4.11 Acid Citric Cycle
Bây giờ chúng ta có một nắm bắt như thế nào ATP được thực hiện trong sự hô hấp, chúng ta
cần phải xem xét những phản ứng quan trọng trong chuyển hóa carbon
liên quan đến sự hình thành của ATP. Trọng tâm của chúng tôi ở đây là trên citric
chu trình acid, còn được gọi là chu trình Krebs, một con đường quan trọng trong
hầu như tất cả các tế bào.
Hô hấp của Glucose
Các bước sinh hóa sớm trong hô hấp của glucose là
giống như những đường phân; tất cả các bước từ glucose thành pyruvate
(Hình 4.14) đều giống nhau. Tuy nhiên, trong khi trong quá trình lên men
pyruvate được giảm và chuyển đổi thành các sản phẩm được
bài tiết, hô hấp trong pyruvate được oxy hóa thành CO2. Con đường
mà pyruvate được hoàn toàn bị oxy hóa thành CO2 được gọi là
chu trình acid citric (CAC), tóm tắt trong Hình 4.21.
Pyruvate là lần đầu tiên decarboxylated, dẫn đến việc sản xuất của
CO2, NADH, và năng lượng giàu chất acetyl-CoA (Hình
4.12). Các nhóm acetyl của acetyl-CoA sau đó kết hợp với các
hợp chất oxalacetate bốn-carbon, tạo thành các hợp chất acid citric sáu carbon. Một loạt các phản ứng theo, và thêm hai
phân tử CO2, NADH ba hơn, và một FADH đang hình thành.
Cuối cùng, oxalacetate được tái sinh trở lại như một acetyl
chấp nhận, do đó hoàn thành chu kỳ (Hình 4.21).
CO
2 phát hành và nhiên liệu cho Electron vận chuyển
ôxy hóa của pyruvate để CO2 đòi hỏi các hoạt động phối hợp
của các chu trình acid citric và chuỗi vận chuyển electron. Đối với mỗi
phân tử pyruvate bị oxy hóa thông qua chu trình acid citric, ba
phân tử CO2 được phát hành (Hình 4.21). Các electron được giải phóng trong quá trình oxy hóa các chất trung gian trong chu trình acid citric được
chuyển giao cho NAD1 để tạo thành NADH, hoặc FAD để tạo thành FADH2.
Đây là nơi hô hấp và lên men khác nhau trong một cách lớn.
Thay vì được sử dụng trong việc giảm pyruvate như trong lên men (Hình 4.14), trong hô hấp, các electron từ NADH và
FADH
2 là nhiên liệu cho các dây chuyền vận chuyển điện tử, cuối cùng dẫn đến việc giảm chất nhận electron (O2) H2O. Điều này
cho phép các quá trình oxy hóa hoàn toàn của glucose để CO2 cùng với một
lượng lớn hơn rất nhiều năng lượng. Trong khi chỉ có 2 ATP được sản xuất
mỗi đường lên men trong quá trình lên men axit lactic hoặc cồn
(Hình 4.14), có tổng cộng 38 ATP có thể được thực hiện bằng cách hô hấp hiếu khí phân tử glucose cùng với CO2 1 H2O (hình 4.21b)
sinh tổng hợp và Cycle Acid Citric
Bên cạnh việc chơi một vai trò quan trọng trong quá trình dị hóa, chu trình acid citric đóng
một vai trò quan trọng trong tế bào. Chu kỳ tạo ra một số trọng điểm
các hợp chất, một lượng nhỏ có thể được rút ra cho mục đích sinh tổng hợp khi cần thiết. Đặc biệt quan trọng trong việc này
liên quan được -ketoglutarate và oxalacetate, đó là tiền chất
của một số axit amin (Mục 4.14), và succinyl-CoA, cần thiết để
hình thành các cytochrome, chất diệp lục, và một số hợp chất tetrapyrrole khác (Hình 4.16). Oxalacetate cũng rất quan trọng vì nó có thể
được chuyển đổi sang phosphoenolpyruvate, một tiền chất của glucose. Trong
Ngoài ra, acetate cung cấp các nguyên liệu ban đầu cho quá trình tổng hợp axit béo (Phần 4.15, và xem hình 4.27). Các chu trình acid citric do đó
đóng hai vai trò chính trong tế bào:. bioenergetic và sinh tổng hợp
tương tự cũng có thể được cho biết về đường glycolytic, như một số
trung gian từ con đường này được vẽ ra cho nhu cầu sinh tổng hợp khác nhau cũng như (Mục 4.13
4.12 catabolic Diversity
vậy nay trong chương này, chúng tôi đã xử lý chỉ với dị hóa bởi
chemoorganotrophs. Bây giờ chúng ta xem xét một thời gian ngắn đa dạng catabolic, một số các lựa chọn thay thế cho việc sử dụng các hợp chất hữu cơ như
các nhà tài trợ điện tử, với sự nhấn mạnh trên cả hai electron và carbon
dòng chảy. Hình 4.22 tóm tắt các cơ chế mà các tế bào
tạo ra năng lượng khác hơn bởi quá trình lên men và hô hấp hiếu khí. Chúng bao gồm hô hấp kỵ khí, chemolithotrophy, và
phototrophy.
Hô hấp kỵ khí
Trong điều kiện thiếu ôxy, chất nhận electron khác với oxy
có thể được sử dụng để hỗ trợ hô hấp ở prokaryote nhất định. Những
quá trình này được gọi là hô hấp kỵ khí. Một số của electron
chất nhận sử dụng trong hô hấp kỵ khí bao gồm nitrate (NO32,
giảm nitrite, NO22, bởi Escherichia coli hoặc N2 bởi
loài Pseudomonas), sắt III (Fe31, giảm Fe21 bởi
loài Geobacter), sulfate (SO422, giảm hydrogen sulfide,
H
2S, bởi loài Desulfovibrio), cacbonat (CO322, giảm
mêtan, CH4, bởi metan hoặc acetate bởi acetogens), và
thậm chí các hợp chất hữu cơ. Một số những người chấp nhận, cho
ví dụ Fe31, thường chỉ có sẵn trong các hình thức insolubleminerals, chẳng hạn như các oxit kim loại. Những khoáng chất phổ biến, rộng rãi
phân phối trong tự nhiên, cho phép hô hấp kỵ khí trong một rộng
nhiều môi trường sống của vi sinh vật.
Do vị trí của các chất nhận electron thay thế
trên tháp oxi hóa khử (không có như tích cực như O2 / H2O
vài; Hình 4.9) , ít năng lượng được giải phóng khi họ đang giảm
thay vì oxy (nhớ lại rằng DG09 là tỷ lệ thuận với;
Phần 4.6). Tuy nhiên, vì O2 thường hạn chế hoặc vắng mặt
trong nhiều môi trường sống của vi sinh vật, hô hấp kỵ khí có thể rất
phương tiện quan trọng của thế hệ năng lượng. Như trong hô hấp hiếu khí,
hô hấp kỵ khí liên quan đến việc vận chuyển điện tử, thế hệ của một
động lực proton, và các hoạt động của ATPase.
Chemolithotrophy
sinh vật có thể sử dụng các hóa chất vô cơ như các nhà tài trợ điện tử được
gọi là chemolithotrophs. Ví dụ về các nhà tài trợ electron vô cơ có liên quan bao gồm H2S, khí hydro (H2), Fe21, và NH3.
Chemolithotrophic chuyển hóa thường hiếu khí và
bắt đầu với quá trình oxy hóa của các nhà tài trợ electron vô cơ
(Hình 4.22). Electron từ các nhà tài trợ vô cơ nhập một chuỗi vận chuyển electron và một động lực proton được hình thành trong cách chính xác giống như cho chemoorganotrophs (Hình 4.19).
Tuy nhiên, một trong những khác biệt quan trọng giữa chemolithotrophs
và chemoorganotrophs, bên cạnh các nhà tài trợ điện tử của họ, họ là
nguồn carbon cho sinh tổng hợp. Chemoorganotrophs sử dụng
các hợp chất hữu cơ (glucose, acetate, và như thế) như carbon
nguồn. Ngược lại, chemolithotrophs sử dụng carbon dioxide
(CO2) là một nguồn carbon và do đó là sinh vật tự dưỡng (sinh vật có khả năng biosynthesizing tất cả nguyên liệu tế bào từ CO2 là
nguồn carbon duy nhất). Chúng tôi xem xét nhiều ví dụ về
chemolithotrophy trong Chương 13.
Phototrophy
Nhiều vi sinh vật là phototrophs, sử dụng ánh sáng như một năng lượng
nguồn trong quá trình quang hợp. Các cơ chế
đó ánh sáng được sử dụng như một nguồn năng lượng rất phức tạp, nhưng cuối cùng
kết quả là giống như trong hô hấp: thế hệ của một động lực proton
lực được sử dụng để lái xe tổng hợp ATP. ATP ánh sáng qua trung gian
tổng hợp được gọi là photophosphorylation. Hầu hết phototrophs
sử dụng năng lượng được bảo tồn trong ATP cho sự đồng hoá CO2 là
nguồn carbon để sinh tổng hợp; chúng được gọi là photoautotrophs.
Tuy nhiên, một số phototrophs sử dụng hợp chất hữu cơ như nguồn carbon với ánh sáng như một nguồn năng lượng; đây là những photoheterotrophs (Hình 4.22).
Như chúng ta đã thảo luận ở Chương 2, có hai loại quang: oxygenic và anoxygenic. Quang Oxygenic, được thực hiện bởi tảo xanh và thân nhân của họ và cũng bởi màu xanh lá cây
thực vật, kết quả trong quá trình tiến hóa O2. Anoxygenic quang hợp là một
quá trình đơn giản được sử dụng bởi các vi khuẩn màu tím và màu xanh lá cây không
phát triển O2. Các phản ứng dẫn đến hình thành proton động lực trong cả hai hình thức quang hợp có sự tương đồng mạnh mẽ, như chúng ta
thấy trong Chương 13.
The Force Motive Proton
và dị hóa đa dạng
vi sinh vật cho thấy sự đa dạng tuyệt vời của bioenergetic
chiến lược. Hàng ngàn hợp chất hữu cơ, vô cơ nhiều
hợp chất, và ánh sáng có thể được sử dụng bởi một hoặc một vi sinh vật như là một nguồn năng lượng. Với ngoại lệ của quá trình lên men,
trong đó bề mặt cấp phosphoryl xảy ra (mục 4.8),
bảo tồn năng lượng trong hô hấp và quang hợp được điều khiển
bởi các lực lượng proton động.
electron Cho dù đến từ quá trình oxy hóa hữu cơ hay
hóa chất vô cơ hoặc từ quá trình quang hợp Phototrophic, trong tất cả các
hình thức của sự hô hấp và quang hợp, bảo tồn năng lượng được
liên kết với các PMF qua ATPase (Hình 4.20). Xem xét trong
cách này, hô hấp kỵ khí và hô hấp là biến thể đơn giản hóa sử dụng các chất nhận electron khác nhau. Tương tự như vậy,
chemoorganotrophy, chemolithotrophy, và quang hợp là
chỉ đơn giản là biến thể chuyển hóa theo một chủ đề của electron khác nhau
các nhà tài trợ. Vận chuyển điện tử và liên kết PMF tất cả các
quy trình, việc đưa những hình thức dường như khá khác nhau của
quá trình chuyển hóa thành một tiêu điểm chung. Chúng tôi nhận về chủ đề này trong
Chương 13 và 14.
đang được dịch, vui lòng đợi..
