Răspuns 1:
Ați pus o întrebare clasică în biologie și, desigur, una foarte importantă. Modul în care ființele vii produc energie utilizabilă este important nu numai din perspectiva înțelegerii vieții, ci ar putea, de asemenea, să ne ajute să proiectăm produse mai eficiente de captare și producere a energiei – dacă am putea „imita” modul în care celulele vii se ocupă de echilibrul lor energetic, am putea fi capabili să ne îmbunătățim foarte mult tehnologia. De exemplu, o plantă colectează lumina solară mult mai bine decât cel mai bun panou solar al nostru. Și, bineînțeles, dacă înțelegem utilizarea energiei, acest lucru ne poate ajuta, de asemenea, să ne ocupăm de bolile umane, cum ar fi diabetul.
Acum, răspunsul la întrebarea dvs. poate fi găsit în orice manual de biologie de bază, dar, uneori, există atât de multe informații împachetate într-un astfel de manual încât poate fi dificil să extrageți informațiile de care aveți nevoie sau, mai des, să vedeți toate aceste informații într-un context mai larg. Să încercăm să abordăm întrebarea dvs. în mai multe părți.
În primul rând, trebuie să știm ce este cu adevărat ATP – din punct de vedere chimic, este cunoscut ca adenozin trifosfat. ATP este o formă de energie utilizabilă pentru celule – energia este „prinsă” într-o legătură chimică care poate fi eliberată și utilizată pentru a impulsiona alte reacții care necesită energie (reacții endergonice).
Organismele fotosintetice utilizează energia din lumina solară pentru a-și sintetiza proprii combustibili. Ele pot transforma lumina solară recoltată în energie chimică (inclusiv ATP) pentru a acționa apoi sinteza carbohidraților din dioxid de carbon și apă. Atunci când sintetizează carbohidrații, se eliberează oxigen. La nivel mondial, peste 10 miliarde de tone de carbon sunt „fixate” de către plante în fiecare an – aceasta înseamnă că moleculele de carbon sunt transformate din partea unui gaz simplu (dioxid de carbon) în molecule mai complexe, reduse (carbohidrați), ceea ce face ca carbonul să fie disponibil ca hrană pentru cei care nu fac fotosinteză (și, bineînțeles, furnizează oxigen). Aceștia folosesc o parte din carbohidrați pentru propria creștere și reproducere. Este destul de remarcabil când te gândești la asta – ai fost în Parcul Național Sequoia sau ai văzut sequoia de-a lungul coastei noastre de nord-vest? Copaci masivi, nu-i așa? Gândiți-vă la faptul că cea mai mare parte din acea masă este sub formă de carbon care a fost extras din aer sub formă de dioxid de carbon!
Procesul de fotosinteză este format din două părți. În primul rând, există reacțiile luminoase, în care lumina este transformată în energie chimică (un purtător de electroni redus și ATP). Acest lucru are loc în thylakoidele (membranele suprapuse) ale cloroplastelor. ATP și purtătorii de electroni sunt apoi utilizați într-un al doilea set de reacții, numite reacții independente de lumină. Acestea au loc, de asemenea, în cloroplaste, dar într-o zonă numită stromă. În acest caz, dioxidul de carbon este utilizat pentru a produce zaharuri într-o serie de reacții numite ciclul Calvin, fotosinteza C4 și metabolismul acidului crassulacean. Vă puteți uita în orice manual de bază de biologie pentru a vedea câtă „energie” sau „zahăr” se produce în fiecare etapă a procesului.
În cazul celor care nu fac fotosinteză, combustibilul trebuie să fie consumat. Cel mai comun combustibil chimic este zahărul glucoză (C6H12O6)… Alte molecule, cum ar fi grăsimile sau proteinele, pot furniza, de asemenea, energie, dar (de obicei) trebuie mai întâi să fie transformate în glucoză sau într-un intermediar care poate fi utilizat în metabolismul glucozei.
Acum, acest lucru ne aduce la următoarea parte – cum trecem de la glucoză la ATP? Acest lucru se realizează prin procesul de „oxidare” – și acest lucru se realizează printr-o serie de căi metabolice. Transformările chimice complexe din celulă au loc într-o serie de reacții separate pentru a forma fiecare cale, iar fiecare reacție este catalizată de o enzimă specifică. În mod interesant, căile metabolice sunt similare în toate organismele, de la bacterii la oameni. La eucariote (plante și animale), multe dintre căile metabolice sunt compartimentate, cu anumite reacții care au loc în organite specifice. Practic, celulele captează energia liberă eliberată în urma descompunerii (metabolismului) glucozei. Această energie este captată în ATP pe măsură ce acesta se transformă din ADP în ATP prin adăugarea de fosfat.
Există 3 căi principale de recoltare a energiei din glucoză:
Glicoliza – începe metabolismul glucozei în toate celulele pentru a produce 2 molecule de piruvat. Are loc în afara mitocondriilor, de obicei în citoplasmă.
Respirația celulară – utilizează oxigenul din mediul înconjurător și transformă fiecare piruvat în trei molecule de dioxid de carbon, reținând în același timp energia eliberată în acest proces în ATP. Există 3 căi secundare ale respirației celulare – oxidarea piruvatului, ciclul acidului citric (Krebs sau al acidului tricarboxilic) și lanțul de transport al electronilor. Are loc în diferite subcompartimente ale mitocondriilor.
Fermentare – transformă piruvatul în acid lactic sau etanol; nu are nevoie de oxigen. Nu este la fel de eficientă ca respirația celulară; are loc în citoplasmă.
În ceea ce privește cantitatea de ATP produsă, puteți căuta în textele de bază și evalua câți ATP sunt utilizați față de câți sunt produși pentru fiecare aspect al metabolismului
.