Κυτταρική αναπνοή 🔥
Ο πίθηκος 🐒 της εικόνας φαίνεται ευχαριστημένος από το γεύμα του και σίγουρα δεν τον απασχολεί η τύχη της μπουκιάς που καταπίνει. Ίσως δεν έχει άδικο, γιατί η τύχη της είναι έτσι κι αλλιώς προκαθορισμένη.
Η τροφή, από τη στιγμή που θα εισαχθεί στο πεπτικό σύστημα, αρχίζει να διασπάται σταδιακά. Οι ουσίες μεγάλου μοριακού βάρους που την αποτελούν (πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια, νουκλεϊνικά οξέα) διασπώνται σε απλούστερες (αμινοξέα, απλά σάκχαρα, λιπαρά οξέα και γλυκερόλη, νουκλεοτίδια), που έχουν τη δυνατότητα, με τη βοήθεια του κυκλοφορικού ή του λεμφικού συστήματος, να φτάνουν στους ιστούς. Θα πρέπει να σημειώσουμε ότι η διάσπαση των πολύπλοκων οργανικών ουσιών σε απλούστερες (πέψη) δεν αποδίδει ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ για τον οργανισμό.
Σε κάθε κύτταρο (φυτικό ή ζωικό) οι απλές ουσίες, που προέρχονται από τη διάσπαση των μεγαλομοριακών ενώσεων, αξιοποιούνται με δύο τρόπους. Είτε χρησιμοποιούνται πάλι για τη σύνθεση νέων μεγαλομοριακών ενώσεων, που είναι απαραίτητες ως δομικά ή λειτουργικά συστατικά του συγκεκριμένου κυττάρου, είτε οξειδώνονται, αποδίδοντας σταδιακά χημική ενέργεια μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται κυτταρική αναπνοή. Συχνά αυτές οι αντιδράσεις οξείδωσης για την παραγωγή ενέργειας τροφοδοτούνται με χημικές ουσίες που προέρχονται από συστατικά του κυττάρου, κατά προτίμηση πολύ χρησιμοποιημένα. Όσα δηλαδή από τα μακρομόρια του κυττάρου έχουν χρησιμοποιηθεί επανειλημμένα, για παράδειγμα τα ένζυμα, διασπώνται. Οι απλούστερες ενώσεις, που προκύπτουν από τη διάσπασή τους (στην περίπτωση αυτή τα αμινοξέα), αξιοποιούνται από το κύτταρο, είτε για την παραγωγή ενέργειας είτε για την παραγωγή νέων μακρομορίων. Το κύτταρο δηλαδή «δεν αφήνει να πάει τίποτα χαμένο»...!
Ένα μέρος της ενέργειας που παράγεται κατά τις αντιδράσεις οξείδωσης ελευθερώνεται ως θερμότητα και δεν μπορεί να αξιοποιηθεί για τις διάφορες κυτταρικές λειτουργίες. Το υπόλοιπο ποσό ενέργειας διατίθεται στα κύτταρα με τη μορφή ΑΤΡ. Η κυτταρική αναπνοή μπορεί να γίνεται με τη βοήθεια οξυγόνου (οξειδωτικό), οπότε λέγεται αερόβια αναπνοή, ή χωρίς οξυγόνο και λέγεται αναερόβια αναπνοή.
Το κύτταρο παράγει ενέργεια διασπώντας συνήθως υδατάνθρακες ή λίπη. Όταν όμως υπάρχει ανάγκη, μπορεί να παράγει ενέργεια και από τη διάσπαση πρωτεϊνών.
🍬 Παραγωγή ενέργειας από τη διάσπαση υδατανθράκων (γλυκόζη)
Η διάσπαση της γλυκόζης περιλαμβάνει τρεις διαδικασίες: τη γλυκόλυση, τον κύκλο του κιτρικού οξέος ή κύκλο του Κρεμπς (Krebs) και την οξειδωτική φωσφορυλίωση.
Γλυκόλυση
Η γλυκόλυση (γλυκός + λύσις) είναι πολύ σημαντική μεταβολική οδός και αποτελεί το πρώτο στάδιο για τη διάσπαση της γλυκόζης. Γίνεται στο κυτταρόπλασμα χωρίς τη χρησιμοποίηση οξυγόνου. Στο στάδιο αυτό ένα μόριο γλυκόζης (6C) διασπάται αρχικά σε δύο μόρια τριοζών (υδατάνθρακες με τρία άτομα άνθρακα). Στη συνέχεια αυτές μετατρέπονται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος (3C). Το κέρδος του κυττάρου σε ενέργεια από τη διαδικασία αυτή είναι δύο μόρια ΑΤΡ.
Η τύχη του πυροσταφυλικού οξέος από εδώ και πέρα εξαρτάται από την παρουσία ή όχι οξυγόνου στο περιβάλλον του κυττάρου, αλλά και από τη δυνατότητα του κυττάρου να το χρησιμοποιήσει.
Αν η διαδικασία γίνεται παρουσία οξυγόνου, το πυροσταφυλικό οξύ εισέρχεται στο μιτοχόνδριο και εκεί οξειδώνεται πλήρως προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό (αερόβια αναπνοή). Αν δεν υπάρχει οξυγόνο (αναερόβια αναπνοή), το πυροσταφυλικό οξύ μετατρέπεται, ανάλογα με το είδος του κυττάρου, σε αιθυλική αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα ή σε γαλακτικό οξύ.
Αερόβια αναπνοή
Στην αερόβια αναπνοή η πλήρης οξείδωση του πυροσταφυλικού οξέος, που έχει παραχθεί κατά τη γλυκόλυση, γίνεται σε δύο στάδια: τον κύκλο του κιτρικού οξέος ή κύκλο του Krebs και την οξειδωτική φωσφορυλίωση.
Το σχήμα του βιβλίου παρουσιάζει τη ροή: στο κυτταρόπλασμα γίνεται η Γλυκόλυση, όπου η Γλυκόζη (στάδιο 1) μετατρέπεται σε Πυροσταφυλικό οξύ, με κέρδος 2 ΑΤΡ. Το Πυροσταφυλικό οξύ εισέρχεται στο μιτοχόνδριο (στάδιο 2), όπου μετατρέπεται σε Ακέτυλο συνένζυμο Α και στη συνέχεια στον Κύκλο του Κρεμπς (στάδιο 3), που αποδίδει 2 ΑΤΡ και ελευθερώνει . Ακολουθεί η Οξειδωτική Φωσφορυλίωση (στάδιο 4), που αποδίδει 32 ΑΤΡ.
Η ενεργειακή απόδοση από την πλήρη οξείδωση ενός μορίου γλυκόζης είναι 36 ΑΤΡ.
Κύκλος του κιτρικού οξέος: Ο κύκλος του κιτρικού οξέος ή κύκλος του Krebs περιλαμβάνει μια σειρά αντιδράσεων που γίνονται στη μήτρα των μιτοχονδρίων, χωρίς να χρησιμοποιείται οξυγόνο.
Το πυροσταφυλικό οξύ, που είχε παραχθεί από τη γλυκόλυση, μετατρέπεται σε ακετυλο-συνένζυμο Α και με τη μορφή αυτή εισέρχεται στον κύκλο του κιτρικού οξέος. Κατά τη μετατροπή αυτή παράγεται και .
Από το ακετυλο-συνένζυμο Α που μπαίνει στον κύκλο του κιτρικού οξέος, μεταξύ άλλων, σχηματίζονται ΑΤΡ και . Το κέρδος σε ενέργεια από τη διάσπαση κάθε αρχικού μορίου γλυκόζης, σ' αυτό το στάδιο, είναι δύο μόρια ΑΤΡ.
Οξειδωτική φωσφορυλίωση: Οι αντιδράσεις της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης γίνονται στις αναδιπλώσεις της εσωτερικής μεμβράνης του μιτοχονδρίου και για τη διεξαγωγή τους χρησιμοποιείται οξυγόνο. Κατά την πραγματοποίηση αυτών των αντιδράσεων γίνεται απελευθέρωση ενέργειας, μέρος της οποίας χρησιμοποιείται για την παραγωγή 32 μορίων ΑΤΡ από ADP + Pi.
Στα τελικά προϊόντα αυτής της διαδικασίας περιλαμβάνεται και .
Τελικά, από την πλήρη οξείδωση ενός μορίου γλυκόζης σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό παράγονται συνολικά 36 μόρια ΑΤΡ. Η γενική εξίσωση της κυτταρικής αναπνοής είναι:
Ποια είναι η σχέση ανάμεσα στην πέψη των τροφών και την κυτταρική αναπνοή;
⚖️ Έλεγχος της αερόβιας κυτταρικής αναπνοής
Οι αντιδράσεις της κυτταρικής αναπνοής θα μπορούσαν να επαναλαμβάνονται συνεχώς, ώσπου να καταναλωθούν όλα τα μόρια που αποτελούν αποθήκες ενέργειας για τον οργανισμό. Δε συμβαίνει όμως έτσι. Υπάρχει ένας μηχανισμός που ελέγχει τη διεξαγωγή αυτών των αντιδράσεων, ανάλογα με τις ανάγκες του οργανισμού. Για παράδειγμα, όταν από την κυτταρική αναπνοή παραχθούν πολλά ΑΤΡ, χωρίς να χρειάζεται όλη αυτή την ενέργεια το κύτταρο, τότε αναστέλλεται η δράση ενός από τα ένζυμα που εξυπηρετούν τη διαδικασία της γλυκόλυσης. Διακόπτεται έτσι η διάσπαση των σακχάρων. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται αμέσως, μόλις ελαττωθεί η συγκέντρωση μορίων ΑΤΡ. Θα πρέπει να σημειωθεί επίσης ότι οι αντιδράσεις του κύκλου του κιτρικού οξέος, παρά το ότι δε χρησιμοποιούν οξυγόνο, δε γίνονται σε αναερόβιες συνθήκες. Αυτό συμβαίνει, γιατί διαφορετικά τα προϊόντα τους θα συσσωρεύονταν στο κύτταρο, ενώ πρέπει να καταναλώνονται, και η κατανάλωσή τους γίνεται μόνο μέσω των αντιδράσεων της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης για τις οποίες είναι απαραίτητο το οξυγόνο.
Υπάρχουν χημικές ουσίες που μπορούν να διακόψουν την εξέλιξη της πορείας της αναπνευστικής αλυσίδας σε ορισμένους τύπους ζωικών κυττάρων, εμποδίζοντας τη μεταφορά των ηλεκτρονίων. Αυτό μπορεί να αποβεί μοιραίο για τη ζωή των οργανισμών.
Η κυανιδίνη είναι μια από τις ουσίες αυτές. Έχει την ιδιότητα να συνδέεται με το φορέα που μεταφέρει απευθείας τα ηλεκτρόνια στο οξυγόνο, εμποδίζοντας έτσι τη δράση του και φυσικά τη διαδικασία παραγωγής της ενέργειας που είναι απαραίτητη για το κύτταρο. Αποτελεί επομένως ένα κυτταρικό δηλητήριο. Ένα άλλο κυτταρικό δηλητήριο είναι η 2,4-δινιτροφαινόλη (DNP), η οποία, μεταβάλλοντας τη διαπερατότητα της εσωτερικής μεμβράνης των μιτοχονδρίων στα πρωτόνια, εμποδίζει τελικά το σχηματισμό ΑΤΡ. Έτσι η ενέργεια που παράγεται, αντί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ΑΤΡ, μετατρέπεται σε θερμότητα. Το ζώο υποφέρει από την αύξηση της θερμοκρασίας του, εμφανίζει ναυτία, τάση για εμετό και τελικά καταρρέει και πεθαίνει. Το DNP χρησιμοποιείται από τη βιομηχανία χρωμάτων ως συντηρητικό ξύλου και ως εντομοκτόνο.
Υπάρχουν ωστόσο ουσίες που παρουσιάζουν παρόμοια δράση και που βρίσκονται φυσιολογικά σε κύτταρα ορισμένων ζώων, χωρίς να προκαλούν βλάβη. Συνήθως τα ζώα αυτά ανήκουν στην κατηγορία εκείνων που πέφτουν σε χειμέρια νάρκη, για να επιβιώσουν στις χαμηλές θερμοκρασίες του χειμώνα. Σε ειδικά κύτταρα αυτών των ζώων υπάρχει μια πρωτεΐνη (θερμογενίνη), η οποία εμποδίζει τη σύνθεση ΑΤΡ. Η ενέργεια που φυσιολογικά θα έδινε ΑΤΡ ελευθερώνεται ως θερμότητα. Αυτό ακριβώς χρειάζεται και το ζώο που έχει πέσει σε χειμέρια νάρκη. Να διατηρήσει τη θερμοκρασία του σώματός του σε ένα επίπεδο τέτοιο, που θα του επιτρέψει να επιβιώσει έως την άνοιξη. Ένα από τα ζώα που αξιοποιούν αυτή τη διαδικασία είναι η αρκούδα.
🍺 Αναερόβια αναπνοή
Μια μεγάλη ποικιλία μικροοργανισμών οξειδώνουν τη γλυκόζη για την παραγωγή ΑΤΡ χωρίς την παρουσία οξυγόνου. Κάνουν δηλαδή αναερόβια αναπνοή. Υπάρχουν βέβαια και κύτταρα πολυκύτταρων οργανισμών, που περιστασιακά, όταν είναι αναγκασμένα να παράγουν ενέργεια και δεν υπάρχει αρκετό οξυγόνο στο περιβάλλον τους, κάνουν επίσης αναερόβια αναπνοή. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν τα μυϊκά κύτταρα.
Οι πιο γνωστές περιπτώσεις αναερόβιας αναπνοής είναι η αλκοολική και η γαλακτική ζύμωση. Και στις δύο περιπτώσεις ένα μόριο γλυκόζης, μέσω της γλυκόλυσης, διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος, με απόδοση δύο μορίων ΑΤΡ, όπως γίνεται και κατά την αερόβια αναπνοή. Στη συνέχεια, τα δύο μόρια του πυροσταφυλικού οξέος, μετατρέπονται είτε σε δύο μόρια αιθυλικής αλκοόλης και δύο μόρια διοξειδίου του άνθρακα (αλκοολική ζύμωση), είτε σε δύο μόρια γαλακτικού οξέος (γαλακτική ζύμωση).
Στο σχήμα του βιβλίου, η Γλυκόζη μέσω της Γλυκόλυσης (κέρδος 2 ΑΤΡ) δίνει δύο μόρια Πυροσταφυλικού οξέος. Καθένα από αυτά είτε ακολουθεί τη ζύμωση, οπότε δίνει Γαλακτικό οξύ ή Αιθυλική αλκοόλη + , είτε χάνει και μετατρέπεται σε Ακέτυλο συνένζυμο-Α, που εισέρχεται στον Κύκλο του Κρεμπς (αποδίδει και 2 ΑΤΡ). Ακολουθεί η Οξειδωτική Φωσφορυλίωση (με ), που δίνει και 32 ΑΤΡ. Το σύνολο είναι 36 ΑΤΡ.
Η αλκοολική ζύμωση γίνεται κυρίως στις ζύμες (μονοκύτταροι οργανισμοί που ανήκουν στους μύκητες). Γίνεται όμως και σε τμήματα φυτών, όπως στο εσωτερικό των κονδύλων της πατάτας, όπου δε φτάνει οξυγόνο ή αυτό βρίσκεται σε πολύ μικρή συγκέντρωση. Σε εφαρμογές της αλκοολικής ζύμωσης στηρίζεται η παραγωγή μπίρας, κρασιού και άρτου.
Για την παραγωγή μπίρας χρησιμοποιούνται τα σπέρματα σιτηρών (π.χ. βύνης), το άμυλο των οποίων υδρολύεται αρχικά προς ζυμώσιμα σάκχαρα, όπως η γλυκόζη.
Για την παραγωγή του κρασιού χρησιμοποιούνται σάκχαρα που υπάρχουν στο χυμό των σταφυλιών. Στη συνέχεια ακολουθεί ζύμωση με τη δράση των ζυμών, αποτέλεσμα της οποίας είναι ο σχηματισμός αιθυλικής αλκοόλης. Όταν η συγκέντρωση της αιθυλικής αλκοόλης φτάσει το 12% περίπου, αυτή γίνεται τοξική για τα κύτταρα των ζυμών και τα θανατώνει. Η ζύμωση πλέον σταματά και το κρασί είναι έτοιμο.
Για την παρασκευή του ψωμιού 🍞 το βρεγμένο αλεύρι αναμειγνύεται με ένα υλικό που περιέχει ζυμομύκητες (ονομάζεται ζύμη ή μαγιά) και αφήνεται σε ζεστό μέρος για αρκετές ώρες. Με τη ζύμωση των σακχάρων ελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο προσπαθώντας να διαφύγει από την αρτόμαζα προκαλεί το φούσκωμά της. (Αρτόμαζα (α) πριν και (β) μετά το φούσκωμα.)
Η γαλακτική ζύμωση γίνεται σε μικροοργανισμούς (βακτήρια) αλλά, όπως ήδη αναφέρθηκε, και σε κύτταρα ανώτερων οργανισμών (π.χ. μυϊκά), όταν η διαθέσιμη ποσότητα οξυγόνου στο περιβάλλον τους είναι περιορισμένη.
Η παρασκευή των κυριότερων προϊόντων του γάλακτος, όπως η γιαούρτη και το τυρί, γίνονται με τη συμμετοχή μικροοργανισμών που κάνουν γαλακτική ζύμωση.
Η γνωριμία του ανθρώπου με φαινόμενα που έχουν σχέση με διαδικασίες ζύμωσης είναι πολύ παλιά. Οι ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκαν εδώ και πάρα πολλά χρόνια για την παραγωγή κρασιών, τυριών, γιαούρτης, ψωμιού κ.ά. Μια ανακάλυψη-κλειδί σχετικά με τις ζυμώσεις έγινε σχεδόν τυχαία το 1897 από τους Γερμανούς Χ. Μπούχνερ και Ε. Μπούχνερ. Οι Μπούχνερ ενδιαφέρονταν να παρασκευάσουν εκχυλίσματα ζύμης, ελεύθερα κυττάρων, για πιθανές θεραπευτικές χρήσεις. Αυτά τα εκχυλίσματα έπρεπε να συντηρηθούν χωρίς την προσθήκη αντισηπτικών, όπως η φαινόλη, και γι' αυτό αποφάσισαν να προσθέσουν ζάχαρη, ένα συντηρητικό κοινό στην καθημερινή χημική πρακτική.
Το αποτέλεσμα ήταν μια έκπληξη. Η ζάχαρη, ύστερα από γρήγορη ζύμωση, μετατράπηκε σε αλκοόλη χωρίς την παρουσία ζυμών, αλλά από το εκχύλισμα της ζύμης. Η σημασία αυτής της ανακάλυψης ήταν κεφαλαιώδης. Οι Μπούχνερ απέδειξαν για πρώτη φορά ότι η ζύμωση είναι δυνατόν να λάβει χώρα και έξω από τα ζωντανά κύτταρα. Η κυρίαρχη ιδέα ως εκείνη την εποχή, που είχε υποστηριχτεί και από τον Παστέρ το 1860, ήθελε τη ζύμωση αναπόσπαστα συνδεδεμένη με τα ζωντανά κύτταρα.
Με τη φωτοσύνθεση η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική, για να χρησιμοποιηθεί για τις ανάγκες του οργανισμού. Σε κάποιους όμως οργανισμούς, όπως η πυγολαμπίδα, ένα μέρος αυτής της χημικής ενέργειας ακολουθεί στη συνέχεια την αντίστροφη πορεία. Μετατρέπεται δηλαδή ξανά σε φωτεινή ενέργεια, με μια διαδικασία που ονομάζεται βιοφωτισμός.
Το καλοκαίρι στην εξοχή γινόμαστε συχνά μάρτυρες του φαινομένου του βιοφωτισμού, συναντώντας τη νύχτα πυγολαμπίδες με την έντονα φωτισμένη κοιλιά τους. Η εκπομπή ακτινοβολίας δεν είναι σταθερή. Συνήθως διακόπτεται και ξαναρχίζει με συγκεκριμένο ρυθμό, δημιουργώντας κάτι σαν φωτεινά σήματα. Υπάρχουν περισσότερα από 1.900 γνωστά είδη πυγολαμπίδων και το καθένα χρησιμοποιεί το δικό του, ξεχωριστό ρυθμό στα φωτεινά σήματα. Τα σήματα εκπέμπονται συνήθως, για να προκληθεί ο ερωτικός τους σύντροφος. Τα αρσενικά, που έχουν και την ικανότητα να πετούν, φαίνεται να έχουν και την πρωτοβουλία των κινήσεων με την εκπομπή συγκεκριμένων φωτεινών μηνυμάτων. Τα θηλυκά, που δεν έχουν φτερά και συνήθως βρίσκονται πάνω σε φύλλα δέντρων, ανταποκρίνονται ανάλογα στο κάλεσμα των αρσενικών με τα δικά τους φωτεινά μηνύματα. Ενδιαφέρον είναι ότι σε ένα είδος πυγολαμπίδας (Photutis versicolor) το θηλυκό, κάποιες φορές, εκπέμπει ερωτικά φωτεινά μηνύματα με ρυθμό που χαρακτηρίζει άλλο είδος. Στη συνέχεια, όταν την πλησιάσει ο δυστυχής αρσενικός του άλλου είδους, αυτή τον τρώει!
Η φωτεινή ακτινοβολία που εκπέμπεται από τις πυγολαμπίδες είναι πολύ έντονη. Χαρακτηριστικό είναι ότι κάποια είδη βατράχων, που θεωρούν τις πυγολαμπίδες εκλεκτό μεζέ, όταν φάνε πολλές από αυτές μαζεμένες, τελικά «λάμπουν» και οι ίδιοι.
Σήμερα γνωρίζουμε αρκετά καλά τη βιοχημική διαδικασία του βιοφωτισμού. Παραμένει ωστόσο μυστήριο ο τρόπος με τον οποίο τα ζώα τον χρησιμοποιούν. Είναι χαρακτηριστικό αυτό που γίνεται σε ορισμένες περιοχές με τη συγκέντρωση πυγολαμπίδων τη νύχτα πάνω σε δέντρα. Όταν πέφτει η νύχτα, μια πυγολαμπίδα, μετά άλλη και πολλές στη συνέχεια συγκεντρώνονται στα κλαδιά ενός δέντρου, το οποίο πολύ γρήγορα μοιάζει να λάμπει. Λίγο αργότερα οι πυγολαμπίδες συγχρονίζονται και αρχίζουν να αναβοσβήνουν τα «φωτάκια τους» με τον ίδιο ρυθμό, κάνοντας το δέντρο να μοιάζει πραγματικά με χριστουγεννιάτικο. Το φαινόμενο είναι ενδιαφέρον και η ερμηνεία του δύσκολη. Οι βιολόγοι που ασχολούνται με τη συμπεριφορά των ζώων ζήτησαν τη βοήθεια μαθηματικών για τη μελέτη και τον προσδιορισμό του «τι λένε» ή «τι κάνουν» οι πυγολαμπίδες, όταν συγχρονίζουν την εκπομπή της ακτινοβολίας τους...
🥩 Παραγωγή ενέργειας από τη διάσπαση λιπιδίων και πρωτεϊνών
Η κυτταρική αναπνοή, όπως ήδη γνωρίζουμε, είναι μία διαδικασία οξείδωσης οργανικών ουσιών, από την οποία το κύτταρο εξασφαλίζει ενέργεια. Αναφερθήκαμε στην παραγωγή ενέργειας από την οξείδωση των υδατανθράκων. Είναι οι ουσίες στις οποίες πρώτα ανατρέχει το κύτταρο, αν υπάρχουν τέτοιες στη διάθεσή του. Επόμενα στη σειρά «προτίμησής» του έρχονται τα ουδέτερα λίπη, που αρχικά διασπώνται σε γλυκερόλη και λιπαρά οξέα. Τα λιπαρά οξέα είναι μόρια πλούσια σε ενέργεια και γι' αυτό κάποια κύτταρα, όπως, για παράδειγμα, τα κύτταρα των σκελετικών μυών, εξασφαλίζουν από τα μόρια αυτά - και κάτω από φυσιολογικές συνθήκες - ένα μέρος της ενέργειας που τους είναι απαραίτητη.
Οι πρωτεΐνες, από τις οποίες επίσης μπορεί να πάρει ενέργεια το κύτταρο, έχουν έναν πολύ σημαντικό για τη ζωή του κυττάρου, δομικό και λειτουργικό ρόλο. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας, μόνο αν δεν υπάρχουν καθόλου σάκχαρα ή λιπίδια, όπως, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια μακρόχρονης ασιτίας. Οι πρωτεΐνες υδρολύονται αρχικά σε αμινοξέα και στη συνέχεια απομακρύνονται οι αμινομάδες. Το υπόλοιπο μέρος του μορίου μπορεί να εισέλθει στον κύκλο του κιτρικού οξέος (Κρεμπς) ή να μετατραπεί πρώτα σε λιπαρό οξύ ή σε πυροσταφυλικό οξύ ή σε ακετυλο-συνένζυμο Α και στη συνέχεια να ακολουθήσει η οξείδωσή του.
Σχεδόν όλες οι ουσίες που παίρνουμε με την τροφή μας μπορούν, κατά το μεταβολισμό, να μετατραπούν σε ακετυλο-συνένζυμο Α. Το μόριο αυτό, στη συνέχεια, είτε θα χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση λιπιδίου είτε θα μπει στον κύκλο του κιτρικού οξέος, για να παραχθεί ενέργεια. Το τι θα επιλεγεί καθορίζεται κάθε φορά ανάλογα με τις ανάγκες του οργανισμού.
🔄 Σχέση φωτοσύνθεσης και κυτταρικής αναπνοής
Όπως είδαμε, σε ό,τι αφορά τους υδατάνθρακες, η κυτταρική αναπνοή ως μεταβολική πορεία είναι αντίστροφη της φωτοσύνθεσης. Η ισορροπία ανάμεσα σ' αυτές τις δύο διαδικασίες διατηρεί την ισορροπία ανάμεσα στο διοξείδιο του άνθρακα και στο οξυγόνο της ατμόσφαιρας.
Στο σχήμα του βιβλίου, στο μιτοχόνδριο (κυτταρική αναπνοή) το Πυροσταφυλικό + δίνει ΑΤΡ + . Στον χλωροπλάστη (φωτοσύνθεση) το + ΑΤΡ, με τη βοήθεια του φωτός, δίνει + Γλυκόζη. Η Γλυκόζη και το επιστρέφουν στο μιτοχόνδριο, ενώ το επιστρέφει στον χλωροπλάστη: οι δύο διαδικασίες είναι αλληλένδετες και αντίστροφες.
Όταν τρως ένα κομμάτι σοκολάτας, νιώθεις ευχαρίστηση και δε σε προβληματίζει η παραπέρα πορεία του. Αυτό βέβαια μπαίνει στη διαδικασία της πέψης. Τα σύνθετα μόρια, που την αποτελούν, αρχικά διασπώνται σε απλούστερα. Τα σάκχαρα δίνουν μόρια γλυκόζης, οι πρωτεΐνες δίνουν αμινοξέα και τα λιπίδια λιπαρά οξέα. Στη συνέχεια οι ουσίες αυτές, μέσα στα κύτταρα, μετατρέπονται συνήθως σε ακετυλο-συνένζυμο Α. Από αυτές τις αντιδράσεις διάσπασης παράγεται ελάχιστη ή καθόλου ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ. Ακολούθως η οξείδωση των μορίων του ακετυλο-συνενζύμου Α στον κύκλο του κιτρικού οξέος και οι αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων στην αναπνευστική αλυσίδα έχουν ως αποτέλεσμα την παραγωγή ενέργειας χρήσιμης για τον οργανισμό. (Στάδια διάσπασης μακρομορίων που βρίσκονται στις τροφές μας.)