Die Art und Weise, wie die Zellen eines Lebewesens Energie aus den Bindungen in organischen Molekülen gewinnen, hängt von der Art des untersuchten Organismus ab.
Prokaryoten (die Domänen Bakterien und Archaea) sind auf die anaerobe Atmung beschränkt, da sie keinen Sauerstoff verwerten können. Eukaryoten (die Domäne Eukaryota, die Tiere, Pflanzen, Protis und Pilze umfasst) bauen Sauerstoff in ihre Stoffwechselprozesse und kann dadurch viel mehr Adenosintriphosphat (ATP) pro Kraftstoffmolekül gewinnen, das in den System.
Alle Zellen nutzen jedoch die zehnstufige Reaktionsfolge, die kollektiv als. bekannt ist Glykolyse. Bei Prokaryoten ist dies meist die einzige Möglichkeit, ATP, die sogenannte „Energiewährung“ aller Zellen, zu gewinnen.
Bei Eukaryoten ist es der erste Schritt der Zellatmung, der auch zwei aerobe Stoffwechselwege umfasst: den Krebs Zyklus und der Elektronentransportkette.
Glykolysereaktion
Das kombinierte Endprodukt der Glykolyse sind zwei Moleküle Pyruvat pro in den Prozess eintretendem Molekül Glukose, plus zwei Moleküle ATP und zwei Moleküle NADH, ein sogenannter hochenergetischer Elektronenträger.
Die vollständige Nettoreaktion der Glykolyse ist:
C6H12Ö6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P → 2 CH3(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
Das Etikett "Netz" ist hier kritisch, denn in Wirklichkeit zwei ATP werden benötigt im ersten Teil der Glykolyse, um die Voraussetzungen für den zweiten Teil zu schaffen, in dem vier ATP generiert werden, um die Gesamtbilanz in der ATP-Spalte auf plus zwei zu bringen.
Glykolyseschritte
Jeder Schritt der Glykolyse wird durch ein bestimmtes Enzym katalysiert, wie es bei allen zellulären Stoffwechselreaktionen üblich ist. Nicht nur jede Reaktion wird durch ein Enzym beeinflusst, sondern jedes beteiligte Enzym ist spezifisch für die jeweilige Reaktion. Daher besteht eine Eins-zu-Eins-Reaktant-Enzym-Beziehung.
Die Glykolyse wird typischerweise in zwei Phasen unterteilt, die den beteiligten Energiefluss anzeigen.
Investitionsphase: Die ersten vier Reaktionen der Glykolyse umfassen die Phosphorylierung von Glukose, nachdem sie in das Zellzytoplasma gelangt ist; die Umlagerung dieses Moleküls in einen anderen Zucker mit sechs Kohlenstoffatomen (Fructose); die Phosphorylierung dieses Moleküls an einem anderen Kohlenstoff, um eine Verbindung mit zwei Phosphatgruppen zu ergeben; die Aufspaltung dieses Moleküls in ein Paar von Drei-Kohlenstoff-Zwischenprodukten, von denen jedes eine eigene Phosphatgruppe trägt.
Auszahlungsphase: Eine der beiden phosphathaltigen Drei-Kohlenstoff-Verbindungen, die bei der Spaltung von Fructose-1,6-bisphosphat entstehen, Dihydroxyacetonphosphat (DHAP), ist in das andere, Glyceraldehyd-3-phosphat (G3P), umgewandelt, was bedeutet, dass in diesem Stadium für jedes eintretende Glukosemolekül zwei Moleküle G3P vorhanden sind Glykolyse.
Als nächstes werden diese Moleküle phosphoryliert, und in den nächsten Schritten werden die Phosphate abgeschält und verwendet, um ATP zu erzeugen, während die Drei-Kohlenstoff-Moleküle zu Pyruvat umgelagert werden. Auf dem Weg werden zwei NADH aus NAD. generiert+, einer pro Drei-Kohlenstoff-Molekül.
Damit ist die obige Nettoreaktion erfüllt und Sie können nun selbstbewusst die Frage beantworten: "Welche Moleküle werden am Ende der Glykolyse erhalten?"
Nach der Glykolyse
In Anwesenheit von Sauerstoff in eukaryotischen Zellen wird das Pyruvat zu den Organellen transportiert, die als bezeichnet werden Mitochondrien, um die es geht aerobe Atmung. Dem Pyruvat wird ein Kohlenstoff entzogen, der den Prozess in Form des Abfallprodukts Kohlendioxid (CO2) und als Actetyl-Coenzym A zurückgelassen.
Krebs Zyklus: In der mitochondrialen Matrix verbindet sich das Acetyl-CoA mit der Vier-Kohlenstoff-Verbindung Oxaloacetat, um das Sechs-Kohlenstoff-Molekül Citrat zu ergeben. Dieses Molekül wird unter Verlust von zwei CO. wieder auf Oxalacetat reduziert2 und der Gewinn von einem ATP, drei NADH und einem FADH2 (ein weiterer Elektronenträger) pro Zyklusumdrehung.
Dies bedeutet, dass Sie diese Zahlen verdoppeln müssen, um die Tatsache zu berücksichtigen, dass zwei Acetyl-CoA in die Krebs Zyklus pro Molekül Glucose, die in die Glykolyse eintreten.
Elektronentransportkette: Bei diesen Reaktionen, die an der Mitochondrienmembran ablaufen, werden die Wasserstoffatome (Elektronen) aus den oben genannten Elektronenträgern werden von ihren Trägermolekülen abgestreift, die für die Synthese einer großen Menge ATP verwendet werden, etwa 32 bis 34 pro "vorgelagerter" Glucose Molekül.