Τι κάνει Γλυκόλυση;

Η γλυκόλυση είναι μια καθολική διαδικασία μεταξύ των μορφών ζωής στον πλανήτη Γη. Από τα απλούστερα μονοκύτταρα βακτήρια έως τις μεγαλύτερες φάλαινες στη θάλασσα, όλοι οι οργανισμοί - ή πιο συγκεκριμένα, κάθε ένα από τα κύτταρα τους - χρησιμοποιούν το μόριο ζάχαρης έξι-άνθρακα γλυκόζη ως πηγή ενέργειας.

Γλυκόλυση είναι το σύνολο των 10 βιοχημικών αντιδράσεων που χρησιμεύει ως το αρχικό βήμα προς την πλήρη διάσπαση της γλυκόζης. Σε πολλούς οργανισμούς, είναι επίσης το τελικό, και επομένως μόνο, βήμα.

Η γλυκόλυση είναι το πρώτο από τα τρία στάδια του κυτταρική αναπνοή στον τομέα των ταξινομικών (δηλαδή, ταξινόμηση ζωής) Ευκαρυώτα (ή ευκαρυώτες), που περιλαμβάνουν ζώα, φυτά, προστατευτικά και μύκητες.

Στα πεδία Βακτήρια και Αρχαία, τα οποία μαζί αποτελούν τους κυρίως μονοκυτταρικούς οργανισμούς που ονομάζονται προκαρυώτες, η γλυκόλυση είναι η μόνη μεταβολική παράσταση στην πόλη, καθώς τα κύτταρα τους δεν διαθέτουν τα μηχανήματα για να πραγματοποιήσουν κυτταρική αναπνοή μέχρι την ολοκλήρωσή της.

Η πλήρης αντίδραση που περιλαμβάνεται στα μεμονωμένα στάδια της γλυκόλυσης είναι:

ντο₆Η₁₂Ο₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 σελ_Εγώ → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 Η⁺ + 2 Ω₂Ο

Με άλλα λόγια, αυτό σημαίνει ότι η γλυκόζη, ο φορέας ηλεκτρονίων νικοτιναμίδη αδενίνη δινουκλεοτίδιο, διφωσφορική αδενοσίνη και ανόργανο φωσφορικό_Εγώ) συνδυάζονται για να σχηματίσουν πυροσταφυλικό, τριφωσφορική αδενοσίνη, η μειωμένη μορφή δινουκλεοτιδίων νικοτιναμιδίου αδενίνης και ιόντων υδρογόνου (τα οποία μπορούν να θεωρηθούν ως ηλεκτρόνια).

Σημειώστε ότι το οξυγόνο δεν εμφανίζεται σε αυτήν την εξίσωση, επειδή η γλυκόλυση μπορεί να προχωρήσει χωρίς Ο₂. Αυτό μπορεί να είναι ένα σημείο σύγχυσης, επειδή, επειδή η γλυκόλυση είναι απαραίτητος πρόδρομος των αερόβιων τμημάτων κυτταρική αναπνοή σε ευκαρυωτικά ("αερόβια" σημαίνει "με οξυγόνο"), συχνά θεωρείται εσφαλμένα ως αερόβια επεξεργάζομαι, διαδικασία.

Η γλυκόζη είναι ένας υδατάνθρακας, που σημαίνει ότι ο τύπος της υποθέτει την αναλογία δύο ατόμων υδρογόνου για κάθε άτομο άνθρακα και οξυγόνου: C_νΗ_2ηΟ_ν. Είναι μια ζάχαρη, και συγκεκριμένα ένα μονοσακχαρίτης, που σημαίνει ότι δεν μπορεί να χωριστεί σε άλλα σάκχαρα, όπως και το δισακχαρίτες σακχαρόζη και γαλακτόζη. Περιλαμβάνει σχήμα δακτυλίου έξι ατόμων, εκ των οποίων πέντε άτομα είναι άνθρακας και ένα από αυτά είναι οξυγόνο.

Η γλυκόζη μπορεί να αποθηκευτεί στο σώμα ως πολυμερές που ονομάζεται γλυκογόνο, που δεν είναι τίποτα περισσότερο από μεγάλες αλυσίδες ή φύλλα μεμονωμένων μορίων γλυκόζης που συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου. Γλυκογόνο αποθηκεύεται κυρίως στο ήπαρ και στους μύες.

Αθλητές που χρησιμοποιούν κατά προτίμηση συγκεκριμένους μύες (π.χ., μαραθωνιοφόροι που βασίζονται στα τετράπλευρα και το μοσχάρι τους μυς) προσαρμόζονται μέσω της προπόνησης για να αποθηκεύουν ασυνήθιστα υψηλές ποσότητες γλυκόζης, που συχνά ονομάζονται "φόρτωση καρβο".

Η τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) είναι το «ενεργειακό νόμισμα» όλων των ζωντανών κυττάρων. Αυτό σημαίνει ότι όταν η τροφή τρώγεται και διασπάται σε γλυκόζη πριν από την είσοδο στα κύτταρα, ο απώτερος στόχος του μεταβολισμού της γλυκόζης είναι τη σύνθεση του ATP, μια διαδικασία που καθοδηγείται από την ενέργεια που απελευθερώνεται όταν οι δεσμοί στη γλυκόζη και τα μόρια μετατρέπονται σε γλυκόλυση και αερόβια αναπνοή διαλύονται.

Το ATP που δημιουργείται μέσω αυτών των αντιδράσεων χρησιμοποιείται για τις βασικές, καθημερινές ανάγκες του σώματος, όπως ανάπτυξη και επιδιόρθωση ιστών, καθώς και σωματική άσκηση. Καθώς η ένταση της άσκησης αυξάνεται, το σώμα απομακρύνεται από την καύση λίπους ή τριγλυκεριδίων (μέσω της οξείδωσης λιπαρών οξέων) στην καύση της γλυκόζης επειδή η τελευταία διαδικασία έχει ως αποτέλεσμα περισσότερη ATP που δημιουργείται ανά μόριο καύσιμα.

Σχεδόν όλες οι βιοχημικές αντιδράσεις βασίζονται σε βοήθεια από εξειδικευμένα πρωτεϊνικά μόρια που ονομάζονται ένζυμα να προχωρήσει.

Τα ένζυμα είναι καταλύτες, που σημαίνει ότι επιταχύνουν τις αντιδράσεις - μερικές φορές με παράγοντα ενός εκατομμυρίου ή περισσότερο - χωρίς να αλλάζουν οι ίδιοι στην αντίδραση. Συνήθως ονομάζονται για τα μόρια στα οποία δρουν και έχουν «-άση» στο τέλος, όπως «ισομεράση φωσφογλυκόζης», η οποία αναδιατάσσει τα άτομα σε 6-φωσφορική γλυκόζη σε 6-φωσφορική φρουκτόζη.

(Τα ισομερή είναι ενώσεις με τα ίδια άτομα αλλά διαφορετικές δομές, ανάλογες με τα αναγράμματα στον κόσμο των λέξεων.)

Πλέον ένζυμα στις ανθρώπινες αντιδράσεις συμμορφώνονται με έναν κανόνα «ένα προς ένα», που σημαίνει ότι κάθε ένζυμο καταλύει μια συγκεκριμένη αντίδραση, και αντίστροφα, ότι κάθε αντίδραση μπορεί να καταλύεται μόνο από ένα ένζυμο. Αυτό το επίπεδο εξειδίκευσης βοηθά τα κύτταρα να ρυθμίζουν στενά την ταχύτητα των αντιδράσεων και, κατ 'επέκταση, τις ποσότητες διαφορετικών προϊόντων που παράγονται στο κελί ανά πάσα στιγμή.

Όταν η γλυκόζη εισέρχεται σε ένα κύτταρο, το πρώτο πράγμα που συμβαίνει είναι ότι φωσφορυλιώνεται - δηλαδή, ένα μόριο φωσφορικού συνδέεται με έναν από τους άνθρακες στη γλυκόζη. Αυτό προσδίδει ένα αρνητικό φορτίο στο μόριο, παγιδεύοντας αποτελεσματικά το κύτταρο. Αυτό 6-φωσφορική γλυκόζη στη συνέχεια ισομερίζεται όπως περιγράφεται παραπάνω στο 6-φωσφορική φρουκτόζη, που στη συνέχεια υποβάλλεται σε ένα άλλο στάδιο φωσφορυλίωσης για να γίνει φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική.

Κάθε ένα από τα στάδια φωσφορυλίωσης περιλαμβάνει την απομάκρυνση ενός φωσφορικού από ATP, αφήνοντας διφωσφορική αδενοσίνη (ADP) πίσω. Αυτό σημαίνει ότι αν και ο στόχος της γλυκόλυσης είναι να παράγει ΑΤΡ για τη χρήση του κυττάρου, συνεπάγεται «κόστος εκκίνησης» 2 ΑΤΡ ανά μόριο γλυκόζης που εισέρχεται στον κύκλο.

Η φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική ακολούθως χωρίζεται σε δύο μόρια τριών-άνθρακα, το καθένα με το δικό του φωσφορικό. Ενα απ 'αυτά, φωσφορική διυδροξυακετόνη (DHAP), είναι βραχύβια, καθώς μετατρέπεται γρήγορα σε άλλη, 3-φωσφορική γλυκεραλδεϋδη. Έτσι, από αυτό το σημείο και μετά, κάθε αντίδραση που αναφέρεται στην πραγματικότητα εμφανίζεται δύο φορές για κάθε μόριο γλυκόζης που εισέρχεται στη γλυκόλυση.

Η 3-φωσφορική γλυκεραλδεϋδη μετατρέπεται σε 1,3-διφωσφογλυκερικό με την προσθήκη φωσφορικού στο μόριο. Αντί να προέρχεται από ΑΤΡ, αυτό το φωσφορικό υπάρχει ως ελεύθερο, ή ανόργανο (δηλαδή, δεν έχει δεσμό με τον άνθρακα) φωσφορικό. Ταυτόχρονα, NAD⁺ μετατρέπεται σε NADH.

Στα επόμενα στάδια, τα δύο φωσφορικά απογυμνώνονται από μια σειρά μορίων τριών-άνθρακα και προσαρτώνται στο ADP για τη δημιουργία ΑΤΡ. Επειδή αυτό συμβαίνει δύο φορές ανά αρχικό μόριο γλυκόζης, δημιουργούνται συνολικά 4 ATP σε αυτή τη φάση «αποδόσεων». Επειδή η φάση «επένδυσης» απαιτούσε είσοδο 2 ATP, το συνολικό κέρδος ATP ανά μόριο γλυκόζης είναι 2 ATP.

Για αναφορά, μετά το 1,3-διφωσφογλυκερικό, τα μόρια στην αντίδραση είναι 3-φωσφογλυκερικό, 3-φωσφογλυκερικό, φωσφονοπυρουβικό άλας και τελικά πυροσταφυλικό.

Στα ευκαρυωτικά, το πυροσταφυλικό μπορεί στη συνέχεια να προχωρήσει σε μία από τις δύο οδούς μετά τη γλυκόλυση, ανάλογα με το εάν υπάρχει αρκετό οξυγόνο για να επιτρέψει την αερόβια αναπνοή να προχωρήσει. Εάν συμβαίνει αυτό, κάτι που συνήθως συμβαίνει όταν ο γονικός οργανισμός ξεκουράζεται ή ασκεί ελαφρά, το Το πυροσταφυλικό κλείνει από το κυτταρόπλασμα όπου η γλυκόλυση εμφανίζεται σε οργανίδια ("μικρά όργανα") που ονομάζεται μιτοχόνδρια.

Αν το κύτταρο ανήκει σε προκαρυώτη ή σε πολύ σκληρά ευκαρυώτη - ας πούμε, ένας άνθρωπος που τρέχει όλο το μισό μίλι ή ανυψώνει έντονα τα βάρη - το πυροσταφυλικό μετατρέπεται σε γαλακτικό. Ενώ στα περισσότερα κύτταρα το ίδιο το γαλακτικό δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο, αυτή η αντίδραση δημιουργεί NAD⁺ από το NADH, επιτρέποντας έτσι στη γλυκόλυση να συνεχίσει «ανάντη» παρέχοντας μια κρίσιμη πηγή NAD⁺.

Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως ζύμωση γαλακτικού οξέος.

Οι αερόβιες φάσεις της κυτταρικής αναπνοής που λαμβάνουν χώρα στα μιτοχόνδρια ονομάζονται Κύκλος Krebs και το αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, και αυτά συμβαίνουν με αυτήν τη σειρά. ο Κύκλος Krebs (συχνά ονομάζεται κύκλος κιτρικού οξέος ή κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος) ξεδιπλώνεται στη μέση των μιτοχονδρίων, ενώ αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων λαμβάνει χώρα στη μεμβράνη των μιτοχονδρίων που σχηματίζει τα όριά του με το κυτόπλασμα.

Η καθαρή αντίδραση της κυτταρικής αναπνοής, συμπεριλαμβανομένης της γλυκόλυσης, είναι:

ντο₆Η₁₂Ο₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 Ω₂O + 38 ATP

Ο κύκλος Krebs προσθέτει 2 ATP και η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων ένα επιβλητικό 34 ATP για συνολικά 38 ATP ανά μόριο γλυκόζης που καταναλώθηκε πλήρως (2 + 2 + 34) στις τρεις μεταβολικές διεργασίες.