NộI Dung
- Chất dinh dưỡng so với Nhiên liệu
- Tế bào nhân sơ so với tế bào nhân thực
- Glucose là gì?
- ATP là gì?
- Sinh học năng lượng tế bào
- Glycolysis
- Lên men
- Chu trình Krebs
- Chuỗi vận chuyển điện tử
Có lẽ bạn đã hiểu từ khi còn nhỏ rằng thực phẩm bạn ăn phải trở thành "thứ gì đó" nhỏ hơn nhiều so với thực phẩm đó cho bất cứ thứ gì có trong thực phẩm để có thể giúp cơ thể bạn. Khi nó xảy ra, cụ thể hơn, một phân tử duy nhất của một loại carbohydrate được phân loại là một Đường là nguồn nhiên liệu cuối cùng trong mọi phản ứng trao đổi chất xảy ra trong bất kỳ tế bào nào vào bất kỳ lúc nào.
Phân tử đó là glucose, một phân tử sáu carbon ở dạng vòng nhọn. Trong tất cả các tế bào, nó đi vào đường phânvà trong các tế bào phức tạp hơn, nó cũng tham gia vào lên men, quang hợp và hô hấp tế bào đến mức độ khác nhau trong các sinh vật khác nhau.
Nhưng một cách khác để trả lời câu hỏi "Phân tử nào được các tế bào sử dụng làm nguồn năng lượng?" đang diễn giải nó như là "Phân tử gì trực tiếp cung cấp năng lượng cho các tế bào của quá trình?
Chất dinh dưỡng so với Nhiên liệu
Phân tử "cung cấp năng lượng" đó, giống như glucose hoạt động trong tất cả các tế bào, là ATP, hoặc là adenosine triphosphate, một nucleotide thường được gọi là "tiền tệ năng lượng của tế bào." Sau đó, bạn nên nghĩ đến phân tử nào, khi bạn tự hỏi: "Phân tử nào là nhiên liệu cho tất cả các tế bào?" Đó là glucose hay ATP?
Trả lời câu hỏi này tương tự như hiểu được sự khác biệt giữa việc nói "Con người lấy nhiên liệu hóa thạch từ mặt đất" và "Con người lấy năng lượng nhiên liệu hóa thạch từ các nhà máy chạy bằng than". Cả hai tuyên bố đều đúng, nhưng giải quyết các giai đoạn khác nhau trong chuỗi chuyển đổi năng lượng của các phản ứng trao đổi chất. Trong sinh vật, glucose là cơ bản chất dinh dưỡng, nhưng ATP là cơ bản nhiên liệu.
Tế bào nhân sơ so với tế bào nhân thực
Tất cả các sinh vật sống thuộc một trong hai loại lớn: sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn. Prokaryote là những sinh vật đơn bào của phân loại học tên miền Vi khuẩn và Archaea, trong khi sinh vật nhân chuẩn đều rơi vào miền Eukaryota, bao gồm động vật, thực vật, nấm và protist.
Prokaryote rất nhỏ và đơn giản so với sinh vật nhân chuẩn; các tế bào của chúng tương ứng ít phức tạp hơn. Trong hầu hết các trường hợp, một tế bào prokaryote giống như một sinh vật nhân sơ và nhu cầu năng lượng của vi khuẩn thấp hơn nhiều so với bất kỳ tế bào nhân chuẩn nào.
Các tế bào prokaryotic có bốn thành phần giống nhau được tìm thấy trong tất cả các tế bào trong thế giới tự nhiên: DNA, màng tế bào, tế bào chất và ribosome. Tế bào chất của chúng chứa tất cả các enzyme cần thiết cho quá trình glycolysis, nhưng sự vắng mặt của ty thể và lục lạp có nghĩa là glycolysis thực sự là con đường trao đổi chất duy nhất có sẵn cho prokaryote.
Đọc thêm về sự tương đồng và khác biệt giữa các tế bào nhân sơ và tế bào nhân chuẩn.
Glucose là gì?
Glucose là một loại đường sáu carbon ở dạng vòng, được biểu diễn trong sơ đồ bằng hình lục giác. Công thức hóa học của nó là C6H12Ôi6, cho nó tỷ lệ C / H / O là 1: 2: 1; trên thực tế, điều này đúng hoặc tất cả các phân tử sinh học được phân loại là carbohydrate.
Glucose được coi là một monosacarit, có nghĩa là nó không thể bị khử thành các loại đường khác nhau, nhỏ hơn bằng cách phá vỡ liên kết hydro giữa các thành phần khác nhau. Fructose là một monosacarit khác; sucrose (đường để bàn), được tạo ra bằng cách kết hợp glucose và fructose, được coi là một disacarit.
Glucose còn được gọi là "lượng đường trong máu", vì đây là hợp chất có nồng độ được đo trong máu khi phòng khám hoặc phòng thí nghiệm bệnh viện xác định tình trạng trao đổi chất của bệnh nhân. Nó có thể được truyền trực tiếp vào dòng máu trong các dung dịch tiêm tĩnh mạch vì nó không đòi hỏi phải phân hủy trước khi vào tế bào cơ thể.
ATP là gì?
ATP là một nucleotide, có nghĩa là nó bao gồm một trong năm bazơ nitơ khác nhau, một loại đường năm carbon gọi là ribose và một đến ba nhóm phốt phát. Các bazơ trong nucleotide có thể là adenine (A), cytosine (C), guanine (G), thymine (T) hoặc uracil (U). Nucleotide là các khối xây dựng của axit nucleic DNA và RNA; A, C và G được tìm thấy trong cả hai axit nucleic, trong khi T chỉ được tìm thấy trong DNA và U chỉ trong RNA.
"TP" trong ATP, như bạn đã thấy, là viết tắt của "triphosphate" và chỉ ra rằng ATP có số lượng nhóm phosphate tối đa mà một nucleotide có thể có - ba. Hầu hết ATP được tạo ra bởi sự gắn kết của một nhóm phosphate với ADP, hoặc adenosine diphosphate, một quá trình được gọi là phosphoryl hóa.
ATP và các dẫn xuất của nó có một loạt các ứng dụng trong hóa sinh và y học, nhiều trong số đó đang trong giai đoạn thăm dò khi thế kỷ 21 tiến đến thập kỷ thứ ba.
Sinh học năng lượng tế bào
Việc giải phóng năng lượng từ thực phẩm liên quan đến việc phá vỡ các liên kết hóa học trong các thành phần thực phẩm và khai thác năng lượng này để tổng hợp các phân tử ATP. Ví dụ, carbohydrate là tất cả bị oxy hóa cuối cùng là carbon dioxide (CO2) và nước (H2O). Chất béo cũng bị oxy hóa, với chuỗi axit béo của chúng thu được các phân tử acetate sau đó đi vào quá trình hô hấp hiếu khí trong ty thể của sinh vật nhân chuẩn.
Các sản phẩm phân hủy của protein rất giàu nitơ và được sử dụng để xây dựng các protein và axit nucleic khác. Nhưng một số trong số 20 axit amin mà protein được tạo ra có thể được sửa đổi và đi vào quá trình chuyển hóa tế bào ở mức độ hô hấp của tế bào (ví dụ: sau khi glycolysis)
Glycolysis
Tóm lược: Glycolysis trực tiếp sản xuất 2 ATP cho mỗi phân tử glucose; nó cung cấp chất mang pyruvate và electron cho các quá trình trao đổi chất hơn nữa.
Glycolysis là một chuỗi mười phản ứng trong đó một phân tử glucose được chuyển thành hai phân tử pyruvate phân tử ba carbon, thu được 2 ATP trên đường đi. Nó bao gồm giai đoạn "đầu tư" sớm, trong đó 2 ATP được sử dụng để gắn các nhóm phốt phát vào phân tử glucose chuyển, và giai đoạn "trở lại" sau đó dẫn xuất glucose, được tách thành một cặp hợp chất trung gian ba carbon , mang lại 2 ATP cho mỗi hợp chất ba carbon và 4 tổng thể này.
Điều này có nghĩa là hiệu ứng ròng của glycolysis là tạo ra 2 ATP cho mỗi phân tử glucose, vì 2 ATP được tiêu thụ trong giai đoạn đầu tư nhưng tổng cộng 4 ATP được thực hiện trong giai đoạn hoàn trả.
Tìm hiểu thêm về glycolysis.
Lên men
Tóm lược: Lên men bổ sung NAD+ cho glycolysis; nó không tạo ra ATP trực tiếp.
Khi không đủ oxy để đáp ứng nhu cầu năng lượng, vì khi bạn đang chạy rất vất vả hoặc nâng tạ nặng, glycolysis có thể là quá trình trao đổi chất duy nhất có sẵn. Đây là nơi "đốt axit lactic" mà bạn có thể đã nghe nói đến. Nếu pyruvate không thể đi vào hô hấp hiếu khí như được mô tả dưới đây, nó được chuyển thành dạng sữa, nó không hoạt động tốt nhưng đảm bảo rằng quá trình glycolysis có thể tiếp tục bằng cách cung cấp phân tử trung gian quan trọng gọi là NAD+.
Chu trình Krebs
Tóm lược: Chu trình Krebs tạo ra 1 ATP mỗi lượt của chu kỳ (và do đó 2 ATP mỗi glucose "ngược dòng", vì 2 pyruvate có thể tạo ra 2 acetyl CoA).
Trong điều kiện bình thường của oxy đầy đủ, hầu hết các pyruvate được tạo ra trong quá trình glycolysis ở sinh vật nhân chuẩn di chuyển từ tế bào chất vào bào quan ("cơ quan nhỏ") được gọi là ty thể, nơi nó chuyển đổi thành phân tử hai carbon acetyl coenzyme A (acetyl CoA) bằng cách tước bỏ và giải phóng CO2. Phân tử này kết hợp với một phân tử bốn carbon gọi là oxaloacetate để tạo ra citrate, bước đầu tiên trong cái gọi là chu trình TCA hoặc chu trình axit citric.
"Bánh xe" phản ứng này cuối cùng đã làm giảm citrate trở lại oxaloacetate và trên đường đi, một ATP duy nhất được tạo ra cùng với bốn chất mang điện tử năng lượng cao (NADH và FADH2).
Chuỗi vận chuyển điện tử
Tóm lược: Chuỗi vận chuyển điện tử mang lại khoảng 32 đến 34 ATP trên mỗi phân tử glucose "ngược dòng", làm cho nó trở thành nguồn đóng góp lớn nhất cho năng lượng tế bào ở sinh vật nhân chuẩn.
Các chất mang điện tử từ chu trình Krebs di chuyển từ bên trong ty thể đến màng bên trong cơ quan, có tất cả các loại enzyme chuyên biệt gọi là cytochromes sẵn sàng hoạt động. Nói tóm lại, khi các electron, ở dạng nguyên tử hydro, được đưa ra khỏi các chất mang của chúng, điều này tạo sức mạnh cho quá trình phosphoryl hóa các phân tử ADP thành rất nhiều ATP.
Oxy phải có mặt như là chất nhận điện tử cuối cùng trong dòng thác xảy ra trên màng cho chuỗi phản ứng này xảy ra. Nếu không, quá trình hô hấp tế bào "sao lưu" và chu trình Krebs cũng có thể xảy ra.