Содержание
- Питательные вещества против топлива
- Прокариотические клетки против эукариотических клеток
- Что такое глюкоза?
- Что такое АТФ?
- Клеточная энергетическая биология
- гликолиз
- Ферментация
- Цикл Кребса
- Электронная транспортная цепь
Вы, вероятно, поняли, что с юных лет пища, которую вы едите, должна стать «чем-то», намного меньшим, чем эта пища, чтобы пища, которая есть в ней, могла помочь вашему телу. Как это происходит, более конкретно, одна молекула типа углевод классифицируется как сахар является основным источником топлива в любой метаболической реакции, происходящей в любой клетке в любое время.
Эта молекула глюкозамолекула из шести атомов углерода в форме колючего кольца. Во всех клетках он входит в гликолизи в более сложных клетках он также участвует в брожение, фотосинтез а также клеточное дыхание в разной степени у разных организмов.
Но другой способ ответить на вопрос "Какая молекула используется клетками в качестве источника энергии?" интерпретирует это как "Какая молекула непосредственно питает клетки собственные процессы? "
Питательные вещества против топлива
Эта «питающая» молекула, которая, как и глюкоза, активна во всех клетках, ATP, или же аденозинтрифосфатНуклеотид часто называют «энергетической валютой клеток». Тогда о какой молекуле следует подумать, когда вы спросите себя: «Какая молекула является топливом для всех клеток?» Это глюкоза или АТФ?
Ответ на этот вопрос аналогичен пониманию различий между словами: «Люди получают ископаемое топливо из земли» и «Люди получают энергию из ископаемого топлива от угольных электростанций». Оба утверждения верны, но обращаются к различным этапам в цепочке метаболических реакций преобразования энергии. В живых существах, глюкоза является основным питательный, но АТФ является основным топливо.
Прокариотические клетки против эукариотических клеток
Все живые существа относятся к одной из двух широких категорий: прокариоты и эукариоты. Прокариоты являются одноклеточными организмами таксономического домены Бактерии и археи, тогда как эукариоты все попадают в домен Eukaryota, который включает животных, растения, грибы и простейших.
Прокариоты крошечные и простые по сравнению с эукариотами; их клетки соответственно менее сложны. В большинстве случаев прокариотическая клетка - это то же самое, что и прокариотический организм, и энергетические потребности бактерий намного ниже, чем у любой эукариотической клетки.
Прокариотические клетки имеют те же четыре компонента, которые присутствуют во всех клетках природного мира: ДНК, клеточная мембрана, цитоплазма и рибосомы. Их цитоплазма содержит все ферменты, необходимые для гликолиза, но отсутствие митохондрий и хлоропластов означает, что гликолиз действительно единственный метаболический путь, доступный для прокариот.
Узнайте больше о сходствах и различиях между прокариотическими и эукариотическими клетками.
Что такое глюкоза?
Глюкоза представляет собой шестиуглеродный сахар в форме кольца, представленного на диаграммах гексагональной формой. Его химическая формула C6ЧАС12О6при условии соотношения C / H / O 1: 2: 1; это действительно так, или все биомолекулы классифицируются как углеводы.
Глюкоза считается моносахаридЭто означает, что он не может быть преобразован в различные, более мелкие сахара путем разрыва водородных связей между различными компонентами. Фруктоза является еще одним моносахаридом; сахароза (столовый сахар), которая производится путем соединения глюкозы и фруктозы, считается дисахарид.
Глюкозу также называют «сахаром в крови», потому что именно это соединение измеряется в крови, когда клиническая или больничная лаборатория определяет метаболический статус пациента. Его можно вводить непосредственно в кровоток в виде внутривенных растворов, потому что он не требует разложения перед попаданием в клетки организма.
Что такое АТФ?
АТФ является нуклеотидЭто означает, что он состоит из одного из пяти азотистых оснований, пятиуглеродного сахара, называемого рибозой, и от одной до трех фосфатных групп. Основаниями в нуклеотидах могут быть аденин (А), цитозин (С), гуанин (G), тимин (Т) или урацил (U). Нуклеотиды являются строительными блоками нуклеиновых кислот ДНК и РНК; A, C и G обнаружены в обеих нуклеиновых кислотах, тогда как T обнаружен только в ДНК, а U - только в РНК.
«TP» в АТФ, как вы видели, означает «трифосфат» и указывает, что АТФ имеет максимальное количество фосфатных групп, которое может иметь нуклеотид - три. Большая часть АТФ образуется путем присоединения фосфатной группы к АДФ или аденозиндифосфата, процесса, известного как фосфорилирование.
АТФ и его производные имеют широкий спектр применения в биохимии и медицине, многие из которых находятся в исследовательских стадиях, поскольку XXI век приближается к своему третьему десятилетию.
Клеточная энергетическая биология
Высвобождение энергии из пищи включает в себя разрыв химических связей в пищевых компонентах и использование этой энергии для синтеза молекул АТФ. Например, все углеводы окисленный в конце концов, углекислый газ (СО2) и вода (H2О). Жиры также окисляются, а их цепочки жирных кислот образуют молекулы ацетата, которые затем входят в аэробное дыхание в эукариотических митохондриях.
Продукты распада белков богаты азотом и используются для создания других белков и нуклеиновых кислот. Но некоторые из 20 аминокислот, из которых построены белки, могут быть модифицированы и вступать в клеточный метаболизм на уровне клеточного дыхания (например, после гликолиза)
гликолиз
Резюме: Гликолиз напрямую производит 2 спс для каждой молекулы глюкозы; он поставляет пируват и электронные носители для дальнейших метаболических процессов.
Гликолиз представляет собой серию из десяти реакций, в которых молекула глюкозы превращается в две молекулы трехуглеродной молекулы пирувата, что приводит к образованию 2 АТФ. Он состоит из ранней фазы «инвестирования», в которой 2 АТФ используются для присоединения фосфатных групп к сдвигающейся молекуле глюкозы, и более поздней фазы «возврата», в которой производное глюкозы расщепляется на пару трехуглеродных промежуточных соединений. дает 2 АТФ на трехуглеродные соединения и это 4 в целом.
Это означает, что суммарный эффект гликолиза заключается в получении 2 АТФ на молекулу глюкозы, поскольку 2 АТФ расходуются на инвестиционной фазе, но в общей сложности 4 АТФ образуются на этапе окупаемости.
Узнайте больше о гликолизе.
Ферментация
Резюме: Ферментация пополняет НАД+ для гликолиза; он не производит АТФ напрямую.
Когда недостаточно кислорода для удовлетворения потребностей в энергии, например, когда вы очень сильно бегаете или тяжело поднимаете вес, гликолиз может быть единственным доступным метаболическим процессом. Вот тут и начинается «ожог молочной кислоты», о котором вы, возможно, слышали. Если пируват не может войти в аэробное дыхание, как описано ниже, он превращается в лактат, который сам по себе не очень полезен, но гарантирует, что гликолиз может продолжаться путем подачи ключевая промежуточная молекула называется NAD+.
Цикл Кребса
Резюме: Цикл Кребса производит 1 спс за оборот цикла (и, следовательно, 2 АТФ на глюкозу «выше по течению», поскольку 2 пирувата могут образовывать 2 ацетил-КоА).
При нормальных условиях достаточного количества кислорода почти весь пируват, образующийся при гликолизе у эукариот, перемещается из цитоплазмы в органеллы («маленькие органы»), известные как митохондрии, где он превращается в двухуглеродную молекулу ацетил коэнзим А (ацетил-КоА) путем удаления и выделения СО2, Эта молекула соединяется с четырехуглеродной молекулой, называемой оксалоацетатом, для создания цитрата, первой ступени в так называемом цикле ТСА или цикле лимонной кислоты.
Это «колесо» реакций в конечном итоге превратило цитрат обратно в оксалоацетат, и на этом пути генерируется один АТФ вместе с четырьмя так называемыми электронными носителями высокой энергии (NADH и FADH).2).
Электронная транспортная цепь
Резюме: Цепочка переноса электронов дает около От 32 до 34 спс за «восходящую» молекулу глюкозы, что делает ее на сегодняшний день крупнейшим источником клеточной энергии у эукариот.
Электронные носители из цикла Кребса перемещаются из внутренней части митохондрий во внутреннюю мембрану органелл, в которой есть все виды специализированных ферментов, называемых цитохромами, готовыми к работе. Короче говоря, когда электроны в форме атомов водорода снимаются со своих носителей, это приводит к фосфорилированию молекул АДФ в значительную часть АТФ.
Кислород должен присутствовать в качестве конечного акцептора электронов в каскаде, происходящем через мембрану, чтобы происходила эта цепочка реакций. Если это не так, процесс клеточного дыхания «отступает», и цикл Кребса также не может происходить.