解糖は何をもたらしますか？

すべてが1つまたは複数の個別の細胞で構成される生物は、次のように分類できます。 原核生物 そして 真核生物.

事実上すべてのセルが依存しています グルコース 彼らの代謝の必要性のために、そしてこの分子の分解の最初のステップはと呼ばれる一連の反応です 解糖 （文字通り、「ブドウ糖分解」）。 解糖系では、単一のグルコース分子が一連の反応を経て、ピルビン酸分子のペアと適度な量のエネルギーを次の形で生成します。 アデノシン三リン酸（ATP）.

ただし、これらの製品の最終的な取り扱いは、セルの種類によって異なります。 原核生物は参加しません 好気呼吸。 これは、原核生物が分子状酸素（O₂). 代わりに、ピルビン酸は 発酵 （嫌気呼吸）。

いくつかの情報源には、真核生物の「細胞呼吸」の過程で解糖が含まれています。これは、解糖が直接先行するためです。 有酸素 呼吸（すなわち、 クレブス回路 および酸化的リン酸化 電子伝達系). より厳密に言えば、解糖自体は、酸素に依存せず、Oであるかどうかに関係なく発生するという理由だけで、好気性プロセスではありません。₂ が存在します。

ただし、解糖系は 前提条件 好気性呼吸の反応にピルビン酸を供給するという点で、両方の概念を一度に学ぶのは自然なことです。

グルコースは、人間の生化学において最も重要な単一の炭水化物として機能する6炭素の糖です。 炭水化物には、酸素に加えて炭素（C）と水素（H）が含まれており、これらの化合物のCとHの比率は常に1：2です。

砂糖は、でんぷんやセルロースなどの他の炭水化物よりも小さいです。 実際、ブドウ糖はしばしば繰り返しサブユニット、または モノマー、これらのより複雑な分子で。 グルコース自体はモノマーで構成されていないため、単糖（「1つの糖」）と見なされます。

ブドウ糖の式はCです₆H₁₂O₆. 分子の主要部分は、5つのC原子と1つのO原子を含む六角形の環で構成されています。 6番目で最後のC原子は、ヒドロキシル含有メチル基（-CH）を持つ側鎖に存在します。₂ああ）。

のプロセス 解糖、セル内で発生します 細胞質、10個の個別の反応で構成されます。

通常、すべての中間生成物と酵素の名前を覚えておく必要はありません。 しかし、全体像をしっかりと把握しておくと便利です。 これは、解糖がおそらく地球上の生命の歴史の中で最も関連性のある唯一の反応であるだけでなく、そのステップが理由でもあります。 発熱中の酵素の作用を含む、細胞内の多くの一般的なイベントをうまく説明します（エネルギー的に有利） 反応。

グルコースが細胞に入ると、酵素ヘキソキナーゼによって蓄積され、リン酸化されます（つまり、リン酸基（しばしばPiと書かれます）がそれに付加されます）。 これは、負の静電荷を細胞に与えることにより、細胞内の分子をトラップします。

この分子はそれ自体をリン酸化された形のフルクトースに再配列し、次に別のリン酸化ステップを経てフルクトース-1,6-ビスリン酸になります。 次に、この分子は2つの類似した3炭素分子に分割され、一方がもう一方にすばやく変換されて、2分子のグリセルアルデヒド-3-リン酸が生成されます。

この物質は、リン酸基の初期の付加が非連続的なステップで逆転する前に、別の二重リン酸化分子に再配列されます。 これらの各ステップで、 アデノシン二リン酸（ADP） 酵素-基質複合体（反応している分子によって形成される構造の名前と、反応を完了に向けて促進する酵素）によって起こります。

このADPは、存在する3つの炭素分子のそれぞれからリン酸を受け入れます。 最終的に、2つのピルビン酸分子が細胞質に位置し、細胞が入る必要がある、またはホストできる経路に展開する準備が整います。

解糖の唯一の真の反応物はブドウ糖の分子です。 一連の反応中に、ATPとNAD +（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、電子キャリア）のそれぞれ2つの分子が導入されます。

多くの場合、細胞呼吸の完全なプロセスが、反応物としてグルコースと酸素、生成物として二酸化炭素と水、および36（または38）ATPとともにリストされています。 しかし、解糖は、グルコースからこれだけのエネルギーを好気的に抽出することで最終的に最高潮に達する最初の一連の反応にすぎません。

の合計 4つのATP分子 解糖系の3つの炭素成分が関与する反応で生成されます–1,3-ビスホスホグリセリン酸分子のペアの2つへの変換中に2つ 3-ホスホグリセリン酸の分子、およびホスホエノールピルビン酸分子のペアの2つのピルビン酸分子への変換中の2つの 解糖。 これらはすべて基質レベルのリン酸化を介して合成されます。つまり、ATPは直接的なリン酸化に由来します。 他の結果として形成されるのではなく、ADPへの無機リン酸塩（Pi）の添加 処理する。

解糖の初期に2つのATPが必要です。最初にグルコースがグルコース-6-リン酸にリン酸化され、次に2ステップ後にフルクトース-6-リン酸がフルクトース-1,6-ビスリン酸にリン酸化されます。 したがって、プロセスを受けているグルコースの1つの分子の結果としての解糖におけるATPの正味の増加は次のとおりです。 ピルビン酸分子の数と関連付けると覚えやすい2つの分子 作成した。

さらに、グリセルアルデヒド-3-リン酸から1,3-ビスホスホグリセリン酸への変換中に、NAD +の2つの分子が2つの分子に還元されます。 NADHは、他のプロセスの中でも特に好気性の反応に関与するため、後者は間接的なエネルギー源として機能します 呼吸。

要するに、解糖の正味の収量はしたがって 2 ATP、2ピルビン酸および2 NADH. これは、好気性呼吸で生成されるATPの量のわずか20分の1ですが、原核生物は原則としてはるかに小さく、 真核生物よりも複雑ではなく、一致する代謝要求が少ないため、この理想的とは言えないにもかかわらず、真核生物は通り抜けることができます。 スキーム。

（もちろん、これを見る別の方法は、 好気呼吸 バクテリアの中にいることで、彼らがより大きく、より多様な生き物に進化するのを妨げてきました。

原核生物では、解糖経路が完了すると、生物は持っているほぼすべての代謝カードを再生します。 ピルビン酸はさらに代謝されて乳酸になります 発酵、または嫌気性呼吸。 発酵の目的は乳酸を生成することではなく、解糖に使用できるようにNADHからNAD +を再生することです。

（これはとは異なることに注意してください アルコール発酵、酵母の作用下でピルビン酸からエタノールが生成されます。）

真核生物では、ピルビン酸のほとんどが好気性呼吸の最初の一連のステップに入ります。クレブス回路は、トリカルボン酸（TCA）回路またはクエン酸回路とも呼ばれます。 これは、 ミトコンドリアここで、ピルビン酸は2炭素化合物のアセチル補酵素A（CoA）と二酸化炭素（CO）に変換されます。₂).

この8ステップのサイクルの役割は、後続の反応のためにより多くの高エネルギー電子キャリアを生成することです– 3 NADH、1 FADH₂ （還元フラビンアデニンジヌクレオチド）および1つのGTP（グアノシン三リン酸）。

これらがミトコンドリア膜の電子伝達系に入ると、酸化的リン酸化と呼ばれるプロセスがこれらから電子をシフトします 酸素分子への高エネルギー担体。最終的には、グルコース分子の「上流」あたり36（またはおそらく38）のATP分子が生成されます。

有酸素代謝のはるかに高い効率と収量は、本質的にすべての基本的な違いを説明しています 今日、原核生物と真核生物の間で、前者が先行し、それを引き起こしたと信じられている 後者。