alimentează”, care la fel ca glucoza este activă în toate celulele, este ATP, sau adenozina trifosfat, o nucleotidă numită adesea „moneda energetică a celulelor”. La ce moleculă ar trebui să vă gândiți atunci când vă întrebați „Ce moleculă este combustibilul pentru toate celulele?” Este glucoză sau ATP?
Răspunsul la această întrebare este similar cu înțelegerea diferenței dintre a spune „Oamenii primesc combustibili fosili din pământ” și „Oamenii obțin energie de combustibil fosil din instalațiile pe cărbune”. Ambele afirmații sunt adevărate, dar abordează diferite etape ale lanțului de conversie energetică a reacțiilor metabolice. În lucrurile vii, glucoza este elementul fundamental nutrienți, dar ATP este elementul de bază combustibil.
Celule procariote vs. celule eucariote
Toate viețuitoarele aparțin uneia dintre cele două mari categorii: procariote și eucariote. Procariotele sunt organisme unicelulare ale taxonomicului domenii Bacterii și Archaea, în timp ce eucariotele se încadrează în domeniul Eukaryota, care include animale, plante, ciuperci și protisti.
Procariotele sunt minuscule și simple în comparație cu eucariote; celulele lor sunt corespunzător mai puțin complexe. În majoritatea cazurilor, o celulă procariotă este același lucru ca un organism procariot, iar nevoile de energie ale unei bacterii sunt mult mai mici decât cele ale oricărei celule eucariote.
Celulele procariote au aceleași patru componente găsite în toate celulele din lumea naturală: ADN, o membrană celulară, citoplasmă și ribozomi. Citoplasma lor conține toate enzimele necesare glicolizei, dar absența mitocondriilor și cloroplastelor înseamnă că glicoliza este într-adevăr singura cale metabolică disponibilă procariotelor.
Citiți mai multe despre asemănările și diferențele dintre celulele procariote și cele eucariote.
Ce este glucoza?
Glucoza este un zahăr cu șase carbon sub formă de inel, reprezentat în diagrame de o formă hexagonală. Formula sa chimică este C6H12O6, oferindu-i un raport C / H / O de 1: 2: 1; acest lucru este adevărat, sau toate biomoleculele clasificate ca carbohidrați.
Glucoza este considerată a monozaharidă, ceea ce înseamnă că nu poate fi redus în diferite zaharuri mai mici, prin ruperea legăturilor de hidrogen între diferite componente. Fructoza este o altă monosacaridă; zaharoza (zahăr de masă), care se face prin unirea glucozei și fructozei, este considerată a dizaharid.
Glucoza se mai numește „glicemie”, deoarece este acest compus a cărui concentrație este măsurată în sânge atunci când o clinică sau laborator de spital determină starea metabolică a pacienților. Poate fi infuzat direct în fluxul sanguin în soluții intravenoase, deoarece nu necesită nicio defecțiune înainte de a intra în celulele corpului.
Ce este ATP?
ATP este un nucleotid, ceea ce înseamnă că este format dintr-una din cele cinci baze azotate diferite, un zahăr cu cinci carbon numit riboză și una până la trei grupări fosfat. Bazele nucleotidelor pot fi fie adenină (A), citozină (C), guanină (G), timină (T) sau uracil (U). Nucleotidele sunt blocurile de construcție ale acizilor nucleici ADN și ARN; A, C și G se găsesc în ambii acizi nucleici, în timp ce T se găsește doar în ADN și U numai în ARN.
„TP” din ATP, după cum ați văzut, reprezintă „trifosfat” și indică faptul că ATP are numărul maxim de grupe fosfat pe care le poate avea un nucleotid - trei. Majoritatea ATP se realizează prin atașarea unei grupe fosfat la ADP, sau adenozină difosfat, un proces cunoscut sub numele de fosforilare.
ATP și derivații săi au o gamă largă de aplicații în biochimie și medicină, multe dintre ele aflându-se în fazele exploratorii pe măsură ce secolul XXI se apropie de al treilea deceniu.
Biologia energiei celulare
Eliberarea de energie din alimente implică ruperea legăturilor chimice din componentele alimentare și valorificarea acestei energii pentru sinteza moleculelor de ATP. De exemplu, glucidele sunt toate oxidat la sfârșitul dioxidului de carbon (CO2) și apă (H2O). Grăsimile sunt, de asemenea, oxidate, cu lanțurile lor de acizi grași obținând molecule de acetat care intră apoi în respirația aerobă în mitocondriile eucariote.
Produsele de descompunere ale proteinelor sunt bogate în azot și sunt utilizate pentru construirea altor proteine și acizi nucleici. Dar o parte din cei 20 de aminoacizi din care provin proteinele pot fi modificate și intră în metabolismul celular la nivelul respirației celulare (de exemplu, după glicoliză)
glicoliză
Rezumat: Glicoliza produce direct 2 ATP pentru fiecare moleculă de glucoză; furnizează purtători de piruvat și electroni pentru alte procese metabolice.
Glicoliza este o serie de zece reacții în care o moleculă de glucoză este transformată în două molecule ale piruvatului cu trei molecule de carbon, producând 2 ATP pe parcurs. Acesta constă într-o fază timpurie de „investiție” în care 2 ATP sunt utilizate pentru a atașa grupări fosfat la molecula de glucoză schimbătoare și o fază „de întoarcere” ulterioară în care derivatul de glucoză, fiind divizat într-o pereche de compuși intermediari cu trei carboni , produce 2 ATP pe trei compuși cu trei atomi de carbon și acest total 4.
Aceasta înseamnă că efectul net al glicolizei este acela de a produce 2 ATP per moleculă de glucoză, deoarece în faza de investiție se consumă 2 ATP, dar în total 4 ATP sunt făcute în faza de rambursare.
Citiți mai multe despre glicoliză.
Fermentaţie
Rezumat: Fermentarea reface NAD+ pentru glicoliză; nu produce ATP direct.
Atunci când este prezent oxigen insuficient pentru a satisface cerințele de energie, ca și atunci când executați foarte greu sau ridicați greutăți intens, glicoliza poate fi singurul proces metabolic disponibil. Aici intervine „arsura acidului lactic” despre care ați auzit. Dacă piruvatul nu poate intra în respirația aerobă, așa cum este descris mai jos, acesta este transformat în lactat, ceea ce în sine nu face multe bune, dar asigură că glicoliza poate continua furnizând un molecula intermediară cheie numită NAD+.
Ciclul Krebs
Rezumat: Ciclul Krebs produce 1 ATP pe rotație a ciclului (și astfel 2 ATP per glucoză "în amonte", deoarece 2 piruvat poate face 2 acetil CoA).
În condiții normale de oxigen adecvat, aproape tot piruvatul generat în glicoliză în eucariote se deplasează din citoplasmă în organele („organe mici”) cunoscute sub numele de mitocondrie, unde s-a transformat în molecula cu două carbonuri coenzima acetilică A (acetil CoA) prin eliminarea și eliberarea de CO2. Această moleculă se combină cu o moleculă de patru carbon numită oxaloacetat pentru a crea citrat, primul pas în ceea ce se numește și ciclul TCA sau ciclul acid-citric.
Această „roată” a reacțiilor a redus în cele din urmă citratul înapoi la oxaloacetat și de-a lungul drumului este generat un singur ATP împreună cu patru așa-numiți purtători de electroni cu energie mare (NADH și FADH2).
Lanțul de transport cu electroni
Rezumat: Lanțul de transport de electroni produce aproximativ 32 până la 34 ATP pe moleculă de glucoză „în amonte”, ceea ce o face de departe cel mai mare contribuitor la energia celulară în eucariote.
Purtătorii de electroni din ciclul Krebs se deplasează din interiorul mitocondriilor către membrana interioară a organelelor, care are tot felul de enzime specializate numite citocrome gata să funcționeze. Pe scurt, când electronii, sub formă de atomi de hidrogen, sunt scoși de pe purtătorii lor, acest lucru alimentează fosforilarea moleculelor ADP într-o mare cantitate de ATP.
Oxigenul trebuie să fie prezent ca acceptor de electroni final în cascada care apare pe toată membrana pentru ca acest lanț de reacții să apară. Dacă nu, procesul de respirație celulară „dă înapoi” și nici ciclul Krebs nu se poate produce.