Hallo allerseits! Ich wollte diesen Artikel dem Zellkern und der DNA widmen. Aber vorher müssen Sie darauf
eingehen, wie die Zelle Energie speichert und nutzt (danke
spidgorny ). Wir werden fast überall auf energiebezogene Themen eingehen. Lassen Sie uns sie im Voraus herausfinden.
Wovon kannst du Energie bekommen? Ja von allen! Pflanzen verbrauchen Lichtenergie. Einige Bakterien auch. Das heißt, organische Substanzen werden aufgrund von Lichtenergie aus anorganischen Substanzen synthetisiert. + Es gibt Chemotrophen. Sie synthetisieren organische Stoffe aus anorganischen Stoffen aufgrund der Oxidationsenergie von Ammoniak, Schwefelwasserstoff und anderen Substanzen. Und da sind wir. Wir sind Heterotrophen. Wer sind sie? Dies sind diejenigen, die nicht wissen, wie man organische Stoffe aus anorganischen Stoffen synthetisiert. Das heißt, Chemosynthese und Photosynthese, das ist nichts für uns. Wir nehmen fertige Bio-Produkte (essen). Wir zerlegen es in Stücke und verwenden es entweder als Baumaterial oder zerstören es zur Energiegewinnung.
Was genau können wir für Energie zerlegen? Proteine (die zuerst in Aminosäuren zerlegt werden), Fette, Kohlenhydrate und Ethylalkohol (dies ist jedoch optional). Das heißt, alle diese Substanzen können als Energiequellen verwendet werden. Für die Lagerung verwenden wir jedoch
Fette und Kohlenhydrate . Ich liebe Kohlenhydrate! In unserem Körper ist Glykogen das Hauptspeicherkohlenhydrat.
Es besteht aus Glucoseresten. Das heißt, es ist eine lange, verzweigte Kette, die aus identischen Einheiten (Glucose) besteht. Wenn nötig, spalten wir in Energie ein Stück vom Ende der Kette ab und oxidieren es, wir bekommen Energie. Diese Methode zur Energieerzeugung ist charakteristisch für alle Körperzellen, insbesondere aber für viel Glykogen in den Zellen der Leber und des Muskelgewebes.
Jetzt lass uns über Fett reden. Es wird in speziellen Bindegewebszellen gespeichert. Sie heißen Adipozyten. Tatsächlich sind dies Zellen mit einem riesigen Fettabfall im Inneren.
Bei Bedarf entfernt der Körper Fett aus diesen Zellen, baut es teilweise ab und transportiert es. Am Ort der Lieferung erfolgt die endgültige Aufspaltung mit der Freisetzung und Umwandlung von Energie.
Eine ziemlich beliebte Frage: "Warum können Sie nicht die gesamte Energie in Form von Fett oder Glykogen speichern?"
Diese Energiequellen haben unterschiedliche Zwecke. Aus Glykogen kann ziemlich schnell Energie gewonnen werden. Die Spaltung beginnt fast unmittelbar nach Beginn der Muskelarbeit und erreicht in 1-2 Minuten einen Höhepunkt. Der Abbau von Fetten erfolgt um mehrere Größenordnungen langsamer. Das heißt, wenn Sie schlafen oder langsam irgendwohin gehen, haben Sie einen konstanten Energieverbrauch, und dies kann durch den Abbau von Fetten erreicht werden. Sobald Sie sich jedoch für eine Beschleunigung entscheiden (der Server ist gefallen, zum Heben gelaufen), wird
viel Energie verbraucht, und Sie können sie nicht schnell erhalten, indem Sie Fette aufteilen. Hier brauchen wir Glykogen.
Es gibt noch einen weiteren wichtigen Unterschied. Glykogen bindet viel Wasser. Ca. 3 g Wasser pro 1 g Glykogen. Das heißt, für 1 kg Glykogen sind dies 3 kg Wasser. Nicht optimal ... Fett ist einfacher. Lipidmoleküle (Fette = Lipide), in denen Energie gespeichert ist, werden im Gegensatz zu Wasser- und Glykogenmolekülen nicht geladen. Solche Moleküle werden als hydrophob bezeichnet (wörtlich: Angst vor Wasser). Wassermoleküle sind polarisiert. Es sieht ungefähr so aus.
Tatsächlich interagieren positiv geladene Wasserstoffatome mit negativ geladenen Sauerstoffatomen. Es stellt sich ein stabiler und energetisch günstiger Zustand heraus.
Stellen Sie sich nun die Lipidmoleküle vor. Sie sind nicht geladen und können nicht normal mit polarisierten Wassermolekülen interagieren. Daher ist eine Mischung von Lipiden mit Wasser energetisch nachteilig. Lipidmoleküle können Wasser nicht wie Glykogen adsorbieren. Sie werden in sogenannte Lipidtropfen "gruppiert", die von einer Membran aus Phospholipiden umgeben sind (eine Seite ist geladen und von außen dem Wasser zugewandt, die andere ist nicht geladen und betrachtet die Lipide des Tropfens). Als Ergebnis haben wir ein stabiles System, das effektiv Lipide speichert und nichts weiter.
Okay, wir haben herausgefunden, in welchen Formen Energie gespeichert ist. Was passiert als nächstes mit ihr? Also spalten wir das Glukosemolekül vom Glykogen ab. Verwandelte es in Energie. Was bedeutet das?
Machen wir einen kleinen Exkurs.
In der Zelle treten pro Sekunde etwa 1.000.000.000 Reaktionen auf. Wenn die Reaktion abläuft, wird eine Substanz in eine andere umgewandelt. Was passiert mit seiner inneren Energie? Es kann abnehmen, zunehmen oder sich nicht ändern. Wenn es abnimmt -> wird Energie freigesetzt. Wenn es zunimmt -> müssen Sie Energie von außen aufnehmen. Der Körper kombiniert normalerweise solche Reaktionen. Das heißt, die Energie, die während einer Reaktion freigesetzt wird, geht zur zweiten über.
Im Körper gibt es also spezielle Verbindungen, Makroerge, die während der Reaktion Energie ansammeln und übertragen können. In ihrer Zusammensetzung gibt es eine oder mehrere chemische Bindungen, in denen sich diese Energie ansammelt. Jetzt können Sie zu Glukose zurückkehren. Die während des Zerfalls freigesetzte Energie wird in den Bindungen dieser Makroergs gespeichert.
Nehmen wir ein Beispiel.
Das häufigste Makroerg (Energiewährung) einer Zelle ist ATP (Adenosintriphosphat).
Es sieht ungefähr so aus.
Es besteht aus einem stickstoffhaltigen Base-Adenin (eines von vier, das zur Kodierung von Informationen in DNA verwendet wird), Ribosezucker und drei Phosphorsäureresten (und damit Adenosin-TRIPHOSPHAT). In den Bindungen zwischen den Phosphorsäureresten wird Energie akkumuliert. Wenn ein Rest der Phosphorsäure gespalten wird, wird ADP (Adenosindiphosphat) gebildet. ADP kann Energie freisetzen, einen weiteren Rückstand abreißen und sich in AMP (Adenosin-MONO-Phosphat) verwandeln. Die Effizienz des abgespaltenen zweiten Rückstands ist jedoch viel geringer. Daher sucht der Körper normalerweise bei ADP nach ATP. Es passiert so. Beim Abbau von Glucose wird die freigesetzte Energie für die Bildung einer Bindung zwischen den beiden Phosphorsäureresten und die Bildung von ATP aufgewendet. Der Prozess ist mehrstufig und wir werden ihn bisher weglassen.
Das resultierende ATP ist eine universelle Energiequelle. Es wird überall verwendet, angefangen bei der Proteinsynthese (Energie wird benötigt, um Aminosäuren zu verbinden) bis hin zur Muskelarbeit. Muskelkontraktionsmotorproteine nutzen die in ATP gespeicherte Energie, um ihre Konformation zu ändern. Eine Konformationsänderung ist eine Neuorientierung eines Teils eines großen Moleküls relativ zu einem anderen. Es sieht ungefähr so aus.
Das heißt, die chemische Bindungsenergie wandelt sich in mechanische Energie um. Hier sind Beispiele aus der Praxis von Proteinen, die ATP verwenden, um die Arbeit zu erledigen.
Treffen Sie dieses Myosin . Motorprotein. Es führt die Bewegung großer intrazellulärer Formationen aus und ist an der Muskelkontraktion beteiligt. Bitte beachten Sie, dass er zwei "Beine" hat. Mit der in 1 ATP-Molekül gespeicherten Energie nimmt er eine Konformationsänderung vor, tatsächlich einen Schritt. Das offensichtlichste Beispiel für den Übergang chemischer Energie von ATP zu mechanischer.
Das zweite Beispiel ist eine Na / K-Pumpe. In der ersten Stufe bindet es drei Na-Moleküle und ein ATP. Mit der Energie von ATP ändert er die Konformation und wirft Na aus der Zelle. Dann bindet es zwei Kaliummoleküle und überträgt, zurück zur ursprünglichen Konformation, Kalium in die Zelle. Die Sache ist äußerst wichtig, sie ermöglicht es, den intrazellulären Na-Spiegel in der Norm zu halten.
Aber im Ernst:
Pause Warum brauchen wir ATP? Warum können wir die in Glukose gespeicherte Energie nicht direkt nutzen? Wenn Sie Glukose gleichzeitig zu CO2 oxidieren, wird sofort extrem viel Energie freigesetzt. Und das meiste davon wird in Form von Wärme abgeführt. Daher ist die Reaktion in Stufen unterteilt. Auf jedem wird ein wenig Energie freigesetzt, gespeichert und die Reaktion fortgesetzt, bis die Substanz vollständig oxidiert ist.
Ich werde zusammenfassen. Energie wird in Fetten und Kohlenhydraten gespeichert. Es kann schneller aus Kohlenhydraten extrahiert werden, aber mehr kann in Fetten gespeichert werden. Für Reaktionen verwendet die Zelle hochenergetische Verbindungen, die die Energie des Abbaus von Fetten, Kohlenhydraten usw. speichern. ATP ist die Hauptverbindung dieser Art in der Zelle. Im Wesentlichen nehmen und verwenden. Allerdings nicht der einzige. Aber dazu später mehr.
PS Ich habe versucht, das Material so weit wie möglich zu vereinfachen, sodass einige Ungenauigkeiten auftraten. Ich bitte die eifrigen Biologen, mir zu vergeben.