Mis teostab glükolüüsi?

Glükolüüs on universaalne protsess planeedil Maa olevate eluvormide seas. Alates lihtsamatest üherakulistest bakteritest kuni suurimate vaaladeni meres, kasutavad kõik organismid - täpsemalt igaüks nende rakkudest - kuue süsinikuga suhkrumolekuli glükoos energiaallikana.

Glükolüüs on 10 biokeemilise reaktsiooni komplekt, mis on esimene samm glükoosi täieliku lagundamise suunas. Paljudes organismides on see ka viimane ja seega ainus samm.

Glükolüüs on esimene kolmest etapist rakuhingamine taksonoomilises (s.t. eluklassifikatsioonis) valdkonnas Eukaryota (või eukarüootid), mis hõlmab loomi, taimi, protiste ja seeni.

Valdkondades bakterid ja arheed, mis koos moodustavad enamasti üherakulised organismid, mida nimetatakse prokarüootid, on glükolüüs ainus metaboolne näitus linnas, kuna nende rakkudel puudub rakkude hingamise teostamiseks vajalik masinavärk.

Glükolüüsi üksikute etappidega hõlmatud täielik reaktsioon on:

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

Sõnades tähendab see seda, et glükoos, elektronkandja nikotiinamiidadeniindinukleotiid, adenosiindifosfaat ja anorgaaniline fosfaat (P_i) moodustavad püruvaadi, adenosiinitrifosfaat, nikotiinamiid-adeniin-dinukleotiidi ja vesinikioonide (mida võib pidada elektronideks) redutseeritud kujul.

Pange tähele, et hapnikku selles võrrandis ei esine, sest glükolüüs võib kulgeda ilma O-ta₂. See võib tekitada segadust, sest kuna glükolüüs on vajalik aatomite aeroobsete segmentide eelkäija rakuhingamine eukarüootides ("aeroobne" tähendab "koos hapnikuga"), peetakse seda sageli ekslikult aeroobseks protsess.

Glükoos on süsivesik, mis tähendab, et selle valem eeldab kahe süsiniku- ja hapnikuaatomi kahe vesiniku aatomi suhet: C_nH_2nO_n. See on suhkur ja täpsemalt a monosahhariid, mis tähendab, et seda ei saa jagada teisteks suhkruteks, nagu ka suhkrut disahhariidid sahharoos ja galaktoos. See sisaldab kuue aatomi tsükli kuju, millest viis aatomit on süsinik ja üks hapnik.

Glükoosi saab organismis säilitada polümeerina, mida nimetatakse glükogeen, mis pole midagi muud kui vesiniksidemetega ühendatud üksikute glükoosimolekulide pikad ahelad või lehed. Glükogeen ladustatakse peamiselt maksas ja lihastes.

Sportlased, kes eelistavad teatud lihaseid (nt maratoonarid, kes toetuvad nelipealihasele ja vasikale lihased) kohanevad treeningu abil ebatavaliselt suure koguse glükoosiks, mida sageli nimetatakse "süsiniklaadimiseks".

Adenosiinitrifosfaat (ATP) on kõigi elusrakkude "energiavaluuta". See tähendab, et kui toit süüakse ja lagundatakse enne rakkudesse sisenemist glükoosiks, on glükoosi metabolismi lõppeesmärk ATP süntees, protsess, mille ajendiks on glükoosi sidemete ja molekulide glükolüüsil muutumise käigus vabanev energia ja aeroobne hingamine on laiali murtud.

Nende reaktsioonide abil tekkinud ATP-d kasutatakse keha igapäevaste põhivajaduste jaoks, näiteks kudede kasvu ja taastamiseks ning füüsiliseks treeninguks. Treeningu intensiivsuse suurenemisel eemaldub keha rasvade või triglütseriidide põletamisest (oksüdeerumise kaudu) (rasvhapete sisaldus) kuni glükoosi põletamiseni, kuna viimase protsessi tulemusel tekib ATP kohta rohkem ATP kütus.

Praktiliselt kõik biokeemilised reaktsioonid tuginevad spetsiaalsete valgumolekulide abile ensüümid jätkama.

Ensüümid on katalüsaatorid, mis tähendab, et need kiirendavad reaktsioone - mõnikord miljoniga või rohkem - ilma, et nad end reaktsioonis muudaksid. Neid nimetatakse tavaliselt molekulide järgi, millel nad toimivad ja mille lõpus on "-aas", näiteks "fosfoglükoos-isomeraas", mis korraldab glükoos-6-fosfaadis olevad aatomid ümber fruktoos-6-fosfaadiks.

(Isomeerid on samade aatomite, kuid erineva struktuuriga ühendid, analoogsed sõnamaailma anagrammidega.)

Enamik ensüümid Inimreaktsioonides vastavad reeglid "üks ühele", mis tähendab, et iga ensüüm katalüüsib teatud reaktsiooni ja vastupidi, et kõiki reaktsioone saab katalüüsida ainult üks ensüüm. See spetsiifilisuse tase aitab rakkudel reaktsioonikiirust ja ka rakus igal ajal toodetud erinevate toodete koguseid tihedalt reguleerida.

Kui glükoos satub rakku, juhtub kõigepealt see, et see fosforüülitakse - see tähendab, et ühe glükoosis sisalduva süsiniku külge kinnitub fosfaadi molekul. See annab molekulile negatiivse laengu, püüdes selle rakus tõhusalt kinni. See glükoos-6-fosfaat seejärel isomeeritakse ülalkirjeldatult ühendiks fruktoos-6-fosfaat, mille saamiseks tehakse veel üks fosforüülimisetapp fruktoos-1,6-bisfosfaat.

Kõik fosforüülimisetapid hõlmavad fosfaadi eemaldamist ATP-st, lahkudes adenosiindifosfaat (ADP) taga. See tähendab, et kuigi glükolüüsi eesmärk on ATP tootmine raku kasutamiseks, hõlmab see tsüklisse siseneva glükoosi molekuli "käivitamiskulusid" 2 ATP.

Seejärel jagatakse fruktoos-1,6-bisfosfaat kaheks kolm süsinikmolekuliks, millest igaühel on oma fosfaat. Üks nendest, dihüdroksüatsetoonfosfaat (DHAP), on lühiajaline, kuna see muutub kiiresti teiseks, glütseraldehüüd-3-fosfaat. Sellest hetkest alates toimub iga loetletud reaktsioon iga glükolüüsi siseneva glükoosimolekuli kohta kaks korda.

Glütseraldehüüd-3-fosfaat muundatakse 1,3-difosfoglütseraat fosfaadi lisamisega molekulile. Selle fosfaadi asemel, mis pärineb ATP-st, eksisteerib see vaba või anorgaanilise (s.t puudub süsinikuga seotud) fosfaadina. Samal ajal NAD⁺ teisendatakse NADH-ks.

Järgmistes etappides eemaldatakse kaks fosfaati kolmest süsinikmolekulist koosnevast reast ja lisatakse ADP-le ATP genereerimiseks. Kuna seda juhtub kaks korda ühe glükoosimolekuli kohta, luuakse selles "väljamakse" faasis kokku 4 ATP-d. Kuna "investeerimis" faas nõudis 2 ATP sisestamist, on ATP üldine tõus glükoosi molekuli kohta 2 ATP.

Võrdluseks, pärast 1,3-difosfoglütseraati on reaktsioonis olevad molekulid 3-fosfoglütseraat, 3-fosfoglütseraat, fosfoenoolpüruvaat ja lõpuks püruvaat.

Eukarüootides võib püruvaat edasi liikuda kahele glükolüüsijärgsele rajale, sõltuvalt sellest, kas aeroobse hingamise jätkamiseks on piisavalt hapnikku. Kui see on nii, mis tavaliselt juhtub siis, kui vanemorganism puhkab või tegeleb kergelt, püruvaat transporditakse tsütoplasmast, kus toimub glükolüüs, organellidesse ("väikesed organid") helistas mitokondrid.

Kui rakk kuulub prokarüootile või väga töökale eukarüootile - ütleme, et inimene, kes jookseb kogu pool miili või tõstab raskusi intensiivselt, - püruvaat muundatakse laktaadiks. Kui enamikus rakkudes ei saa laktaati ennast kütusena kasutada, tekitab see reaktsioon NAD⁺ NADH-st, võimaldades seeläbi glükolüüsi jätkamist "ülesvoolu", pakkudes NAD-le kriitilist allikat⁺.

See protsess on tuntud kui piimhappe kääritamine.

Mitokondrites toimuvaid rakuhingamise aeroobseid faase nimetatakse Krebsi tsükkel ja elektronide transpordiahelja need toimuvad selles järjekorras. The Krebsi tsükkel (sageli nimetatakse sidrunhappe tsükliks või trikarboksüülhappe tsükliks) areneb mitokondrite keskel, samas kui elektronide transpordiahel asetseb tsütoplasmaga piiri moodustava mitokondri membraanil.

Rakuhingamise, sealhulgas glükolüüsi netoreaktsioon on:

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

Krebsi tsükkel lisab kolmes ainevahetusprotsessis 2 ATP ja elektronide transpordiahelale tohutu 34 ATP, kokku 38 ATP glükoosi molekuli kohta, mis on täielikult tarbitud (2 + 2 + 34).