Indhold
- Næringsstoffer vs. brændstof
- Prokaryotiske celler vs. eukaryote celler
- Hvad er glukose?
- Hvad er ATP?
- Celleenergibiologi
- glykolyse
- Fermentation
- Krebs Cycle
- Elektron transportkæde
Du har sandsynligvis forstået, siden du var ung, at den mad, du spiser, skal blive "noget" langt mindre end den mad, uanset hvad der er "i" mad for at kunne hjælpe din krop. Som det sker, mere specifikt, et enkelt molekyle af en type kulhydrat klassificeret som en sukker er den ultimative kilde til brændstof i enhver metabolisk reaktion, der forekommer i enhver celle til enhver tid.
Det molekyle er glucose, et seks-carbon molekyle i form af en pigget ring. I alle celler indgår den glykolyse, og i mere komplekse celler deltager den også i gæring, fotosyntese og cellulær respiration i forskellige grader i forskellige organismer.
Men en anden måde at besvare spørgsmålet "Hvilket molekyle bruges af celler som en energikilde?" fortolker det som, "Hvilket molekyle direkte kræver cellernes egne processer? "
Næringsstoffer vs. brændstof
Det "drivende" molekyle, som ligesom glukose er aktiv i alle celler, er ATP, eller Adenosintrifosfat, et nukleotid, der ofte kaldes "energienes valuta." Hvilket molekyle skal du tænke på, når du spørger dig selv, "Hvilket molekyle er brændstoffet til alle celler?" Er det glukose eller ATP?
Besvarelse af dette spørgsmål svarer til at forstå forskellen mellem at sige "Mennesker henter fossile brændstoffer fra jorden" og "Mennesker får fossil brændstofenergi fra kuldrevne anlæg." Begge udsagn er rigtige, men adresserer forskellige stadier i energiomdannelseskæden for metaboliske reaktioner. I levende ting, glukose er det grundlæggende næringsstof, men ATP er det grundlæggende brændstof.
Prokaryotiske celler vs. eukaryote celler
Alle levende ting hører til en af to brede kategorier: prokaryoter og eukaryoter. Prokaryoter er de enkeltcellede organismer i den taksonomiske domæner Bakterier og archaea, hvorimod eukaryoter alle falder ind i domænet Eukaryota, der inkluderer dyr, planter, svampe og protister.
Prokaryoter er små og enkle sammenlignet med eukaryoter; deres celler er tilsvarende mindre komplekse. I de fleste tilfælde er en prokaryot celle den samme ting som en prokaryot organisme, og en bakteriens energibehov er langt lavere end eukaryot celle.
Prokaryotiske celler har de samme fire komponenter, der findes i alle celler i den naturlige verden: DNA, en cellemembran, cytoplasma og ribosomer. Deres cytoplasma indeholder alle de enzymer, der er nødvendige til glykolyse, men fraværet af mitokondrier og chloroplaster betyder, at glykolyse virkelig er den eneste metaboliske vej, der er tilgængelig for prokaryoter.
Læs mere om lighederne og forskellene mellem prokaryote og eukaryote celler.
Hvad er glukose?
Glukose er et seks-carbon-sukker i form af en ring, repræsenteret i diagrammer med en hexagonal form. Dens kemiske formel er C6H12O6, hvilket giver det et C / H / O-forhold på 1: 2: 1; dette er faktisk sandt eller alle biomolekyler klassificeret som kulhydrater.
Glukose betragtes som en monosaccharid, hvilket betyder, at det ikke kan reduceres til forskellige, mindre sukkerarter ved at bryde brintbindinger mellem forskellige komponenter. Fruktose er et andet monosaccharid; saccharose (bordsukker), der er fremstillet ved sammenføjning af glukose og fruktose, betragtes som en disaccharid.
Glukose kaldes også "blodsukker", fordi det er denne forbindelse, hvis koncentration måles i blodet, når en klinik eller hospitalets laboratorium bestemmer en patients metaboliske status. Det kan injiceres direkte i blodstrømmen i intravenøse opløsninger, fordi det ikke kræver nogen nedbrydning, før det kommer ind i kropsceller.
Hvad er ATP?
ATP er en nukleotid, hvilket betyder, at det består af en af fem forskellige nitrogenholdige baser, et fem-carbon-sukker kaldet ribose og en til tre fosfatgrupper. Baserne i nukleotider kan være enten adenin (A), cytosin (C), guanin (G), thymin (T) eller uracil (U). Nukleotider er byggestenene i nukleinsyrerne DNA og RNA; A, C og G findes i begge nukleinsyrer, medens T kun findes i DNA og U kun i RNA.
"TP" i ATP, som du har set, står for "triphosphat" og angiver, at ATP har det maksimale antal fosfatgrupper, som et nukleotid kan have - tre. Det meste af ATP fremstilles ved binding af en phosphatgruppe til ADP eller adenosindiphosphat, en proces, der er kendt som phosphorylering.
ATP og dets derivater har en bred vifte af anvendelser inden for biokemi og medicin, hvoraf mange er i efterforskningsfasen, når det 21. århundrede nærmer sig det tredje årti.
Celleenergibiologi
Frigivelse af energi fra mad involverer at bryde de kemiske bindinger i fødevarekomponenter og udnytte denne energi til syntese af ATP-molekyler. For eksempel er kulhydrater alt sammen oxideret i sidste ende på kuldioxid (CO2) og vand (H2O). Fedtstoffer oxideres også med deres fedtsyrekæder, der giver acetatmolekyler, som derefter går ind i aerob respiration i eukaryotiske mitokondrier.
Proteiners nedbrydningsprodukter er rige på nitrogen og bruges til opbygning af andre proteiner og nukleinsyrer. Men nogle af de 20 aminosyrer, som proteiner er bygget fra, kan modificeres og går ind i cellulær metabolisme på niveau med den cellulære respiration (f.eks. Efter glykolyse)
glykolyse
Resumé: Glykolyse producerer direkte 2 ATP for hvert molekyle af glukose; det leverer pyruvat- og elektronbærere til yderligere metaboliske processer.
Glykolyse er en serie på ti reaktioner, hvor et molekyle af glukose omdannes til to molekyler af tre-carbon molekylet pyruvat, hvilket giver 2 ATP undervejs. Det består af en tidlig "investerings" -fase, hvor 2 ATP bruges til at knytte fosfatgrupper til det skiftende glukosemolekyle, og en senere "retur" -fase, hvor glukosederivatet er blevet opdelt i et par tre-carbon-mellemproduktforbindelser , giver 2 ATP pr. tre-carbonforbindelser, og denne 4 samlet set.
Dette betyder, at nettoeffekten af glykolyse er at producere 2 ATP pr. Glukosemolekyle, da 2 ATP forbruges i investeringsfasen, men i alt fremstilles 4 ATP i udbetalingsfasen.
Læs mere om glykolyse.
Fermentation
Resumé: Fermentering påfylder NAD+ til glykolyse; det producerer ingen ATP direkte.
Når der ikke er tilstrækkelig ilt til at imødekomme energibehovet, som når du kører meget hårdt eller løfter anstrengende vægte, kan glycolyse muligvis være den eneste tilgængelige metaboliske proces. Det er her, den "mælkesyreforbrænding", du måske har hørt om, kommer ind. Hvis pyruvat ikke kan gå ind i aerob respiration som beskrevet nedenfor, omdannes det til laktat, som i sig selv ikke gør meget godt, men sikrer, at glykolyse kan fortsætte ved at levere en vigtigt mellemliggende molekyle kaldet NAD+.
Krebs Cycle
Resumé: Krebs-cyklus producerer 1 ATP pr. cyklusomgang (og dermed 2 ATP pr. glukose "opstrøms", da 2 pyruvat kan fremstille 2 acetyl CoA).
Under normale betingelser med tilstrækkelig ilt bevæger næsten alt pyruvat genereret ved glykolyse i eukaryoter fra cytoplasma til organeller ("små organer") kendt som mitochondria, hvor det omdannes til to-carbon molekylet acetylcoenzym A (acetyl CoA) ved at fjerne og frigive CO2. Dette molekyle kombineres med et fire-carbon molekyle kaldet oxaloacetat for at skabe citrat, det første trin i hvad der også kaldes TCA-cyklus eller citronsyrecyklus.
Dette "hjul" med reaktioner reducerede til sidst citrat tilbage til oxaloacetat, og undervejs genereres en enkelt ATP sammen med fire såkaldte højenergi-elektronbærere (NADH og FADH2).
Elektron transportkæde
Resumé: Elektrontransportkæden giver ca. 32 til 34 ATP pr. "opstrøms" glukosemolekyle, hvilket gør det langt den største bidragyder til cellulær energi i eukaryoter.
Elektronbærerne fra Krebs-cyklus bevæger sig fra mitokondrierens inderside til organellens indre membran, som har alle mulige specialiserede enzymer kaldet cytokromer klar til at arbejde. Kort sagt, når elektronerne i form af brintatomer fjernes fra deres bærere, driver dette fosforylering af ADP-molekyler til en hel del ATP.
Oxygen skal være til stede som den endelige elektronacceptor i kaskaden, der forekommer over membranen, for at denne reaktionskæde kan forekomme. Hvis det ikke er tilfældet, kan processen med cellulær respiration "sikkerhedskopiere", og Krebs-cyklussen kan heller ikke forekomme.