Mis on raku energia peamine allikas?

Sisu

• Toitained vs kütused
• Prokarüootsed rakud vs eukarüootsed rakud
• Mis on glükoos?
• Mis on ATP?
• Rakkude energiabioloogia
• Glükolüüs
• Käärimine
• Krebsi tsükkel
• Elektronide transpordiahel

Tõenäoliselt olete juba noorelt aru saanud, et söödav toit peab teie keha abistamiseks muutuma "millekski" palju väiksemaks kui toit, mis iganes on "toidus". Nagu juhtub, täpsemalt ühe tüüpi molekul süsivesikud klassifitseeritakse a suhkur on lõplik kütuseallikas mis tahes metaboolsetes reaktsioonides, mis toimuvad suvalises rakus igal ajal.

See molekul on glükoos, kuue süsiniku molekul vürtsika rõnga kujul. Kõigis rakkudes siseneb see glükolüüsja keerukamates lahtrites osaleb ka see käärimine, fotosüntees ja rakuhingamine erineval määral erinevates organismides.

Kuid küsimusele "Millist molekuli rakud energiaallikana kasutavad?" Saab vastata teistmoodi. tõlgendab seda järgmiselt: "Milline molekul otse kas rakkude enda protsessid võimendavad? "

Toitained vs kütused

See "toitev" molekul, mis nagu glükoos on aktiivne kõigis rakkudes, on ATPvõi adenosiintrifosfaat, nukleotiidi, mida sageli nimetatakse "rakkude energiavaluutaks". Millise molekuli peale peaksite mõtlema, kui küsite endalt: "Milline molekul on kõigi rakkude kütus?" Kas see on glükoos või ATP?

Sellele küsimusele vastamine sarnaneb arusaamisega, mis on erinev öeldes: "Inimesed saavad fossiilseid kütuseid maapinnast" ja "Inimesed saavad fossiilkütuste energiat söel töötavatest taimedest". Mõlemad väited on tõesed, kuid käsitlevad metaboolsete reaktsioonide energia muundamise ahela erinevaid etappe. Elavates asjades glükoos on põhiline toitaine, kuid põhiline on ATP kütus.

Prokarüootsed rakud vs eukarüootsed rakud

Kõik elusolendid kuuluvad ühte kahest laiast kategooriast: prokarüootid ja eukarüootid. Prokarüootid on taksonoomiliste üherakulised organismid domeenid Bakterid ja arhaea, samas kui kõik eukarüootid kuuluvad Eukarüota domeeni, kuhu kuuluvad loomad, taimed, seened ja protistid.

Prokarüootid on eukarüootidega võrreldes pisikesed ja lihtsad; nende rakud on vastavalt vähem keerulised. Enamikul juhtudel on prokarüootne rakk sama asi kui prokarüootne organism ja bakteri energiavajadus on palju väiksem kui mis tahes eukarüootsel rakul.

Prokarüootsetel rakkudel on samad neli komponenti, mida leidub kõigis loodusmaailma rakkudes: DNA, rakumembraan, tsütoplasma ja ribosoomid. Nende tsütoplasma sisaldab kõiki glükolüüsiks vajalikke ensüüme, kuid mitokondrite ja kloroplastide puudumine tähendab, et glükolüüs on tõesti ainus prokarüootidele kättesaadav metabolism.

Lugege lähemalt prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude sarnasuste ja erinevuste kohta.

Mis on glükoos?

Glükoos on ringikujuline kuue süsiniku suhkur, mis on diagrammidel kujutatud kuusnurkse kujuga. Selle keemiline valem on C₆H₁₂O₆, andes sellele C / H / O suhte 1: 2: 1; see kehtib tõepoolest või kõigi süsivesikuteks klassifitseeritud biomolekulide kohta.

Glükoosi peetakse a monosahhariid, mis tähendab, et seda ei saa redutseerida erinevateks väiksemateks suhkruteks, purustades vesiniksidemeid erinevate komponentide vahel. Fruktoos on veel üks monosahhariid; sahharoosi (lauasuhkur), mis saadakse glükoosi ja fruktoosi liitmisel, peetakse a disahhariid.

Glükoosi nimetatakse ka "veresuhkruks", kuna just selle ühendi kontsentratsiooni mõõdetakse veres, kui kliinikus või haiglalaboris määratakse patsientide metaboolne seisund. Seda saab infundeerida otse vereringesse intravenoossete lahustena, kuna see ei vaja enne keharakkudesse sisenemist lagunemist.

Mis on ATP?

ATP on a nukleotiid, mis tähendab, et see koosneb ühest viiest erinevast lämmastikalusest, viiest süsinikust koosnevast suhkrust, mida nimetatakse riboosiks, ja ühest kuni kolmest fosfaadirühmast. Nukleotiidide alused võivad olla kas adeniin (A), tsütosiin (C), guaniin (G), tümiin (T) või uratsiil (U). Nukleotiidid on nukleiinhapete DNA ja RNA ehitusplokid; A, C ja G leidub mõlemas nukleiinhappes, samas kui T leidub ainult DNA-s ja U ainult RNA-s.

Nagu nägite, tähistab ATP "TP" "trifosfaati" ja näitab, et ATP-l on maksimaalne arv fosfaatrühmi, mida nukleotiidil võib olla - kolm. Enamik ATP-d saadakse fosfaatrühma liitumisel ADP-ga ehk adenosiindifosfaadiga, mida nimetatakse fosforüülimiseks.

ATP-l ja selle derivaatidel on lai valik biokeemia ja meditsiini rakendusi, millest paljud on alles uurimisetappides 21. sajandi lähenedes oma kolmandale kümnendile.

Rakkude energiabioloogia

Toidust eralduv energia hõlmab toidukomponentide keemiliste sidemete purustamist ja selle energia kasutamist ATP-molekulide sünteesiks. Näiteks süsivesikud on kõik oksüdeerunud lõpuks süsinikdioksiidiks (CO₂) ja vesi (H₂O). Samuti oksüdeeritakse rasvad, nende rasvhapete ahelad annavad atsetaatmolekulid, mis seejärel hakkavad aeroobselt hingama eukarüootsetes mitokondrites.

Valkude lagunemissaadused on rikkad lämmastikus ja neid kasutatakse teiste valkude ja nukleiinhapete ehitamiseks. Kuid mõnda neist 20 aminohappest, millest proteiinid on ehitatud, saab modifitseerida ja siseneda rakkude metabolismi raku hingamise tasemel (nt pärast glükolüüsi)

Glükolüüs

Kokkuvõte: Glükolüüs tekitab otseselt 2 ATP iga glükoosimolekuli kohta; see tarnib püruvaadi ja elektronide kandjaid edasisteks metaboolseteks protsessideks.

Glükolüüs on kümne reaktsiooni seeria, milles glükoosi molekul muundatakse kolme süsiniku molekuli püruvaadi kaheks molekuliks, saades 2 ATP. See koosneb varasest "investeerimisfaasist", milles 2 ATP-d kasutatakse fosfaatrühmade kinnitamiseks liikuva glükoosimolekuli külge, ja hilisemast "tagasivoolu" faasist, milles glükoosi derivaat on jagatud kolme süsiniku vaheühendi paariks , annab 2 ATP kolme süsinikuühendi kohta ja see on kokku 4.

See tähendab, et glükolüüsi netomõju annab 2 ATP-d glükoosimolekuli kohta, kuna investeerimisfaasis tarbitakse 2 ATP-d, kuid väljamaksefaasis tehakse kokku 4 ATP-d.

Lisateavet glükolüüsi kohta.

Käärimine

Kokkuvõte: Käärimine täiendab NAD-i⁺ glükolüüsi jaoks; see ei tooda otse ATP-d.

Kui energiavajaduse rahuldamiseks ei ole piisavalt hapnikku, näiteks kui treenite väga kõvasti või pingutate raskustega, võib glükolüüs olla ainus saadaolev ainevahetusprotsess. Siin tuleb ette piimhappepõletus, millest olete ehk kuulnud. Kui püruvaat ei pääse aeroobsesse hingamisse vastavalt allpool kirjeldatule, muundatakse see laktaadiks, mis iseenesest ei tee palju head, kuid tagab glükolüüsi jätkumise, pakkudes võtme-vahemolekul nimega NAD⁺.

Krebsi tsükkel

Kokkuvõte: Krebsi tsükkel toodab 1 ATP tsükli pöörde kohta (ja seega 2 ATP glükoosi kohta "ülesvoolu", kuna 2 püruvaati võivad teha 2 atsetüül-CoA).

Piisava hapniku normaalsetes tingimustes liigub peaaegu kogu eukarüootides glükolüüsi käigus tekkiv püruvaat tsütoplasmast mitokondriteks tuntud organellideks ("väikesteks organiteks"), kus see muundub kahe süsiniku molekuliks atsetüülkoensüüm A (atsetüül-CoA), eemaldades ja vabastades CO₂. See molekul ühineb nelja süsiniku molekuliga, mida nimetatakse oksaloatsetaadiks, et saada tsitraat, mis on esimene samm nn TCA tsüklis või sidrunhappe tsüklis.

See reaktsioonide "ratas" redutseeris tsitraadi lõpuks tagasi oksaloatsetaadiks ja kogu tee jooksul moodustatakse üks ATP koos nelja niinimetatud suure energiaga elektronkandjaga (NADH ja FADH₂).

Elektronide transpordiahel

Kokkuvõte: Elektronide transpordiahel annab umbes 32 kuni 34 ATP "ülesvoolu" glükoosimolekuli kohta, muutes selle eukarüootides ülekaalukalt suurimaks raku energiaallikaks.

Krebsi tsükli elektronkandjad liiguvad mitokondrite seest organellide sisemisse membraani, kus on olemas igasugused spetsiaalsed ensüümid, mida nimetatakse tsütokroomideks, töövalmis. Lühidalt, kui elektronid vesinikuaatomite kujul eemaldatakse nende kandjatelt, muudab see ADP molekulide fosforüülimise suureks osaks ATP-st.

Selle reaktsioonide ahela toimumiseks peab kaskaadis lõpliku elektronaktseptorina kohal olema hapnik, mis toimub üle membraani. Kui seda pole, siis rakulise hingamise protsess "varundub" ja ka Krebsi tsükkel ei saa toimuda.