Innehåll
- Näringsämnen mot bränslen
- Prokaryotiska celler kontra eukaryota celler
- Vad är glukos?
- Vad är ATP?
- Cell Energibiologi
- glykolys
- Jäsning
- Krebs Cycle
- Elektron transport kedja
Du har antagligen förstått sedan du var ung att maten du äter måste bli "något" mycket mindre än den maten för vad som helst "i" mat för att kunna hjälpa din kropp. När det händer, mer specifikt, en enda molekyl av en typ av kolhydrat klassificeras som en socker är den ultimata källan till bränsle i vilken metabolisk reaktion som helst som förekommer i vilken cell som helst.
Den molekylen är det glukos, en sexkolfmolekyl i form av en pigg ring. I alla celler kommer den in glykolys, och i mer komplexa celler deltar den också i jäsning, fotosyntes och cellandningen i varierande grad i olika organismer.
Men ett annat sätt att besvara frågan "Vilken molekyl används av celler som energikälla?" tolkar det som "Vilken molekyl direkt driver cellernas egna processer? "
Näringsämnen mot bränslen
Den "drivande" molekylen, som liksom glukos är aktiv i alla celler, är ATP, eller adenosintrifosfat, en nukleotid som ofta kallas "energin valuta för celler." Vilken molekyl bör du tänka på, då du frågar dig själv, "Vilken molekyl är bränslet för alla celler?" Är det glukos eller ATP?
Att besvara denna fråga liknar skillnaden mellan att säga "Människor får fossila bränslen från marken" och "Människor får fossil bränsleenergi från kolkraftverk." Båda uttalandena är sanna, men behandlar olika stadier i energiomvandlingskedjan för metaboliska reaktioner. I levande saker, glukos är det grundläggande näringsämne, men ATP är det grundläggande bränsle.
Prokaryotiska celler kontra eukaryota celler
Alla levande saker tillhör en av två breda kategorier: prokaryoter och eukaryoter. Prokaryoter är encelliga organismer av taxonomiska domäner Bakterier och archaea, medan eukaryoter alla faller inom domänen Eukaryota, som inkluderar djur, växter, svampar och protister.
Prokaryoter är små och enkla jämfört med eukaryoter; deras celler är motsvarande mindre komplexa. I de flesta fall är en prokaryotisk cell samma sak som en prokaryotisk organisme, och energibehovet för en bakterie är mycket lägre än hos någon eukaryot cell.
Prokaryotiska celler har samma fyra komponenter som finns i alla celler i den naturliga världen: DNA, ett cellmembran, cytoplasma och ribosomer. Deras cytoplasma innehåller alla de enzymer som behövs för glykolys, men frånvaron av mitokondrier och kloroplaster innebär att glykolys verkligen är den enda metabola vägen som är tillgänglig för prokaryoter.
Läs mer om likheter och skillnader mellan prokaryota och eukaryota celler.
Vad är glukos?
Glukos är ett sexkolsocker i form av en ring, representerat i diagram med en hexagonal form. Dess kemiska formel är C6H12O6, vilket ger det ett C / H / O-förhållande på 1: 2: 1; detta är faktiskt sant eller alla biomolekyler klassificerade som kolhydrater.
Glukos anses vara en monosackarid, vilket betyder att det inte kan reduceras till olika, mindre sockerarter genom att bryta vätebindningar mellan olika komponenter. Fruktos är en annan monosackarid; sackaros (bordsocker), som framställs genom att förena glukos och fruktos, betraktas som en disackarid.
Glukos kallas också "blodsocker", eftersom det är denna förening vars koncentration mäts i blodet när en klinik eller sjukhuslaboratorium bestämmer patientens metaboliska status. Det kan injiceras direkt i blodströmmen i intravenösa lösningar eftersom det inte kräver någon nedbrytning innan kroppen går in i kroppen.
Vad är ATP?
ATP är en nukleotid, vilket innebär att det består av en av fem olika kvävebaser, ett femkolsocker som kallas ribos och en till tre fosfatgrupper. Baserna i nukleotiderna kan vara antingen adenin (A), cytosin (C), guanin (G), tymin (T) eller uracil (U). Nukleotider är byggstenarna i nukleinsyrorna DNA och RNA; A, C och G finns i båda nukleinsyrorna, medan T endast finns i DNA och U endast i RNA.
"TP" i ATP, som du har sett, står för "trifosfat" och indikerar att ATP har det maximala antalet fosfatgrupper som en nukleotid kan ha - tre. De flesta ATP görs genom fästning av en fosfatgrupp till ADP, eller adenosindifosfat, en process som kallas fosforylering.
ATP och dess derivat har ett brett spektrum av tillämpningar inom biokemi och medicin, av vilka många befinner sig i utforskande stadier när 2000-talet närmar sig det tredje decenniet.
Cell Energibiologi
Frigöring av energi från mat innebär att de kemiska bindningarna i matkomponenter bryts och utnyttja denna energi för syntes av ATP-molekyler. Till exempel är kolhydrater alla oxiderad till slut koldioxid (CO2) och vatten (H2O). Fetter oxideras också med sina fettsyrakedjor som ger acetatmolekyler som sedan går in i aerob andning i eukaryota mitokondrier.
Proteins nedbrytningsprodukter är rika på kväve och används för att bygga andra proteiner och nukleinsyror. Men några av de 20 aminosyrorna som proteiner är byggda från kan modifieras och gå in i cellulär metabolism på cellulär andning (t.ex. efter glykolys)
glykolys
Sammanfattning: Glykolys producerar direkt 2 ATP för varje molekyl glukos; det levererar pyruvat- och elektronbärare för ytterligare metaboliska processer.
Glykolys är en serie av tio reaktioner där en glukosmolekyl omvandlas till två molekyler av tre-kolmolekylen pyruvat, vilket ger 2 ATP på vägen. Den består av en tidig "investering" -fas där 2 ATP används för att fästa fosfatgrupper till den skiftande glukosmolekylen, och en senare "retur" -fas där glukosderivatet har delats upp i ett par tre-kol-mellanföreningar , ger 2 ATP per tre-kolföreningar och detta totalt sett.
Detta innebär att nettoeffekten av glykolys är att producera 2 ATP per glukosmolekyl, eftersom 2 ATP konsumeras i investeringsfasen men totalt 4 ATP görs i utbetalningsfasen.
Läs mer om glykolys.
Jäsning
Sammanfattning: Fermentering fyller NAD+ för glykolys; det producerar ingen ATP direkt.
När det inte finns tillräckligt med syre för att tillfredsställa energikraven, som när du kör mycket hårt eller lyfter kraftigt vikter, kan glykolys vara den enda tillgängliga metaboliska processen. Det är här den "mjölksyraförbränningen" du kanske har hört talas om kommer in. Om pyruvat inte kan gå in i aerob andning enligt beskrivningen nedan omvandlas den till laktat, vilket i sig inte gör mycket bra men säkerställer att glykolys kan fortsätta genom att tillhandahålla en nyckel mellanliggande molekyl som kallas NAD+.
Krebs Cycle
Sammanfattning: Krebs-cykeln producerar 1 ATP per varv av cykeln (och därmed 2 ATP per glukos "uppströms", eftersom 2 pyruvat kan göra 2 acetyl CoA).
Under normala förhållanden med tillräckligt med syre flyttar nästan allt pyruvat som genereras i glykolys i eukaryoter från cytoplasma till organeller ("lilla organ") känt som mitokondrier, där det omvandlades till två-kolmolekylen acetylkoenzym A (acetyl CoA) genom att avlägsna och släppa CO2. Denna molekyl kombineras med en fyra-kolmolekyl som kallas oxaloacetat för att skapa citrat, det första steget i det som också kallas TCA-cykeln eller citronsyracykeln.
Detta "hjul" av reaktioner reducerade så småningom citrat tillbaka till oxaloacetat, och längs vägen genereras en enda ATP tillsammans med fyra så kallade högenergi-elektronbärare (NADH och FADH2).
Elektron transport kedja
Sammanfattning: Elektrontransportkedjan ger cirka 32 till 34 ATP per "uppströms" glukosmolekyl, vilket gör den till den klart största bidragaren till cellulär energi i eukaryoter.
Elektronbärarna från Krebs-cykeln rör sig från mitokondrierna till det inre membranet i organellerna, som har alla typer av specialiserade enzymer som kallas cytokromer redo att arbeta. Kort sagt, när elektronerna, i form av väteatomer, tas bort från sina bärare, driver detta fosforyleringen av ADP-molekyler till en hel del ATP.
Syre måste vara närvarande som den slutliga elektronacceptorn i kaskaden som inträffar över membranet för att denna reaktionskedja ska inträffa. Om så inte är fallet, kan processen med andningsskydd "säkerhetskopieras", och Krebs-cykeln kan inte heller ske.