Mi a glükóz szerepe a sejtes légzésben?

A földi élet rendkívül változatos, a termikus szellőzőnyílásokban élő legkisebb baktériumoktól kezdve a hatalmas, több tonnás elefántokig, amelyek Ázsiában helyezkednek el. De minden organizmusnak (élőlénynek) számos közös jellemzője van, köztük olyan molekulák iránti igény, amelyekből energiát nyerhetünk. A külső forrásokból történő energia kinyerésének folyamata a növekedés, javítás, karbantartás és újratermelés céljából anyagcsere.

Minden szervezet legalább egyből áll sejt (a saját testében ezermilliárdok vannak), amely a legkisebb redukálhatatlan entitás, amely magában foglalja az életnek tulajdonított összes tulajdonságot a hagyományos meghatározások segítségével. Az anyagcsere egy ilyen tulajdonság, csakúgy, mint a szaporodás vagy más szaporodás képessége. A bolygó minden sejtje használhatja és használja is szőlőcukor, amely nélkül a földi élet soha nem jött volna létre, vagy nagyon másképp nézne ki.

A glükóz képlete C₆H₁₂O₆így a molekula molekulatömege 180 g / mol. (Minden szénhidrát általános képlettel rendelkezik

A glükóz a természetben hatatomos gyűrűként létezik, amelyet a legtöbb szöveg hatszögletűként ábrázol. A szénatomok közül öt az oxigénatomok egyikével együtt található a gyűrűben, míg a hatodik szénatom egy hidroxi-metil-csoport része (-CH₂OH) a többi szén egyikéhez kapcsolódva.

Az aminosavak, mint a glükóz, a biokémia területén kiemelkedő monomerek. Amint glikogén hosszú glükózláncokból áll össze, a fehérjék aminosavak hosszú láncaiból szintetizálódnak. Míg 20 különféle aminosav létezik, amelyek számos közös vonással rendelkeznek, a glükóz csak egy molekuláris formában jelenik meg. Így a glikogén összetétele lényegében invariáns, míg a fehérjék nagyon eltérőek.

A glükóz metabolizmusa energiához adenozin-trifoszfát (ATP) és CO formájában₂ (szén-dioxid, ebben az egyenletben salakanyag) néven ismert sejtlégzés. A sejtlégzés három alapvető szakasza közül az első az glikolízis, 10 reakciósorozat, amelyek nem igényelnek oxigént, míg az utolsó két szakasz a Krebs ciklus (más néven citromsav ciklus) és a elektronszállító láncamelyek oxigént igényelnek. Ez az utolsó két szakasz együttesen ismert aerob légzés.

A sejtes légzés szinte teljes egészében a eukarióták (állatok, növények és gombák). Prokarióták (többnyire egysejtű domének, amelyek baktériumokat és archeákat tartalmaznak) energiát a glükózból nyernek, de gyakorlatilag mindig csak a glikolízisből. Ennek az a következménye, hogy a prokarióta sejtek a glükózmolekulánkénti energiának csak körülbelül egytizedét képesek előállítani, mint az eukarióta sejtek, amint ezt később részletezzük.

Az eukarióta sejtek anyagcseréjének tárgyalásakor a "sejtlégzést" és az "aerob légzést" gyakran felcserélhető módon használják. Magától értetődik, hogy a glikolízis, bár anaerob folyamat, szinte mindig az utolsó két sejtlégzési lépéshez vezet. Ettől függetlenül a glükóz sejtlégzésben betöltött szerepét összefoglalva: enélkül a légzés leáll, és életvesztés következik.

Enzimek globuláris fehérjék, amelyek úgy viselkednek katalizátorok kémiai reakciókban. Ez azt jelenti, hogy ezek a molekulák elősegítik a reakciók végbemenetelét, amelyek egyébként az enzimek nélkül is folytatódnának, de jóval lassabban - néha ezerszer meghaladják. Amikor az enzimek hatnak, a reakció végén maguk nem változnak meg, míg az általuk ható molekulák, az úgynevezett szubsztrátok, tervezésük szerint megváltoznak, reagensek például olyan termékekké átalakított glükóz, mint CO₂.

A glükóz és az ATP némi kémiai hasonlóságot mutatnak egymással, de felhasználják a Az előbbi molekula az utóbbi molekula szintézisének előállításához jelentős biokémiai akrobatikát igényel a sejt. Szinte minden sejtreakciót egy specifikus enzim katalizál, és a legtöbb enzim specifikus egy reakcióra és annak szubsztrátjaira. A glikolízis, a Krebs-ciklus és az elektrontranszportlánc együttesen körülbelül két tucat reakciót és enzimet tartalmaz.

Amikor a glükóz a plazmamembránon keresztül diffundálva jut be egy sejtbe, azonnal egy foszfát (P) csoporthoz kapcsolódik, ill foszforilezett. Ez a P. negatív töltése miatt csapdába ejti a glükózt a sejtben. Ez a reakció, amely glükóz-6-foszfátot (G6P) termel, az enzim hatására megy végbe hexokináz. (A legtöbb enzim "-áz" -ra végződik, így meglehetősen könnyen megismerhető, amikor a biológiai világban foglalkozol ilyennel.)

Innentől kezdve a G6P a cukor foszforilezett típusává szerveződik fruktóz, majd újabb P-t adunk hozzá. Röviddel ezután a hat szénatomot tartalmazó molekulát két három szénatomos molekulára osztják fel, mindegyik foszfátcsoporttal; ezek hamarosan ugyanabba az anyagba, glicerinaldehid-3-foszfátba (G-3-P) rendeződnek.

A G-3-P egyes molekulái átrendeződési sorozaton mennek keresztül, hogy három szénatomszámú molekulatá alakuljanak át piruvát, két ATP-molekulát és egy nagy energiájú elektronhordozó NADH molekulát (a nikotinamid-adenin-dinukleotidból vagy NAD + -ból redukálva) egy molekulát állítva elő a folyamat során.

A glikolízis első fele 2 ATP-t fogyaszt a foszforilezési lépésekben, míg a második fele összesen 2 piruvátot, 2 NADH-t és 4 ATP-t eredményez. A közvetlen energiatermelés tekintetében a glikolízis így 2 ATP-t eredményez glükózmolekulánként. Ez a legtöbb prokarióta esetében a glükózfelhasználás tényleges felső határát jelenti. Az eukariótákban a glükóz-sejtes légzésmutató csak megkezdődött.

Ezután a piruvátmolekulák a sejt citoplazmájából az úgynevezett organellák belsejébe mozognak mitokondrium, amelyeket saját kettős plazmamembránjuk zár. Itt a piruvát CO-ra oszlik₂ és acetát (CH₃COOH-), és az acetátot megkapja a B-vitamin osztályba tartozó vegyület, az úgynevezett koenzim A (CoA), hogy acetil CoA, egy fontos két szénatomos köztitermék egy sor sejtreakcióban.

A Krebs-ciklusba való belépéshez az acetil-CoA reagál a négy szénatomos vegyülettel oxalacetát alkotnak citrát. Mivel az oxaloacetát az utolsó molekula, amelyet a Krebs-reakcióban hoztak létre, valamint az első reakció szubsztrátja, a sorozat elnyeri a "ciklus" leírást. A ciklus összesen nyolc reakciót tartalmaz, amelyek a hatszén-citrátot öt szénatomszámú molekulává, majd négyszénes köztitermékek sorozatává redukálják, mielőtt újra megérkeznének a oxalacetát.

Minden piruvát molekula, amely belép a Krebs-ciklusba, további két CO termelését eredményezi₂, 1 ATP, 3 NADH és az NADH-hoz hasonló elektronhordozó egy molekulája flavin-adenin-dinukleotidvagy FADH₂.

• A Krebs-ciklus csak akkor mehet végbe, ha az elektrontranszport lánc a lefelé irányban működik, hogy felvegye a NADH-t és a FADH-t₂ generál. Ha tehát a sejt számára nem áll rendelkezésre oxigén, a Krebs-ciklus leáll.

A NADH és a FADH₂ mozogjon a belső mitokondriális membránhoz ehhez a folyamathoz. A lánc szerepe a oxidatív foszforiláció az ADP molekulák ATP-jévé válása. Az elektronhordozókból származó hidrogénatomokat arra használjuk, hogy elektrokémiai gradienst hozzunk létre a mitokondriális membránon. Ennek a gradiensnek az energiája, amely végül oxigénre támaszkodik az elektronok befogadására, az ATP-szintézis elősegítésére szolgál.

Minden glükózmolekula 36-38 ATP-hez járul hozzá sejtlégzés révén: 2 glikolízisben, 2 a Krebs-ciklusban és 32-34 (attól függően, hogy ezt hogyan mérik a laboratóriumban) az elektrontranszportban lánc.