Hvad udfører glykolyse?

Glykolyse er en universel proces blandt livsformer på planeten Jorden. Fra de enkleste encellede bakterier til de største hvaler i havet bruger alle organismer - eller mere specifikt hver af deres celler - seks-kulstof sukkermolekylet glukose som en energikilde.

Glykolyse er sættet med 10 biokemiske reaktioner, der tjener som det indledende skridt mod fuldstændig nedbrydning af glukose. I mange organismer er det også det sidste og derfor eneste trin.

Glykolyse er den første af tre faser af cellulær respiration i det taksonomiske domæne (dvs. livsklassificering) Eukaryota (eller eukaryoter), som inkluderer dyr, planter, protister og svampe.

I domænerne er bakterier og arkæer, som tilsammen udgør de mest kaldte encellede organismer prokaryoter, er glykolyse det eneste metaboliske show i byen, da deres celler mangler maskiner til at udføre cellulær respiration til dens afslutning.

Den komplette reaktion omfattet af de enkelte trin i glykolyse er:

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_jeg → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H⁺ + 2 H₂O

Med ord betyder dette, at glucose, elektronbæreren nicotinamid-adenindinukleotid, adenosindiphosphat og uorganisk phosphat (P_jeg) kombineres for at danne pyruvat, Adenosintrifosfat, den reducerede form af nicotinamidadenindinukleotid og hydrogenioner (som kan betragtes som elektroner).

Bemærk, at ilt ikke vises i denne ligning, fordi glykolyse kan fortsætte uden O₂. Dette kan være et forvirringspunkt, fordi glycolyse er en nødvendig forløber for de aerobe segmenter af cellulær respiration i eukaryoter ("aerob" betyder "med ilt"), betragtes det ofte fejlagtigt som en aerob behandle.

Glucose er et kulhydrat, hvilket betyder, at dets formel antager forholdet mellem to hydrogenatomer for hvert kulstof- og iltatom: C_nH_2nO_n. Det er et sukker, og specifikt et monosaccharid, hvilket betyder, at det ikke kan opdeles i andre sukkerarter, ligesom disaccharider saccharose og galactose. Den inkluderer en seks-atom ringform, hvoraf fem atomer er kulstof, hvoraf den ene er ilt.

Glukose kan opbevares i kroppen som en polymer kaldet glykogen, hvilket ikke er andet end lange kæder eller ark af individuelle glukosemolekyler forbundet med hydrogenbindinger. Glykogen opbevares primært i leveren og i musklerne.

Atleter, der fortrinsvis bruger visse muskler (fx maratonløbere, der stoler på deres quadriceps og kalv muskler) tilpasser sig gennem træning for at gemme usædvanligt store mængder glukose, ofte kaldet "carbo-loading".

Adenosintrifosfat (ATP) er "levende valuta" for alle levende celler. Dette betyder, at når mad spises og nedbrydes til glukose, inden de kommer ind i celler, er det ultimative mål med metabolismen af ​​glukose syntesen af ​​ATP, en proces drevet af frigivet energi, når bindingerne i glukose og de molekyler, den ændres til i glykolyse og aerob respiration er brudt fra hinanden.

ATP, der genereres gennem disse reaktioner, bruges til kroppens grundlæggende, daglige behov, såsom vævsvækst og reparation samt fysisk træning. Når træningsintensiteten øges, skifter kroppen væk fra forbrænding af fedt eller triglycerider (via oxidationen af fedtsyrer) til forbrænding af glukose, fordi den sidstnævnte proces resulterer i mere ATP skabt pr. molekyle brændstof.

Stort set alle biokemiske reaktioner er afhængige af hjælp fra kaldte specialiserede proteinmolekyler enzymer at fortsætte.

Enzymer er katalysatorer, hvilket betyder at de fremskynder reaktionerne - nogle gange med en faktor på en million eller mere - uden at de selv ændres i reaktionen. De er normalt navngivet efter de molekyler, hvorpå de virker, og har "-ase" i slutningen, såsom "phosphoglucose-isomerase", som omarrangerer atomerne i glucose-6-phosphat til fruktose-6-phosphat.

(Isomerer er forbindelser med de samme atomer, men forskellige strukturer, analoge med anagrammer i ordens verden.)

Mest enzymer i humane reaktioner er i overensstemmelse med en "en til en" -regel, hvilket betyder at hvert enzym katalyserer en bestemt reaktion, og omvendt, at hver reaktion kun kan katalyseres af et enzym. Dette niveau af specificitet hjælper celler med at regulere reaktionshastigheden tæt og i forlængelse af mængderne af forskellige produkter, der produceres i cellen til enhver tid.

Når glukose kommer ind i en celle, er det første, der sker, at den er phosphoryleret - det vil sige, at et molekyle af fosfat er bundet til et af kulstofferne i glukose. Dette giver molekylet en negativ ladning, der effektivt fanger det i cellen. Det her glucose-6-phosphat isomeriseres derefter som beskrevet ovenfor i fruktose-6-phosphat, som derefter gennemgår endnu et fosforyleringstrin for at blive fruktose-1,6-bisphosphat.

Hvert af phosphoryleringstrinene involverer fjernelse af et phosphat fra ATP, hvilket forlader adenosindiphosphat (ADP) bag. Dette betyder, at selv om formålet med glykolyse er at producere ATP til cellebrug, involverer det en "opstartsomkostning" på 2 ATP pr. Glukosemolekyle, der kommer ind i cyklussen.

Fruktose-1,6-bisphosphat opdeles derefter i to molekyler med tre carbonatomer, hver med sit eget phosphat fastgjort. En af disse, dihydroxyacetonphosphat (DHAP), er kortvarig, da den hurtigt omdannes til den anden, glyceraldehyd-3-phosphat. Fra dette punkt fremad forekommer således hver anført reaktion faktisk to gange for hvert glukosemolekyle, der kommer ind i glykolyse.

Glyceraldehyd-3-phosphat omdannes til 1,3-diphosphoglycerat ved tilsætning af et fosfat til molekylet. I stedet for at være afledt af ATP eksisterer dette phosphat som et frit eller uorganisk (dvs. mangler en binding til carbon) phosphat. På samme tid, NAD⁺ konverteres til NADH.

I de næste trin fjernes de to fosfater fra en serie med tre-carbonmolekyler og føjes til ADP for at generere ATP. Da dette sker to gange pr. Originalt glukosemolekyle, oprettes i alt 4 ATP i denne "udbetalings" -fase. Da "investeringsfasen" krævede et input på 2 ATP, er den samlede gevinst i ATP pr. Glukosemolekyle 2 ATP.

Til reference er molekylerne i reaktionen efter 1,3-diphosphoglycerat 3-phosphoglycerat, 3-phosphoglycerat, phosphoenolpyruvat og endelig pyruvat.

I eukaryoter kan pyruvat derefter gå videre til en af ​​to postglykolysestier, afhængigt af om der er tilstrækkeligt med ilt til at aerob respiration kan fortsætte. Hvis det er tilfældet, hvilket normalt er tilfældet, når moderorganismen hviler eller træner let, pyruvat shuttles fra cytoplasmaet, hvor glykolyse forekommer i organeller ("små organer") hedder mitokondrier.

Hvis cellen tilhører en prokaryot eller en meget hårdtarbejdende eukaryot - siger et menneske, der kører en hel mil eller løfter vægte intenst - omdannes pyruvat til lactat. Mens lactat i sig selv i de fleste celler ikke kan bruges som brændstof, skaber denne reaktion NAD⁺ fra NADH, hvorved glykolyse fortsætter "opstrøms" ved at levere en kritisk NAD-kilde⁺.

Denne proces er kendt som mælkesyrefermentering.

De aerobe faser af cellulær respiration, der finder sted i mitokondrier, kaldes Krebs cykler og elektrontransportkæde, og disse forekommer i den rækkefølge. Det Krebs cykler (ofte kaldet citronsyrecyklus eller tricarboxylsyrecyklus) udfolder sig midt i mitokondrierne, mens elektrontransportkæde finder sted på mitokondriens membran, der danner sin grænse med cytoplasmaet.

Nettoreaktionen af ​​cellulær respiration, inklusive glykolyse, er:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 38 ATP

Krebs-cyklussen tilføjer 2 ATP, og elektrontransportkæden en kæmpestor 34 ATP for i alt 38 ATP pr. Molekyle glukose fuldstændigt forbrugt (2 + 2 + 34) i de tre metaboliske processer.