Mitä glykolyysi tuottaa?

Elävät olennot, jotka kaikki koostuvat yhdestä tai useammasta yksittäisestä solusta, voidaan jakaa prokaryootit ja eukaryootit.

Lähes kaikki solut luottavat glukoosi aineenvaihduntatarpeisiinsa, ja ensimmäinen askel tämän molekyylin hajoamisessa on kutsuttujen reaktioiden sarja glykolyysi (kirjaimellisesti "glukoosin jakaminen"). Glykolyysissä yksi glukoosimolekyyli käy läpi useita reaktioita, jolloin saadaan pari pyruvaattimolekyyliä ja vaatimaton määrä energiaa adenosiinitrifosfaatti (ATP).

Näiden tuotteiden lopullinen käsittely vaihtelee kuitenkin solutyypeittäin. Prokaryoottiset organismit eivät osallistu siihen aerobinen hengitys. Tämä tarkoittaa, että prokaryootit eivät voi käyttää molekyylihappea (O₂). Sen sijaan pyruvaatti käy läpi käyminen (anaerobinen hengitys).

Jotkut lähteet sisältävät glykolyysin eukaryoottien "soluhengityksen" prosessissa, koska se edeltää suoraan aerobinen hengitys (ts Krebs-sykli ja oksidatiivinen fosforylaatio elektronien siirtoketju). Tarkemmin sanottuna glykolyysi itsessään ei ole aerobinen prosessi yksinkertaisesti siksi, että se ei ole riippuvainen hapesta ja tapahtuu riippumatta siitä, onko O

Kuitenkin, koska glykolyysi on a edellytys aerobisen hengityksen, koska se toimittaa pyruvaattia sen reaktioille, on luonnollista oppia molemmista käsitteistä kerralla.

Glukoosi on kuuden hiilen sokeri, joka toimii tärkeimpänä yksittäisenä hiilihydraattina ihmisen biokemiassa. Hiilihydraatit sisältävät hapen lisäksi hiiltä (C) ja vetyä (H), ja C: n ja H: n suhde näissä yhdisteissä on poikkeuksetta 1: 2.

Sokerit ovat pienempiä kuin muut hiilihydraatit, mukaan lukien tärkkelykset ja selluloosa. Itse asiassa glukoosi on usein toistuva alayksikkö tai monomeeri, näissä monimutkaisemmissa molekyyleissä. Itse glukoosi ei koostu monomeereistä, ja sitä pidetään sellaisenaan monosakkaridina ("yksi sokeri").

Glukoosin kaava on C₆H₁₂O₆. Molekyylin pääosa koostuu kuusikulmaisesta renkaasta, joka sisältää viisi C-atomista ja yhden O-atomista. Kuudes ja viimeinen C-atomi esiintyy sivuketjussa, jossa on hydroksyyliä sisältävä metyyliryhmä (-CH₂VAI NIIN).

Prosessi glykolyysi, joka tapahtuu solussa sytoplasma, koostuu 10 yksittäisestä reaktiosta.

Kaikkien välituotteiden ja entsyymien nimiä ei yleensä tarvitse muistaa. Mutta vahva käsitys kokonaiskuvasta on hyödyllistä. Tämä ei johdu vain siitä, että glykolyysi on kenties tärkein yksittäinen reaktio maapallon elämän historiassa, vaan myös siitä, että vaiheet ovat havainnollistaa hienosti useita yleisiä tapahtumia soluissa, mukaan lukien entsyymien vaikutus eksotermisen (energisesti suotuisan) aikana reaktioita.

Kun glukoosi pääsee soluun, heksokinaasientsyymi vahvistaa sitä ja fosforyloi (eli siihen liitetään fosfaattiryhmä, usein kirjoitettu Pi). Tämä vangitsee molekyylin solun sisällä antamalla sille negatiivisen sähköstaattisen varauksen.

Tämä molekyyli järjestyy uudelleen fosforyloiduksi fruktoosimuodoksi, joka sitten käy läpi toisen fosforylaatiovaiheen ja siitä tulee fruktoosi-1,6-bisfosfaatti. Tämä molekyyli jaetaan sitten kahteen samanlaiseen kolmen hiilen molekyyliin, joista toinen muuttuu nopeasti toiseksi, jolloin saadaan kaksi glyseraldehydi-3-fosfaattimolekyyliä.

Tämä aine järjestetään uudelleen toiseen kaksinkertaisesti fosforyloituneeseen molekyyliin, ennen kuin fosfaattiryhmien varhainen lisäys on päinvastainen peräkkäisissä vaiheissa. Jokaisessa näistä vaiheista molekyyli adenosiinidifosfaatti (ADP) tapahtuu entsyymisubstraattikompleksin avulla (sen rakenteen nimi, jonka muodostaa mikä tahansa molekyyli reagoi, ja entsyymi, joka tuottaa reaktion loppuun saakka).

Tämä ADP hyväksyy fosfaatin jokaisesta läsnä olevasta kolmen hiilen molekyylistä. Lopulta kaksi pyruvaattimolekyyliä istuu sytoplasmassa, valmiina sijoittamaan mihin tahansa polkuun, jonka solu vaatii sen saapumista tai kykenee isännöimään.

Ainoa glykolyysin todellinen reagenssi on glukoosimolekyyli. Kaksi ATP: n ja NAD +: n molekyyliä (nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi, elektronikantaja) lisätään reaktiosarjan aikana.

Näet usein soluhengityksen täydellisen prosessin, jossa reagoivat aineet ovat glukoosi ja happi ja tuotteina hiilidioksidi ja vesi sekä 36 (tai 38) ATP. Mutta glykolyysi on vasta ensimmäinen reaktiosarja, joka lopulta huipentuu näin suuren energian aerobiseen uuttamiseen glukoosista.

Yhteensä neljä ATP-molekyyliä muodostuu reaktioissa, joihin liittyy glykolyysin kolmihiilisiä komponentteja - kaksi muunnettaessa 1,3-bisfosfoglyseraattimolekyylipari kahdeksi 3-fosfoglyseraaattimolekyyliä, ja kaksi fosfoenolipyruvaattimolekyyliparin muuttuessa kahdeksi pyruvaattimolekyyliksi. glykolyysi. Nämä kaikki syntetisoidaan substraattitason fosforylaation kautta, mikä tarkoittaa, että ATP tulee suorasta epäorgaanisen fosfaatin (Pi) lisääminen ADP: hen sen sijaan, että se muodostuisi jonkin muun seurauksena prosessi.

Kaksi ATP: tä tarvitaan glykolyysin varhaisessa vaiheessa, ensin kun glukoosi fosforyloidaan glukoosi-6-fosfaatiksi, ja sitten kaksi vaihetta myöhemmin, kun fruktoosi-6-fosfaatti fosforyloidaan fruktoosi-1,6-bisfosfaatiksi. Siten ATP: n nettovoitto glykolyysissä prosessissa olevan yhden glukoosimolekyylin tuloksena on kaksi molekyyliä, mikä on helppo muistaa, jos yhdistät sen pyruvaattimolekyylien määrään luotu.

Lisäksi muunnettaessa glyseraldehydi-3-fosfaatti 1,3-bisfosfoglyseraatiksi kaksi NAD + -molekyyliä pelkistetään kahdeksi NADH, jälkimmäinen toimii epäsuorana energialähteenä, koska ne osallistuvat muun muassa aerobisten reaktioiden hengitys.

Lyhyesti sanottuna glykolyysin nettotuotto on siis 2 ATP: tä, 2 pyruvaattia ja 2 NADH. Tämä on tuskin yksi kahdeskymmenesosa aerobisessa hengityksessä tuotetun ATP: n määrästä, mutta koska prokaryootit ovat yleensä paljon pienempiä ja vähemmän monimutkaisia ​​kuin eukaryootit, pienemmillä aineenvaihduntavaatimuksilla, ne pystyvät toimeenpanemaan tästä vähemmän kuin ihanteesta huolimatta järjestelmän mukaisesti.

(Toinen tapa tarkastella tätä on tietysti se, että aerobinen hengitys bakteereissa on estänyt niitä kehittymästä suuremmiksi, monimuotoisemmiksi olennoiksi, sillä sillä on merkitystä.)

Prokaryooteissa, kun glykolyysireitti on saatu päätökseen, organismi on pelannut melkein kaikkia metabolisia kortteja, jotka sillä on. Pyruvaatti voidaan metaboloida edelleen laktaatiksi käyminentai anaerobista hengitystä. Fermentaation tarkoituksena ei ole laktaatin tuottaminen, vaan NAD +: n regenerointi NADH: sta, jotta sitä voidaan käyttää glykolyysissä.

(Huomaa, että tämä eroaa alkoholin käyminenjossa etanolia tuotetaan pyruvaatista hiivan vaikutuksesta.)

Eukaryooteissa suurin osa pyruvaatista tulee ensimmäiseen vaiheeseen aerobisessa hengityksessä: Krebs-sykli, jota kutsutaan myös trikarboksyylihapposykliksi (TCA) tai sitruunahapposykli. Tämä tapahtuu mitokondrioita, jossa pyruvaatti muuttuu kahden hiilen yhdisteeksi asetyylikoentsyymiksi A (CoA) ja hiilidioksidiksi (CO₂).

Tämän kahdeksan vaiheen syklin tehtävänä on tuottaa enemmän korkeaenergisiä elektronikantajia seuraavia reaktioita varten - 3 NADH, yksi FADH₂ (pelkistetty flaviiniadeniinidinukleotidi) ja yksi GTP (guanosiinitrifosfaatti).

Kun nämä pääsevät mitokondrioiden kalvon elektronikuljetusketjuun, oksidatiiviseksi fosforylaatioksi kutsuttu prosessi siirtää elektroneja näistä korkean energian kantajat happimolekyyleihin, lopputuloksena on 36 (tai mahdollisesti 38) ATP-molekyylin tuotanto glukoosimolekyyliä kohti "ylävirtaan".

Aerobisen aineenvaihdunnan huomattavasti suurempi hyötysuhde ja saanto selittävät olennaisesti kaikki peruserot tänään prokaryoottien ja eukaryoottien välillä, joista edelliset ovat edeltäneet ja joiden uskotaan aiheuttaneen jälkimmäinen.