Mit hoz a glikolízis?

Az élőlények, amelyek mind egy vagy több egyedi sejtből állnak, feloszthatók prokarióták és eukarióták.

Gyakorlatilag minden sejt támaszkodik szőlőcukor anyagcsere-szükségleteikhez, és e molekula lebontásának első lépése az úgynevezett reakciósor glikolízis (szó szerint "glükózfelosztás"). A glikolízis során egyetlen glükózmolekula reakciósorozaton megy keresztül, így pár piruvátmolekula és mérsékelt mennyiségű energia keletkezik adenozin-trifoszfát (ATP).

Ezeknek a termékeknek a kezelése azonban sejttípusonként változik. A prokarióta szervezetek nem vesznek részt aerob légzés. Ez azt jelenti, hogy a prokarióták nem használhatják fel a molekuláris oxigént (O₂). Ehelyett a piruvát megy keresztül erjesztés (anaerob légzés).

Egyes források közé tartozik a glikolízis az eukarióták "sejtlégzésében", mivel ez közvetlenül megelőzi aerobic légzés (azaz a Krebs ciklus és oxidatív foszforilezés a elektronszállító lánc). Szigorúbban véve a glikolízis önmagában nem aerob folyamat, csak azért, mert nem támaszkodik oxigénre, és függetlenül attól, hogy O-e₂ jelen van.

Mivel azonban a glikolízis a előfeltétel Az aerob légzés abból a szempontból, hogy piruvátot szolgáltat annak reakcióihoz, természetes, hogy egyszerre ismerjük meg mindkét fogalmat.

A glükóz egy hatszénes cukor, amely az emberi biokémia legfontosabb egyetlen szénhidrátja. A szénhidrátok az oxigén mellett szenet (C) és hidrogént (H) is tartalmaznak, és ezekben a vegyületekben a C és H aránya mindig 1: 2.

A cukrok kisebbek, mint más szénhidrátok, ideértve a keményítőket és a cellulózokat is. Valójában a glükóz gyakran ismétlődő alegység, ill monomer, ezekben a bonyolultabb molekulákban. Maga a glükóz nem monomerekből áll, és mint ilyen monoszacharidnak ("egy cukor") tekinthető.

A glükóz képlete C₆H₁₂O₆. A molekula fő része egy hatszögletű gyűrűből áll, amely öt C-atomot és egy O-atomot tartalmaz. A hatodik és egyben utolsó C atom egy hidroxiltartalmú metilcsoportot tartalmazó oldalláncban található (-CH₂OH).

A folyamata glikolízis, amely a cellában zajlik citoplazma, 10 egyedi reakcióból áll.

Általában nem szükséges megjegyezni az összes köztitermék és enzim nevét. De hasznos, ha határozottan érzékeljük az összképet. Ez nem csak azért van, mert a glikolízis talán a legrelevánsabb reakció a földi élet történetében, hanem azért is, mert a lépések szépen szemlélteti a sejteken belüli számos közös eseményt, beleértve az enzimek exoterm (energetikailag kedvező) működését reakciókat.

Amikor a glükóz belép egy sejtbe, a hexokináz enzim aktiválja és foszforilálja (vagyis egy foszfátcsoportot, gyakran Pi-t írnak hozzá). Ez csapdába ejti a molekulát a sejt belsejében, negatív elektrosztatikus töltéssel felruházva.

Ez a molekula átrendeződik a fruktóz foszforilezett formájává, amely ezután egy újabb foszforilezési lépésen megy keresztül és fruktóz-1,6-biszfoszfáttá válik. Ezt a molekulát ezután két hasonló három szénatomos molekulára osztják fel, amelyek közül az egyik gyorsan átalakul a másikba, így két glicerinaldehid-3-foszfát molekula képződik.

Ezt az anyagot átrendezik egy másik, kétszeresen foszforilezett molekulává, mielőtt a foszfátcsoportok korai hozzáadása nem egymást követő lépésekben megfordulna. Ezen lépések mindegyikében egy molekula adenozin-difoszfát (ADP) az enzim-szubsztrát komplex által történik (annak a szerkezetnek a neve, amelyet bármely molekula reagál, és az az enzim, amely a reakciót a befejezés felé indítja).

Ez az ADP elfogad egy-egy foszfátot a jelen lévő három szénatom mindegyikéből. Végül két piruvátmolekula ül a citoplazmában, készen arra, hogy bevetésre kerüljön bármilyen útvonalra, amire a sejtnek belépnie kell, vagy amely képes befogadni.

A glikolízis egyetlen igazi reagense a glükóz molekula. A reakciók során két ATP és NAD + molekula (nikotinamid-adenin-dinukleotid, elektronhordozó) kerül be.

Gyakran látni fogja a sejtlégzés teljes folyamatát, amelyben a glükóz és az oxigén a reagensek, a szén-dioxid és a víz pedig a termékek, valamint a 36 (vagy 38) ATP. De a glikolízis csak az első reakciósor, amely végül a glükózból ekkora energia aerob extrakciójához vezet.

Összesen négy ATP molekula a glikolízis három szénatomos komponenseit érintő reakciók során keletkeznek - kettő az 1,3-biszfoszfoszlicerát-molekula párjának átalakításakor 3-foszfoglicerát-molekulák, és kettő foszfoenol-piruvát-molekula párjának a két piruvát-molekulává történő átalakítása során glikolízis. Ezek mindegyike szubsztrát szintű foszforilezés útján szintetizálódik, vagyis az ATP közvetlen származik szervetlen foszfát (Pi) hozzáadása az ADP-hez ahelyett, hogy valamilyen más következményeként képződne folyamat.

Két ATP-re van szükség a glikolízis korai szakaszában, először, amikor a glükózt foszforilezzük glükóz-6-foszfáttá, majd két lépéssel később, amikor a fruktóz-6-foszfátot foszforilezzük fruktóz-1,6-biszfoszfáttá. Így az ATP nettó nyeresége a glikolízis során a folyamat egy glükózmolekulájának eredményeként két molekula, ami könnyen megjegyezhető, ha társítja a piruvátmolekulák számához létre.

Ezenkívül a glicerinaldehid-3-foszfát 1,3-biszfoszfoszliceráttá történő átalakítása során a NAD + két molekulája két NADH, amelyek utóbbi közvetett energiaforrásként szolgál, mert részt vesznek az egyéb aerob légzés.

Röviden, a glikolízis nettó hozama tehát 2 ATP, 2 piruvát és 2 NADH. Ez alig egy huszadosa az aerob légzésben termelődő ATP mennyiségének, hanem azért, mert a prokarióták általában jóval kisebbek és kevésbé bonyolult, mint az eukarióták, kisebb anyagcsere-igényekkel, ennek az ideálnál kevésbé ideálisnak a ellenére is képesek boldogulni rendszer.

(Ennek egy másik módja természetesen az, hogy hiányzik aerob légzés baktériumokban megakadályozta őket abban, hogy nagyobb, változatosabb lényekké fejlődjenek, ami számít.)

A prokariótákban a glikolízis útjának befejezése után a szervezet szinte minden metabolikus kártyáját eljátszotta. A piruvát tovább metabolizálódhat laktáttá erjesztés, vagy anaerob légzés. Az erjedés célja nem a laktát előállítása, hanem a NAD + regenerálása a NADH-ból, így felhasználható a glikolízisben.

(Ne feledje, hogy ez különbözik a alkohol erjedés, amelyben élesztõ hatására etanolt állítanak elõ piruvátból.)

Az eukariótákban a piruvát nagy része belép az aerob légzés első lépéseibe: a Krebs-ciklusba, más néven trikarbonsav (TCA) vagy citromsav-ciklusba. Ez a mitokondrium, ahol a piruvát átalakul két szénatomos acetil-koenzimmé (CoA) és szén-dioxiddá (CO₂).

Ennek a nyolclépéses ciklusnak az a feladata, hogy több nagy energiájú elektronhordozót állítson elő a későbbi reakciókhoz - 3 NADH, egy FADH₂ (redukált flavin-adenin-dinukleotid) és egy GTP (guanozin-trifoszfát).

Amikor ezek belépnek a mitokondriális membrán elektrontranszportláncába, az oxidatív foszforilációnak nevezett folyamat elmozdítja az elektronokat ezekről nagy energiájú hordozók oxigénmolekulákhoz, a végeredmény 36 (vagy esetleg 38) ATP-molekula termelése glükózmolekulánként "upstream".

Az aerob anyagcsere jóval nagyobb hatékonysága és hozama magyarázza lényegében az összes alapvető különbséget ma a prokarióták és az eukarióták között, az előbbiekkel megelőzve, és úgy vélik, hogy ezek okozták a utóbbi.