Sådan metaboliseres glukose for at fremstille ATP

Glukose, et seks-kulstof sukker, er det grundlæggende "input" i ligningen, der driver hele livet. Energi udefra omdannes på en eller anden måde til energi til cellen. Hver organisme, der lever, fra din bedste ven til den laveste bakterie, har celler, der brænder glukose til brændstof på rodmetabolisk niveau.

Organismer adskiller sig i det omfang, hvor deres celler kan udvinde energi fra glukose. I alle celler er denne energi i form af Adenosintrifosfat (ATP).

Derfor en ting alle levende celler har det til fælles, at de metaboliserer glukose for at fremstille ATP. Et givet glukosemolekyle, der kommer ind i en celle, kunne være begyndt som en bøfmiddag, som et vildt dyrs bytte, som plantemateriale eller som noget andet.

Uanset hvad har forskellige fordøjelsesprocesser og biokemiske processer nedbrudt alle multicarbonmolekylerne i uanset hvilke stoffer organismen indtager til næring til det monosaccharidsukker, der kommer ind i det cellulære stofskifte stier.

Kemisk, glukose er en

Glukose er også en monosaccharid i det er er et sukker, der kun indeholder en grundlæggende enhed, eller monomer.Fruktose er et andet eksempel på et monosaccharid, mens saccharoseeller bordsukker (fruktose plus glukose), lactose (glukose plus galactose) og maltose (glukose plus glukose) er disaccharider.

Bemærk, at forholdet mellem kulstof, brint og iltatomer i glukose er 1: 2: 1. Alle kulhydrater viser faktisk det samme forhold, og deres molekylformler er alle i form C_nH_2nO_n.

ATP er en nukleosid, i dette tilfælde adenosin, med tre fosfatgrupper bundet til det. Dette gør det faktisk til en nukleotid, som et nukleosid er en pentose sukker (enten ribose eller deoxyribose) kombineret med en nitrogenholdig base (dvs. adenin, cytosin, guanin, thymin eller uracil), hvorimod et nukleotid er et nukleosid med en eller flere phosphatgrupper bundet. Men terminologi til side, den vigtige ting at vide om ATP er, at den indeholder adenin, ribose og en kæde af tre phosphat (P) grupper.

ATP laves via fosforylering af adenosindiphosphat (ADP)og omvendt, når den terminale phosphatbinding i ATP er hydrolyseret, ADP og P_jeg (uorganisk fosfat) er produkterne. ATP betragtes som cellernes "energivaluta", da dette ekstraordinære molekyle bruges til at drive næsten enhver metabolisk proces.

Cellulær respiration er sættet af metaboliske veje i eukaryote organismer, der omdanner glukose til ATP og kuldioxid i nærvær ilt, afgiver vand og producerer et væld af ATP (36 til 38 molekyler pr. investeret glukosemolekyle) behandle.

Den afbalancerede kemiske formel for den samlede nettoreaktion eksklusive elektronbærere og energimolekyler er:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Cellular respiration inkluderer faktisk tre forskellige og sekventielle veje:

• Glykolyse, som forekommer i alle celler og finder sted i cytoplasmaet og altid er det første trin i glukosemetabolisme (og i de fleste prokaryoter også det sidste trin).
  
• Det Krebs cykler, også kaldet tricarboxylsyre (TCA) cyklus eller citronsyrecyklus, der udfolder sig i den mitokondrie matrix.
• Det elektrontransportkæde, som finder sted på den indre mitokondrie membran og genererer det meste af ATP produceret i cellulær respiration.

De sidstnævnte to af disse trin er iltafhængige og udgør tilsammen aerob respiration. I diskussioner af eukaryot metabolisme betragtes glykolyse ofte, selvom det ikke afhænger af ilt, som en del "aerob respiration"fordi næsten hele dets hovedprodukt, pyruvatfortsætter med at komme ind på de to andre veje.

I glykolyse omdannes glukose i en række på 10 reaktioner til molekylet pyruvat med en nettovinst på to ATP-molekyler og to molekyler af "elektronbæreren" nicotinamid-adenindinucleotid (NADH). For hvert molekyle glukose, der indgår i processen, produceres to molekyler af pyruvat, da pyruvat har tre carbonatomer til glukosens seks.

I det første trin phosphoryleres glucose til at blive glucose-6-phosphat (G6P). Dette forpligter glukosen til at blive metaboliseret snarere end at drive tilbage ud gennem celle membran, fordi fosfatgruppen giver G6P en negativ ladning. I løbet af de næste par trin omarrangeres molekylet til et andet sukkerderivat og phosphoryleres derefter en anden gang for at blive fruktose-1,6-bisphosphat.

Disse tidlige trin i glykolyse kræver en investering på to ATP, fordi dette er kilden til phosphatgrupperne i phosphoryleringsreaktionerne.

Fruktose-1,6-bisphosphat opdeles i to forskellige tre-carbonmolekyler, der hver bærer sin egen fosfatgruppe; næsten alle disse konverteres hurtigt til de andre, glyceraldehyd-3-phosphat (G3P). Fra dette punkt fremad er altså alt duplikeret, fordi der er to G3P ​​for hver glukose "opstrøms".

Fra dette punkt phosphoryleres G3P i et trin, der også producerer NADH fra den oxiderede form NAD +, og derefter er de to phosphatgrupper givet til ADP-molekyler i efterfølgende omlægningstrin for at producere to ATP-molekyler sammen med slutkulproduktet af glykolyse, pyruvat.

Da dette sker to gange pr. Glukosemolekyle, producerer anden halvdel af glykolyse fire ATP for a net gevinst ved glykolyse af to ATP (da to var påkrævet tidligt i processen) og to NADH.

I forberedende reaktion, efter at pyruvatet genereret i glykolyse finder vej fra cytoplasmaet ind i den mitokondrie matrix, omdannes det først til acetat (CH2).₃COOH-) og CO₂ (et affaldsprodukt i dette scenarie) og derefter til en forbindelse kaldet acetylcoenzym A, eller acetyl CoA. I denne reaktion genereres en NADH. Dette sætter scenen for Krebs-cyklussen.

Denne serie med otte reaktioner er så navngivet, fordi en af ​​reaktanterne i første trin, oxaloacetat, er også produktet i sidste trin. Krebs-cyklusens job er en leverandørs snarere end en producent: Den genererer kun to ATP pr. Glukosemolekyle, men bidrager med seks mere NADH og to af FADH₂, en anden elektronbærer og en nær slægtning til NADH.

(Bemærk at dette betyder en ATP, tre NADH og en FADH₂pr. omgang af cyklussen. For hver glukose, der kommer ind i glykolyse, kommer to molekyler af acetyl CoA ind i Krebs-cyklussen.)

På basis af glukose er energitallet til dette punkt fire ATP (to fra glykolyse og to fra Krebs cyklus), 10 NADH (to fra glykolyse, to fra den forberedende reaktion og seks fra Krebs-cyklussen) og to FADH₂ fra Krebs-cyklussen. Mens kulstofforbindelserne i Krebs-cyklussen fortsætter med at dreje rundt opstrøms, bevæger elektronbærerne sig fra mitokondrie-matrixen til mitokondrie membran.

Når NADH og FADH₂ frigive deres elektroner, disse bruges til at skabe en elektrokemisk gradient på tværs af mitokondrie membranen. Denne gradient bruges til at drive tilknytningen af ​​fosfatgrupper til ADP for at skabe ATP i en proces kaldet oxidativ fosforylering, så navngivet, fordi den ultimative acceptor af elektroner, der kaskaderer fra elektronbærer til elektronbærer i kæden, er ilt (O₂).

Fordi hver NADH giver tre ATP og hver FADH₂ giver to ATP i oxidativ phosphorylering, dette tilføjer (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP til blandingen. Dermed et molekyle glukose kan give op til 38 ATP i eukaryote organismer.