Πώς συμβαίνει η γλυκόλυση;

Γλυκόλυση είναι η καθολική βιοχημική διαδικασία που μετατρέπει ένα θρεπτικό συστατικό (το σάκχαρο έξι-άνθρακα γλυκόζη) σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια (ATP ή τριφωσφορική αδενοσίνη). Η γλυκόλυση λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα όλων των ζωντανών κυττάρων, συνεχίζοντας να ρέει μαζί με μια αναταραχή συγκεκριμένων γλυκολυτικών ενζύμων.

Ενώ η ενεργειακή απόδοση της γλυκόλυσης είναι, μόριο για μόριο, πολύ μικρότερο από αυτό που αποκτήθηκε από αερόβια αναπνοή - δύο ATP ανά μόριο γλυκόζης που καταναλώθηκαν μόνο για γλυκόλυση έναντι 36 έως 38 για όλες τις αντιδράσεις της κυτταρικής αναπνοής σε συνδυασμό - είναι ωστόσο μια από τις πιο πανταχού παρούσα φύση και Αξιόπιστες διεργασίες με την έννοια ότι όλα τα κύτταρα το χρησιμοποιούν, ακόμη και αν όχι όλα αυτά μπορούν να βασίζονται αποκλειστικά σε αυτό για την ενέργειά τους ανάγκες των.

Η γλυκόλυση είναι μια αναερόβια διαδικασία, που σημαίνει ότι δεν απαιτεί οξυγόνο. Προσέξτε να μην συγχέετε το «αναερόβιο» με το «συμβαίνει μόνο σε αναερόβιους οργανισμούς».

Ξεκινά όταν η γλυκόζη, η οποία έχει τον τύπο Γ₆Η₁₂Ο₆ και μια μοριακή μάζα 180,155 γραμμάρια, διαχέεται σε ένα κύτταρο μέσω της μεμβράνης πλάσματος κάτω από τη βαθμίδα συγκέντρωσης.

Όταν συμβεί αυτό, ο αριθμός έξι άνθρακα γλυκόζης, ο οποίος βρίσκεται έξω από τον πρωτογενή εξαγωνικό δακτύλιο του μορίου, αμέσως φωσφορυλιώνεται (δηλαδή, συνδέεται με μια φωσφορική ομάδα). Η φωσφορυλίωση της γλυκόζης καθιστά το μόριο γλυκόζη-6-φωσφορικό (G6P) ηλεκτρικά αρνητικό και έτσι το παγιδεύει μέσα στο κύτταρο.

Μετά από άλλες εννέα αντιδράσεις και μια επένδυση ενέργειας, εμφανίζονται τα προϊόντα της γλυκόλυσης: δύο μόρια πυροσταφυλικού (C₃Η₈Ο₆) συν ένα ζευγάρι ιόντα υδρογόνου και δύο μόρια του NADH, ενός «φορέα ηλεκτρονίων» που είναι ζωτικής σημασίας για τις «κατάντη» αντιδράσεις αερόβιας αναπνοής, οι οποίες συμβαίνουν στα μιτοχόνδρια.

Η καθαρή εξίσωση για τις αντιδράσεις της γλυκόλυσης μπορεί να γραφτεί ως εξής:

ντο₆Η₁₂Ο₆ + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD⁺→ 2 Γ₃Η₄Ο₃ + 2 Ω⁺ + 2 NADH + 2 ATP

Εδώ, το Pi αντιπροσωπεύει ελεύθερο φωσφορικό άλας και ADP σημαίνει διφωσφορική αδενοσίνη, το νουκλεοτίδιο που χρησιμεύει ως ο άμεσος πρόδρομος των περισσότερων ΑΤΡ στο σώμα.

Αφού σχηματιστεί το G6P στο πρώτο στάδιο της γλυκόλυσης υπό την καθοδήγηση του ενζύμου εξακινάση, το μόριο αναδιατάσσεται χωρίς απώλεια ή κέρδος ατόμων σε φρουκτόζη-6-φωσφορική, ένα άλλο παράγωγο σακχάρου. Στη συνέχεια, το μόριο φωσφορυλιώνεται και πάλι, αυτή τη φορά στον αριθμό-1 άνθρακα. Το αποτέλεσμα είναι φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική (FBP), ένα διπλά φωσφορυλιωμένο σάκχαρο.

Ενώ αυτό το βήμα απαιτεί ένα ζεύγος ATP ως πηγή των φωσφορυλιώσεων που συμβαίνουν εδώ, αυτά δεν εμφανίζονται στο συνολική εξίσωση γλυκόλυσης επειδή ακυρώνονται από δύο από τα τέσσερα ATP που παράγονται στο δεύτερο μέρος του γλυκόλυση. Έτσι, η καθαρή παραγωγή δύο ATP σημαίνει πραγματικά ένα αρχικό "buy-in" δύο ATP για την παραγωγή τεσσάρων ATP στο τέλος της διαδικασίας.

Το έξι-άνθρακα, διπλά φωσφορυλιωμένο FBP χωρίζεται σε ένα ζευγάρι τριών-άνθρακα, μόνο φωσφορυλιωμένα μόρια, ένα από τα οποία αναδιατάσσεται γρήγορα στο άλλο. Έτσι, το δεύτερο μέρος της γλυκόλυσης ξεκινά με την παραγωγή ενός ζεύγους μορίων 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης (GA3P).

Είναι σημαντικό ότι ό, τι συμβαίνει από αυτό το σημείο και μετά διπλασιάζεται σε σχέση με τη συνολική αντίδραση. Έτσι, καθώς κάθε μόριο του GA3P αναδιατάσσεται συστηματικά σε πυροσταφυλικό ενώ οδηγεί στην παραγωγή δύο ATP και NAD, ο συνολικός υπολογισμός αυξάνεται κατά διπλάσιο από αυτό. Στο τέλος της γλυκόλυσης, δύο πυροσταφυλικά είναι έτοιμα να σταλούν προς τα μιτοχόνδρια όσο υπάρχει οξυγόνο.

• Εάν το οξυγόνο είναι περιορισμένο, όπως κατά τη διάρκεια της έντονης άσκησης, ζύμωση λαμβάνει χώρα. Το πυροσταφυλικό μετατρέπεται σε γαλακτικό, το οποίο παράγει αρκετό NAD + για να επιτρέψει τη γλυκόλυση να συνεχιστεί.