Vad är cellmetabolism?

Cellmetabolism är en allmän term som täcker alla kemiska reaktioner som omvandlar energi eller använder energi i en cell. Cellerna hos människor och många andra multicellulära organismer använder processen med aerob andning för att omvandla mat till energi. Växter och vissa mikroorganismer utför processen för fotosyntes. Andra organismer använder anaerob respiration eller fermentation, typer av cellmetabolism som inte kräver syre.

Två typer av kemiska reaktioner uppträder i cellmetabolism, kataboliska reaktioner och anabola reaktioner. Kataboliska reaktioner producerar energi för cellen att använda, medan anabola reaktioner kräver energi för att skapa molekyler som är nödvändiga för att cellen ska fortsätta fungera. Celler lagrar energi i form av adenosintrifosfat (ATP), som skapas av kataboliska reaktioner och används av anabola reaktioner.

Aerob andning bryter ner organiska källor av kol, såsom kolhydrater, proteiner och fetter. För det första bryter glykolysprocessen ner en glukosmolekyl – ett socker med sex kolatomer – i två molekyler pyruvat, två molekyler av reducerad nikotinamidadenindinukleotid (NADH) och två molekyler av ATP. Krebs cykel, även kallad citronsyracykeln (CAC) eller tricarboxylsyra (TCA) cykeln, bryter vidare pyruvat skapat under glykolys i koldioxid och vatten, vilket skapar ytterligare två molekyler av ATP i processen. En mekanism som kallas en elektrontransportkedja överför väteatomer från NADH till syre. Denna överföring frigör energi, som används för att skapa 34 mer molekyler av ATP.

Glykolys och Krebs cykel sker på samma sätt i anaerob andning som de gör vid aerob andning. I elektrontransportkedjan används emellertid oorganiska molekyler – molekyler som inte innehåller kol – som elektronacceptorn istället för syre. Den typ av oorganisk molekyl som används beror på organismen. Exempelvis använder vissa organismer svavelhaltiga föreningar, och vissa använder kvävehaltiga föreningar. Anaerob andning ger totalt 36 molekyler av ATP, i motsats till 38 för aerob andning.

Fermentation är en annan form av anaerob metabolism, men till skillnad från anaerob andning involverar det inte en elektrontransportkedja eller Krebs cykel. Glykolys bryter ned organiska molekyler för att skapa energi. Eftersom glykolys är den enda reaktionen som äger rum i fermentation, producerar den endast två molekyler av ATP per molekyl glukos.

Växter och vissa mikroorganismer, som alla klassificeras som fotoautotrofer, får sin energi från en form av cellmetabolism, kallad fotosyntes, snarare än andning. Photoautotrophs får energi från ljus och omvandlar den till kemisk energi i form av ATP. Cellerna använder sedan ATP för att omvandla koldioxid till glukos och andra näringsämnen som organismen behöver.