Co přináší glykolýza?

Živé věci, které všechny sestávají z jedné nebo více jednotlivých buněk, lze rozdělit na prokaryoty a eukaryoty.

Prakticky na všechny buňky se spoléhají glukóza pro jejich metabolické potřeby a prvním krokem při rozpadu této molekuly je řada reakcí zvaných glykolýza (doslovně „štěpení glukózy“). Při glykolýze prochází jedna molekula glukózy řadou reakcí za vzniku páru molekul pyruvátu a skromného množství energie ve formě adenosintrifosfát (ATP).

Konečné zacházení s těmito produkty se však u jednotlivých typů buněk liší. Prokaryotické organismy se neúčastní aerobní dýchání. To znamená, že prokaryoty nemohou využívat molekulární kyslík (O₂). Místo toho prochází pyruvát kvašení (anaerobní dýchání).

Některé zdroje zahrnují glykolýzu v procesu „buněčného dýchání“ u eukaryot, protože přímo předchází aerobní dýchání (tj Krebsův cyklus a oxidační fosforylace v elektronový transportní řetězec). Přesněji řečeno, glykolýza sama o sobě není aerobním procesem jednoduše proto, že se nespoléhá na kyslík a probíhá bez ohledu na to, zda je O₂ je přítomen.

Jelikož je však glykolýza a předpoklad aerobního dýchání v tom, že dodává pyruvát pro jeho reakce, je přirozené dozvědět se o obou pojmech najednou.

Glukóza je cukr se šesti uhlíky, který slouží jako nejdůležitější jednotlivý sacharid v lidské biochemii. Sacharidy obsahují kromě kyslíku také uhlík (C) a vodík (H) a poměr C k H v těchto sloučeninách je vždy 1: 2.

Cukry jsou menší než jiné sacharidy, včetně škrobů a celulózy. Ve skutečnosti je glukóza často opakující se podjednotkou, nebo monomer, v těchto složitějších molekulách. Glukóza sama o sobě nesestává z monomerů a jako taková je považována za monosacharid („jeden cukr“).

Vzorec pro glukózu je C.₆H₁₂Ó₆. Hlavní část molekuly sestává z šestiúhelníkového kruhu obsahujícího pět atomů C a jeden z atomů O. Šestý a poslední atom C existuje v postranním řetězci s methylovou skupinou obsahující hydroxylovou skupinu (-CH₂ACH).

Proces glykolýza, který se odehrává v buňce cytoplazma, se skládá z 10 jednotlivých reakcí.

Obvykle není nutné pamatovat si názvy všech meziproduktů a enzymů. Ale mít pevnou představu o celkovém obrazu je užitečné. Není to jen proto, že glykolýza je možná nejdůležitější reakcí v historii života na Zemi, ale také proto, že kroky pěkně ilustruje řadu běžných událostí v buňkách, včetně působení enzymů během exotermického (energeticky příznivého) reakce.

Když glukóza vstoupí do buňky, je ovlivněna enzymem hexokináza a fosforylována (tj. Je k ní připojena fosfátová skupina, často psaná jako Pi). To zachycuje molekulu uvnitř buňky tím, že ji vybaví záporným elektrostatickým nábojem.

Tato molekula se přeskupí do fosforylované formy fruktózy, která poté podstoupí další fosforylační krok a stane se z ní fruktóza-1,6-bisfosfát. Tato molekula se poté rozdělí na dvě podobné molekuly se třemi uhlíky, z nichž jedna se rychle přemění na druhou za vzniku dvou molekul glyceraldehyd-3-fosfátu.

Tato látka se přeskupí do další dvojnásobně fosforylované molekuly, než se časné přidání fosfátových skupin v následných krocích zvrátí. V každém z těchto kroků molekula adenosindifosfát (ADP) dochází komplexem enzym-substrát (název struktury tvořené jakoukoli molekulou, která reaguje, a enzymu, který podněcuje reakci k dokončení).

Tento ADP přijímá fosfát z každé z přítomných tří uhlíkových molekul. Nakonec v cytoplazmě sedí dvě molekuly pyruvátu, připravené k nasazení na jakoukoli cestu, kterou buňka vyžaduje, aby mohla vstoupit, nebo je schopna ho hostovat.

Jediným skutečným reaktantem glykolýzy je molekula glukózy. Během série reakcí jsou zavedeny dvě molekuly, každá z ATP a NAD + (nikotinamid adenin dinukleotid, elektronový nosič).

Často uvidíte kompletní proces buněčného dýchání, který je uveden jako glukóza a kyslík jako reaktanty a oxid uhličitý a voda jako produkty, spolu s 36 (nebo 38) ATP. Glykolýza je však pouze první sérií reakcí, které nakonec vyvrcholí aerobní extrakcí této energie z glukózy.

Celkem čtyři ATP molekuly vznikají při reakcích zahrnujících tři uhlíkové složky glykolýzy - dvě během přeměny páru molekul 1,3-bisfosfoglycerátu na dvě molekuly 3-fosfoglycerátu a dvě během přeměny páru molekul fosfoenolpyruvátu na dvě molekuly pyruvátu představující konec glykolýza. Všechny jsou syntetizovány fosforylací na úrovni substrátu, což znamená, že ATP pochází z přímého přidání anorganického fosforečnanu (Pi) k ADP, spíše než k tvorbě následkem nějakého jiného proces.

Na začátku glykolýzy jsou zapotřebí dva ATP, nejprve když je glukóza fosforylována na glukóza-6-fosfát, a poté o dva kroky později, když je fruktóza-6-fosfát fosforylován na fruktóza-1,6-bisfosfát. Čistý zisk ATP v glykolýze v důsledku toho, že jedna molekula glukózy prochází tímto procesem, je dvě molekuly, které si snadno zapamatujete, pokud si je spojíte s počtem molekul pyruvátu vytvořeno.

Kromě toho se během přeměny glyceraldehyd-3-fosfátu na 1,3-bisfosfoglycerát redukují dvě molekuly NAD + na dvě molekuly NADH, přičemž druhý slouží jako nepřímý zdroj energie, protože se účastní mimo jiné procesů aerobních reakcí dýchání.

Stručně řečeno, čistý výnos glykolýzy tedy je 2 ATP, 2 pyruvát a 2 NADH. To je sotva dvacáté množství ATP produkovaného při aerobním dýchání, ale protože prokaryoty jsou zpravidla mnohem menší a méně složité než eukaryoty, s menšími metabolickými nároky, které je třeba splnit, jsou schopni se obejít i přes tento méně než ideální systém.

(Dalším způsobem, jak se na to samozřejmě dívat, je nedostatek aerobní dýchání v bakteriích jim brání ve vývoji do větších a rozmanitějších tvorů, kvůli tomu, na čem záleží.)

U prokaryot, jakmile je glykolýza dokončena, organismus hrál téměř každou metabolickou kartu, kterou má. Pyruvát lze dále metabolizovat na laktát prostřednictvím kvašenínebo anaerobní dýchání. Účelem fermentace není produkce laktátu, ale regenerace NAD + z NADH, aby mohla být použita při glykolýze.

(Všimněte si, že se to liší od alkoholové kvašení, ve kterém se ethanol vyrábí z pyruvátu působením kvasinek.)

U eukaryot vstupuje většina pyruvátu do první sady kroků v aerobním dýchání: Krebsův cyklus, nazývaný také cyklus trikarboxylové kyseliny (TCA) nebo cyklus kyselina citronová. K tomu dochází v rámci mitochondrie, kde se pyruvát převádí na dvouuhlíkovou sloučeninu acetyl koenzym A (CoA) a oxid uhličitý (CO₂).

Úlohou tohoto osmikrokového cyklu je produkovat více vysokoenergetických nosičů elektronů pro následné reakce - 3 NADH, jeden FADH₂ (redukovaný flavin adenin dinukleotid) a jeden GTP (guanosin trifosfát).

Když tyto vstoupí do transportního řetězce elektronů na mitochondriální membráně, proces zvaný oxidační fosforylace posune elektrony z těchto vysokoenergetické nosiče molekul kyslíku, přičemž konečným výsledkem je produkce 36 (nebo možná 38) molekul ATP na molekulu glukózy „proti proudu“.

Mnohem větší účinnost a výtěžek aerobního metabolismu vysvětluje v podstatě všechny základní rozdíly dnes mezi prokaryoty a eukaryoty, přičemž první z nich předcházel a předpokládá se, že k němu vedly druhý.