Što provodi glikolizu?

Glikoliza je univerzalni proces među životnim oblicima na planeti Zemlji. Od najjednostavnijih jednostaničnih bakterija do najvećih kitova u moru, svi organizmi - ili preciznije, svaka njihova stanica - koriste molekulu šećernog ugljika glukoza kao izvor energije.

Glikoliza je skup od 10 biokemijskih reakcija koji služi kao početni korak prema potpunoj razgradnji glukoze. U mnogim organizmima to je ujedno i posljednji, a time i jedini korak.

Glikoliza je prva od tri faze stanično disanje u taksonomskoj (tj. klasifikaciji života) domeni Eukariota (ili eukarioti), koje uključuju životinje, biljke, protiste i gljive.

U domenama Bakterije i Arheje, koje zajedno čine uglavnom jednoćelijske organizme tzv prokarioti, glikoliza je jedina metabolička emisija u gradu, jer njihovim stanicama nedostaje mašina za provođenje staničnog disanja do njegovog završetka.

Kompletna reakcija obuhvaćena pojedinačnim koracima glikolize je:

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

Riječima to znači da glukoza, nosač elektrona nikotinamid adenin dinukleotid, adenozin difosfat i anorganski fosfat (P_ja) kombiniraju se u piruvat, adenozin trifosfat, reducirani oblik nikotinamid adenin dinukleotida i vodikovih iona (koji se mogu smatrati elektronima).

Imajte na umu da se kisik ne pojavljuje u ovoj jednadžbi, jer glikoliza se može odvijati i bez O₂. To može dovesti do zabune, jer je glikoliza nužna preteča aerobnih segmenata stanično disanje u eukariota ("aerobno" znači "s kisikom"), često se pogrešno smatra aerobnim postupak.

Glukoza je ugljikohidrat, što znači da njena formula pretpostavlja omjer dva atoma vodika za svaki atom ugljika i kisika: C_nH_2nO_n. To je šećer, a posebno a monosaharid, što znači da se ne može podijeliti na druge šećere, kao ni disaharidi saharoza i galaktoza. Sadrži oblik prstena sa šest atoma, od kojih je pet atoma ugljik, a jedan kisik.

Glukoza se može pohraniti u tijelu kao polimer tzv glikogen, što nije ništa drugo nego dugi lanci ili listovi pojedinačnih molekula glukoze spojeni vodikovim vezama. Glikogen pohranjuje se prvenstveno u jetri i u mišićima.

Sportaši koji preferirano koriste određene mišiće (npr. Maratonci koji se oslanjaju na kvadriceps i tele mišići) prilagođavaju se kroz trening kako bi pohranili neobično velike količine glukoze, često zvane "opterećenje ugljikom".

Adenozin trifosfat (ATP) je "energetska valuta" svih živih stanica. To znači da je krajnji cilj metabolizma glukoze kada se hrana jede i razgrađuje na glukozu prije ulaska u stanice sinteza ATP, proces vođen energijom koja se oslobađa kada se veze u glukozi i molekulama u koje se ona pretvori u glikolizi i aerobno disanje su razbijeni.

ATP generiran tim reakcijama koristi se za osnovne, svakodnevne potrebe tijela, poput rasta i popravka tkiva, kao i za tjelesno vježbanje. Kako se intenzitet vježbanja povećava, tijelo se uklanja od sagorijevanja masti ili triglicerida (putem oksidacije masnih kiselina) do sagorijevanja glukoze, jer potonji proces rezultira stvaranjem više ATP-a po molekuli gorivo.

Gotovo sve biokemijske reakcije oslanjaju se na pomoć specijaliziranih molekula proteina tzv enzimi nastaviti.

Enzimi jesu katalizatori, što znači da ubrzavaju reakcije - ponekad i milijun puta ili više - bez da se same promijene u reakciji. Obično su nazvani zbog molekula na koje djeluju i na kraju imaju "-azu", kao što je "fosfoglukoza izomeraza", koja preuređuje atome u glukoza-6-fosfatu u fruktoza-6-fosfat.

(Izomeri su spojevi s istim atomima, ali različitih struktura, analogni anagramima u svijetu riječi.)

Najviše enzimi u ljudskim reakcijama udovoljavaju pravilu "jedan prema jedan", što znači da svaki enzim katalizira određenu reakciju, i obrnuto, da svaku reakciju može katalizirati samo jedan enzim. Ova razina specifičnosti pomaže stanicama da čvrsto reguliraju brzinu reakcija, a time i količine različitih proizvoda proizvedenih u stanici u bilo kojem trenutku.

Kad glukoza uđe u stanicu, prvo što se dogodi je da je fosforilirana - to jest, molekula fosfata vezana je za jedan od ugljika u glukozi. To molekuli daje negativni naboj, učinkovito je zarobljavajući u stanici. Ovaj glukoza-6-fosfat se zatim izomerizira kako je gore opisano u fruktoza-6-fosfat, koja zatim prolazi kroz još jedan korak fosforilacije fruktoza-1,6-bisfosfat.

Svaki od koraka fosforilacije uključuje uklanjanje fosfata iz ATP-a, odlazak adenozin difosfat (ADP) iza. To znači da, iako je cilj glikolize proizvesti ATP za upotrebu stanice, on uključuje "početni trošak" od 2 ATP po molekuli glukoze koja ulazi u ciklus.

Zatim se fruktoza-1,6-bisfosfat podijeli u dvije molekule s tri ugljika, svaka sa svojim povezanim fosfatom. Jedan od ovih, dihidroksiaceton fosfat (DHAP), kratko traje, jer se brzo transformira u drugi, gliceraldehid-3-fosfat. Tako se od ovog trenutka nadalje, svaka navedena reakcija zapravo događa dva puta za svaku molekulu glukoze koja ulazi u glikolizu.

Gliceraldehid-3-fosfat se pretvara u 1,3-difosfoglicerat dodavanjem fosfata molekuli. Umjesto da potječe iz ATP-a, ovaj fosfat postoji kao slobodni ili anorganski (tj. Bez veze s ugljikom) fosfat. Istodobno, NAD⁺ pretvara se u NADH.

U sljedećim koracima, dva fosfata se odvajaju od niza molekula s tri ugljika i dodaju u ADP kako bi stvorili ATP. Budući da se to događa dva puta po izvornoj molekuli glukoze, u ovoj fazi "isplate" stvaraju se ukupno 4 ATP. Budući da je za fazu "ulaganja" potreban unos od 2 ATP, ukupni dobitak u ATP po molekuli glukoze je 2 ATP.

Za referencu, nakon 1,3-difosfoglicerata molekule u reakciji su 3-fosfoglicerat, 3-fosfoglicerat, fosfoenolpiruvat i konačno piruvat.

U eukariota, piruvat tada može nastaviti na jedan od dva puta nakon glikolize, ovisno o tome je li prisutno dovoljno kisika da se omogući aerobno disanje. Ako jest, što je obično slučaj kada roditeljski organizam odmara ili vježba lagano, piruvat se izbacuje iz citoplazme gdje se glikoliza događa u organele ("mali organi") pozvao mitohondriji.

Ako stanica pripada prokarionu ili vrlo marljivom eukariotu - recimo, čovjeku koji trči cijelih pola milje ili intenzivno diže utege - piruvat se pretvara u laktat. Iako se u većini stanica sam laktat ne može koristiti kao gorivo, ova reakcija stvara NAD⁺ iz NADH, omogućavajući tako glikolizu da se nastavi "uzvodno" opskrbljujući kritični izvor NAD⁺.

Taj je postupak poznat pod nazivom mliječnokiselinsko vrenje.

Aerobne faze staničnog disanja koje se odvijaju u mitohondrijima nazivaju se Krebsov ciklus i lanac za transport elektrona, a one se javljaju tim redoslijedom. The Krebsov ciklus (koji se često naziva ciklus limunske kiseline ili ciklus trikarboksilne kiseline) odvija se usred mitohondrija, dok lanac za transport elektrona zauzima mjesta na membrani mitohondrija koja čini njezinu granicu s citoplazmom.

Neto reakcija staničnog disanja, uključujući glikolizu, je:

C₆H₁₂O₆ + 6 O.₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 38 ATP

Krebsov ciklus dodaje 2 ATP, a lanac transporta elektrona nevjerojatnih 34 ATP za ukupno 38 ATP po molekuli glukoze koja se u potpunosti potroši (2 + 2 + 34) u tri metabolička procesa.