מה מבצע גליקוליזה?

גליקוליזה הוא תהליך אוניברסלי בקרב צורות חיים על כדור הארץ. מהחיידקים החד תאיים הפשוטים ביותר ועד לווייתנים הגדולים ביותר בים, כל האורגניזמים - או ליתר דיוק, כל אחד מהתאים שלהם - משתמשים במולקולת הסוכר עם שישה הפחמן. גלוקוז כמקור אנרגיה.

גליקוליזה הוא מכלול של 10 תגובות ביוכימיות המשמש כצעד הראשוני להתמוטטות מוחלטת של גלוקוז. באורגניזמים רבים זהו גם הצעד הסופי, ולכן היחיד.

גליקוליזה הוא שלב ראשון משלושה של נשימה תאית בתחום הטקסונומי (כלומר, סיווג חיים) אוקריוטה (אוֹ אקריוטים), הכוללים בעלי חיים, צמחים, פרוטיסטים ופטריות.

בתחומים החיידקים והארכאים, המרכיבים יחד את האורגניזמים החד תאיים הנקראים פרוקריוטים, הגליקוליזה היא המופע המטבולי היחיד בעיר, מכיוון שבתאים שלהם אין מכונות לביצוע נשימה תאית עד לסיומה.

התגובה המלאה המורכבת משלבי הגליקוליזה הבודדים היא:

ג₆ה₁₂או₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_אני → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H⁺ + 2 H₂או

במילים, זה אומר שגלוקוז, הנושא האלקטרוני ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד, אדנוזין דיפוספט ופוספט אורגני (P_אני) לשלב ליצירת פירובט, אדנוזין טרי פוספט

שים לב שחמצן לא מופיע במשוואה זו, כי גליקוליזה יכול להמשיך ללא O₂. זה יכול להיות נקודת בלבול, מכיוון שמאחר וגליקוליזה היא מבשר הכרחי למקטעים האירוביים של נשימה תאית באיקריוטים ("אירובי" פירושו "עם חמצן"), לעתים קרובות הוא נתפס בטעות כארובי תהליך.

גלוקוז הוא פחמימה, כלומר הנוסחה שלו מניחה את היחס בין שני אטומי מימן לכל אטום פחמן וחמצן: C_נה_2nאו_נ. זהו סוכר, ובאופן ספציפי א חד-סוכרכלומר לא ניתן לפצל אותו לסוכרים אחרים, כמו גם סוכרים סוכרוז וגלקטוז. הוא כולל צורת טבעת של שישה אטומים, חמישה אטומים מהם פחמן ואחד מהם חמצן.

ניתן לאחסן את הגלוקוז בגוף כפולימר הנקרא גליקוגן, שהם לא יותר משרשראות ארוכות או יריעות של מולקולות גלוקוז בודדות המצטרפות לקשרי מימן. גליקוגן מאוחסן בעיקר בכבד ובשרירים.

ספורטאים העדיפים להשתמש בשרירים מסוימים (למשל, מרתונים הנשענים על הארבע ראשי והעגל שלהם שרירים) מסתגלים באמצעות אימון לאחסון כמויות גבוהות במיוחד של גלוקוז, המכונים לעתים קרובות "העמסת פחמימות".

אדנוזין טריפוספט (ATP) הוא "מטבע האנרגיה" של כל התאים החיים. משמעות הדבר היא שכאשר אוכלים אוכלים ומתפרקים לגלוקוז לפני שנכנסים לתאים, המטרה הסופית של חילוף החומרים של גלוקוז היא הסינתזה של ATP, תהליך המונע על ידי האנרגיה המשתחררת כאשר הקשרים בגלוקוז והמולקולות בה הוא משתנה לגליקוליזה ו נשימה אירובית נפרדים.

ה- ATP שנוצר באמצעות תגובות אלה משמש לצרכים הבסיסיים והיומיומיים של הגוף, כגון גידול ותיקון רקמות וכן פעילות גופנית. ככל שעוצמת האימון גוברת, הגוף מתרחק משריפת שומנים, או טריגליצרידים (באמצעות החמצון חומצות שומן) לשריפת גלוקוז מכיוון שהתהליך האחרון גורם ליותר ATP שנוצר לכל מולקולה של דלק.

כמעט כל התגובות הביוכימיות נשענות על עזרה ממולקולות חלבון מיוחדות הנקראות אנזימים להמשיך.

אנזימים הם זרזים, כלומר שהם מזרזים את התגובות - לפעמים בגורם של מיליון ומעלה - מבלי שהם משתנים בתגובה. הם נקראים בדרך כלל על פי המולקולות עליהן הם פועלים ויש להם "-אז" בסוף, כמו "איזומרז פוספגלוקוז", המסדר מחדש את האטומים בגלוקוז-6-פוספט לפרוקטוז-6-פוספט.

(איזומרים הם תרכובות עם אותם אטומים אך מבנים שונים, אנלוגיים לאנגרמות בעולם המילים).

רוב אנזימים בתגובות אנושיות תואמים כלל "אחד לאחד", כלומר כל אנזים מזרז תגובה מסוימת, ולהפך, שכל תגובה יכולה להיות מזרזת רק על ידי אנזים אחד. רמת ספציפיות זו מסייעת לתאים לווסת היטב את מהירות התגובות, ובהרחבה, את כמויות המוצרים השונים המיוצרים בתא בכל עת.

כאשר גלוקוז נכנס לתא, הדבר הראשון שקורה הוא שהוא זרחן - כלומר, מולקולה של פוספט מחוברת לאחד הפחמנים בגלוקוז. זה מקנה מטען שלילי למולקולה ולוכד אותה למעשה בתא. זֶה גלוקוז -6-פוספט ואז isomerized כמתואר לעיל לתוך פרוקטוז -6-פוספט, שעובר אחר כך שלב זרחון נוסף כדי להפוך פרוקטוז 1,6-ביספוספט.

כל אחד משלבי הזרחון כרוך בהוצאת פוספט מ- ATP, עזיבה אדנוזין דיפוספט (ADP) מֵאָחוֹר. המשמעות היא שלמרות שמטרת הגליקוליזה היא לייצר ATP לשימוש התא, זה כרוך ב"עלות הפעלה "של 2 ATP לכל מולקולת גלוקוז הנכנסת למחזור.

פרוקטוז -1,6-ביספוספט מחולק לשתי מולקולות בעלות שלוש פחמן, כל אחת עם פוספט משלה. אחד מאלה, פוספט דיהידרוקסי אצטון (DHAP), הוא קצר מועד, שכן הוא הופך במהירות לאחר, גליצראלדהיד -3 פוספט. לפיכך, מנקודה זו ואילך, כל תגובה הרשומה מתרחשת למעשה פעמיים עבור כל מולקולת גלוקוז הנכנסת לגליקוליזה.

גליצרלדהיד -3 פוספט מומר ל 1,3-דיפוספוגליצרט על ידי תוספת של פוספט למולקולה. במקום להיות נגזר מ- ATP, פוספט זה קיים כפוספט חופשי, או אנאורגני (כלומר, חסר קשר לפחמן). במקביל, NAD⁺ מומר ל- NADH.

בשלבים הבאים, שני הפוספטים מסולקים מסדרה של מולקולות שלוש פחמן ומצורפים ל- ADP כדי ליצור ATP. מכיוון שזה קורה פעמיים לכל מולקולת גלוקוז מקורית, בסך הכל 4 ATP נוצרים בשלב "התמורה" הזה. מכיוון ששלב "ההשקעה" דרש קלט של 2 ATP, הרווח הכולל ב- ATP למולקולת גלוקוז הוא 2 ATP.

לצורך התייחסות, לאחר 1,3-דיפוספוגליקרט, המולקולות בתגובה הן 3-פוספוגליקרט, 3-פוספוגליקרט, phosphoenolpyruvate ולבסוף פירובט.

באאוקריוטים, פירובט עשוי להמשיך לאחד משני מסלולים שלאחר הגליקוליזה, תלוי אם יש מספיק חמצן כדי לאפשר לנשימה אירובית להמשיך. אם כן, מה שבדרך כלל המקרה כאשר אורגניזם ההורה נח או מתאמץ בקלילות, ה פירובט מועבר מהציטופלזמה שם הגליקוליזה מתרחשת לאברונים ("איברים קטנים") שקוראים לו מיטוכונדריה.

אם התא שייך לפרוקריוטה או לאוקריוטה קשה מאוד - נניח, אדם שרץ חצי קילומטר כולל או מרים משקולות באופן אינטנסיבי - פירובט הופך ללקטט. בעוד שברוב התאים לקטט עצמו אינו יכול לשמש כדלק, תגובה זו יוצרת NAD⁺ מ- NADH, ובכך מאפשר לגליקוליזה להמשיך "במעלה הזרם" על ידי אספקת מקור NAD קריטי⁺.

תהליך זה מכונה תסיסה של חומצת חלב.

השלבים האירוביים של נשימה תאית המתרחשים במיטוכונדריה נקראים מחזור קרבס וה שרשרת העברת אלקטרונים, ואלה מתרחשים בסדר זה. ה מחזור קרבס (המכונה לעתים קרובות מחזור חומצות לימון או מחזור חומצה טריקרבוקסילית) נפרש באמצע המיטוכונדריה, ואילו שרשרת העברת אלקטרונים מתרחש על קרום המיטוכונדריה היוצר את גבולו עם הציטופלזמה.

התגובה נטו של נשימה תאית, כולל גליקוליזה, היא:

ג₆ה₁₂או₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 ח '₂ATP O + 38

מחזור קרבס מוסיף 2 ATP, ושרשרת הובלת האלקטרונים 34 ATP עצומים בסך כולל של 38 ATP למולקולה של גלוקוז הנצרכת לחלוטין (2 + 2 + 34) בשלושת התהליכים המטבוליים.