المحتوى
- المغذيات مقابل الوقود
- خلايا بدائية النواة مقابل خلايا حقيقية النواة
- ما هو الجلوكوز؟
- ما هو اعبي التنس المحترفين؟
- بيولوجيا طاقة الخلية
- تحلل
- تخمير
- دورة كريبس
- سلسلة نقل الإلكترون
ربما تكون قد فهمت منذ صغارك أن الطعام الذي تتناوله يجب أن يصبح "شيئًا" أصغر بكثير من ذلك الغذاء لأي شيء موجود في الطعام حتى تتمكن من مساعدة جسمك. كما يحدث ، بشكل أكثر تحديدا ، جزيء واحد من نوع كربوهيدرات تصنف على أنها السكر هو المصدر النهائي للوقود في أي تفاعل استقلابي يحدث في أي خلية في أي وقت.
هذا الجزيء هو جلوكوز، جزيء ستة الكربون في شكل حلقة شائك. في جميع الخلايا ، يدخل تحللوفي الخلايا الأكثر تعقيدًا تشارك أيضًا في التخمير ، التمثيل الضوئي و التنفس الخلوي بدرجات متفاوتة في الكائنات الحية المختلفة.
ولكن هناك طريقة مختلفة للإجابة على السؤال "أي جزيء تستخدمه الخلايا كمصدر للطاقة؟" يتم تفسيره كـ ، "ما الجزيء مباشرة القوى الخلايا العمليات الخاصة؟ "
المغذيات مقابل الوقود
إن جزيء "التشغيل" ، الذي يشبه الجلوكوز نشط في جميع الخلايا ، هو جزيء نشط ATPأو أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وغالبا ما تسمى النيوكليوتيدات "عملة الطاقة للخلايا". ما هو الجزيء الذي يجب أن تفكر فيه ، ثم عندما تسأل نفسك ، "ما هو الجزيء الذي هو الوقود لجميع الخلايا؟" هل هو الجلوكوز أم ATP؟
يشبه الرد على هذا السؤال فهم الفرق بين قول "البشر يحصلون على الوقود الأحفوري من الأرض" و "البشر يحصلون على طاقة الوقود الأحفوري من المصانع التي تعمل بالفحم". كلتا العبارتين صحيحتان ، لكنهما تعالجان مراحل مختلفة في سلسلة تحويل الطاقة للتفاعلات الأيضية. في الكائنات الحية ، الجلوكوز هو الأساس العناصر الغذائية، ولكن اعبي التنس المحترفين هو الأساسية وقود.
خلايا بدائية النواة مقابل خلايا حقيقية النواة
جميع الكائنات الحية تنتمي إلى واحدة من فئتين عريضتين: بدائيات النوى والنواة. بدائيات النوى هي كائنات وحيدة الخلية في التصنيف المجالات البكتيريا والأركايا ، في حين أن جميع حقيقيات النوى تقع في نطاق Eukaryota ، والذي يشمل الحيوانات والنباتات والفطريات والبروتينات.
بدائيات النوى صغيرة وبسيطة مقارنة بنواة حقيقيات النوى. خلاياهم هي في المقابل أقل تعقيدا. في معظم الحالات ، تكون الخلية بدائية النواة هي نفس كائن الكائن بدائية النواة ، واحتياجات الطاقة من البكتيريا أقل بكثير من احتياجات أي خلية حقيقية النواة.
الخلايا بدائية النواة لها نفس المكونات الأربعة الموجودة في جميع الخلايا في العالم الطبيعي: الحمض النووي ، غشاء الخلية ، السيتوبلازم والريبوسومات. يحتوي السيتوبلازم على جميع الإنزيمات اللازمة لتحلل السكر ، لكن عدم وجود الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء يعني أن تحلل الغليوكوز هو بالفعل المسار الأيضي الوحيد المتاح لبدائل النواة.
اقرأ المزيد عن أوجه التشابه والاختلاف بين الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة.
ما هو الجلوكوز؟
الجلوكوز عبارة عن سكر بستة كربون في شكل حلقة ، ويتم تمثيله في المخططات على شكل سداسي. الصيغة الكيميائية هي C6هيدروجين12O6، مما يعطيها نسبة C / H / O من 1: 2: 1 ؛ هذا صحيح ، في الواقع ، أو جميع الجزيئات الحيوية المصنفة على أنها كربوهيدرات.
يعتبر الجلوكوز أ أحادي السكاريدبمعنى أنه لا يمكن اختزاله إلى سكريات مختلفة أصغر من خلال كسر روابط الهيدروجين بين المكونات المختلفة. الفركتوز هو monosaccharide آخر. يعتبر السكروز (سكر المائدة) ، الذي يتم عن طريق الربط بين الجلوكوز والفركتوز ، أ سكر ثنائي.
يُسمى الجلوكوز أيضًا "نسبة السكر في الدم" ، لأنه هذا المركب الذي يتم قياس تركيزه في الدم عندما تحدد عيادة أو معمل بالمستشفى حالة المريض الأيضية. يمكن ضخه مباشرة في مجرى الدم في محاليل وريدية لأنه لا يتطلب أي انهيار قبل دخول خلايا الجسم.
ما هو اعبي التنس المحترفين؟
اعبي التنس المحترفين النوكليوتيدات، وهذا يعني أنه يتكون من واحدة من خمس قواعد مختلفة للنيتروجين ، والسكر من خمسة الكربون يسمى الريبوز والفصائل إلى ثلاث مجموعات. يمكن أن تكون القواعد الموجودة في النيوكليوتيدات إما الأدينين (A) ، السيتوزين (C) ، الجوانين (G) ، الثيمين (T) أو اليوراسيل (U). النيوكليوتيدات هي اللبنات الأساسية للأحماض النووية DNA و RNA. تم العثور على A و C و G في كل من الأحماض النووية ، بينما يوجد T فقط في DNA و U فقط في RNA.
كما يشير مصطلح "TP" في ATP ، كما رأيت ، إلى "ثلاثي الفوسفات" ويشير إلى أن ATP يحتوي على أكبر عدد ممكن من مجموعة الفوسفات التي يمكن أن تحتوي عليها النيوكليوتيدات - ثلاثة. يتكون معظم ATP من خلال ربط مجموعة فوسفات بـ ADP ، أو ثنائي فوسفات الأدينوزين ، وهي عملية تعرف باسم الفسفرة.
ATP ومشتقاته لديها مجموعة واسعة من التطبيقات في الكيمياء الحيوية والطب ، والعديد منها في المراحل الاستكشافية مع اقتراب القرن الحادي والعشرين من العقد الثالث.
بيولوجيا طاقة الخلية
ينطوي إطلاق الطاقة من الغذاء على كسر الروابط الكيميائية في المكونات الغذائية وتسخير هذه الطاقة لتخليق جزيئات ATP. على سبيل المثال ، الكربوهيدرات كلها المؤكسد في النهاية إلى ثاني أكسيد الكربون (CO2) والمياه (ح2O). تتأكسد الدهون أيضًا ، حيث تسفر سلاسل الأحماض الدهنية عن جزيئات خلات والتي تدخل بعدها في التنفس الهوائي في الميتوكوندريا حقيقية النواة.
منتجات تحلل البروتينات غنية بالنيتروجين وتستخدم لبناء البروتينات والأحماض النووية الأخرى. لكن بعض الأحماض الأمينية الـ 20 التي تصنع منها البروتينات يمكن تعديلها وإدخال الأيض الخلوي على مستوى التنفس الخلوي (على سبيل المثال ، بعد تحلل السكر)
تحلل
ملخص: تحلل السكر ينتج مباشرة 2 اعبي التنس المحترفين لكل جزيء الجلوكوز. انها تزود البيروفات وناقلات الإلكترون لمزيد من عمليات التمثيل الغذائي.
إن تحلل السكر عبارة عن سلسلة من عشرة تفاعلات يتحول فيها جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من جزيء بيروفيت ذو جزيئات الكربون الثلاثة ، وينتج عن ذلك 2 ATP على طول الطريق. يتكون من مرحلة "استثمار" مبكرة يتم فيها استخدام 2 ATP لربط مجموعات الفوسفات بجزيء الجلوكوز المتحول ، ومرحلة "العودة" اللاحقة التي يتم فيها اشتقاق مشتق الجلوكوز ، إلى زوج من المركبات الوسيطة بثلاثة كربونات ، ينتج 2 ATP لكل ثلاثة مركبات الكربون وهذا 4 بشكل عام.
وهذا يعني أن التأثير الصافي لانحلال السكر هو إنتاج 2 ATP لكل جزيء جلوكوز ، حيث يتم استهلاك 2 ATP في مرحلة الاستثمار ولكن يتم إجراء ما مجموعه 4 ATP في مرحلة المردود.
اقرأ المزيد عن تحلل السكر.
تخمير
ملخص: التخمير تغذي NAD+ لتحلل السكر. أنها لا تنتج ATP مباشرة.
عندما يكون الأكسجين غير كافٍ لتلبية متطلبات الطاقة ، كما هو الحال عند الركض بقوة أو رفع الأثقال بقوة ، قد يكون التحلل الغذائي عملية الأيض الوحيدة المتاحة. هذا هو المكان الذي يأتي فيه "حرق حامض اللبنيك" الذي قد تكون سمعت عنه. إذا لم تتمكن البيروفات من دخول التنفس الهوائي كما هو موصوف أدناه ، فإنه يتم تحويله إلى لاكتات ، وهو ما لا يؤدي في حد ذاته إلى الكثير من الخير ولكنه يضمن استمرار التحلل جزيء وسيط رئيسي يسمى NAD+.
دورة كريبس
ملخص: وتنتج دورة كريبس 1 اعبي التنس المحترفين لكل دورة من دورة (وبالتالي 2 ATP لكل الجلوكوز "المنبع" ، منذ 2 البيروفات يمكن أن تجعل 2 أسيتيل CoA).
في ظل الظروف العادية للأكسجين الكافي ، ينتقل تقريبًا جميع البيروفات المولدة في تحلل النواة في حقيقيات النوى من السيتوبلازم إلى عضيات ("الأعضاء الصغيرة") المعروفة باسم الميتوكوندريا ، حيث يتم تحويلها إلى جزيء ثنائي الكربون انزيم الاسيتيل (أسيتيل CoA) عن طريق تجريد وإطلاق CO2. يتحد هذا الجزيء مع جزيء مكون من أربعة كربون يسمى أوكسالو أسيتات لإنشاء السيترات ، وهي الخطوة الأولى فيما يسمى أيضًا دورة TCA أو دورة حامض الستريك.
أدت "عجلة" التفاعلات هذه في النهاية إلى خفض السترات مرة أخرى إلى أوكسالوسيتات ، وعلى طول الطريق يتم إنشاء ATP واحد إلى جانب ما يسمى بحاملات إلكترون عالية الطاقة (NADH و FADH)2).
سلسلة نقل الإلكترون
ملخص: سلسلة نقل الإلكترون تنتج عنه 32 إلى 34 اعبي التنس المحترفين في جزيء الجلوكوز "المنبع" ، مما يجعله أكبر مساهم في الطاقة الخلوية في حقيقيات النوى.
تنتقل ناقلات الإلكترون من دورة كريبس من داخل الميتوكوندريا إلى الغشاء الداخلي للعضيات ، الذي يحتوي على جميع أنواع الإنزيمات المتخصصة التي تسمى السيتوكرومات جاهزة للعمل. باختصار ، عندما يتم خلع الإلكترونات ، في شكل ذرات الهيدروجين ، من حاملاتها ، فإن هذا يؤدي إلى تحلل الفسفرة في جزيئات ADP إلى قدر كبير من ATP.
يجب أن يكون الأكسجين حاضرًا باعتباره المستلم النهائي للإلكترون في السلسلة التي تحدث عبر الغشاء حتى تحدث سلسلة التفاعلات هذه. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فإن عملية التنفس الخلوي "تدعم" ، ولا يمكن أن تحدث دورة كريبس أيضًا.