Hvad giver glykolyse?

Levende ting, som alle består af en eller flere individuelle celler, kan opdeles i prokaryoter og eukaryoter.

Næsten alle celler er afhængige af glukose for deres metaboliske behov, og det første trin i nedbrydningen af ​​dette molekyle er den række reaktioner, der kaldes glykolyse (bogstaveligt talt "glukosedeling"). I glykolyse gennemgår et enkelt glukosemolekyle en række reaktioner for at give et par pyruvatmolekyler og en beskeden mængde energi i form af adenosintrifosfat (ATP).

Den ultimative håndtering af disse produkter varierer dog fra celletype til celletype. Prokaryote organismer deltager ikke i aerob respiration. Dette betyder, at prokaryoter ikke kan bruge molekylært ilt (O₂). I stedet gennemgår pyruvatet gæring (anaerob respiration).

Nogle kilder inkluderer glykolyse i processen med "cellulær respiration" i eukaryoter, fordi den går direkte foran aerob åndedræt (dvs. Krebs cykler og oxidativ fosforylering i elektrontransportkæde). Mere strengt taget er glykolyse i sig selv ikke en aerob proces, simpelthen fordi den ikke er afhængig af ilt og opstår, uanset om O

Men da glykolyse er en forudsætning af aerob respiration, idet det leverer pyruvat til reaktionerne deraf, er det naturligt at lære om begge begreber på én gang.

Glukose er et seks-kulstof sukker, der tjener som det vigtigste enkeltkulhydrat i human biokemi. Kulhydrater indeholder kulstof (C) og hydrogen (H) udover ilt, og forholdet mellem C og H i disse forbindelser er altid 1: 2.

Sukker er mindre end andre kulhydrater, herunder stivelse og cellulose. Faktisk er glukose ofte en gentagen underenhed, eller monomeri disse mere komplekse molekyler. Glukose i sig selv består ikke af monomerer og betragtes som sådan som et monosaccharid ("et sukker").

Formlen for glukose er C₆H₁₂O₆. Hoveddelen af ​​molekylet består af en sekskantet ring indeholdende fem af C-atomerne og et af O-atomerne. Det sjette og sidste C-atom findes i en sidekæde med en hydroxylholdig methylgruppe (-CH₂OH).

Processen med glykolyse, som finder sted i cellen cytoplasma, består af 10 individuelle reaktioner.

Det er normalt ikke nødvendigt at huske navnene på alle mellemprodukterne og enzymerne. Men at have en god fornemmelse af det samlede billede er nyttigt. Dette er ikke kun fordi glykolyse måske er den mest relevante reaktion i livets historie på jorden, men også fordi trinnene illustrerer pænt et antal almindelige begivenheder i celler, herunder enzymernes virkning under eksoterm (energisk gunstig) reaktioner.

Når glucose kommer ind i en celle, accosteres det af enzymet hexokinase og phosphoryleres (det vil sige, en fosfatgruppe, ofte skrevet Pi, er vedhæftet den). Dette fælder molekylet inde i cellen ved at give det en negativ elektrostatisk ladning.

Dette molekyle omarrangerer sig selv til en phosphoryleret form af fruktose, som derefter gennemgår et andet phosphoryleringstrin og bliver fruktose-1,6-bisphosphat. Dette molekyle opdeles derefter i to lignende tre-carbon-molekyler, hvoraf den ene hurtigt omdannes til den anden for at give to molekyler glyceraldehyd-3-phosphat.

Dette stof omarrangeres til et andet dobbelt phosphoryleret molekyle, før den tidlige tilsætning af phosphatgrupper vendes i ikke-på hinanden følgende trin. I hvert af disse trin er et molekyle af adenosindiphosphat (ADP) sker ved enzym-substratkomplekset (navnet på strukturen dannet af det molekyle, der reagerer, og det enzym, der fremkalder reaktionen mod færdiggørelse).

Denne ADP accepterer et fosfat fra hvert af de tilstedeværende tre-kulstofmolekyler. Til sidst sidder to pyruvatmolekyler i cytoplasmaet, klar til implementering til den vej, cellen kræver, at den kommer ind i eller er i stand til at være vært for.

Den eneste sande reaktant til glykolyse er et glukosemolekyle. To molekyler hver af ATP og NAD + (nicotinamid-adenindinukleotid, en elektronbærer) introduceres under reaktionsserien.

Du vil ofte se den komplette proces med cellulær respiration angivet med glucose og ilt som reaktanter og kuldioxid og vand som produkter sammen med 36 (eller 38) ATP. Men glykolyse er kun den første række reaktioner, der i sidste ende kulminerer i den aerobe udvinding af denne meget energi fra glukose.

Ialt fire ATP-molekyler produceres i reaktionerne, der involverer glykolysens tre-carbon-komponenter - to under omdannelsen af ​​paret 1,3-bisphosphoglyceratmolekyler til to 3-phosphoglyceratmolekyler og to under omdannelsen af ​​et par phosphoenolpyruvatmolekyler til de to pyruvatmolekyler, der repræsenterer slutningen af glykolyse. Disse syntetiseres alle via fosforylering på substratniveau, hvilket betyder, at ATP kommer fra det direkte tilsætning af uorganisk fosfat (Pi) til ADP snarere end at blive dannet som en konsekvens af noget andet behandle.

To ATP er nødvendige tidligt i glykolyse, først når glucose phosphoryleres til glucose-6-phosphat, og derefter to trin senere, når fruktose-6-phosphat phosphoryleres til fruktose-1,6-bisphosphat. Således er nettoforøgelsen i ATP i glykolyse som et resultat af et molekyle glukose, der gennemgår processen to molekyler, hvilket er let at huske, hvis du forbinder det med antallet af pyruvatmolekyler oprettet.

Derudover reduceres to NAD + -molekyler til to molekyler af NAD + under omdannelsen af ​​glyceraldehyd-3-phosphat til 1,3-bisphosphoglycerat. NADH, hvor sidstnævnte tjener som en indirekte energikilde, fordi de deltager i reaktionerne fra, blandt andre processer, aerob respiration.

Kort sagt er nettoudbyttet af glykolyse derfor 2 ATP, 2 pyruvat og 2 NADH. Dette er næppe en tyvendedel af mængden af ​​ATP, der produceres i aerob respiration, men fordi prokaryoter som regel er langt mindre og mindre komplekse end eukaryoter, med mindre metaboliske krav til at matche, de er i stand til at klare sig på trods af dette mindre end ideelle ordning.

(En anden måde at se på dette er selvfølgelig manglen på aerob respiration i bakterier har forhindret dem i at udvikle sig til større, mere forskelligartede skabninger, for hvad det betyder.)

I prokaryoter har organismen, når glykolysestien er afsluttet, spillet næsten alle de metaboliske kort, den har. Pyruvat kan metaboliseres yderligere til lactat via gæring, eller anaerob respiration. Formålet med gæring er ikke at producere lactat, men at regenerere NAD + fra NADH, så det kan bruges i glykolyse.

(Bemærk, at dette adskiller sig fra alkoholfermentering, hvor ethanol er produceret af pyruvat under gærens virkning.)

I eukaryoter går det meste af pyruvat ind i det første sæt trin i aerob respiration: Krebs-cyklussen, også kaldet tricarboxylsyre (TCA) cyklus eller citronsyrecyklus. Dette sker inden for mitokondrierhvor pyruvat omdannes til to-carbonforbindelsen acetylcoenzym A (CoA) og carbondioxid (CO₂).

Denne otte-trins cyklus har til opgave at producere flere elektroner med høj energi til efterfølgende reaktioner - 3 NADH, en FADH₂ (reduceret flavin-adenindinucleotid) og en GTP (guanosintriphosphat).

Når disse kommer ind i elektrontransportkæden på mitokondriemembranen, skifter en proces kaldet oxidativ fosforylering elektronerne fra disse højenergibærere til iltmolekyler, hvor slutresultatet er produktionen af ​​36 (eller muligvis 38) ATP-molekyler pr. glukosemolekyle "opstrøms."

Den langt større effektivitet og udbytte af aerob stofskifte forklarer i det væsentlige alle de grundlæggende forskelle i dag mellem prokaryoter og eukaryoter, med den tidligere foregående og menes at have givet anledning til, sidstnævnte.