Прямо в эту минуту вы являетесь местом невероятно сложной биохимии. Чтобы ваше тело могло делать буквально что угодно — прыгать на батуте, ходить в ванную, двигать глазами, пока вы читаете эту статью, — вы должны иметь возможность выполнять нечто, называемое клеточным дыханием, при котором ваши клетки создают энергию из кислород, которым вы дышите, и пища, которую вы едите. И, как вы можете себе представить, превратить бутерброд с арахисовым маслом и желе в пуш-ап — это своего рода процесс.
Клеточное дыхание
Одной из основных целей клеточного дыхания является создание определенного типа запасенной энергии, называемой АТФ или аденозинтрифосфатом. Думайте об этом как об энергетическом языке, на котором говорят ваши клетки. Солнечный свет — это энергия, но мы не можем питать ею наши тела, потому что он не говорит на языке энергии, который знает наше тело — тела животных говорят только на языке АТФ, поэтому нам каким-то образом приходится превращать сахара в PB&J в АТФ, чтобы отжиматься. .
Один из этапов долгого пути от сэндвича к отжиманию называется циклом Кребса (также известным как цикл лимонной кислоты (CAC) или цикл трикарбоновых кислот (TAC)) в честь Ганса Кребса, который впервые разработал этот сумасшедший биохимический эксперимент в 1937 году. и за что он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1953 году . Это было заслуженно, потому что цикл Кребса — это абсолютная чушь, которая использует изменения в химических связях для перераспределения энергии.
Цикл Кребса происходит в наших клетках через внутреннюю мембрану митохондрий — органелл, отвечающих за выработку клеточной энергии. Клеточное дыхание представляет собой многоэтапный процесс, начинающийся с гликолиза, который расщепляет шестиуглеродное кольцо глюкозы и подает эти трехуглеродные молекулы, называемые пировиноградными кислотами, и два богатых энергией соединения, называемых НАДН. Отсюда цикл Кребса забирает его.
Цикл Кребса
Цикл Кребса — это аэробный процесс, то есть для его работы требуется кислород, поэтому цикл Кребса сразу же приступает к делу, смешивая углерод и кислород в дыхательном пути:
«Сначала в цикл вступают два атома углерода, а два из них окисляются и удаляются из цикла», — говорит Дейл Бич, профессор кафедры биологических наук и наук об окружающей среде Лонгвудского университета в Фармвилле, штат Вирджиния. «Мы можем думать об этом первом шаге как о завершении окисления глюкозного сахара, и если мы посчитаем сахара, шесть из них вошли в дыхательный путь при гликолизе, и в общей сложности шесть должны выйти. На самом деле это не те же самые шесть атомов углерода, но это помогает усилить превращение глюкозы в углекислый газ по этому пути».
Один из атомов углерода трехуглеродной молекулы связывается с молекулой кислорода и покидает клетку в виде CO2. Это оставляет нам двухуглеродное соединение, называемое ацетил-коферментом А, или ацетил-коА. Дальнейшие реакции реорганизуют молекулы таким образом, что углерод окисляется, чтобы получить другой НАДН и ФАДН с более низкой энергией.
Карусель
После завершения дыхательного пути цикл Кребса подвергается второму процессу окисления, который очень похож на круговое движение — это то, что делает его циклом. Ацетил-коА входит в цикл, соединяясь с оксалоацетатом с образованием цитрата — отсюда и название «цикл Кребса». Эта лимонная кислота окисляется в течение многих стадий, выделяя углерод по всему кругу, пока в конечном итоге не вернется к щавелевоуксусной кислоте. Когда углерод выпадает из лимонной кислоты, он превращается в углекислый газ, выплевывается из клетки и в конечном итоге выдыхается вами.
«Во время второго окисления образуется новая высокоэнергетическая связь с серой КоА с образованием сукцината-КоА», — говорит Бич. «Здесь достаточно энергии, чтобы мы могли напрямую производить эквивалент АТФ; GTP действительно производится, но у него такое же количество энергии, как у АТФ — это просто особенность системы.
«Удаление кофермента А оставляет нам молекулу сукцината. Начиная с сукцинатной точки цикла, следует ряд шагов по перестройке химической связи и некоторых событий окисления для восстановления исходного оксалоацетата. В процессе этот путь сначала производит ФАДГ с низкой энергией. молекула и последняя молекула НАДН», — говорит Бич.
На каждую глюкозу, поступающую в дыхательные пути, карусель может вращаться дважды, по одному разу на каждый поступающий в нее пируват. Тем не менее, это не обязательно должно повторяться дважды, поскольку клетка может перекачивать углерод для других макромолекул или вкладывать больше в цикл, жертвуя аминокислотами или извлекая выгоду из энергии, запасенной в жире.
Видеть? Сложная биохимия. Но, по словам Бича, в цикле Кребса следует отметить частое появление аденозина — он входит в состав НАДН, ФАДН, кофермента А и АТФ.
«Аденозин — это «молекулярная ручка», за которую белки могут зацепиться. Мы можем представить себе эволюцию карманов для связывания АТФ, которые делятся и перерабатываются, так что они становятся местами связывания для других молекул, использующих аналогичные мотивы».
Теперь это интересно
Из каждой потребляемой нами молекулы глюкозы наши клетки могут произвести 38 молекул АТФ плюс немного тепловой энергии.
