Kaj prinese glikoliza?

Vsebina

• Kaj natančno je glukoza?
• Pot glikolize
• Povzetek glikolize: vhodi in rezultati
• Usoda produktov glikolize

Živa bitja, ki so sestavljena iz ene ali več posameznih celic, lahko razdelimo na prokariote in evkariote.

Skoraj vse celice se zanašajo glukoza za njihove presnovne potrebe in prvi korak pri razpadu te molekule je niz reakcij, imenovanih glikoliza (dobesedno "cepljenje glukoze"). Pri glikolizi ena sama molekula glukoze izvede niz reakcij, da dobimo par molekul piruvata in skromno količino energije v obliki adenozin trifosfata (ATP).

Končna obdelava teh izdelkov pa se razlikuje od vrste celice do vrste celice. Prokariotski organizmi ne sodelujejo aerobno dihanje. To pomeni, da prokarioti ne morejo uporabljati molekularnega kisika (O₂). Namesto tega se piruvat podvrže fermentacija (anaerobno dihanje).

Nekateri viri vključujejo glikolizo v procesu "celičnega dihanja" pri evkariotih, ker ta neposredno sledi aerobno dihanje (to je Krebsov cikel in oksidativna fosforilacija v verigi prenosa elektronov). Bolj strogo, sama glikoliza ni aerobni postopek, ker se ne zanaša na kisik in se pojavi, ne glede na to, ali₂ je prisoten.

Ker pa je glikoliza a predpogoj aerobnega dihanja, ker oskrbuje s piruvatom za njegove reakcije, je naravno, da se oba koncev hkrati naučite.

Kaj natančno je glukoza?

Glukoza je šest ogljikov sladkor, ki služi kot najpomembnejši posamezen ogljikov hidrat v človeški biokemiji. Ogljikovi hidrati poleg kisika vsebujejo ogljik (C) in vodik (H), razmerje med C in H v teh spojinah pa je vedno 1: 2.

Sladkorji so manjši od drugih ogljikovih hidratov, vključno s škrobom in celulozo. Pravzaprav je glukoza pogosto ponavljajoča se podenota oz monomera, v teh bolj zapletenih molekulah. Glukoza sama ni sestavljena iz monomerov in kot taka velja za monosaharid ("en sladkor").

Formula glukoze je C₆H₁₂O₆. Glavni del molekule je sestavljen iz šesterokotnega obroča, ki vsebuje pet C-atomov in enega izmed O-atomov. Šesti in zadnji C atom obstaja v stranski verigi z metilno skupino, ki vsebuje hidroksil (-CH₂OH).

Pot glikolize

Postopek glikolize, ki poteka v celični citoplazmi, je sestavljen iz 10 posameznih reakcij.

Ponavadi si ni treba zapomniti imen vseh vmesnih proizvodov in encimov. A trden občutek celotne slike je koristen. To ni samo zato, ker je glikoliza morda najpomembnejša reakcija v zgodovini življenja na Zemlji, ampak tudi zato, ker koraki lepo ponazarjajo številne skupne dogodke znotraj celic, vključno z delovanjem encimov med eksotermičnimi (energijsko ugodnimi) reakcijami.

Ko glukoza vstopi v celico, jo priskrbi encim hekokinaza in fosforilira (to je, da se ji doda fosfatna skupina, pogosto napisana Pi). To molekul zapusti v celici tako, da jo obdari z negativnim elektrostatičnim nabojem.

Ta molekula se preuredi v fosforilirano obliko fruktoze, ki nato izvede še en korak fosforilacije in postane fruktoza-1,6-bisfosfat. Ta molekula se nato razdeli na dve podobni tri-ogljikovi molekuli, od katerih se ena hitro pretvori v drugo, da dobimo dve molekuli gliceraldehid-3-fosfata.

Ta snov se preuredi v drugo dvojno fosforilirano molekulo, preden se zgodnje dodajanje fosfatnih skupin v neskončnih korakih obrne. V vsakem od teh korakov se molekula adenozin-difosfata (ADP) zgodi z encimsko-substratnim kompleksom (ime strukture, ki jo tvori molekula, ki reagira, in encim, ki sproži reakcijo do zaključka).

Ta ADP sprejema fosfat iz vsake od prisotnih treh ogljikovih molekul. Sčasoma v citoplazmi sedita dve molekuli piruvata, pripravljeni za uvajanje na katerokoli pot, ki jo celica potrebuje za vstop ali sposobno gostovanje.

Povzetek glikolize: vhodi in rezultati

Edini pravi reaktant glikolize je molekula glukoze. Med vrsto reakcij se vneseta dve molekuli vsakega od ATP in NAD + (nikotinamid adenin dinukleotid, nosilec elektronov).

Pogosto boste videli celoten postopek celičnega dihanja z glukozo in kisikom kot reaktantoma ter ogljikovim dioksidom in vodo kot produktom, skupaj s 36 (ali 38) ATP. Toda glikoliza je le prva serija reakcij, ki na koncu doseže aerobno ekstrakcijo te veliko energije iz glukoze.

Skupaj štiri molekule ATP nastanejo v reakcijah, ki vključujejo tri ogljikove komponente glikolize - dve med pretvorbo para molekul 1,3-bisfosfoglicerata v dve molekuli 3-fosfoglicerata in dve med pretvorbo para molekul fosfoenolpiruvata v dve molekule piruvata, ki predstavljajo konec glikolize. Vse to se sintetizira s pomočjo fosforilacije na ravni substrata, kar pomeni, da ATP izhaja iz neposrednega dodajanja anorganskega fosfata (Pi) v ADP, ne pa da nastane kot posledica nekega drugega procesa.

Dva gnojnega atrofila so potrebna že zgodaj pri glikolizi, najprej ko se glukoza fosforilira v glukozo-6-fosfat, nato dva koraka kasneje, ko fruktoza-6-fosfat fosforilira v fruktozo-1,6-bisfosfat. Tako je neto dobiček ATP pri glikolizi, ki je posledica ene molekule glukoze, ki je v postopku, dve molekuli, kar je enostavno zapomniti, če ga povežete s številom ustvarjenih molekul piruvata.

Poleg tega se med pretvorbo gliceraldehid-3-fosfata v 1,3-bisfosfoglicerat dve molekuli NAD + zmanjšata na dve molekuli NADH, pri čemer slednji služijo kot posredni vir energije, ker sodelujejo v reakcijah med drugi procesi, aerobno dihanje.

Skratka, neto izkoristek glikolize je torej 2 ATP, 2 piruvata in 2 NADH. To je komaj dvajseta količina ATP, ki nastaja pri aerobnem dihanju, a ker so prokarioti praviloma veliko manjši in manj zapleteni kot evkarioti, se lahko uskladijo z manjšimi presnovnimi potrebami, kljub temu, da so manjši od tega -idealna shema.

(Drug način za to je seveda ta, da jih pomanjkanje aerobnega dihanja v bakterijah prepreči, da bi se razvili v večja, bolj raznolika bitja, kar je pomembno.)

Usoda produktov glikolize

Pri prokariotih je organizem, ko je pot glikolize zaključena, igral skoraj vsako presnovno karto. Piruvat se lahko presnovi dalje do laktata preko fermentacijaali anaerobno dihanje. Namen fermentacije ni proizvajati laktat, ampak regenerirati NAD + iz NADH, tako da ga lahko uporabimo pri glikolizi.

(Upoštevajte, da je to ločeno od alkoholne fermentacije, pri kateri etanol nastaja iz piruvata pod delovanjem kvasa.)

Pri evkariotih večina piruvata vstopi v prvi sklop korakov v aerobnem dihanju: Krebsov cikel, imenovan tudi cikel trikarboksilne kisline (TCA) ali cikel citronske kisline. To se zgodi znotraj mitohondrijev, kjer se piruvat pretvori v dvoogljično spojino acetil koencim A (CoA) in ogljikov dioksid (CO₂).

Vloga tega osemstopenjskega cikla je proizvesti več visokoenergijskih nosilcev elektronov za kasnejše reakcije - 3 NADH, en FADH₂ (zmanjšan flavin adenin dinukleotid) in en GTP (gvanozin trifosfat).

Ko ti vstopijo v elektronsko transportno verigo na mitohondrijski membrani, postopek, imenovan oksidativno fosforilacijo, preusmeri elektrone iz teh visokoenergijskih nosilcev v molekule kisika, končni rezultat pa je proizvodnja 36 (ali morda 38) molekul ATP na molekulo glukoze " gorvodno. "

Veliko večja učinkovitost in izkoristek aerobnega metabolizma pojasnjuje v bistvu vse osnovne razlike danes med prokarioti in evkarioti, pri čemer so bili prvi predhodni in za katere se domneva, da so povzročili tudi slednje.