Ο ενεργειακός μεταβολισμός είναι το σύνολο των χημικών αντιδράσεων που παράγουν την ενέργεια που απαιτείται για την εκτέλεση των ζωτικών λειτουργιών των ζωντανών όντων.
Ο μεταβολισμός μπορεί να χωριστεί σε:
- Αναβολισμός: Χημικές αντιδράσεις που επιτρέπουν το σχηματισμό πιο πολύπλοκων μορίων. Είναι αντιδράσεις σύνθεσης.
- καταβολισμός: Χημικές αντιδράσεις για την αποικοδόμηση μορίων. Είναι αντιδράσεις αποδόμησης.
Γλυκόζη (C6Η12Ο6) είναι το ενεργειακό καύσιμο των κυττάρων. Όταν σπάσει απελευθερώνει ενέργεια από τους χημικούς δεσμούς και τα απόβλητά της. Αυτή η ενέργεια επιτρέπει στο κύτταρο να εκτελεί τις μεταβολικές του λειτουργίες.
ATP: Τριφωσφορική αδενοσίνη
Πριν κατανοήσετε τις διαδικασίες απόκτησης ενέργειας, πρέπει να γνωρίζετε πώς αποθηκεύεται η ενέργεια στα κύτταρα μέχρι να χρησιμοποιηθεί.
Αυτό είναι χάρη στο ATP (Adenosine Triphosphate), το μόριο που είναι υπεύθυνο για τη δέσμευση και αποθήκευση ενέργειας. Αποθηκεύει την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση της γλυκόζης στους φωσφορικούς δεσμούς της.
Το ΑΤΡ είναι ένα νουκλεοτίδιο που έχει την αδενίνη ως βάση του και ριβόζη με σάκχαρο, σχηματίζοντας αδενοσίνη. Όταν η αδενοσίνη συνδέεται με τρεις ρίζες φωσφορικών, σχηματίζεται τριφωσφορική αδενοσίνη.
Ο δεσμός μεταξύ των φωσφορικών είναι πολύ ενεργητικός. Έτσι, τη στιγμή που το κύτταρο χρειάζεται ενέργεια για κάποια χημική αντίδραση, οι δεσμοί μεταξύ των φωσφορικών αλάτων και η ενέργεια απελευθερώνεται.
Το ATP είναι η πιο σημαντική ένωση ενέργειας στα κύτταρα.
Ωστόσο, πρέπει να επισημανθούν και άλλες ενώσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων, απελευθερώνεται υδρογόνο, το οποίο μεταφέρεται κυρίως από δύο ουσίες: το NAD+ και FAD.
Μηχανισμοί για την απόκτηση ενέργειας
Ο μεταβολισμός της ενέργειας των κυττάρων εμφανίζεται μέσω της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής των κυττάρων.
Φωτοσύνθεση
Ο φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία σύνθεσης γλυκόζης από διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και νερό (Η2Ο) παρουσία φωτός.
Αντιστοιχεί σε μια αυτοτροφική διαδικασία που πραγματοποιείται από όντα που έχουν χλωροφύλλη, για παράδειγμα: φυτά, βακτήρια και κυανοβακτήρια. Σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς, η φωτοσύνθεση εμφανίζεται στο χλωροπλάστες.
Κυτταρική αναπνοή
Ο κυτταρική αναπνοή είναι η διαδικασία διάσπασης του μορίου του γλυκόζη για να απελευθερώσει την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη σε αυτό. Εμφανίζεται στα περισσότερα ζωντανά πλάσματα.
Μπορεί να γίνει με δύο τρόπους:
- αερόβια αναπνοή: παρουσία αερίου οξυγόνου περιβάλλοντος.
- αναερόβια αναπνοή: απουσία αερίου οξυγόνου.
Η αερόβια αναπνοή συμβαίνει μέσω τριών φάσεων:
Γλυκόλυση
Το πρώτο βήμα της κυτταρικής αναπνοής είναι το γλυκόλυση, που εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων.
Αποτελείται από μια βιοχημική διαδικασία στην οποία το μόριο γλυκόζης (C6Η12Ο6) διασπάται σε δύο μικρότερα μόρια πυρουβικού οξέος ή πυροσταφυλικού (C3Η4Ο3, απελευθερώνοντας ενέργεια.
Κύκλος Krebs
Σχέδιο κύκλου Krebs
Ο Κύκλος Krebs αντιστοιχεί σε μια ακολουθία οκτώ αντιδράσεων. Έχει τη λειτουργία της προώθησης της αποδόμησης των τελικών προϊόντων από το μεταβολισμό των υδατανθράκων, των λιπιδίων και διαφόρων αμινοξέων.
Αυτές οι ουσίες μετατρέπονται σε ακετυλο-CoA, με την απελευθέρωση CO2 και Η2O και ATP σύνθεση.
Συνοπτικά, στη διαδικασία το ακετυλο-CoA (2C) θα μετατραπεί σε κιτρικό (6C), κετογλουταρικό (5C), ηλεκτρικό (4C), φουμαρικό (4C), μηλικό (4C) και οξαοξικό οξύ (4C).
Ο κύκλος Krebs λαμβάνει χώρα στον μιτοχονδριακό πίνακα.
Οξειδωτική φωσφορυλίωση ή αναπνευστική αλυσίδα
Σχήμα οξειδωτικής φωσφορυλίωσης
Ο οξειδωτική φωσφορυλίωση είναι το τελικό στάδιο του μεταβολισμού της ενέργειας στους αερόβιους οργανισμούς. Είναι επίσης υπεύθυνη για το μεγαλύτερο μέρος της παραγωγής ενέργειας.
Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης και του κύκλου Krebs, μέρος της ενέργειας που παράγεται κατά την αποικοδόμηση των ενώσεων αποθηκεύτηκε σε ενδιάμεσα μόρια, όπως το NAD+ και το FAD.
Αυτά τα ενδιάμεσα μόρια απελευθερώνουν τα ενεργοποιημένα ηλεκτρόνια και τα ιόντα Η+ που θα περάσει από ένα σύνολο πρωτεϊνών μεταφοράς, οι οποίες αποτελούν την αναπνευστική αλυσίδα.
Έτσι, τα ηλεκτρόνια χάνουν την ενέργειά τους, η οποία στη συνέχεια αποθηκεύεται στα μόρια ATP.
Το ενεργειακό ισοζύγιο αυτού του βήματος, δηλαδή, αυτό που παράγεται σε ολόκληρη την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι 38 ATPs.
Ισορροπία ενέργειας αερόβιας αναπνοής
Γλυκόλυση:
4 ATP + 2 NADH - 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH
Κύκλος Krebs: Δεδομένου ότι υπάρχουν δύο πυροσταφυλικά μόρια, η εξίσωση πρέπει να πολλαπλασιαστεί επί 2.
2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP
Οξειδωτική φωσφορυλίωση:
2 NADH από γλυκόλυση → 6 ATP
8 NADH του κύκλου Krebs → 24 ATP
2 FADH2 του κύκλου Krebs → 4 ATP
Συνολικά 38 ATP παράγεται κατά την αερόβια αναπνοή.
Το πιο σημαντικό παράδειγμα αναερόβιας αναπνοής είναι η ζύμωση:
Ζύμωση
Ο ζύμωση Αποτελείται μόνο από το πρώτο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής, δηλαδή της γλυκόλυσης.
Η ζύμωση πραγματοποιείται στο υαλόπλασμα, όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο.
Μπορεί να είναι των ακόλουθων τύπων, ανάλογα με το προϊόν που σχηματίζεται από την αποδόμηση της γλυκόζης:
Αλκοολική ζύμωση: Τα δύο μόρια πυροσταφυλικού που παράγονται μετατρέπονται σε αιθυλική αλκοόλη, με την απελευθέρωση δύο μορίων CO2 και ο σχηματισμός δύο μορίων ΑΤΡ. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή αλκοολούχων ποτών.
Γαλακτική ζύμωση: Κάθε μόριο πυροσταφυλικού μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ, με το σχηματισμό δύο μορίων ΑΤΡ. Παραγωγή γαλακτικού οξέος. Εμφανίζεται στα μυϊκά κύτταρα όταν υπάρχει υπερβολική προσπάθεια.
Μάθετε περισσότερα, διαβάστε επίσης:
- Μεταβολισμός
- Αναβολισμός και Καταβολισμός
- Μεταβολισμός κυττάρων
- Χημικές αντιδράσεις
- Βιοχημεία
Ασκήσεις Εξετάσεων Είσοδος
1. (PUC - RJ) Αυτές είναι βιολογικές διεργασίες που σχετίζονται άμεσα με κυτταρικούς μετασχηματισμούς ενέργειας:
α) αναπνοή και φωτοσύνθεση.
β) πέψη και απέκκριση.
γ) αναπνοή και απέκκριση.
δ) φωτοσύνθεση και όσμωση.
ε) πέψη και όσμωση.
α) αναπνοή και φωτοσύνθεση.
2. (Fatec) Εάν τα μυϊκά κύτταρα μπορούν να αποκτήσουν ενέργεια μέσω αερόβιας αναπνοής ή ζύμωσης, όταν ένας αθλητής λιποθυμίζει μετά από 1000 μέτρα, λόγω έλλειψης Επαρκής οξυγόνωση του εγκεφάλου σας, το αέριο οξυγόνου που φτάνει στους μύες επίσης δεν είναι αρκετό για να καλύψει τις αναπνευστικές ανάγκες των μυϊκών ινών, οι οποίες αρχίζουν να συσσωρεύω:
α) γλυκόζη.
β) οξικό οξύ.
γ) γαλακτικό οξύ.
δ) διοξείδιο του άνθρακα.
ε) αιθυλική αλκοόλη.
γ) γαλακτικό οξύ.
3. (UFPA) Η διαδικασία αναπνοής κυττάρων είναι υπεύθυνη για (α)
α) κατανάλωση διοξειδίου του άνθρακα και απελευθέρωση οξυγόνου στα κύτταρα.
β) σύνθεση οργανικών μορίων πλούσιων σε ενέργεια.
γ) μείωση των μορίων διοξειδίου του άνθρακα σε γλυκόζη.
δ) ενσωμάτωση μορίων γλυκόζης και οξείδωσης διοξειδίου του άνθρακα.
ε) απελευθέρωση ενέργειας για ζωτικές κυτταρικές λειτουργίες.
ε) απελευθέρωση ενέργειας για ζωτικές κυτταρικές λειτουργίες.
