Metabolizm energetyczny to zestaw reakcji chemicznych, które wytwarzają energię potrzebną do wykonywania funkcji życiowych istot żywych.
Metabolizm można podzielić na:
- Anabolizm: Reakcje chemiczne, które umożliwiają tworzenie bardziej złożonych cząsteczek. Są to reakcje syntezy.
- katabolizm: Reakcje chemiczne do degradacji cząsteczek. Są to reakcje degradacji.
Glukoza (C6H12O6) jest paliwem energetycznym ogniw. Kiedy jest złamany, uwalnia energię ze swoich wiązań chemicznych i odpadów. To właśnie ta energia umożliwia komórce wykonywanie funkcji metabolicznych.
ATP: trifosforan adenozyny
Zanim zrozumiesz procesy pozyskiwania energii, musisz wiedzieć, jak energia jest magazynowana w komórkach, dopóki nie zostanie wykorzystana.
Dzieje się tak dzięki ATP (Adenozynotrifosforan), cząsteczce odpowiedzialnej za wychwytywanie i magazynowanie energii. Przechowuje energię uwalnianą podczas rozpadu glukozy w wiązaniach fosforanowych.
ATP to nukleotyd, którego zasadą jest adenina i ryboza z cukrem, tworzące adenozynę. Gdy adenozyna wiąże się z trzema rodnikami fosforanowymi, powstaje adenozynotrójfosforan.
Wiązanie między fosforanami jest wysoce energetyczne. Tak więc w momencie, gdy komórka potrzebuje energii do jakiejś reakcji chemicznej, wiązania między fosforanami zostają zerwane i energia zostaje uwolniona.
ATP jest najważniejszym związkiem energetycznym w komórkach.
Należy jednak podkreślić również inne związki. Dzieje się tak, ponieważ podczas reakcji uwalniany jest wodór, który transportowany jest głównie przez dwie substancje: NAD+ i FAD.
Mechanizmy pozyskiwania energii
Metabolizm energetyczny komórki zachodzi poprzez fotosyntezę i oddychanie komórkowe.
Fotosynteza
TEN fotosynteza to proces syntezy glukozy z dwutlenku węgla (CO2) i wody (H2O) w obecności światła.
Odpowiada to autotroficznemu procesowi przeprowadzanemu przez istoty, które chlorofil, na przykład: rośliny, bakterie i cyjanobakterie. W organizmach eukariotycznych fotosynteza zachodzi w chloroplasty.
Oddychania komórkowego
TEN oddychania komórkowego to proces rozpadu cząsteczki glukoza uwolnić zmagazynowaną w nim energię. Występuje w większości żywych organizmów.
Można to zrobić na dwa sposoby:
- oddychanie tlenowe: w obecności gazowego tlenu z otoczenia;
- oddychanie beztlenowe: przy braku gazowego tlenu.
Oddychanie tlenowe przebiega w trzech fazach:
Glikoliza
Pierwszym etapem oddychania komórkowego jest glikoliza, który występuje w cytoplazmie komórek.
Składa się z procesu biochemicznego, w którym cząsteczka glukozy (C6H12O6) rozkłada się na dwie mniejsze cząsteczki kwasu pirogronowego lub pirogronianu (C3H4O3), uwalniając energię.
Cykl Krebsa
Schemat cyklu Krebsa
O Cykl Krebsa odpowiada sekwencji ośmiu reakcji. Pełni funkcję promowania degradacji produktów końcowych z metabolizmu węglowodanów, lipidów i różnych aminokwasów.
Substancje te są przekształcane w acetylo-CoA, z uwolnieniem CO2 i H2Synteza O i ATP.
Podsumowując, w procesie acetylo-CoA (2C) zostanie przekształcony w cytrynian (6C), ketoglutaran (5C), bursztynian (4C), fumaran (4C), jabłczan (4C) i kwas oksaoctowy (4C).
Cykl Krebsa odbywa się w macierzy mitochondrialnej.
Fosforylacja oksydacyjna lub łańcuch oddechowy
Schemat fosforylacji oksydacyjnej
TEN fosforylacja oksydacyjna jest to końcowy etap metabolizmu energetycznego w organizmach tlenowych. Odpowiada również za większość produkcji energii.
Podczas glikolizy i cyklu Krebsa część energii wytworzonej w procesie degradacji związków była magazynowana w cząsteczkach pośrednich, takich jak NAD+ i FAD.
Te pośrednie cząsteczki uwalniają pod napięciem elektrony i jony H+ które przejdą przez zestaw białek transportujących, które tworzą łańcuch oddechowy.
W ten sposób elektrony tracą swoją energię, która jest następnie magazynowana w cząsteczkach ATP.
Bilans energetyczny tego etapu, czyli tego, co jest wytwarzane w całym łańcuchu transportu elektronów, wynosi 38 ATP.
Bilans energetyczny oddychania tlenowego
Glikoliza:
4 ATP + 2 NADH - 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH
Cykl Krebsa: Ponieważ istnieją dwie cząsteczki pirogronianu, równanie należy pomnożyć przez 2.
2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP
Fosforylacja oksydacyjna:
2 NADH z glikolizy → 6 ATP
8 NADH cyklu Krebsa → 24 ATP
2 FADH2 cyklu Krebsa → 4 ATP
Suma 38 ATP wytwarzane podczas oddychania tlenowego.
Najważniejszym przykładem oddychania beztlenowego jest fermentacja:
Fermentacja
TEN fermentacja składa się tylko z pierwszego etapu oddychania komórkowego, czyli glikolizy.
Fermentacja odbywa się w hialoplazma, gdy tlen nie jest dostępny.
W zależności od produktu powstałego w wyniku degradacji glukozy może być następujących typów:
Fermentacja alkoholowa: Dwie wyprodukowane cząsteczki pirogronianu są przekształcane w alkohol etylowy, z uwolnieniem dwóch cząsteczek CO2 oraz tworzenie dwóch cząsteczek ATP. Służy do produkcji napojów alkoholowych.
Fermentacja mlekowa: Każda cząsteczka pirogronianu jest przekształcana w kwas mlekowy, tworząc dwie cząsteczki ATP. Produkcja kwasu mlekowego. Występuje w komórkach mięśniowych przy nadmiernym wysiłku.
Dowiedz się więcej, czytaj też:
- Metabolizm
- Anabolizm i katabolizm
- Metabolizm komórkowy
- Reakcje chemiczne
- Biochemia
Ćwiczenia na egzamin wstępny
1. (PUC - RJ) Są to procesy biologiczne bezpośrednio związane z przemianami energii komórkowej:
a) oddychanie i fotosynteza.
b) trawienie i wydalanie.
c) oddychanie i wydalanie.
d) fotosynteza i osmoza.
e) trawienie i osmoza.
a) oddychanie i fotosynteza.
2. (Fatec) Czy komórki mięśniowe mogą pozyskiwać energię poprzez oddychanie tlenowe lub fermentację, gdy sportowiec mdleje po biegu na 1000 m z powodu braku Odpowiednie dotlenienie mózgu, gaz tlenowy docierający do mięśni również nie wystarcza na zaspokojenie potrzeb oddechowych włókien mięśniowych, które zaczynają gromadzić:
a) glukoza.
b) kwas octowy.
c) kwas mlekowy.
d) dwutlenek węgla.
e) alkohol etylowy.
c) kwas mlekowy.
3. (UFPA) Proces oddychania komórkowego jest odpowiedzialny za (a)
a) zużycie dwutlenku węgla i uwalnianie tlenu do komórek.
b) synteza bogatych w energię cząsteczek organicznych.
c) redukcja cząsteczek dwutlenku węgla do glukozy.
d) inkorporacja cząsteczek glukozy i utlenianie dwutlenku węgla.
e) uwolnienie energii dla ważnych funkcji komórkowych.
e) uwolnienie energii dla ważnych funkcji komórkowych.
