Respirația celulară (partea a VI-a): conexiuni între căile metabolice

publicat de Florin Mitrea
16 vizualizări
Respirația celulară - conexiuni metabolice

Catabolismul glucozei furnizează energie celulelor vii prin respirația celulară. Însă organismele vii consumă și alți compuși, în afară de glucoză. Așadar, cum sunt transformați acești compuși în ATP? Acest lucru are loc datorită conexiunilor între căile catabolice ale carbohidraților, proteinelor și lipidelor cu glicoliza și ciclul acidului citric.

Căile metabolice nu sunt sisteme închise. Multe dintre substraturile, intermediarii și produșii unei anumite căi metabolice sunt reactanți în alte căi metabolice.

Conexiunile altor zaharuri cu metabolismul glucozei

Glicogenul, un polimer al glucozei, este o moleculă de stocare a energiei la animale. Atunci când există ATP suficient, excesul de glucoză este transferat în glicogen pentru depozitare. Glicogenul este produs și stocat atât în ​​ficat, cât și în mușchi. Glicogenul va fi hidrolizat în monomeri de glucozo-1-fosfat (G-1-P) dacă nivelul zahărului din sânge scade.

Prezența glicogenului ca sursă de glucoză permite producerea de ATP pentru o perioadă mai lungă de timp în timpul efortului. Glicogenul este descompus în G-1-P și transformat în G-6-P atât în ​​celulele musculare, cât și în cele hepatice, iar acest produs intră în calea glicolitică.

Zaharoza (sucroza) este o dizaharidă formată dintr-o moleculă de glucoză și o moleculă de fructoză legate între ele printr-o legătură glicozidică. Fructoza este una dintre cele trei monozaharide din alimente, alături de glucoză și galactoză (care face parte din zahărul din lapte, dizaharidul lactoză), care sunt absorbite direct în fluxul sanguin în timpul digestiei. Catabolismul atât al fructozei, cât și al galactozei produce același număr de molecule de ATP ca și catabolismul glucozei.

Conexiuni între proteine și metabolismul glucozei

Proteinele sunt hidrolizate de o varietate de enzime din celule. De cele mai multe ori, aminoacizii sunt reutilizați în sinteza de noi proteine. Dacă există totuși aminoacizi în exces sau dacă organismul este într-o stare de înfometare, unii aminoacizi vor fi deviați către căile catabolismului glucozei.

Fiecare aminoacid trebuie să aibă gruparea sa amino eliminată înainte de a intra în aceste căi. Gruparea amino este transformată în amoniac. La mamifere, ficatul sintetizează ureea din două molecule de amoniac și o moleculă de dioxid de carbon. Astfel, ureea este principalul deșeu la mamifere, produs din azotul provenit din aminoacizi, și părăsește organismul prin urină.

Conexiuni între lipide și metabolismul glucozei

Lipidele care sunt conectate la căile glucozei sunt colesterolul și trigliceridele. Colesterolul este o lipidă care contribuie la flexibilitatea membranei celulare și este un precursor al hormonilor steroizi. Sinteza colesterolului începe cu grupările acetil și continuă într-o singură direcție. Procesul nu poate fi inversat. Trigliceridele sunt o formă de stocare a energiei pe termen lung la animale.

Trigliceridele sunt formate din glicerol și trei acizi grași. Animalele pot produce majoritatea acizilor grași de care au nevoie. Trigliceridele pot fi atât produse, cât și descompuse prin anumite părți ale căilor catabolismului glucozei. Glicerolul poate fi fosforilat la glicerol-3-fosfat, care urmează calea glicolitică. Acizii grași sunt catabolizați printr-un proces numit beta-oxidare, care are loc în matricea mitocondriilor și convertește lanțurile lor de acizi grași în două unități de carbon cu grupări acetil. Grupările acetil sunt preluate de CoA (coenzima A) pentru a forma acetil-CoA care pătrunde în ciclul acidului citric.

Fotosinteza și respirația celulară

Fotosinteza și metabolismul celular constau din mai multe căi foarte complexe. În general, se crede că primele celule au apărut într-un mediu apos – o „supă” de nutrienți –, probabil pe suprafața unor argile poroase. Dacă aceste celule s-ar fi reprodus cu succes și numărul lor ar fi crescut constant, rezultă că celulele ar fi început să epuizeze nutrienții din mediul în care trăiau, pe măsură ce i-ar fi înglobat în componentele propriului corp. Această situație ipotetică ar fi dus la selecția naturală care favorizează acele organisme care ar fi putut exista prin utilizarea nutrienților care au rămas în mediul lor și prin manipularea acestor nutrienți în materiale pe baza cărora putea supraviețui. Selecția ar fi favorizat acele organisme care ar fi putut extrage valoare maximă din nutrienții la care aveau acces.

S-a dezvoltat o formă timpurie de fotosinteză care valorifica energia soarelui folosind apa ca sursă de atomi de hidrogen, dar această cale producea oxigen liber (fotosinteză anoxigenică). (Fotosinteza timpurie nu a produs oxigen liber, deoarece nu a folosit apa ca sursă de ioni de hidrogen; în schimb, a folosit compuși precum hidrogenul sulfurat și, în consecință, a produs sulf). Se crede că glicoliza s-ar fi dezvoltat în acest moment și ar fi putut profita de zaharurile simple produse, dar aceste reacții nu au putut extrage pe deplin energia stocată în carbohidrați.

Dezvoltarea glicolizei a fost probabil anterioară evoluției fotosintezei, deoarece era foarte potrivită pentru a extrage energie din materialele care se acumulează spontan în „supa primitivă”. O formă ulterioară de fotosinteză a folosit apa ca sursă de electroni și hidrogen și a generat oxigen liber. De-a lungul timpului, atmosfera a devenit oxigenată, dar nu înainte ca oxigenul să elibereze metale oxidate în ocean și să creeze un strat de „rugină” în sediment, permițând datarea apariției primelor organisme fotosintetice oxigenate.

Ființele vii s-au adaptat să exploateze această nouă atmosferă care a permis să evolueze respirația aerobă așa cum o cunoaștem. Când s-a dezvoltat întregul proces de fotosinteză oxigenată și atmosfera a devenit oxigenată, celulele au putut în sfârșit să folosească oxigenul expulzat prin fotosinteză pentru a extrage mult mai multă energie din moleculele de zahăr, folosind ciclul acidului citric și fosforilarea oxidativă.

Sursa: OpenStax

Zedalis, J. & Eggebrecht, J. (2018). Celullar Respiration, din Biology for AP® Courses. Houston, Texas, S.U.A.: OpenStax. Preluat de pe https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/7-6-connections-of-carbohydrate-protein-and-lipid-metabolic-pathways

Din aceeași categorie

© 2022-2024  Florin Mitrea – Temă WordPress dezvoltată de PenciDesign

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