Glukoosin metabolia ATP: n muodostamiseksi

Glukoosi, kuuden hiilen sokeri, on perustavanlaatuinen "panos" yhtälössä, joka ohjaa koko elämää. Ulkopuolinen energia muuttuu jollain tavalla solun energiaksi. Jokaisella elävällä organismilla, parhaasta ystävästäsi pienimpään bakteeriin, on soluja, jotka polttavat glukoosia polttoaineena juuren aineenvaihduntatasolla.

Organismit eroavat toisistaan ​​siinä missä määrin niiden solut voivat saada energiaa glukoosista. Kaikissa soluissa tämä energia on muodossa adenosiinitrifosfaatti (ATP).

Siksi yksi asia kaikilla elävillä soluilla on yhteistä se, että ne metabolisoivat glukoosin ATP: ksi. Annettu soluun tuleva glukoosimolekyyli olisi voinut aloittaa pihviillallisen, villieläimen saalista, kasviaineena tai jotain muuta.

Eri ruoansulatus- ja biokemialliset prosessit ovat hajottaneet kaikki monihiilimolekyylit mitä tahansa aineita, joita organismi ravitsee ravinnoksi monosakkaridisokerille, joka pääsee solujen aineenvaihduntaan polkuja.

Kemiallisesti, glukoosi on heksoosi sokeri,

Glukoosi on myös a monosakkaridi eli sokeri, joka sisältää vain yhden perusyksikön, tai monomeeri.Fruktoosi on toinen esimerkki monosakkaridista, kun taas sakkaroositai ruokasokeri (fruktoosi plus glukoosi), laktoosi (glukoosi plus galaktoosi) ja maltoosi (glukoosi plus glukoosi) ovat disakkaridit.

Huomaa, että hiili-, vety- ja happiatomien suhde glukoosissa on 1: 2: 1. Kaikilla hiilihydraateilla on itse asiassa sama suhde, ja niiden molekyylikaavat ovat kaikki muodoltaan C_nH_2nO_n.

ATP on a nukleosidia, tässä tapauksessa adenosiini, johon on kiinnitetty kolme fosfaattiryhmää. Tämä todella tekee siitä nukleotidi, koska nukleosidina on a pentoosi sokeri (joko riboosi tai deoksiriboosi) yhdistettynä typpipitoiseen emäkseen (so. adeniini, sytosiini, guaniini, tymiini tai urasiili), kun taas nukleotidi on nukleosidia, johon on kiinnittynyt yksi tai useampi fosfaattiryhmä. Mutta terminologia syrjään, tärkeä asia tietää ATP on, että se sisältää adeniinia, riboosia ja kolmen fosfaatti- (P) ryhmän ketjua.

ATP tehdään fosforylaatio / adenosiinidifosfaatti (ADP)ja päinvastoin, kun terminaalinen fosfaattisidos ATP: ssä on hydrolysoitu, ADP ja P_i (epäorgaaninen fosfaatti) ovat tuotteita. ATP: tä pidetään solujen "energiavaluuttana", koska tätä ylimääräistä molekyyliä käytetään melkein jokaisen aineenvaihduntaprosessin voimana.

Soluhengitys on eukaryoottisten organismien aineenvaihduntareittien joukko, joka muuttaa glukoosin ATP: ksi ja hiilidioksidiksi läsnä ollessa happea, vapauttaa vettä ja tuottaa runsaasti ATP: tä (36 - 38 molekyyliä sijoitettua glukoosimolekyyliä kohti) prosessi.

Tasapainoinen kemiallinen kaava koko nettoreaktiolle, pois lukien elektronikantajat ja energiamolekyylit, on

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Soluhengitys sisältää itse asiassa kolme erillistä ja peräkkäistä reittiä:

• Glykolyysi, joka esiintyy kaikissa soluissa ja tapahtuu sytoplasmassa, ja on aina glukoosimetabolian ensimmäinen vaihe (ja useimmissa prokaryooteissa myös viimeinen vaihe).
  
• Krebs-sykli, kutsutaan myös trikarboksyylihapposykliksi (TCA) tai sitruunahapposykliksi, joka avautuu mitokondrioiden matriisissa.
• elektronien siirtoketju, joka tapahtuu sisäisellä mitokondrioiden kalvolla ja tuottaa suurimman osan solujen hengityksessä tuotetusta ATP: stä.

Kaksi jälkimmäistä näistä vaiheista ovat hapesta riippuvaisia ​​ja muodostavat yhdessä aerobinen hengitys. Usein eukaryoottisen aineenvaihdunnan keskusteluissa glykolyysin, vaikka se ei riipu hapesta, katsotaan olevan osa "aerobinen hengitys"koska melkein kaikki sen päätuote, pyruvaatti, siirtyy edelleen kahdelle muulle polulle.

Glykolyysissä glukoosi muuttuu 10 reaktion sarjassa molekyyliksi pyruvaatti, jossa a kahden ATP-molekyylin nettovoitto ja kaksi "elektronikantajan" molekyyliä nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi (NADH). Kutakin prosessiin menevää glukoosimolekyyliä kohti tuotetaan kaksi pyruvaatin molekyyliä, koska pyruvaatissa on kolme hiiliatomia glukoosin kuuteen.

Ensimmäisessä vaiheessa glukoosi fosforyloidaan tullakseen glukoosi-6-fosfaatti (G6P). Tämä sitoutuu glukoosin metaboloitumiseen eikä ajautumiseen takaisin ulos solukalvokoska fosfaattiryhmä antaa G6P: lle negatiivisen varauksen. Muutaman seuraavan vaiheen aikana molekyyli järjestetään uudelleen eri sokerijohdannaiseksi ja sitten fosforyloidaan toisen kerran tullakseen fruktoosi-1,6-bisfosfaatti.

Nämä glykolyysin varhaiset vaiheet edellyttävät kahden ATP: n sijoittamista, koska tämä on fosforyhmien lähde fosforylaatioreaktioissa.

Fruktoosi-1,6-bisfosfaatti jakautuu kahdeksi eri kolmihiilimolekyyliksi, joista kullakin on oma fosfaattiryhmänsä; melkein kaikki näistä, muuttuu nopeasti muiksi, glyseraldehydi-3-fosfaatti (G3P). Täten tästä eteenpäin kaikki toistetaan, koska jokaiselle glukoosille "ylävirtaan" on kaksi G3P: tä.

Tästä lähtien G3P fosforyloidaan vaiheessa, joka tuottaa myös NADH: ta hapetetusta muodosta NAD +, ja sitten kaksi fosfaattiryhmää annettu ADP-molekyyleille seuraavissa uudelleenjärjestelyvaiheissa kahden ATP-molekyylin tuottamiseksi yhdessä glykolyysin lopullisen hiilituotteen kanssa, pyruvaatti.

Koska tämä tapahtuu kahdesti glukoosimolekyyliä kohti, glykolyysin toinen puoli tuottaa neljä ATP: tä a: lle netto hyöty kahden ATP: n (koska kaksi vaadittiin prosessin alkuvaiheessa) ja kahden NADH: n glykolyysistä.

vuonna valmisteleva reaktio, kun glykolyysissä muodostunut pyruvaatti löytää tiensä sytoplasmasta mitokondrioiden matriisiin, se muuttuu ensin asetaatiksi (CH₃COOH-) ja CO₂ (jätetuote tässä skenaariossa) ja sitten yhdisteeksi nimeltä asetyylikoentsyymi Atai asetyyli CoA. Tässä reaktiossa syntyy NADH. Tämä asettaa vaiheen Krebs-syklille.

Tämä kahdeksan reaktion sarja on niin nimetty, koska yksi ensimmäisen vaiheen reaktanteista, oksaloasetaatti, on myös tuote viimeisessä vaiheessa. Krebsin syklin tehtävä on pikemminkin toimittajan kuin valmistajan tehtävä: Se tuottaa vain kaksi ATP: tä glukoosimolekyyliä kohti, mutta lisää kuutta NADH: ta ja kaksi FADH: ta₂, toinen elektronikantaja ja NADH: n läheinen sukulainen.

(Huomaa, että tämä tarkoittaa yhtä ATP: tä, kolmea NADH: ta ja yhtä FADH: ta₂kierrosta kohti. Jokaisesta glykolyysiin menevästä glukoosista kaksi asetyyli-CoA-molekyyliä tulee Krebs-sykliin.)

Glukoosikohtaisesti energialaskenta tähän pisteeseen on neljä ATP: tä (kaksi glykolyysistä ja kaksi Krebsistä). 10 NADH (kaksi glykolyysistä, kaksi valmistelureaktiosta ja kuusi Krebsin syklistä) ja kaksi FADH₂ Krebs-syklistä. Vaikka Krebs-syklin hiiliyhdisteet pyörivät edelleen ylävirtaan, elektronikantajat siirtyvät mitokondrioiden matriisista mitokondrioiden kalvo.

Kun NADH ja FADH₂ vapauttamaan elektroninsa, näitä käytetään luomaan sähkökemiallinen gradientti mitokondriomembraanin yli. Tätä gradienttia käytetään tehostamaan fosfaattiryhmien kiinnittymistä ADP: hen ATP: n luomiseksi prosessissa, jota kutsutaan oksidatiivinen fosforylaatio, niin nimetty, koska ketjun elektronikantajasta elektronikantajaan kaskadivien elektronien lopullinen vastaanottaja on happi (O₂).

Koska kukin NADH tuottaa kolme ATP: tä ja kukin FADH: n₂ tuottaa kaksi ATP: tä hapettavassa fosforylaatiossa, mikä lisää seokseen (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP. Täten yksi glukoosimolekyyli voi tuottaa jopa 38 ATP: tä sisään eukaryoottiset organismit.