מהו שלב הגשר של הגליקוליזה?

כל האורגניזמים משתמשים במולקולה הנקראת גלוקוז ותהליך שנקרא גליקוליזה כדי לענות על חלק או כל צרכי האנרגיה שלהם. עבור אורגניזמים פרוקריוטים חד תאיים, כמו חיידקים, זהו התהליך היחיד הקיים ליצירת ATP (אדנוזין טריפוספט, "מטבע האנרגיה" של התאים).

אורגניזמים אוקריוטיים (לבעלי חיים, צמחים ופטריות) יש מכונות סלולריות מתוחכמות יותר ויכולות להפיק הרבה יותר ממולקולת גלוקוז - פי חמישה עשר יותר מכמות ה- ATP, למעשה. הסיבה לכך היא שתאים אלה משתמשים בנשימה תאית, שהיא במלואה גליקוליזה בתוספת נשימה אירובית.

תגובה מעורבת דקארבוקסילציה חמצונית בנשימה תאית הנקראת תגובת גשר משמש כמרכז עיבוד בין התגובות האנאירוביות למהדרין של הגליקוליזה לבין שני שלבי הנשימה האירובית המתרחשים במיטוכונדריה. שלב הגשר הזה, הנקרא באופן פורמלי יותר חמצון פירובט, הוא חיוני.

בגליקוליזה, סדרה של עשר תגובות בציטופלזמה של התא הופכת את מולקולת הסוכר עם שישה הפחמן גלוקוז לשתי מולקולות של פירובט, תרכובת שלוש פחמן, תוך ייצור של שני ATP מולקולות. בחלק הראשון של הגליקוליזה, הנקרא שלב ההשקעה, למעשה יש צורך בשני ATP בכדי להזיז את התגובות יחד עם זאת, בעוד שבחלק השני, שלב ההחזרה, זה יותר מפוצה על ידי סינתזה של ארבעה ATP מולקולות.

שלב ההשקעה: לגלוקוז יש קבוצת פוספט מחוברת ואז הוא מסודר מחדש למולקולת פרוקטוז. למולקולה זו בתורו נוספה קבוצת פוספט, והתוצאה היא מולקולת פרוקטוז כפול פוספורילציה. מולקולה זו מפוצלת ואז הופכת לשתי מולקולות זהות עם שלוש פחמן, שלכל אחת מהן קבוצת פוספט משלה.

שלב החזרה: לכל אחת משתי מולקולות שלוש הפחמן אותו גורל: יש לה קבוצת פוספט נוספת, וכל אחת מהן מאלה משמש לייצור ATP מ- ADP (אדנוזין דיפוספט) תוך כדי סידור מחדש לפירובט מולקולה. שלב זה מייצר גם מולקולה של NADH ממולקולה של NAD⁺.

תשואת האנרגיה נטו היא לפיכך 2 ATP לגלוקוז.

תגובת הגשר, המכונה גם תגובת מעבר, מורכב משני שלבים. הראשון הוא ה דקרבוקסילציה של פירובט, והשני הוא הצמדת מה שנשאר למולקולה שנקראת קואנזים א.

סופה של מולקולת פירובט הוא פחמן קשור כפול לאטום חמצן וקשור יחיד לקבוצת הידרוקסיל (-OH). בפועל, אטום ה- H בקבוצת ההידרוקסיל מתנתק מאטום ה- O, כך שניתן לחשוב על חלק זה של פירובט כבעל אטום C אחד ושני אטומי O. ב decarboxylation, זה מוסר כ CO₂, או פחמן דו חמצני.

ואז, שארית מולקולת פירובט, הנקראת קבוצת אצטיל ובעלת הנוסחה CH₃C (= O), מתחבר לקואנזים A במקום שנכבש בעבר על ידי קבוצת הקרבוקסיל של פירובט. בתהליך, NAD⁺ מצטמצם ל- NADH. לכל מולקולה של גלוקוז, תגובת הגשר היא:

2 CH₃C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD⁺ → 2 CH₃C (= O) CoA + 2 NADH

מחזור קרבס: מיקום מחזור קרבס נמצא במטריקס המיטוכונדריה (החומר בתוך הממברנות). כאן, אצטיל CoA משלב עם מולקולה של ארבע פחמן הנקראת oxaloacetate ליצירת מולקולה של שש פחמן, ציטראט. מולקולה זו מחולקת לאוקסאלואצטט בסדרת שלבים, המתחילה את המחזור מחדש.

התוצאה היא 2 ATP יחד עם 8 NADH ו- 2 FADH₂ (מובילי אלקטרונים) לשלב הבא.

שרשרת העברת אלקטרונים: תגובות אלו מתרחשות לאורך הקרום המיטוכונדריאלי הפנימי, שבו מוטבעות ארבע קבוצות קואנזים מיוחדות, הנקראות קומפלקס I עד IV. אלה משתמשים באנרגיה שבאלקטרונים ב- NADH וב- FADH2 כדי להניע את סינתזת ה- ATP, כאשר החמצן הוא מקבל האלקטרונים הסופי.

התוצאה היא 32 עד 34 ATP, שמייצרת את תשואת האנרגיה הכוללת של נשימה תאית על 36 עד 38 ATP למולקולת גלוקוז.