Jesteś w tej chwili miejscem niewiarygodnie skomplikowanej biochemii. Aby twoje ciało robiło dosłownie wszystko — wskakiwanie na trampolinę, chodzenie do łazienki, poruszanie gałkami ocznymi podczas czytania tego artykułu — musisz być w stanie osiągnąć coś, co nazywa się oddychaniem komórkowym, w którym komórki wytwarzają energię z tlen, którym oddychasz i żywność, którą jesz. I jak możesz sobie wyobrazić, zamiana kanapki z masłem orzechowym i galaretką w pompkę to trochę proces.
Oddychania komórkowego
Jednym z głównych celów oddychania komórkowego jest wytworzenie określonego rodzaju zmagazynowanej energii zwanej ATP lub trifosforanem adenozyny. Pomyśl o tym jako o języku energii, którym mówią twoje komórki. Światło słoneczne jest energią, ale nie możemy zasilać nią naszych ciał, ponieważ nie mówi językiem energii, który nasze ciała znają — ciała zwierząt mówią tylko ATP, więc jakoś musimy zamienić cukry w PB&J w ATP, aby zrobić pompkę .
Jeden krok na długiej drodze od kanapki do pompki nazywa się cyklem Krebsa (znanym również jako cykl kwasu cytrynowego (CAC) lub cykl kwasu trikarboksylowego (TAC)) na cześć Hansa Krebsa, który jako pierwszy opracował ten szalony kawałek biochemii w 1937 roku i za który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1953 roku . Zostało to dobrze zasłużone, ponieważ cykl Krebsa jest absolutnym doozy, który wykorzystuje zmiany w wiązaniach chemicznych do przeorganizowania energii.
Cykl Krebsa zachodzi w naszych komórkach poprzez wewnętrzną błonę mitochondriów — organelli odpowiedzialnych za produkcję energii komórkowej. Oddychanie komórkowe jest procesem wieloetapowym, rozpoczynającym się od glikolizy, która rozkłada sześciowęglowy pierścień glukozy i obsługuje te trzywęglowe cząsteczki zwane kwasami pirogronowymi i dwoma wysokoenergetycznymi związkami zwanymi NADH. Stąd cykl Krebsa zabiera go.
Cykl Krebsa
Cykl Krebsa jest procesem tlenowym, co oznacza, że do działania wymaga tlenu, więc cykl Krebsa zaczyna działać natychmiast, mieszając węgiel i tlen w ścieżce oddychania:
„Po pierwsze, dwa węgle wchodzą do cyklu, a dwa węgle są utleniane i usuwane z cyklu” – mówi Dale Beach, profesor na Wydziale Nauk Biologicznych i Środowiskowych na Uniwersytecie Longwood w Farmville w stanie Wirginia. „Możemy myśleć o tym pierwszym kroku jako o zakończeniu utleniania cukru glukozy, a jeśli policzymy cukry, sześć weszło w szlak oddychania podczas glikolizy, a w sumie sześć musi z niego wyjść. To nie są te same sześć węgli, ale pomaga wzmocnić konwersję glukozy w dwutlenek węgla na tej ścieżce”.
Jeden z węgli z cząsteczki trójwęglowej wiąże się z cząsteczką tlenu i opuszcza komórkę jako CO2. To pozostawia nam dwuwęglowy związek zwany acetylokoenzymem A lub acetylo-coA. Dalsze reakcje reorganizują cząsteczki w sposób, który utlenia węgle, aby uzyskać inny NADH i FADH o niższej energii.
Rondo
Po ukończeniu ścieżki oddechowej cykl Krebsa przechodzi drugi proces utleniania, który wygląda jak rondo – to właśnie sprawia, że jest to cykl. Acetylo-coA wchodzi w cykl, łącząc się ze szczawiooctanem, tworząc cytrynian — stąd nazwa „cykl Krebsa”. Ten kwas cytrynowy jest utleniany w wielu etapach, uwalniając węgle wokół ronda, aż w końcu wróci do kwasu szczawiooctowego. Gdy węgle spadają z kwasu cytrynowego, zamieniają się w dwutlenek węgla i są wypluwane z komórki i ostatecznie wydychane przez ciebie.
„Podczas drugiego utleniania powstaje nowe, wysokoenergetyczne wiązanie z siarką CoA w celu wytworzenia bursztynianu-CoA” – mówi Beach. „Jest tu wystarczająco dużo energii, abyśmy mogli bezpośrednio wyprodukować ekwiwalent ATP; GTP jest faktycznie wytwarzany, ale ma taką samą ilość energii jak ATP – to tylko dziwactwo systemu.
„Usunięcie koenzymu A pozostawia nam cząsteczkę bursztynianu. Od punktu bursztynianu w cyklu, seria kroków do zmiany wiązania chemicznego i niektórych zdarzeń utleniania w celu przywrócenia pierwotnego szczawiooctanu. W tym procesie ścieżka najpierw wytwarza FADH o niskiej energii cząsteczka i ostateczna cząsteczka NADH” – mówi Beach.
Na każdą glukozę wchodzącą do układu oddechowego rondo może obracać się dwukrotnie, raz na każdy dostający się do niego pirogronian. Jednak niekoniecznie trzeba to robić dwa razy, ponieważ komórka może odprowadzić węgle dla innych makrocząsteczek lub wprowadzić więcej w cykl, poświęcając aminokwasy lub wykorzystując energię zmagazynowaną w tłuszczu.
Widzieć? Biochemia złożona. Ale według Beacha jedną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę w cyklu Krebsa, jest częste pojawianie się adenozyny — jest ona w NADH, FADH, koenzymie A i ATP.
„Adenozyna jest 'molekularnym uchwytem', do którego mogą się przyczepić białka. Możemy sobie wyobrazić ewolucję kieszeni wiążących ATP, które są współdzielone i poddawane recyklingowi, tak że stają się one miejscami wiązania dla innych cząsteczek wykorzystujących podobne motywy”.
Teraz to jest interesujące
Z każdej spożywanej przez nas cząsteczki glukozy nasze komórki mogą wytworzyć 38 cząsteczek ATP oraz trochę energii cieplnej.
