Energiewechsel - einer der Hauptprozesse, der die lebenswichtige Aktivität der Zelle gewährleistet. Es ermöglicht der Zelle, die Energie zu erhalten, die sie benötigen, um alle lebenswichtigen Funktionen zu erfüllen. Der Energiestoffwechsel besteht aus mehreren Phasen, von denen jede eine wichtige Rolle im allgemeinen Energiestoffwechselschema spielt. Die Kenntnis der Hauptphasen des Energiestoffwechsels ermöglicht ein besseres Verständnis der Funktionsweise der Zelle und ihrer Rolle im menschlichen Körper.
Die erste Stufe des Energiestoffwechsels wird genannt Glykolyse. Es tritt im Zytoplasma der Zelle auf und ist der Prozess der Aufspaltung von Glukose unter Bildung von Pyruvat. Die Glykolyse ist ein anaerober Prozess, dh sie erfordert keine Sauerstoffeinbeziehung. Das Produkt der Glykolyse ist eine geringe Menge an Energie in Form von ATP und eine gewisse Menge an NADN, einem speziellen Elektronentransporter.
Zweite Stufe - Krebs-Zyklus. Es tritt in den Mitochondrien der Zelle auf und ist ein aerober Prozess, dh es erfordert die Beteiligung von Sauerstoff. Der Krebs-Zyklus beginnt mit der Oxidation von Pyruvat, das im vorherigen Stadium erhalten wurde. Nach der Oxidation von Pyruvat werden Energie in Form von ATP, NADN und FADN2 gebildet. Darüber hinaus ist der Krebs-Zyklus die Quelle einiger intermediärer Moleküle, die in anderen Stoffwechselprozessen verwendet werden.
Glykolyse-Phase: Umwandlung von Glukose in Pyruvat
Die erste Stufe der Glykolyse wird als Aktivierungsphase bezeichnet. In diesem Stadium wird Glukose aktiviert und in Fructose-1,6-Diphosphat umgewandelt. Dieser Prozess wird von einem Energieverbrauch in Form von ATP begleitet.
Die zweite Stufe der Glykolyse ist die tatsächliche Aufspaltung des Glukosemoleküls in zwei Pyruvat-Moleküle. Dieser Prozess wird von der Bildung von ATP und NADN begleitet.
Das resultierende Pyruvat kann in verschiedenen biochemischen Prozessen der Zelle verwendet werden, wie zum Beispiel dem Krebszyklus oder dem aeroben Atmungsprozess. Bei Sauerstoffmangel kann Pyruvat in Laktat oder Alkohol umgewandelt werden.
Zitrinzyklusphase: Freisetzung von Energie aus Pyrivaten
Die Phase des Citrinzyklus beginnt damit, dass die durch die Glykolyse erhaltenen Pyrivate an das aktivierte Acetylkoenzym A (ADC) angehängt werden. Diese Umwandlung von Pyrivaten in Acetyl-CoA erfolgt durch das Enzym Pyrivatdehydrogenase.
Als nächstes verbindet sich Acetyl-CoA mit Oxalacetat und bildet Citrat. Das Citrat durchläuft dann eine Reihe von Reaktionen, bei denen Energie freigesetzt wird, die in Oxalacetat umgewandelt wird. Diese Energie wird später von der Zelle verwendet, um ATP oder Adenosintriphosphat, die Hauptenergiequelle in der Zelle, zu synthetisieren.
Der Abschluss des Citrinzyklus führt zur Bildung von Oxalacetat, das wieder am neuen Zyklus teilnehmen kann und einen kontinuierlichen Energiefluss in der Zelle erzeugt.
Atemkreislaufphase: ATP-Synthese in den Mitochondrien
Der Prozess der ATP-Synthese in den Mitochondrien wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet. Es wird durch eine Energiebindung durchgeführt, die zwischen ADP und einem wasserfreien Rückstand organischer Säure, wie Phosphorsäure, gebildet wird.
Dieser Prozess findet an der inneren Membran der Mitochondrien statt, die als innere mitochondriale Membran bezeichnet wird. Es enthält eine Reihe von Proteinkomplexen, die an der oxidativen Phosphorylierung beteiligt sind. Einer der Hauptkomplexe ist die F0F1–ATP-Synthase, die die Synthese von ATP katalysiert.
Der Prozess der ATP-Synthese erfolgt durch den Fluss von Protonen durch die innere Membran. Während der Atemkette werden die in der vorherigen Phase erhaltenen Elektronen durch die Elektronentransportketten der inneren Membran der Mitochondrien übertragen, wodurch Protonen von der Mitochondrienmatrix auf die Außenseite der Membran übertragen werden.
Dieser Protonentransfer erzeugt einen Protonenverlauf, der die Grundlage für die Arbeit der F0F1-ATP-Synthase bildet. F0F1-ATP-Synthase ist ein Rotationsenzym, das ATP von ADP und Phosphorsäure trennt, indem es die aus dem Protonenfluss gewonnene Energie nutzt.
So erhält die Zelle im Prozess der Atemkette in den Mitochondrien als Ergebnis der ATP-Synthese die Energie, die sie benötigt, um ihre Funktionen zu erfüllen.
Enzymatische Decarboxylierungsphase: Oxidation von Energiequellen
Die Oxidation von Energiequellen erfolgt durch Enzyme, die die Decarboxylierungs-Reaktionen katalysieren. Als Ergebnis der Reaktion wird eine Gruppe von Kohlendioxid (CO2) aus dem Molekül einer Energiequelle entfernt. Dies führt zur Bildung von Molekülen, die höher oxidierte Gruppen enthalten, z. B. aktive Aldehyd- oder Ketongruppen. Solche Moleküle können später zur Energiegewinnung verwendet werden.
Bei der enzymatischen Decarboxylierung bilden sich Coenzyme wie NAD+ und FAD+, die als Überträger von Elektronen und Wasserstoffionen dienen. Coenzyme sind aktiv an Oxidationsreaktionen von Energiequellen beteiligt, indem sie Elektronen und Wasserstoffionen an einen externen Akzeptanten wie Sauerstoff oder ein Ferriumionentransportieren.
Die enzymatische Decarboxylierungsphase spielt eine Schlüsselrolle beim Energiestoffwechsel in der Zelle, da durch diese Phase hochenergetische Verbindungen gebildet werden und die Synthese von ATP, dem Hauptenergieträger der Zelle, stattfindet.
