Conexiuni între respiraţia celulară şi alte căi

Până acum, am petrecut mult timp descriind căile folosite pentru a descompune glucoza. Când mânânci prânzul, ai putea avea un sandviş de curcan, un burger vegetarian sau o salată, dar probabil că nu mănânci doar carbohidrați. Atunci, cum sunt descompuse celelalte componente ale alimentelor, cum ar fi proteinele, lipidele şi carbohidraţii fără glucoză, pentru a genera ATP?

După cum s-a dovedit, căile respirației celulare pe care le-am văzut deja sunt esențiale pentru extragerea energiei din toate aceste molecule diferite. Aminoacizii, lipidele şi alţi carbohidraţi pot fi transformaţi în diverşi intermediari ai glicolizei, precum și ai ciclului acidului citric, permițându-le să intre în calea respirației celulare printr-o multitudine de uși laterale. Odată ce aceste molecule intră în cale, nu are nicio importanță de unde provin: pur și simplu vor trece prin pașii rămași, producând NADH, FADH$_2$start subscript, 2, end subscript și ATP.

În plus, nu fiecare moleculă care intră în respiraţia celulară va parcurge întreaga cale. Exact așa cum diferite tipuri de molecule pot contribui la respiraţia celulară prin intermediari diferiţi, astfel încât intermediarii glicolizei şi ciclului acidului citric să poată fi îndepărtaţi în diferite stadii şi să poată fi utilizaţi pentru producerea altor molecule. De exemplu, mulți intermediari ai glicolizei și ai ciclului acidului citric sunt utilizați pe căile în care se construiesc aminoacizi$^1$start superscript, 1, end superscript.

În secțiunile de mai jos, ne vom uita la câteva exemple în care diferite molecule care nu conțin glucoză pot intra în respirația celulară.

Majoritatea carbohidraţilor intră în respiraţia celulară în timpul glicolizei. În unele cazuri, introducerea în această cale presupune pur şi simplu descompunerea polimerului glucozei în molecule individuale de glucoză. De exemplu, polimerul glucozei, glicogenul este produs şi depozitat atât în celulele hepatice, cât şi în celulele musculare din corpul nostru. Dacă valorile zahărului din sânge scad, glicogenul va fi descompus în molecule de glucoză cu legături de fosfat, care pot pătrunde cu uşurinţă în glicoliză.

Monozaharidele fără glucoză pot intra, de asemenea, în glicoliză. De exemplu, zaharoza (zahărul de masă) este compus din glucoză şi fructoză. Când zaharul este descompus, fructoza poate pătrunde cu uşurinţă în glicoliză: adăugarea unui grup de fosfat îl transformă în fructozo-6-fosfat, a treia moleculă din glicoliză$^2$squared. Deoarece intră atât de aproape de vârful căii, fructoza produce acelaşi număr de ATP ca şi glucoza în timpul respiraţiei celulare.

Când consumi proteine din alimente, organismul tău trebuie să le descompună în aminoacizi înainte de a putea fi utilizate de celulele tale. De cele mai multe ori, aminoacizii sunt reciclaţi şi utilizaţi pentru producerea de proteine noi, nu oxidaţi pentru combustibil.

Cu toate acestea, dacă sunt mai mulți aminoacizii decât are nevoire corpul sau dacă celulele sunt înfometate, unii aminoacizi se vor descompune pentru energie prin respirația celulară. Pentru ca aminoacizii să intre în procesul de respirație celulară, ei trebuie să-și înlăture prima dată grupul amino. Acest pas produce amoniac $(\text {NH}_3)$left parenthesis, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, right parenthesis ca produs de risipă, și la oameni și alte mamifere, amoniacul este transformat în uree și eliminat din organism prin urină.

Odată ce au fost dezaminaţi, diverşi aminoacizi pătrund în căile respiratirației celulare în diferite etape. Proprietăţile chimice ale fiecărui aminoacid determină ce intermediar poate fi transformat cel mai ușor.

De exemplu, aminoacidul glutamat, care are un lanţ lateral de acid carboxilic, se transformă în ciclul intermediar α-ketoglutarat al acidului citric. Acest punct de intrare pentru glutamat are sens deoarece ambele molecule au o structură similară, cu două grupe carboxilice, cum este indicat mai jos$^3$cubed.

Grăsimile, cunoscute mai formal sub denumirea de trigliceride, pot fi descompuse în două componente care pătrund în căile respirației celulare în etape diferite. O trigliceridă este formată dintr-o moleculă de trei atomi de carbon numită glicerol şi din trei cozi de acizi graşi legate de glicerol. Glicerolul poate fi transformat în glicerid-3-fosfat, un intermediar al glicolizei, şi poate continua pe restul căii de descompunere a respiraţiei celulare.

Acizii graşi, pe de altă parte, trebuie descompuşi într-un proces numit beta-oxidare, care se desfăşoară în matricea mitocondriilor. În beta-oxidare, cozile acizilor graşi sunt descompuse într-o serie de două unităţi de carbon care se combină cu coenzima A, formând acetil-CoA. Acest acetil CoA este introdus fără probleme în ciclul acidului citric.

Ne-am gândit foarte mult la modul în care moleculele pot intra în respiraţia celulară, dar este important să ne gândim şi cum pot ieşi din ea. Moleculele din calea respiraţiei celulare pot fi scoase în mai multe etape şi utilizate pentru construcția altor molecule, inclusiv aminoacizi, nucleotide, lipide şi carbohidraţi.

Pentru a da un singur exemplu, acetil-CoA (menţionat mai sus) care este produs în respiraţia celulară poate fi deviat din ciclul acidului citric şi utilizat pentru a construi colesterolul lipidic. Colesterolul formează coloana vertebrală a hormonilor steroizi din corpul nostru, cum ar fi testosteronul şi estrogenii.

Fie că este mai bine să "ardem" molecule pentru combustibil prin intermediul respiraţiei celulare sau să le utilizăm pentru a construi alte molecule, depinzând de nevoile celulei - la fel se întâmplă și cu molecule specifice pe care ele sunt obișnuite să le construiască!