מה המקור העיקרי לאנרגיית התא?

תוֹכֶן

• תזונה לעומת דלקים
• תאים פרוקריוטיים לעומת תאים אוקראוטיים
• מה זה גלוקוז?
• מה זה ATP?
• ביולוגיה של אנרגיית התא
• גליקוליזה
• תסיסה
• מחזור קרבס
• שרשרת העברת אלקטרונים

בטח הבנתם מאז שהייתם צעירים שהאוכל שאתם אוכלים צריך להפוך ל”משהו ”קטן בהרבה מהאוכל לכל מה שיש במזון בכדי להיות מסוגל לעזור לגופכם. כפי שקורה, ליתר דיוק, מולקולה בודדת מסוג פחמימות המסווג כ סוכר הוא מקור הדלק האולטימטיבי בכל תגובה מטבולית המתרחשת בכל תא ובכל זמן.

המולקולה הזו היא גלוקוזה, מולקולת שש-פחמן בצורת טבעת חודרנית. בכל התאים הוא נכנס גליקוליזה, ובתאים מורכבים יותר הוא גם משתתף בהם תסיסה, פוטוסינתזה ו נשימה תאית בדרגות שונות באורגניזמים שונים.

אבל דרך שונה לענות על השאלה "איזו מולקולה משמשת תאים כמקור אנרגיה?" מפרש את זה כ"איזה מולקולה בצורה ישירה הכוח לתאים תהליכים? "

תזונה לעומת דלקים

אותה מולקולה "המפעילה", שכמו גלוקוז פעילה בכל התאים, היא ATP, או אדנוזין טרי פוספט, נוקלאוטיד המכונה לעתים קרובות "מטבע האנרגיה של תאים." על איזו מולקולה אתה צריך לחשוב, אם כן, כשאתה שואל את עצמך, "איזו מולקולה היא הדלק לכל התאים?" האם זה גלוקוז או ATP?

תשובה לשאלה זו דומה להבנת ההבדל בין אמירת "בני אדם מקבלים דלקים מאובנים מהאדמה" לבין "בני אדם משיגים אנרגיית דלק מאובנים ממפעלים המונעים על פחם." שתי ההצהרות נכונות, אך מתייחסות לשלבים שונים בשרשרת ההמרה האנרגית של תגובות מטבוליות. בדברים חיים, הגלוקוז הוא היסוד מזין, אבל ATP הוא הבסיסי לתדלק.

תאים פרוקריוטיים לעומת תאים אוקראוטיים

כל היצורים החיים שייכים לאחת משתי קטגוריות רחבות: פרוקריוטות ואוקריוטות. פרוקריוטות הם האורגניזמים החד-תאיים של הטקסונומי דומיינים חיידקים וארכאאה, ואילו האיקריוטים כולם נופלים לתחום האוקריוטה, הכולל בעלי חיים, צמחים, פטריות ופרוטסטים.

פרוקריוטות הם זעירים ופשוטים בהשוואה לאוקריוטות; התאים שלהם פחות מורכבים. ברוב המקרים, תא פרוקריוטי הוא אותו דבר כמו אורגניזם פרוקריוטי, וצרכי ​​האנרגיה של חיידק נמוכים בהרבה מאלו של כל תא אאוקריוטי.

לתאים הפרוקריוטיים יש אותם ארבעת המרכיבים שנמצאים בכל התאים בעולם הטבעי: DNA, קרום תאים, ציטופלזמה וריבוזומים. הציטופלזמה שלהם מכילה את כל האנזימים הדרושים לגליקוליזה, אולם היעדר מיטוכונדריה וכלורופלסטים פירושו שגליקוליזה היא באמת הדרך המטבולית היחידה העומדת לרשות הפרוקריוטים.

קרא עוד על הדמיון וההבדלים בין תאים פרוקריוטים ואוקריוטיים.

מה זה גלוקוז?

גלוקוזה היא סוכר בן שש פחמן בצורת טבעת, המיוצג בתרשימים על ידי צורה משושה. הנוסחה הכימית שלה היא C₆ח₁₂הו₆, נותן לו יחס C / H / O של 1: 2: 1; זה נכון, למעשה, או כל ביומולקולות המסווגות כפחמימות.

גלוקוז נחשב א מונוסכרידכלומר, אי אפשר לצמצם אותו לסוכרים שונים וקטנים יותר על ידי שבירת קשרי מימן בין רכיבים שונים. פרוקטוז הוא מונוסכריד נוסף; סוכרוז (סוכר טבלה), המיוצר על ידי הצטרפות לגלוקוז ופרוקטוז, נחשב ל דיסכריד.

גלוקוז נקרא גם "סוכר בדם", מכיוון שמדובר בתרכובת זו שריכוזה נמדד בדם כאשר מרפאה או מעבדה בבית חולים קובעים את מצב המטבוליזם של המטופלים. ניתן להחדיר אותו ישירות לזרם הדם בתמיסות תוך ורידיות מכיוון שהוא אינו זקוק להתמוטטות לפני הכניסה לתאי הגוף.

מה זה ATP?

ATP הוא א נוקליאוטידכלומר, זה מורכב מחמישה בסיסים חנקניים שונים, סוכר בן חמש פחמן הנקרא ריבוז ואחת עד שלוש קבוצות פוספט. הבסיסים בנוקלאוטידים יכולים להיות אדנין (A), ציטוזין (C), גואנין (G), תימין (T) או אורציל (U). נוקלאוטידים הם אבני הבניין של חומצות הגרעין DNA ו- RNA; A, C ו- G נמצאים בשתי חומצות הגרעין, ואילו T נמצא רק ב- DNA ו- U רק ב- RNA.

ה- "TP" ב- ATP, כפי שראית, מהווה "טריפוספט" ומצביע על כך של- ATP יש את המספר המרבי של קבוצת פוספט שיכולה להיות לנוקלאוטיד - שלוש. מרבית ה- ATP מתבצע על ידי חיבור של קבוצת פוספטים ל- ADP, או אדנוזין דיפוספט, תהליך המכונה זרחן.

ל- ATP ולנגזרותיו מגוון רחב של יישומים בתחום הביוכימיה והרפואה, שרבים מהם נמצאים בשלבי גישוש כאשר המאה ה -21 מתקרבת לעשור השלישי שלה.

ביולוגיה של אנרגיית התא

שחרור אנרגיה ממזון כרוך בשבירת הקשרים הכימיים ברכיבי המזון וריצום אנרגיה זו לסינתזה של מולקולות ATP. לדוגמה, פחמימות הן הכל מחומצן בסוף פחמן דו חמצני (CO₂) ומים (ח₂O). שומנים מחומצנים גם הם, כאשר שרשראות חומצות השומן שלהם מניבות מולקולות אצטט אשר נכנסות לאחר מכן לנשימה אירובית במיטוכונדריה אקולוגית.

תוצרי פירוק חלבונים עשירים בחנקן ומשמשים לבניית חלבונים וחומצות גרעין אחרים. אך ניתן לשנות את חלק מ -20 חומצות האמינו שממנו החלבונים בנויים, ולהיכנס למטבוליזם התאית ברמת הנשימה התאית (למשל, לאחר גליקוליזה)

גליקוליזה

סיכום: גליקוליזה מייצרת באופן ישיר 2 ATP לכל מולקולת גלוקוזה; הוא מספק נשאי פירובט ואלקטרונים לתהליכים מטבוליים נוספים.

גליקוליזה היא סדרה של עשר תגובות בהן מולקולת גלוקוז הופכת לשתי מולקולות של מולקולת תלת-הפחמן פירובט, ומניבה 2 ATP לאורך הדרך. זה מורכב משלב "השקעה" מוקדם בו 2 ATP משמשים לחיבור קבוצות פוספט למולקולת הגלוקוז המתהפכת, ומשלב "חזרה" מאוחר יותר בו נגזרת הגלוקוזה, שנחלקה לזוג של תרכובות ביניים של שלוש פחמן , מניב 2 ATP לתרכובות שלוש-פחמן ו -4 בסך הכל.

המשמעות היא שהאפקט הנקי של הגליקוליזה הוא לייצר 2 ATP למולקולת גלוקוז, שכן 2 ATP נצרכים בשלב ההשקעה אך בסך הכל 4 ATP נעשים בשלב התשלום.

קרא עוד אודות גליקוליזה.

תסיסה

סיכום: התסיסה מחדשת את NAD⁺ לגליקוליזה; זה לא מייצר ATP באופן ישיר.

כאשר אין מספיק חמצן בכדי לספק את דרישות האנרגיה, כמו שאתה פועל קשה מאוד או מרים משקולות בצורה מאומצת, גליקוליזה עשויה להיות התהליך המטבולי היחיד הקיים. כאן נכנס "שורף חומצת החלב" ששמעת עליו. אם פירובט לא יכול להיכנס לנשימה אירובית כמתואר להלן, הוא מומר ללקטט, שבעצמו לא עושה הרבה טוב אבל מבטיח שהגליקוליזה יכולה להמשיך על ידי אספקת מולקולת ביניים מרכזית הנקראת NAD⁺.

מחזור קרבס

סיכום: מחזור קרבס מייצר 1 ATP לסיבוב המחזור (וכך 2 ATP לגלוקוז "במעלה הזרם", מכיוון ש -2 פירובייט יכולים ליצור 2 CoA אצטיל).

בתנאים רגילים של חמצן מתאים מספיק כמעט כל הפירובט הנוצר בגיריקוליזה באיקריוטים עובר מהציטופלזמה לאברונים ("איברים קטנים") המכונים מיטוכונדריה, שם הוסב למולקולת הדו-פחמנית אצטיל קואנזים A (Acetyl CoA) על ידי הפשטה ושחרור של CO₂. מולקולה זו משתלבת עם מולקולת ארבע פחמן הנקראת אוקסלואצטט ליצירת ציטראט, הצעד הראשון במה שמכונה גם מחזור TCA או מחזור חומצת לימון.

"גלגל" התגובות הזה הפחית בסופו של דבר את הציטרט בחזרה לאוקסלואצטט, ולאורך הדרך נוצר ATP יחיד יחד עם ארבעה נשאי אלקטרונים מה שנקרא אנרגיה גבוהה (NADH ו- FADH)₂).

שרשרת העברת אלקטרונים

סיכום: שרשרת הובלת האלקטרונים מניבה בערך 32 עד 34 ATP לכל מולקולת גלוקוז "במעלה הזרם", מה שהופך אותה ללא ספק לתורמת הגדולה ביותר לאנרגיה התאית באיקריוטים.

נשאי האלקטרונים ממעגל הקרבס עוברים מבפנים של המיטוכונדריה לממברנה הפנימית של האברונים, שיש בה כל מיני אנזימים מיוחדים הנקראים ציטוכרומים מוכנים לעבודה. בקיצור, כאשר האלקטרונים, בצורת אטומי מימן, מורידים מהנשאים שלהם, הדבר מכריח את הזרחן של מולקולות ADP להרבה מאוד ATP.

החמצן חייב להיות נוכח כמקבל האלקטרונים הסופי במפל המתרחש על פני הממברנה בכדי שתתרחש שרשרת תגובות זו. אם לא, תהליך הנשימה הסלולרית "מגבה", וגם מחזור הקרבס לא יכול להתרחש.