Metabolismul celular: definiție, procese și rolul ATP-ului

publicat de Florin Mitrea
22 vizualizări
Celulă tegumentară

Celulele au nevoie de energie pentru mișcare, diviziune, multiplicare și alte procese. Ele își petrec o mare parte a vieții pentru a obține și utiliza această energie prin intermediul metabolismului.

Supraviețuirea celulelor procariote și eucariote este dependentă de căi metabolice diferite.

Metabolismul celular

Metabolismul celular reprezintă o serie de procese care au loc în organismele vii pentru a le menține în viață.

În biologia celulară și biologia moleculară, termenul de ”metabolism” se referă la reacțiile biochimice care se desfășoară în interiorul organismelor pentru a produce energie. Utilizarea termenului de ”metabolism” în sens nutrițional se referă la procesele chimice care au loc în corp pentru a converti hrana în energie.

Deși cei doi termeni prezintă asemănări, există și diferențe. Metabolismul este important pentru celule, deoarece procesele sale țin organismele în viață și le permit să crească, să se reproducă și să se dividă.

Ce este procesul metabolic celular?

Există mai multe procese metabolice. Respirația celulară este un tip de cale metabolică prin care glucoza este degradată pentru a produce adenozintrifosfat (ATP).

Principalele etape ale respirației celulare la eucariote sunt:

  • glicoliza;
  • oxidarea piruvatului;
  • ciclul acidului citric (ciclul Krebs);
  • fosforilarea oxidativă.

Principalii reactanți sunt glucoza și oxigenul, iar principalii produși sunt dioxidul de carbon, apa și ATP.

Fotosinteza este un alt tip de cale metabolică pe care organsimele o utilizează pentru a produce zaharuri, fiind întâlnită la plante, alge și cianobacterii. Principalele sale etape sunt reacțiile dependente de lumină și ciclul Calvin (reacțiile independente de lumină). Principalii reactanți sunt energia luminoasă, dioxidul de carbon și apa, în timp ce principalii produși sunt glucoza și oxigenul.

Metabolismul la procariote poate varia. Tipurile de bază de căi metabolice includ reacțiile heterotrofe, autotrofe, fototrofe și chemotrofe. Tipul de metabolism pe care o celulă procariotă îl are poate determina locul în care aceasta trăiește și modul în care interacționează cu mediul înconjurător.

De asemenea, căile metabolice ale procariotelor joacă un rol în ecologie, sănătatea omului și boli. De exemplu, există procariote care nu pot tolera oxigenul, așa cum este Clostridium botulinum. Această bacterie poate cauza botulism, deoarece se dezvoltă în locurile lipsite de oxigen.

Enzime

Enzimele sunt substanțe care funcționează drept catalizatori pentru a declanșa sau accelera reacțiile biochimice. Majoritatea reacțiilor chimice din organism se bazează pe enzime pentru a funcționa. Ele sunt importante pentru metabolismul celular, deoarece pot afecta multe procese și pot ajuta la inițierea lor.

Glucoza și energia luminoasă reprezintă cele mai obișnuite surse de combustibil pentru metabolismul celular. Cu toate acestea, căile metabolice nu ar funcționa fără enzime. Cea mai mare parte a enzimelor din celule sunt proteine și au rolul de a reduce energia de activare pentru ca procesele chimice să înceapă.

Din moment ce majoritatea reacțiilor din celulă au loc la temperatura camerei, ele ar fi prea lente în lipsa enzimelor. De exemplu, în timpul glicolizei, enzima denumită piruvat-kinază joacă un rol important prin transferul unei grupări fosfat.

Respirația celulară la eucariote

La eucariote, respirația celulară are loc în principal în mitocondrii. Celulele eucariote depind de respirația celulară pentru a supraviețui.

În timpul glicolizei, celula descompune glucoza din citoplasmă în prezența sau în lipsa oxigenului. Ea împarte această moleculă de zahăr cu șase atomi de carbon în două molecule de piruvat formate din trei atomi de carbon. În plus, glicoliza produce ATP și convertește NAD+ în NADH. În timpul oxidării piruvatului, acesta intră în matricea mitocondrială și devine coenzima A sau acetil-CoA, eliberând dioxid de carbon și producând și mai mult NADH.

În timpul ciclului acidului citric (ciclul Krebs), acetil-CoA se combină cu oxaloacetatul pentru a forma citratul. Apoi citratul participă la mai multe reacții prin care este transformat în dioxid de carbon și NADH. Ciclul produce, de asemenea, FADH2 și ATP.

În timpul fosforilării oxidative, lanțul transportator de electroni joacă un rol esențial. NADH și FADH2 donează electroni lanțului transportator de electroni și se transformă în NAD+ și FAD. Electronii se deplasează de-a lungul lanțului și formează ATP. Din acest proces rezultă și apă. Majoritatea producției de ATP din timpul respirației celulare are loc în această ultimă etapă.

Metabolismul la plante: fotosinteza

Fotosinteza are loc în celulele plantelor, la unele alge și la cianobacterii. Acest proces metabolic se desfășoară în cloroplaste datorită clorofilei și produce zaharuri și oxigen. Reacțiile dependente de lumină și ciclul Calvin (reacțiile independente de lumină) constituie principalele părți ale fotosintezei.

Fotosinteza este importantă pentru sănătatea generală a planetei noastre, deoarece organismele vii se bazează pe oxigenul produs de plante.

În timpul reacțiilor dependente de lumină din membrana tilacoidă a cloroplastului, pigmenții clorofilieni absorb energia luminoasă, producând ATP, NADPH și apă. În timpul reacțiilor independente de lumină (cilul Calvin) care au loc în stroma, ATP și NADPH ajută la formarea glicerinaldehid-3-fosfatului (G3P), din care apoi este sintetizată glucoza.

La fel ca respirația celulară, fotosinteza depinde de reacțiile redox care implică transferul electronilor și lanțul transportator de electroni.

Există tipuri diferite de clorofilă, dintre care cele mai des întâlnite sunt clorofila a, clorofila b și clorofila c. Majoritatea plantelor au clorifilă a, care absoarbe lungimile de undă din domeniul albastru și roșu al luminii. Unele plante și algele verzi folosesc clorofila b. Clorofila c este întâlnită la dinoflagelate.

Metabolismul la procariote

Spre deosebire de oameni sau animale, procariotele diferă în privința necesității oxigenului. Unele procariote pot trăi în lipsa acestuia, în timp ce altele depind de el. Aceasta înseamnă că ele pot avea un metabolism aerob (care necesită oxigen) sau un metabolism anaerob (care nu necesită oxigen).

În plus, unele procariote pot comuta între cele două tipuri de metabolism, în funcție de circumstanțele din mediul înconjurător.

Procariotele care depind de oxigen sunt numite aerobe obligatorii. Pe de altă parte, procariotele care nu pot trăi în prezența oxigenului și nu au nevoie de el sunt numite anaerobe obligatorii. Procariotele care pot comuta între metabolismul aerob și cel anaerob, în funcție de prezenta oxigenului, se numesc facultativ anaerobe.

Fermentația acidului lactic

Fermentația acidului lactic este un tip de reacție anaerobă care produce energie pentru bacterii. Această cale metabolică este întâlnită și în celulele musculare ale omului. În timpul acestui proces, celulele produc ATP prin glicoliză în lipsa oxigenului. Procesul transformă piruvatul în acid lactic și produce NAD+ și ATP.

Există numeroase aplicații industriale ale acestui proces, cum ar fi producerea iaurtului și a alcoolului etilic. De exemplu, bacteria Lactobacillus bulgaricus ajută la fabricarea iaurtului. Bacteria fermentează lactoza din lapte pentru a produce acid lactic, care face ca laptele să se coaguleze și să se transforme în iaurt.

Metabolismul celular la diferite tipuri de procariote

Procariotele pot fi împărțite în diferite grupuri în funcție de metabolismul lor. Principalele tipuri sunt heterotrofele, autotrofele, fototrofele și chemotrofele. Totuși, toate procariotele au nevoie de un anumit tip de energie sau combustibil pentru a trăi.

Procariotele heterotrofe își iau compușii organici de la alte organsime pentru a-și obține carbonul. Procariotele autotrofele folosesc dioxidul de carbon ca sursă de carbon. Multe altele pot utiliza fotosinteza pentru acest lucru. Procariotele fototrofe își iau energia din lumina solară, iar procariotele chemotrofe obțin energia din compușii chimici pe care îi descompun.

Anabolism și catabolism

Căile metabolice pot fi împărțite în două categorii: căi anabolice și căi catabolice. Căile anabolice (anabolismul) au nevoie de energie și o utilizează pentru a biosintetiza molecule mari din molecule mici. În schimb, căile catabolice (catabolismul) eliberează energie și degradează moleculele mari în molecule mici. Fotosinteza este un proces anabolic, în timp ce respirația celulară este un proces catabolic.

Eucariotele și procariotele depind de metabolismul celular pentru a trăi și a se dezvolta. Deși procesele lor diferă, ambele utilizează sau creează energie. Respirația celulară și fotosinteza sunt cele mai des întâlnite căi metabolice din celule. Totuși, la unele procariote întâlnim căi metabolice unice.

Sursa: Sciencing.com

Din aceeași categorie

© 2022  Florin Mitrea – WordPress Theme Designed and Developed by PenciDesign

Acest site folosește cookies pentru a îmbunătăți experiența de navigare. Acceptă Detalii