Co provádí glykolýzu?

Glykolýza je univerzální proces mezi formami života na planetě Zemi. Od nejjednodušších jednobuněčných bakterií až po největší velryby v moři - všechny organismy - konkrétněji každá z jejich buněk - používají molekulu cukru se šesti uhlíky glukóza jako zdroj energie.

Glykolýza je sada 10 biochemických reakcí, které slouží jako počáteční krok k úplnému rozpadu glukózy. U mnoha organismů je to také poslední, a tedy jediný krok.

Glykolýza je první ze tří fází buněčné dýchání v taxonomické (tj. životní klasifikaci) doméně Eukaryota (nebo eukaryoty), mezi něž patří zvířata, rostliny, prvoci a houby.

V doménách Bakterie a Archea, které dohromady tvoří převážně jednobuněčné organismy zvané prokaryoty, glykolýza je jedinou metabolickou show ve městě, protože jejich buňkám chybí mechanismy pro provádění buněčného dýchání až do jeho dokončení.

Kompletní reakce zahrnutá v jednotlivých krocích glykolýzy je:

C₆H₁₂Ó₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_i → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H⁺ + 2 H₂Ó

To znamená, že glukóza, elektronový nosič nikotinamid adenin dinukleotid, adenosindifosfát a anorganický fosfát (P_i) kombinujte za vzniku pyruvátu, adenosintrifosfát, redukovaná forma nikotinamidu adenin dinukleotidu a vodíkových iontů (které lze považovat za elektrony).

Všimněte si, že kyslík se v této rovnici neobjevuje, protože glykolýza může pokračovat bez O₂. To může být zmatek, protože glykolýza je nezbytným předchůdcem aerobních segmentů buněčné dýchání u eukaryot („aerobní“ znamená „s kyslíkem“), často se mylně považuje za aerobní proces.

Glukóza je sacharid, což znamená, že její vzorec předpokládá poměr dvou atomů vodíku pro každý atom uhlíku a kyslíku: C._nH_2nÓ_n. Je to cukr a konkrétně a monosacharid, což znamená, že jej nelze rozdělit na jiné cukry, stejně jako disacharidy sacharóza a galaktóza. Zahrnuje kruh se šesti atomy, z nichž pět atomů je uhlík a jeden je kyslík.

Glukóza může být v těle uložena jako polymer zvaný glykogen, což není nic jiného než dlouhé řetězce nebo vrstvy jednotlivých molekul glukózy spojené vodíkovými vazbami. Glykogen se ukládá primárně v játrech a ve svalech.

Sportovci, kteří přednostně využívají určité svaly (např. Maratónci, kteří se spoléhají na své čtyřhlavý sval a lýtko) svaly) se přizpůsobují tréninkem a ukládají neobvykle vysoké množství glukózy, často nazývané „karbo-nakládka“.

Adenosintrifosfát (ATP) je „energetickou měnou“ všech živých buněk. To znamená, že když se jídlo nají a rozloží na glukózu před vstupem do buněk, je konečným cílem metabolismu glukózy syntéza ATP, proces poháněný uvolněnou energií, když se vazby v glukóze a molekuly mění na glykolýzu a aerobní dýchání jsou rozděleny.

ATP generovaný těmito reakcemi se používá pro základní každodenní potřeby těla, jako je růst a oprava tkání a fyzické cvičení. Se zvyšující se intenzitou cvičení se tělo odkloní od spalování tuků nebo triglyceridů (oxidací) mastných kyselin) na spalování glukózy, protože tento proces vede k většímu množství ATP vytvořeného na molekulu pohonné hmoty.

Prakticky všechny biochemické reakce spoléhají na pomoc specializovaných molekul bílkovin zvaných enzymy pokračovat.

Enzymy jsou katalyzátory, což znamená, že urychlují reakce - někdy i milionkrát a více - aniž by se v reakci změnily. Obvykle se jmenují pro molekuly, na které působí, a na konci mají „-ázu“, například „fosfoglukózaizomeráza“, která přeskupuje atomy v glukózo-6-fosfátu na fruktóza-6-fosfát.

(Izomery jsou sloučeniny se stejnými atomy, ale s odlišnou strukturou, obdobou anagramů ve světě slov.)

Většina enzymy v lidských reakcích se řídí pravidlem „jedna ku jedné“, což znamená, že každý enzym katalyzuje konkrétní reakci, a naopak, že každou reakci může katalyzovat pouze jeden enzym. Tato úroveň specificity pomáhá buňkám přísně regulovat rychlost reakcí a rozšířením množství různých produktů produkovaných v buňce kdykoli.

Když glukóza vstoupí do buňky, první věc, která se stane, je, že je fosforylovaná - to znamená, že molekula fosfátu je připojena k jednomu z uhlíků v glukóze. To uděluje molekule záporný náboj a účinně jej zachycuje v buňce. Tento glukóza-6-fosfát se potom izomerizuje, jak je popsáno výše na fruktóza-6-fosfát, který poté podstoupí další krok fosforylace fruktóza-1,6-bisfosfát.

Každý z fosforylačních kroků zahrnuje odstranění fosfátu z ATP a opuštění adenosindifosfát (ADP) za. To znamená, že i když cílem glykolýzy je produkce ATP pro použití v buňce, zahrnuje „počáteční náklady“ 2 ATP na molekulu glukózy vstupující do cyklu.

Fruktóza-1,6-bisfosfát se poté rozdělí na dvě molekuly se třemi uhlíky, z nichž každá má připojený vlastní fosfát. Jeden z těchto, dihydroxyaceton fosfát (DHAP), je krátkodobý, protože se rychle transformuje do druhého, glyceraldehyd-3-fosfát. Od tohoto bodu tedy každá uvedená reakce ve skutečnosti nastává dvakrát pro každou molekulu glukózy vstupující do glykolýzy.

Glyceraldehyd-3-fosfát se převádí na 1,3-difosfoglycerát přidáním fosfátu k molekule. Spíše než odvozený z ATP, tento fosfát existuje jako volný nebo anorganický (tj. Bez vazby na uhlík) fosfát. Zároveň NAD⁺ je převeden na NADH.

V dalších krocích jsou dva fosfáty odstraněny z řady molekul se třemi uhlíky a připojeny k ADP, aby se vytvořil ATP. Protože se to děje dvakrát na původní molekulu glukózy, jsou v této „výplatní“ fázi vytvořeny celkem 4 ATP. Protože „investiční“ fáze vyžadovala vstup 2 ATP, je celkový zisk ATP na molekulu glukózy 2 ATP.

Pro srovnání, po 1,3-difosfoglycerátu jsou molekuly v reakci 3-fosfoglycerát, 3-fosfoglycerát, fosfoenolpyruvát a nakonec pyruvát.

U eukaryot může pyruvát poté pokračovat do jedné ze dvou post-glykolýzních cest v závislosti na tom, zda je přítomno dostatek kyslíku, aby bylo možné pokračovat v aerobním dýchání. Pokud ano, což je obvykle případ, kdy mateřský organismus odpočívá nebo lehce cvičí, pyruvát je pendlován z cytoplazmy, kde dochází k glykolýze na organely („malé orgány“) volala mitochondrie.

Pokud buňka patří prokaryotům nebo velmi pracovitým eukaryotům - řekněme člověku, který běží celou půl míle nebo intenzivně zvedá závaží - pyruvát se přemění na laktát. Zatímco ve většině buněk samotný laktát nelze použít jako palivo, tato reakce vytváří NAD⁺ z NADH, což umožňuje glykolýze pokračovat „proti proudu“ dodávkou kritického zdroje NAD⁺.

Tento proces je znám jako fermentace kyselinou mléčnou.

Aerobní fáze buněčného dýchání, které probíhají v mitochondriích, se nazývají Krebsův cyklus a elektronový transportní řetězec, a ty se vyskytují v tomto pořadí. The Krebsův cyklus (často nazývaný cyklus kyseliny citronové nebo cyklus trikarboxylové kyseliny) se odehrává uprostřed mitochondrií, zatímco elektronový transportní řetězec odehrává se na membráně mitochondrií, která tvoří hranici s cytoplazmou.

Čistá reakce buněčného dýchání, včetně glykolýzy, je:

C₆H₁₂Ó₆ + 6 O.₂ → 6 CO₂ + 6 hodin₂O + 38 ATP

Krebsův cyklus přidává 2 ATP a elektronový transportní řetězec ohromných 34 ATP pro celkem 38 ATP na molekulu glukózy zcela spotřebované (2 + 2 + 34) ve třech metabolických procesech.