Prostředky, kterými buňky živého organismu extrahují energii z vazeb v organických molekulách, závisí na typu studovaného organismu.
Prokaryotes (domény Bacteria a Archaea) jsou omezeny na anaerobní dýchání, protože nemohou využívat kyslík. Eukaryoty (doména Eukaryota, která zahrnuje zvířata, rostliny, protisis a houby) do nich začleňují kyslík metabolické procesy a ve výsledku může získat mnohem více adenosintrifosfátu (ATP) na molekulu paliva vstupujícího do Systém.
Všechny buňky však využívají desetistupňovou sérii reakcí kolektivně známých jako glykolýza. U prokaryot je to obvykle jediný způsob získání ATP, takzvané „energetické měny“ všech buněk.
U eukaryot je to první krok buněčného dýchání, který zahrnuje také dvě aerobní dráhy: Krebsův cyklus a elektronový transportní řetězec.
Glykolýzní reakce
Kombinovaným konečným produktem glykolýzy jsou dvě molekuly pyruvátu na molekulu glukózy vstupující do procesu, plus dvě molekuly ATP a dvě NADH, takzvaný vysokoenergetický elektronový nosič.
Úplná čistá reakce glykolýzy je:
C6H12Ó6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
Štítek „síť“ je zde kritický, protože ve skutečnosti jsou zapotřebí dva ATP v první části glykolýzy k vytvoření podmínek potřebných pro druhou část, ve které jsou generovány čtyři ATP, aby se celková rozvaha dostala na plus-dva ve sloupci ATP.
Kroky glykolýzy
Každý krok glykolýzy je katalyzován konkrétním enzymem, jak je obvyklé u všech buněčných metabolických reakcí. Nejen, že je každá reakce ovlivněna enzymem, ale každý zapojený enzym je specifický pro danou reakci. Proto existuje vztah jedna ku jedné reaktant-enzym.
Glykolýza se obvykle dělí na dvě fáze, které indikují tok energie.
Investiční fáze: První čtyři reakce glykolýzy zahrnují fosforylaci glukózy po vstupu do buněčné cytoplazmy; přesmyk této molekuly na jiný šestikarbonový cukr (fruktóza); fosforylaci této molekuly na jiném uhlíku za vzniku sloučeniny se dvěma fosfátovými skupinami; štěpení této molekuly na pár meziproduktů se třemi uhlíky, každý s připojenou vlastní fosfátovou skupinou.
Fáze výplaty: Jedna ze dvou fosfátových tří uhlíkových sloučenin vzniklých štěpením fruktóza-1,6-bisfosfátu, dihydroxyacetonfosfátu (DHAP), je přeměněn na druhý, glyceraldehyd-3-fosfát (G3P), což znamená, že v této fázi existují dvě molekuly G3P pro každou molekulu glukózy vstupující glykolýza.
Dále jsou tyto molekuly fosforylovány a v následujících několika krocích jsou fosfáty odlupovány a použity k vytvoření ATP, protože molekuly se třemi uhlíky jsou přeskupeny na pyruvát. Po cestě jsou z NAD generovány dva NADH+, jeden na molekulu se třemi uhlíky.
Výše uvedená čistá reakce je tedy spokojená a nyní můžete s jistotou odpovědět na otázku: „Na konci glykolýzy, které molekuly se získají?“
Po glykolýze
V přítomnosti kyslíku v eukaryotických buňkách je pyruvát přepravován na volané organely mitochondrie, které jsou o aerobní dýchání. Pyruvát se zbaví uhlíku, který opouští proces ve formě odpadního produktu oxidu uhličitého (CO2), a zůstal jako aktetyl koenzym A.
Krebsův cyklus: V mitochondriální matrici se acetyl CoA kombinuje se čtyřuhlíkovou sloučeninou oxaloacetátem za vzniku citronanu se šesti uhlíky. Tato molekula se zredukuje zpět na oxaloacetát se ztrátou dvou CO2 a zisk jedné ATP, tří NADH a jednoho FADH2 (další elektronový nosič) na jedno otočení cyklu.
To znamená, že musíte zdvojnásobit tato čísla, abyste zohlednili skutečnost, že dva acetyl CoA vstupují do Krebsův cyklus na molekulu glukózy vstupující do glykolýzy.
Elektronový dopravní řetězec: V těchto reakcích, ke kterým dochází na mitochondriální membráně, jsou atomy vodíku (elektrony) z výše uvedených elektronových nosičů jsou odstraněny ze svých nosných molekul používaných k řízení syntézy velkého množství ATP, asi 32 až 34 na „upstream“ glukózu molekula.