Co to jest metabolizm komórkowy?
Metabolizm komórkowy to ogólny termin obejmujący wszystkie reakcje chemiczne, które przekształcają energię lub zużywają energię wewnątrz komórki. Komórki ludzi i wiele innych organizmów wielokomórkowych wykorzystują proces oddychania tlenowego do przekształcania żywności w energię. Rośliny i niektóre mikroorganizmy przeprowadzają proces fotosyntezy. Inne organizmy wykorzystują beztlenowe oddychanie lub fermentację, rodzaje metabolizmu komórkowego, które nie wymagają tlenu.
Dwa rodzaje reakcji chemicznych zachodzą w metabolizmie komórkowym, reakcje kataboliczne i reakcje anaboliczne. Reakcje kataboliczne wytwarzają energię do wykorzystania przez komórkę, podczas gdy reakcje anaboliczne wymagają energii do wytworzenia cząsteczek niezbędnych do dalszego funkcjonowania komórki. Komórki magazynują energię w postaci adenozynotrifosforanu (ATP), który powstaje w wyniku reakcji katabolicznych i jest wykorzystywany w reakcjach anabolicznych.
Oddychanie tlenowe rozkłada organiczne źródła węgla, takie jak węglowodany, białka i tłuszcze. Po pierwsze, proces glikolizy rozkłada cząsteczkę glukozy - cukru o sześciu atomach węgla - na dwie cząsteczki pirogronianu, dwie cząsteczki zredukowanego dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADH) i dwie cząsteczki ATP. Cykl Krebsa, zwany także cyklem kwasu cytrynowego (CAC) lub cyklem kwasu trikarboksylowego (TCA), dodatkowo rozkłada pirogronian powstały podczas glikolizy na dwutlenek węgla i wodę, tworząc w tym procesie jeszcze dwie cząsteczki ATP. Mechanizm zwany łańcuchem transportu elektronów przenosi atomy wodoru z NADH na tlen. Ten transfer uwalnia energię, która jest wykorzystywana do wytworzenia 34 kolejnych cząsteczek ATP.
Glikoliza i cykl Krebsa zachodzą w ten sam sposób w oddychaniu beztlenowym, jak w oddychaniu tlenowym. Jednak w łańcuchu transportu elektronów cząsteczki nieorganiczne - cząsteczki nie zawierające węgla - są stosowane jako akceptor elektronów zamiast tlenu. Rodzaj użytej cząsteczki nieorganicznej zależy od organizmu. Na przykład niektóre organizmy wykorzystują związki zawierające siarkę, a niektóre wykorzystują związki zawierające azot. Oddychanie beztlenowe wytwarza łącznie 36 cząsteczek ATP, w przeciwieństwie do 38 w przypadku oddychania tlenowego.
Fermentacja jest inną formą beztlenowego metabolizmu, ale w przeciwieństwie do oddychania beztlenowego, nie obejmuje łańcucha transportu elektronów ani cyklu Krebsa. Glikoliza rozkłada cząsteczki organiczne, aby wytworzyć energię. Ponieważ glikoliza jest jedyną reakcją zachodzącą podczas fermentacji, wytwarza ona tylko dwie cząsteczki ATP na cząsteczkę glukozy.
Rośliny i niektóre mikroorganizmy, wszystkie sklasyfikowane jako fotoautotrofy, czerpią energię z formy metabolizmu komórkowego zwanej fotosyntezą, a nie z oddychania. Fotoautotrofy pobierają energię ze światła i przekształcają ją w energię chemiczną w postaci ATP. Komórki następnie wykorzystują ATP do konwersji dwutlenku węgla na glukozę i inne składniki odżywcze, których potrzebuje organizm.