Die Zellen in Ihrem Körper können Glukose abbauen oder verstoffwechseln, um die benötigte Energie herzustellen. Anstatt diese Energie nur als Wärme freizugeben, speichern Zellen diese Energie jedoch in Form von Adenosintriphosphat oder ATP; ATP fungiert als eine Art Energiewährung, die in bequemer Form verfügbar ist, um den Bedarf der Zelle zu decken.
Chemische Gesamtgleichung
Da der Abbau von Glukose eine chemische Reaktion ist, kann er mit der folgenden chemischen Gleichung beschrieben werden: C6H12O6 + 6 O2 --> 6 CO2 + 6 H2O, wobei 2870 Kilojoule Energie für jedes Mol Glukose freigesetzt werden metabolisiert. Obwohl diese Gleichung den Gesamtprozess beschreibt, täuscht ihre Einfachheit, denn sie verbirgt alle Details dessen, was wirklich passiert. Glukose wird nicht in einem einzigen Schritt metabolisiert. Stattdessen baut die Zelle Glukose in einer Reihe kleiner Schritte ab, von denen jeder Energie freisetzt. Die chemischen Gleichungen für diese erscheinen unten.
Glykolyse
Der erste Schritt im Glukosestoffwechsel ist die Glykolyse, ein zehnstufiger Prozess, bei dem ein Glukosemolekül lysiert oder in zwei Drei-Kohlenstoff-Zucker gespalten, die dann chemisch verändert werden, um zwei Moleküle von zu bilden Pyruvat. Die Nettogleichung für die Glykolyse lautet wie folgt: C6H12O6 + 2 ADP + 2 [P]i + 2 NAD+ --> 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH, wobei C6H12O6 ist Glucose, [P]i ist eine Phosphatgruppe, NAD+ und NADH sind Elektronenakzeptoren/-träger und ADP ist Adenosin Diphosphat. Auch wenn diese Gleichung zwar das Gesamtbild ergibt, aber auch viele der schmutzigen Details verbirgt; Da die Glykolyse ein zehnstufiger Prozess ist, könnte jeder Schritt unter Verwendung einer separaten chemischen Gleichung beschrieben werden.
Zitronensäurezyklus
Der nächste Schritt im Glukosestoffwechsel ist der Zitronensäurezyklus (auch Krebszyklus oder Tricarbonsäurezyklus genannt). Jedes der beiden durch die Glykolyse gebildeten Pyruvatmoleküle wird in eine Verbindung namens Acetyl-CoA umgewandelt; Durch einen 8-stufigen Prozess können diese Die chemische Nettogleichung für den Zitronensäurezyklus kann geschrieben werden wie folgt: Acetyl CoA + 3 NAD+ + Q + GDP + [P]i + 2 H2O --> CoA-SH + 3 NADH + 3 H+ + QH2 + GTP + 2 CO2. Eine ausführlichere Beschreibung aller beteiligten Schritte würde den Rahmen dieses Artikels sprengen. Grundsätzlich aber spendet der Zitronensäurezyklus Elektronen an zwei Elektronenträgermoleküle, NADH und FADH2, die diese Elektronen dann an einen anderen Prozess abgeben können. Es produziert auch ein Molekül namens GTP, das in der Zelle ähnliche Funktionen wie ATP hat.
Oxidative Phosphorylierung
Im letzten großen Schritt des Glukosestoffwechsels spenden die Elektronenträgermoleküle aus dem Zitronensäurezyklus (NADH und FADH2) ihre Elektronen an die Elektronentransportkette, eine Kette von Proteinen, die in die Membran der Mitochondrien in Ihren Zellen eingebettet sind. Mitochondrien sind wichtige Strukturen, die eine Schlüsselrolle im Glukosestoffwechsel und bei der Energiegewinnung spielen. Die Elektronentransportkette treibt einen Prozess an, der die Synthese von ATP aus ADP antreibt.
Auswirkungen
Die Gesamtergebnisse des Glukosestoffwechsels sind beeindruckend; Für jedes Glukosemolekül kann Ihre Zelle 38 ATP-Moleküle herstellen. Da es 30,5 Kilojoule pro Mol braucht, um ATP zu synthetisieren, speichert Ihre Zelle erfolgreich 40 Prozent der Energie, die durch den Abbau von Glukose freigesetzt wird. Die restlichen 60 Prozent gehen als Wärme verloren; Diese Wärme hilft, Ihre Körpertemperatur zu halten. 40 Prozent mögen zwar wenig klingen, sind aber deutlich effizienter als viele von Menschenhand konstruierte Maschinen. Selbst die besten Autos können beispielsweise nur ein Viertel der im Benzin gespeicherten Energie in Energie umwandeln, die das Auto bewegt.