Inhoud
- Nutriënten versus brandstoffen
- Prokaryotische cellen versus eukaryotische cellen
- Wat is glucose?
- Wat is ATP?
- Cell Energy Biology
- glycolyse
- Fermentatie
- Citroenzuurcyclus
- Elektronen transportketting
Je hebt waarschijnlijk al sinds je jonge jaren begrepen dat het voedsel dat je eet "iets" moet worden dat veel kleiner is dan dat voedsel voor wat dan ook "in" voedsel is om je lichaam te kunnen helpen. Het is namelijk meer bepaald een enkele molecule van een type koolhydraat geclassificeerd als een suiker is de ultieme brandstofbron voor elke metabolische reactie die op elk moment in een cel optreedt.
Dat molecuul is glucose, een zes-koolstof molecuul in de vorm van een puntige ring. In alle cellen komt het binnen glycolyseen in meer complexe cellen neemt het ook deel aan fermentatie, fotosynthese en cellulaire ademhaling in verschillende mate in verschillende organismen.
Maar een andere manier om de vraag te beantwoorden: "Welk molecuul wordt door cellen gebruikt als energiebron?" interpreteert het als: "Welke molecule direct bevoegdheden de cellen eigen processen? "
Nutriënten versus brandstoffen
Dat "voedende" molecuul, dat net als glucose in alle cellen actief is, is ATPof adenosine trifosfaat, een nucleotide dat vaak "de energievaluta van cellen" wordt genoemd. Aan welk molecuul moet je denken als je je afvraagt: "Welk molecuul is de brandstof voor alle cellen?" Is het glucose of ATP?
Het beantwoorden van deze vraag is vergelijkbaar met het begrijpen van het verschil tussen zeggen: "Mensen halen fossiele brandstoffen uit de grond" en "Mensen halen fossiele brandstoffen uit kolencentrales." Beide verklaringen zijn waar, maar behandelen verschillende stadia in de energieomzettingsketen van metabole reacties. In levende wezens, glucose is het fundamentele voedingsstof, maar ATP is de basis brandstof.
Prokaryotische cellen versus eukaryotische cellen
Alle levende wezens behoren tot een van de twee brede categorieën: prokaryoten en eukaryoten. Prokaryoten zijn de eencellige organismen van de taxonomie domeinen Bacteriën en Archaea, terwijl eukaryoten allemaal vallen in het domein Eukaryota, dat dieren, planten, schimmels en protisten omvat.
Prokaryoten zijn klein en eenvoudig in vergelijking met eukaryoten; hun cellen zijn navenant minder complex. In de meeste gevallen is een prokaryotische cel hetzelfde als een prokaryotisch organisme, en de energiebehoefte van een bacterie is veel lager dan die van elke eukaryotische cel.
Prokaryotische cellen hebben dezelfde vier componenten die in alle natuurlijke cellen voorkomen: DNA, een celmembraan, cytoplasma en ribosomen. Hun cytoplasma bevat alle enzymen die nodig zijn voor glycolyse, maar de afwezigheid van mitochondriën en chloroplasten betekent dat glycolyse echt de enige metabole route is die beschikbaar is voor prokaryoten.
Lees meer over de overeenkomsten en verschillen tussen prokaryotische en eukaryotische cellen.
Wat is glucose?
Glucose is een zes-koolstof suiker in de vorm van een ring, in diagrammen weergegeven door een zeshoekige vorm. De chemische formule is C6H12O6, waardoor het een C / H / O-verhouding van 1: 2: 1 krijgt; dit is waar, of alle biomoleculen die als koolhydraten zijn geclassificeerd.
Glucose wordt beschouwd als een monosaccharide, wat betekent dat het niet kan worden gereduceerd tot verschillende, kleinere suikers door waterstofbruggen tussen verschillende componenten te verbreken. Fructose is een andere monosacharide; sucrose (tafelsuiker), die wordt gemaakt door glucose en fructose samen te voegen, wordt beschouwd als een disaccharide.
Glucose wordt ook "bloedsuiker" genoemd, omdat het deze stof is waarvan de concentratie in het bloed wordt gemeten wanneer een kliniek of ziekenhuislaboratorium de metabole status van een patiënt bepaalt. Het kan rechtstreeks in de bloedstroom worden toegediend in intraveneuze oplossingen omdat het niet hoeft te worden afgebroken voordat het in lichaamscellen komt.
Wat is ATP?
ATP is een nucleotide, wat betekent dat het bestaat uit een van vijf verschillende stikstofbasen, een vijf-koolstof suiker genaamd ribose en een tot drie fosfaatgroepen. De basen in nucleotiden kunnen adenine (A), cytosine (C), guanine (G), thymine (T) of uracil (U) zijn. Nucleotiden zijn de bouwstenen van het nucleïnezuur DNA en RNA; A, C en G worden in beide nucleïnezuren gevonden, terwijl T alleen in DNA en U alleen in RNA wordt gevonden.
De "TP" in ATP, zoals u hebt gezien, staat voor "trifosfaat" en geeft aan dat ATP het maximale aantal fosfaatgroepen heeft dat een nucleotide kan hebben - drie. De meeste ATP wordt gemaakt door de bevestiging van een fosfaatgroep aan ADP, of adenosinedifosfaat, een proces dat bekend staat als fosforylering.
ATP en zijn derivaten hebben een breed scala aan toepassingen in de biochemie en geneeskunde, waarvan vele zich in de verkennende stadia bevinden naarmate de 21e eeuw zijn derde decennium nadert.
Cell Energy Biology
De afgifte van energie uit voedsel omvat het verbreken van de chemische bindingen in voedselcomponenten en het benutten van deze energie voor de synthese van ATP-moleculen. Koolhydraten zijn bijvoorbeeld allemaal geoxideerde uiteindelijk kooldioxide (CO2) en water (H2O). Vetten worden ook geoxideerd, waarbij hun vetzuurketens acetaatmoleculen opleveren die vervolgens aerobe ademhaling binnenkomen in eukaryotische mitochondriën.
De afbraakproducten van eiwitten zijn rijk aan stikstof en worden gebruikt voor de opbouw van andere eiwitten en nucleïnezuren. Maar sommige van de 20 aminozuren waaruit eiwitten zijn opgebouwd, kunnen worden gemodificeerd en gaan cellulair metabolisme binnen op het niveau van cellulaire ademhaling (bijvoorbeeld na glycolyse)
glycolyse
Samenvatting: Glycolyse produceert direct 2 ATP voor elke molecule glucose; het levert pyruvaat en elektronendragers voor verdere metabole processen.
Glycolyse is een reeks van tien reacties waarbij een glucosemolecule wordt omgezet in twee moleculen van het pyruvaat met drie koolstofatomen, wat onderweg 2 ATP oplevert. Het bestaat uit een vroege "investerings" -fase waarin 2 ATP worden gebruikt om fosfaatgroepen aan het verschuivende glucosemolecuul te binden, en een latere "terugkeer" -fase waarin het glucosederivaat is gesplitst in een paar tussenverbindingen met drie koolstofatomen , levert 2 ATP per drie-koolstofverbindingen en deze 4 in totaal.
Dit betekent dat het netto-effect van glycolyse is om 2 ATP per glucosemolecuul te produceren, aangezien 2 ATP wordt verbruikt in de investeringsfase maar in totaal 4 ATP wordt gemaakt in de uitbetalingsfase.
Lees meer over glycolyse.
Fermentatie
Samenvatting: Fermentatie vult NAD aan+ voor glycolyse; het produceert geen ATP rechtstreeks.
Wanneer er onvoldoende zuurstof aanwezig is om aan de energiebehoefte te voldoen, zoals wanneer u heel hard loopt of zwaar weegt, is glycolyse mogelijk het enige beschikbare metabole proces. Dit is waar de "melkzuurverbranding" waarover je misschien hebt gehoord, binnenkomt. Als pyruvaat niet in aerobe ademhaling kan komen zoals hieronder beschreven, wordt het omgezet in lactaat, wat zelf niet veel goeds doet, maar ervoor zorgt dat glycolyse kan doorgaan met het leveren van een belangrijkste intermediaire molecule genaamd NAD+.
Citroenzuurcyclus
Samenvatting: De Krebs-cyclus produceert 1 ATP per draai van de cyclus (en dus 2 ATP per glucose "stroomopwaarts", aangezien 2 pyruvaat 2 acetyl CoA kan maken).
Onder normale omstandigheden van voldoende zuurstof beweegt bijna al het pyruvaat dat wordt gegenereerd in glycolyse in eukaryoten van het cytoplasma naar organellen ("kleine organen") bekend als mitochondria, waar het werd omgezet in het tweekoolstofmolecuul acetylco-enzym A (acetyl CoA) door CO af te strippen en vrij te geven2. Dit molecuul combineert met een vier-koolstofmolecuul genaamd oxaloacetaat om citraat te maken, de eerste stap in wat ook de TCA-cyclus of de citroenzuurcyclus wordt genoemd.
Dit "wiel" van reacties verminderde uiteindelijk het citraat terug naar oxaloacetaat, en onderweg wordt een enkele ATP gegenereerd samen met vier zogenaamde hoog-energetische elektronendragers (NADH en FADH2).
Elektronen transportketting
Samenvatting: De elektronentransportketen geeft ongeveer 32 tot 34 ATP per "stroomopwaartse" glucosemolecule, waardoor het verreweg de grootste bijdrage levert aan cellulaire energie in eukaryoten.
De elektronendragers uit de Krebs-cyclus bewegen van de binnenkant van mitochondria naar het binnenmembraan van de organellen, dat allerlei gespecialiseerde enzymen, cytochromen genaamd, klaar heeft staan om te werken. Kortom, wanneer de elektronen, in de vorm van waterstofatomen, van hun dragers worden verwijderd, drijft dit de fosforylering van ADP-moleculen in een groot deel van ATP aan.
Zuurstof moet aanwezig zijn als de laatste elektronenacceptor in de cascade die zich over het membraan voordoet om deze ketting van reacties te laten plaatsvinden. Als dit niet het geval is, wordt het proces van cellulaire ademhaling "achteruitgegaan" en kan de Krebs-cyclus ook niet optreden.