Mikä suorittaa glykolyysin?

Glykolyysi on universaali prosessi maapallon elämänmuotojen keskuudessa. Yksinkertaisimmista yksisoluisista bakteereista suurimpiin valaisiin meressä kaikki organismit - tai tarkemmin sanottuna kukin soluistaan ​​- käyttävät kuuden hiilen sokerimolekyyliä glukoosi energialähteenä.

Glykolyysi on 10 biokemiallisen reaktion joukko, joka toimii ensimmäisenä askeleena kohti glukoosin täydellistä hajoamista. Monissa organismeissa se on myös viimeinen ja siksi ainoa vaihe.

Glykolyysi on ensimmäinen kolmesta vaiheesta soluhengitys taksonomisen (eli elämänluokituksen) aloilla Eukaryota (tai eukaryootit), johon kuuluvat eläimet, kasvit, protistit ja sienet.

Alueilla bakteerit ja Archaea, jotka yhdessä muodostavat enimmäkseen yksisoluisia eliöitä, joita kutsutaan prokaryootit, glykolyysi on ainoa metabolinen esitys kaupungissa, koska niiden soluilta puuttuu koneet soluhengityksen suorittamiseksi sen loppuun saakka.

Glykolyysin yksittäisten vaiheiden kattama täydellinen reaktio on:

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

Sanalla sanoen tämä tarkoittaa, että glukoosi, elektroni-kantaja-nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi, adenosiinidifosfaatti ja epäorgaaninen fosfaatti (P_i) muodostavat pyruvaatin, adenosiinitrifosfaatti, nikotiiniamidiadeniinidinukleotidin ja vetyionien (joita voidaan pitää elektronina) pelkistetty muoto.

Huomaa, että happea ei näy tässä yhtälössä, koska glykolyysi voi edetä ilman O: ta₂. Tämä voi olla sekaannuskohta, koska koska glykolyysi on välttämätön esiaste aerobisille segmenteille soluhengitys eukaryooteissa ("aerobinen" tarkoittaa "hapen kanssa"), sitä pidetään usein virheellisesti aerobisena prosessi.

Glukoosi on hiilihydraatti, mikä tarkoittaa, että sen kaavassa oletetaan kahden vetyatomin suhde jokaiselle hiili- ja happiatomille: C_nH_2nO_n. Se on sokeri ja erityisesti a monosakkaridi, eli sitä ei voida jakaa muihin sokereihin, kuten myös disakkaridit sakkaroosi ja galaktoosi. Se sisältää kuuden atomin renkaan muodon, joista viisi atomia on hiiltä ja yksi happea.

Glukoosi voidaan varastoida elimistöön polymeerinä glykogeeni, joka ei ole muuta kuin yksittäisten glukoosimolekyylien pitkät ketjut tai levyt, jotka on liitetty vetysidoksilla. Glykogeeni varastoidaan pääasiassa maksassa ja lihaksissa.

Urheilijat, jotka käyttävät ensisijaisesti tiettyjä lihaksia (esim. Maratonilaiset, jotka luottavat nelisiin ja vasikkaan lihakset) sopeutuvat harjoittelun avulla varastoimaan epätavallisen suuria määriä glukoosia, jota usein kutsutaan "hiilikuormitukseksi".

Adenosiinitrifosfaatti (ATP) on kaikkien elävien solujen "energiavaluutta". Tämä tarkoittaa, että kun ruoka syötään ja hajotetaan glukoosiksi ennen soluihin pääsyä, glukoosin metabolian perimmäinen tavoite on ATP: n synteesi, prosessi, jota ohjaa energia, joka vapautuu, kun glukoosisidokset ja molekyylit muuttuvat glykolyysissä ja aerobinen hengitys ovat rikki.

Näiden reaktioiden avulla syntyvää ATP: tä käytetään kehon jokapäiväisiin tarpeisiin, kuten kudosten kasvuun ja korjaamiseen sekä fyysiseen harjoitteluun. Kun liikunnan intensiteetti kasvaa, keho siirtyy pois rasvojen tai triglyseridien polttamisesta (hapettumisen kautta) rasvahappojen pitoisuus) glukoosin polttamiseen, koska jälkimmäinen prosessi johtaa enemmän ATP: tä muodostumiseen molekyyliä kohti polttoainetta.

Lähes kaikki biokemialliset reaktiot perustuvat kutsutun erikoistuneiden proteiinimolekyylien apuun entsyymit edetä.

Entsyymit ovat katalyytit, mikä tarkoittaa, että ne nopeuttavat reaktioita - joskus miljoonalla tai enemmän - ilman, että itse muuttuu reaktiossa. Ne on yleensä nimetty molekyylien perusteella, joihin ne vaikuttavat ja joiden lopussa on "-aasi", kuten "fosfoglukoosi-isomeraasi", joka järjestää glukoosi-6-fosfaatin atomit fruktoosi-6-fosfaatiksi.

(Isomeerit ovat yhdisteitä, joilla on samat atomit, mutta erilaiset rakenteet, analogisia sanamaailman anagrammien kanssa.)

Suurin osa entsyymit ihmisen reaktioissa noudatetaan "yksi yhteen" -sääntöä, mikä tarkoittaa, että kukin entsyymi katalysoi tietyn reaktion, ja päinvastoin, että kutakin reaktiota voi katalysoida vain yksi entsyymi. Tämä spesifisyystaso auttaa soluja säätelemään tiukasti reaktioiden nopeutta ja sitä kautta solussa tuotettujen eri tuotteiden määriä milloin tahansa.

Kun glukoosi pääsee soluun, tapahtuu ensin, että se fosforyloituu - toisin sanoen fosfaattimolekyyli on kiinnittynyt yhteen glukoosissa olevista hiilistä. Tämä antaa negatiivisen varauksen molekyylille ja vangitsee sen tehokkaasti soluun. Tämä glukoosi-6-fosfaatti sitten isomeroidaan edellä kuvatulla tavalla fruktoosi-6-fosfaatti, josta sitten tehdään toinen fosforylaatiovaihe fruktoosi-1,6-bisfosfaatti.

Kuhunkin fosforylaatiovaiheeseen kuuluu fosfaatin poisto ATP: stä poistuen adenosiinidifosfaatti (ADP) takana. Tämä tarkoittaa, että vaikka glykolyysin tavoitteena on tuottaa ATP solun käyttöä varten, siihen liittyy "käynnistyskustannus" 2 ATP per sykliin saapuva glukoosimolekyyli.

Fruktoosi-1,6-bisfosfaatti jaetaan sitten kahteen kolmihiilimolekyyliin, joista kullakin on kiinnitetty oma fosfaatti. Yksi näistä, dihydroksiasetonifosfaatti (DHAP), on lyhytaikainen, koska se muuttuu nopeasti toiseksi, glyseraldehydi-3-fosfaatti. Siten tästä eteenpäin jokainen lueteltu reaktio tapahtuu tosiasiallisesti kahdesti jokaiselle glykolyysiin menevälle glukoosimolekyylille.

Glyseraldehydi-3-fosfaatti muuttuu 1,3-difosfoglyseraatti lisäämällä fosfaatti molekyyliin. Sen sijaan, että tämä fosfaatti olisi peräisin ATP: stä, se on vapaa tai epäorgaaninen (ts. Puuttuu sidos hiileen) fosfaatti. Samalla NAD⁺ muunnetaan NADH: ksi.

Seuraavissa vaiheissa kaksi fosfaattia erotetaan kolmen hiilen molekyylien sarjasta ja liitetään ADP: hen ATP: n muodostamiseksi. Koska tämä tapahtuu kahdesti alkuperäistä glukoosimolekyyliä kohden, tässä "payoff" -vaiheessa syntyy yhteensä 4 ATP: tä. Koska "sijoitus" -vaihe vaati 2 ATP: n syöttöä, ATP: n kokonaisvahvistus glukoosimolekyyliä kohti on 2 ATP.

Vertailun vuoksi, 1,3-difosfoglyseraatin jälkeen molekyylit reaktiossa ovat 3-fosfoglyseraatti, 3-fosfoglyseraatti, fosfoenolipyruvaatti ja lopuksi pyruvaatti.

Eukaryooteissa pyruvaatti voi sitten siirtyä toiseen glykolyysin jälkeisestä reitistä riippuen siitä, onko läsnä tarpeeksi happea, jotta aerobinen hengitys voi edetä. Jos on, niin on yleensä silloin, kun vanhempi organismi lepää tai käyttää kevyesti, pyruvaatti siirretään sytoplasmasta, jossa glykolyysi tapahtuu organelleiksi ("pieniksi elimiksi") olla nimeltään mitokondrioita.

Jos solu kuuluu prokaryoottiin tai erittäin ahkera eukaryootti - sanotaan, että ihminen, joka juoksee koko puolen mailin tai nostaa painoja voimakkaasti, pyruvaatti muuttuu laktaatiksi. Vaikka laktaattia itsessään ei useimmissa soluissa voida käyttää polttoaineena, tämä reaktio luo NAD: n⁺ NADH: lta, jolloin glykolyysi jatkuu "ylävirtaan" toimittamalla kriittinen NAD-lähde⁺.

Tämä prosessi tunnetaan nimellä maitohappokäyminen.

Mitokondrioissa tapahtuvia soluhengityksen aerobisia vaiheita kutsutaan Krebs-sykli ja elektronien siirtoketjuja nämä tapahtuvat siinä järjestyksessä. Krebs-sykli (kutsutaan usein sitruunahapposykliksi tai trikarboksyylihapposykliksi) etenee mitokondrioiden keskellä, kun taas elektronien siirtoketju tapahtuu mitokondrioiden kalvolla, joka muodostaa rajan sytoplasman kanssa.

Soluhengityksen, mukaan lukien glykolyysi, nettoreaktio on:

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

Krebsin sykli lisää 2 ATP: tä, ja elektroninsiirtoketju on huikea 34 ATP yhteensä 38 ATP: tä kohti kolmessa aineenvaihduntaprosessissa täysin kulutettua glukoosimolekyyliä kohti (2 + 2 + 34).