ブドウ糖を代謝してATPを作る方法

6炭素の糖であるブドウ糖は、生命のすべてに力を与える方程式の基本的な「入力」です。 外部からのエネルギーは、何らかの方法で、セルのエネルギーに変換されます。 あなたの親友から最も低い細菌まで、生きているすべての生物は、根の代謝レベルで燃料のためにブドウ糖を燃やす細胞を持っています。

生物は、細胞がブドウ糖からエネルギーを抽出できる程度が異なります。 すべてのセルで、このエネルギーは次の形式になっています。 アデノシン三リン酸 （ATP）.

したがって、1つのこと すべての生細胞に共通しているのは、ブドウ糖を代謝してATPを作ることです. 細胞に入る与えられたブドウ糖分子は、ステーキディナーとして、野生動物の獲物として、植物物質として、または何か他のものとして始まった可能性があります。

とにかく、さまざまな消化器系および生化学的プロセスにより、 細胞の代謝に入る単糖に栄養を与えるために生物が摂取する物質は何でも 経路。

化学的に、 グルコース は ヘキソース シュガー、 16進数 「6」のギリシャ語の接頭辞であり、ブドウ糖の炭素原子の数です。 その分子式は C₆H₁₂O₆、1モルあたり180グラムの分子量を与えます。

ブドウ糖も 単糖 つまり、1つの基本単位のみを含む砂糖です。 モノマー。フルクトース 単糖の別の例ですが、 スクロース、またはテーブルシュガー（果糖とブドウ糖）、 乳糖 （ブドウ糖とガラクトース）と マルトース （ブドウ糖とブドウ糖）は 二糖類.

グルコース中の炭素、水素、酸素原子の比率は1：2：1であることに注意してください。 実際、すべての炭水化物はこれと同じ比率を示し、それらの分子式はすべてCの形です。_nH_2nO_n.

ATPは ヌクレオシド、この場合はアデノシンで、3つのリン酸基が結合しています。 これは実際にそれを作ります ヌクレオチド、ヌクレオシドは ペントース 砂糖（どちらか リボース または デオキシリボース）ヌクレオチドは、1つまたは複数のリン酸基が結合したヌクレオシドであるのに対し、窒素塩基（すなわち、アデニン、シトシン、グアニン、チミン、またはウラシル）と組み合わされます。 しかし、用語はさておき、知っておくべき重要なこと ATP それは、アデニン、リボース、および3つのリン酸（P）基の鎖を含んでいるということです。

ATPはを介して作られています リン酸化 の アデノシン二リン酸（ADP）、逆に、ATPの末端リン酸結合が 加水分解、ADPおよびP_私 （無機リン酸塩）が製品です。 ATPは、この並外れた分子がほとんどすべての代謝プロセスに電力を供給するために使用されるため、細胞の「エネルギー通貨」と見なされます。

細胞呼吸 は、真核生物の代謝経路のセットであり、存在下でグルコースをATPと二酸化炭素に変換します。 酸素の、水を放出し、豊富なATP（投資されたブドウ糖分子あたり36から38分子）を生成します 処理する。

電子キャリアとエネルギー分子を除く、全体的な正味反応のバランスの取れた化学式は次のとおりです。

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ →6CO₂ + 6 H₂O

細胞呼吸には、実際には3つの異なる連続した経路が含まれています。

• 解糖、これはすべての細胞で発生し、細胞質で発生し、常にグルコース代謝の最初のステップです（そしてほとんどの原核生物では、最後のステップでもあります）。
  
• ザ・ クレブス回路、トリカルボン酸（TCA）回路またはクエン酸回路とも呼ばれ、ミトコンドリアマトリックスで展開します。
• ザ・ 電子伝達系、ミトコンドリア内膜で起こり、細胞呼吸で生成されるATPのほとんどを生成します。

これらの段階の後半の2つは酸素依存性であり、一緒に構成されます 好気呼吸. しかし、真核生物の代謝の議論では、解糖は酸素に依存していませんが、その一部と見なされることがよくあります。好気呼吸「その主な製品のほとんどすべてが、 ピルビン酸、他の2つの経路に入ります。

解糖系では、グルコースは一連の10回の反応でピルビン酸分子に変換されます。 ATPの2つの分子の純利益 そして「電子キャリア」の2つの分子 ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド （NADH）。 ピルビン酸はグルコースの6つに対して3つの炭素原子を持っているため、プロセスに入るグルコースの分子ごとに、ピルビン酸の2つの分子が生成されます。

最初のステップでは、グルコースがリン酸化されて グルコース-6-リン酸 （G6P）。 これにより、ブドウ糖が代謝されるのではなく、ブドウ糖が代謝されます。 細胞膜、リン酸基がG6Pに負の電荷を与えるためです。 次の数ステップで、分子は別の糖誘導体に再配列され、次にリン酸化されて次のようになります。 フルクトース-1,6-ビスホスフェート.

解糖のこれらの初期段階では、リン酸化反応におけるリン酸基の供給源であるため、2つのATPを投資する必要があります。

フルクトース-1,6-ビスホスフェートは2つの異なる3炭素分子に分割され、それぞれが独自のホスフェート基を持っています。 これらのほとんどすべてが、すぐにもう一方に変換されます。 グリセルアルデヒド-3-リン酸 （G3P）。 したがって、この時点から、「上流」のグルコースごとに2つのG3Pがあるため、すべてが複製されます。

この時点から、G3Pは酸化型NAD +からNADHを生成するステップでリン酸化され、2つのリン酸基は次のようになります。 解糖の最終炭素生成物とともに2つのATP分子を生成するために、後続の転位ステップでADP分子に与えられます。 ピルビン酸。

これはグルコース分子ごとに2回発生するため、解糖の後半では4つのATPが生成されます。 ネット 2つのATP（プロセスの初期に2つが必要だったため）と2つのNADHの解糖からの利益。

の中に 準備反応、解糖系で生成されたピルビン酸が細胞質からミトコンドリアマトリックスに到達した後、最初に酢酸塩（CH）に変換されます₃COOH-）およびCO₂ （このシナリオでは廃棄物）そして次に アセチル補酵素A、または アセチルCoA. この反応では、NADHが生成されます。 これにより、クレブス回路のステージが設定されます。

この一連の8つの反応は、最初のステップの反応物の1つであるため、そのように名付けられました。 オキサロ酢酸は、最後のステップの製品でもあります。 クレブス回路の仕事は、製造業者ではなく供給業者の仕事です。それは、グルコース分子ごとに2つのATPしか生成しませんが、さらに6つのNADHと2つのFADHに寄与します。₂、別の電子キャリアおよびNADHの近縁種。

（これは、1つのATP、3つのNADH、および1つのFADHを意味することに注意してください₂サイクルのターンごと. 解糖系に入るすべてのグルコースについて、2分子のアセチルCoAがクレブス回路に入ります。）

グルコースごとに、この時点までのエネルギー集計は4つのATP（解糖系から2つ、クレブスから2つ）です。 サイクル）、10 NADH（解糖系から2つ、準備反応から2つ、クレブス回路から6つ）および2つ FADH₂ クレブス回路から。 クレブス回路の炭素化合物が上流で回転し続ける間、電子キャリアはミトコンドリアマトリックスから ミトコンドリア膜.

NADHとFADHの場合₂ それらの電子を放出し、これらはミトコンドリア膜を横切る電気化学的勾配を作成するために使用されます。 この勾配は、リン酸基のADPへの結合を促進して、と呼ばれるプロセスでATPを生成するために使用されます。 酸化的リン酸化、チェーン内の電子キャリアから電子キャリアにカスケードする電子の最終的な受容体が酸素（O₂).

各NADHは3つのATPと各FADHを生成するため₂ 酸化的リン酸化で2つのATPを生成します。これにより、（10）（3）+（2）（2）= 34ATPが混合物に追加されます。 したがって、 1分子のブドウ糖は最大38のATPを生み出すことができます に 真核生物.