როგორ ხდება გლუკოზის მეტაბოლიზირება, რათა მოხდეს ATP

გლუკოზა, ექვს ნახშირბადის შაქარი, არის ფუნდამენტური "შენატანი" განტოლებაში, რომელიც მოქმედებს მთელი ცხოვრების განმავლობაში. ენერგია გარედან, გარკვეულწილად, უჯრედისთვის ენერგიად გადაიქცევა. ყველა ორგანიზმს, რომელიც ცოცხალია, თქვენი საუკეთესო მეგობარიდან დაწყებული ყველაზე დაბალ ბაქტერიამდე, აქვს უჯრედები, რომლებიც წვავენ გლუკოზას საწვავად ფესვების მეტაბოლურ დონეზე.

ორგანიზმები განსხვავდებიან იმით, თუ რამდენად შეუძლიათ მათ უჯრედებს ენერგიის მოპოვება გლუკოზიდან. ყველა უჯრედში ეს ენერგია არის სახით ადენოზინტრიფოსფატი (ATP).

ამიტომ, ერთი რამ ცოცხალ უჯრედებს საერთო აქვთ ის, რომ ისინი მეტაბოლიზდებიან გლუკოზას და წარმოქმნიან ATP- ს. მოცემული გლუკოზის მოლეკულა, რომელიც უჯრედში შედიოდა, შეიძლებოდა დაწყებულიყო როგორც სტეიკის სადილი, ველური ცხოველის მტაცებელი, მცენარეული ნივთიერება ან სხვა რამ.

მიუხედავად ამისა, სხვადასხვა საჭმლის მომნელებელმა და ბიოქიმიურმა პროცესებმა დაანგრიეს ნახშირბადის ყველა მოლეკულა რა ნივთიერებებსაც იღებს ორგანიზმი მონოსაქარიდის შაქრის საკვებად, რომელიც შედის უჯრედულ მეტაბოლში ბილიკები.

ქიმიურად გლუკოზა არის ჰექსოზა შაქარი, hex ბერძნული პრეფიქსია "ექვსი", ნახშირბადის ატომების რაოდენობა გლუკოზაში. მისი მოლეკულური ფორმულაა გ₆ჰ₁₂ო₆, აძლევს მას მოლეკულურ მასას 180 გრამს მოლზე.

გლუკოზა ასევე არის ა მონოსაქარიდი ამაში არის შაქარი, რომელიც მოიცავს მხოლოდ ერთ ფუნდამენტურ ერთეულს, ან მონომერი.ფრუქტოზა არის მონოსაქარიდის კიდევ ერთი მაგალითი, ხოლო საქაროზაან სუფრის შაქარი (ფრუქტოზა პლუს გლუკოზა), ლაქტოზა (გლუკოზა პლუს გალაქტოზა) და მალტოზა (გლუკოზა პლუს გლუკოზა) არის დისაქარიდები.

გაითვალისწინეთ, რომ ნახშირბადის, წყალბადის და ჟანგბადის ატომების თანაფარდობა გლუკოზაში არის 1: 2: 1. ყველა ნახშირწყლები, ფაქტობრივად, აჩვენებს იგივე თანაფარდობას და მათი მოლეკულური ფორმულები ყველა C ფორმაა_ნჰ_2nო_ნ.

ATP არის ა ნუკლეოზიდი, ამ შემთხვევაში ადენოზინი, მასთან სამი ფოსფატის ჯგუფი. ეს რეალურად ხდის მას ა ნუკლეოტიდი, როგორც ნუკლეოზიდი არის a პენტოზი შაქარი (ან რიბოზა ან დეოქსირიბოზა) აზოტოვან ფუძესთან (მაგ., ადენინთან, ციტოზინთან, გუანინთან, თიმინთან ან ურაცილთან) ერთად, ხოლო ნუკლეოტიდი არის ნუკლეოზიდი, რომელსაც ერთ ან მეტი ფოსფატური ჯგუფი აქვს. ტერმინოლოგიის გარდა, მთავარია იცოდეთ ATP ის არის, რომ იგი შეიცავს ადენინს, რიბოზას და სამი ფოსფატის (P) ჯგუფის ჯაჭვს.

ATP მზადდება მეშვეობით ფოსფორილაცია საქართველოს ადენოზინის დიფოსფატი (ADP)და პირიქით, როდესაც ATP– ში ტერმინალური ფოსფატის ბმაა ჰიდროლიზებული, ADP და P_მე (არაორგანული ფოსფატი) არის პროდუქტები. ATP ითვლება უჯრედების "ენერგეტიკულ ვალუტად", რადგან ეს არაჩვეულებრივი მოლეკულა გამოიყენება თითქმის ყველა მეტაბოლური პროცესის გასამუშავებლად.

უჯრედული სუნთქვა არის ევკარიოტული ორგანიზმების მეტაბოლური გზების ერთობლიობა, რომლებიც თანდასწრებით გარდაქმნის გლუკოზას ATP– სა და ნახშირორჟანგს. ჟანგბადის, წყლის გამოყოფა და ATP– ის გამომუშავება (36 გ-დან 38 მოლეკულა გლუკოზის მოლეკულაზე) პროცესი

დაბალანსებული ქიმიური ფორმულა საერთო წმინდა რეაქციისთვის, ელექტრონული მატარებლებისა და ენერგიის მოლეკულების გამოკლებით, არის:

გ₆ჰ₁₂ო₆ + 6 ო₂ → 6 CO₂ + 6 სთ₂ო

ფიჭური სუნთქვა რეალურად მოიცავს სამ განსხვავებულ და თანმიმდევრულ გზას:

• გლიკოლიზი, რომელიც გვხვდება ყველა უჯრედში და ხდება ციტოპლაზმაში და ყოველთვის წარმოადგენს გლუკოზის მეტაბოლიზმის პირველ საფეხურს (და უმეტეს პროკარიოტებში, ასევე ბოლო საფეხურს).
  
• კრებსის ციკლიასევე უწოდებენ ტრიკარბოქსილის მჟავას (TCA) ციკლს ან ლიმონმჟავას ციკლს, რომელიც ვითარდება მიტოქონდრიულ მატრიქსში.
• ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი, რომელიც ხდება შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე და წარმოქმნის უჯრედულ სუნთქვაში წარმოქმნილ ATP– ს უმეტეს ნაწილს.

ამ ბოლო ორი ეტაპი ჟანგბადზეა დამოკიდებული და ერთად შედგება აერობული სუნთქვა. ხშირად, ეუკარიოტული მეტაბოლიზმის განხილვისას, გლიკოლიზი, თუმცა ეს არ არის დამოკიდებული ჟანგბადზე, ითვლება ნაწილად "აერობული სუნთქვა"რადგან თითქმის ყველა მისი მთავარი პროდუქტი, პირუვატი, მიდის დანარჩენ ორ გზაზე.

გლიკოლიზის დროს გლუკოზა 10 რეაქციის სერიად გარდაიქმნება პიროვატის მოლეკულად, ა ATP ორი მოლეკულის წმინდა მოგება და "ელექტრონის მატარებლის" ორი მოლეკულა ნიკოტინამიდი ადენინი დინუკლეოტიდი (NADH) პროცესში შესული გლუკოზის ყოველი მოლეკულისთვის წარმოიქმნება ორი პიროვატის ორი მოლეკულა, რადგან პირუვატს აქვს ნახშირბადის სამი ატომი გლუკოზის ექვსამდე.

პირველ ეტაპზე გლუკოზა ფოსფორილირდება და ხდება გლუკოზა-6-ფოსფატი (G6P) ეს ვალდებულია გლუკოზა მეტაბოლიზდება, ვიდრე იქითკენ გაექცეს უჯრედის მემბრანა, რადგან ფოსფატის ჯგუფი G6P– ს აძლევს უარყოფით მუხტს. შემდეგი რამდენიმე ნაბიჯის განმავლობაში, მოლეკულა გადაჯგუფებულია სხვა შაქრის წარმოებულში და შემდეგ მეორედ ფოსფორირდება, რომ გახდეს ფრუქტოზა-1,6-ბისფოსფატი.

გლიკოლიზის ამ ადრეულ საფეხურებზე საჭიროა ორი ATP ინვესტიცია, რადგან ეს არის ფოსფატების ჯგუფების წყარო ფოსფორილაციის რეაქციებში.

ფრუქტოზა-1,6-ბისფოსფატი იყოფა ორ განსხვავებულ სამ ნახშირბადის მოლეკულაში, თითოეულს აქვს საკუთარი ფოსფატის ჯგუფი; თითქმის ყველა ეს, სწრაფად გარდაიქმნება მეორეში, გლიცერალდეჰიდი-3-ფოსფატი (G3P) ამ მომენტიდან ყველაფერი დუბლირებულია, რადგან არსებობს ორი G3P თითოეული გლუკოზისთვის "დინების მიმართულებით".

ამ მომენტიდან, G3P ფოსფორილირდება ეტაპზე, რომელიც ასევე აწარმოებს NADH დაჟანგული ფორმით NAD + და შემდეგ ხდება ორი ფოსფატის ჯგუფის მოცემულია ADP მოლეკულაზე მომდევნო გადანაწილების ეტაპებზე ორი ATP მოლეკულის წარმოებისთვის გლიკოლიზის საბოლოო ნახშირბადის პროდუქტთან ერთად, პირუვატი

ვინაიდან ეს ხდება ორჯერ გლუკოზის მოლეკულაზე, გლიკოლიზის მეორე ნახევარში წარმოიქმნება ოთხი ATP for a წმინდა მოგება გლიკოლიზით ორი ATP (რადგან ორი იყო საჭირო პროცესის დასაწყისში) და ორი NADH.

იმ მოსამზადებელი რეაქციამას შემდეგ, რაც გლიკოლიზში წარმოქმნილი პიროვატი ციტოპლაზმიდან მიტოქონდრიულ მატრიქსში აღმოჩნდება, იგი ჯერ აცეტად გადაიქცევა (CH₃COOH-) და CO₂ (ნარჩენი პროდუქტი ამ სცენარში) და შემდეგ შემადგენლობაში ე.წ. აცეტილ კოფერმენტი Aან აცეტილ CoA. ამ რეაქციის დროს წარმოიქმნება NADH. ეს ქმნის კრებსების ციკლს.

რვა რეაქციის ამ სერიას ასე დაარქვეს, რადგან ერთ-ერთი რეაქტივი პირველ ეტაპზე, ოქსალოაცეტატიასევე პროდუქტია ბოლო ეტაპზე. კრებსის ციკლის საქმე არის მომწოდებლისა და არა მწარმოებლის: ის წარმოქმნის მხოლოდ ორ ATP- ს გლუკოზის მოლეკულაზე, მაგრამ ხელს უწყობს კიდევ ექვს NADH და ორი FADH₂, კიდევ ერთი ელექტრონის გადამზიდავი და NADH- ის ახლო ნათესავი.

(გაითვალისწინეთ, რომ ეს ნიშნავს ერთ ATP- ს, სამ NADH- ს და ერთ FADH- ს₂ციკლის თითო ბრუნვა. ყოველი გლუკოზისთვის, რომელიც შედის გლიკოლიზში, აცეტილ CoA– ს ორი მოლეკულა შედის კრებსის ციკლში.)

თითო გლუკოზის საფუძველზე, ამ წერტილამდე ენერგია 4 ATP (ორი გლიკოლიზისგან და ორი კრებიდან) ციკლი), 10 NADH (ორი გლიკოლიზისგან, ორი მოსამზადებელი რეაქციიდან და ექვსი კრებსის ციკლიდან) და ორი FADH₂ კრების ციკლიდან. მიუხედავად იმისა, რომ ნახშირბადის ნაერთები კრებსის ციკლში განაგრძობენ ტრიალს ზემოთ დინების მიდამოებში, ელექტრონების მატარებლები მიტოქონდრიული მატრიციდან გადადიან მიტოქონდრიული მემბრანა.

როდესაც NADH და FADH₂ ათავისუფლებს მათ ელექტრონებს, ისინი გამოიყენება მიტოქონდრიული მემბრანის მასშტაბით ელექტროქიმიური გრადიენტის შესაქმნელად. ეს გრადიენტი გამოიყენება ფოსფატების ჯგუფების ADP– ზე მიმაგრებისთვის, რათა შექმნან ATP პროცესში, ე.წ. ჟანგვითი ფოსფორილაცია, ასე დაარქვეს, რადგან ელექტრონების საბოლოო მიმღები ელექტრონული გადამზიდიდან ელექტრონული გადამზიდავიდან ჯაჭვში არის ჟანგბადი (O₂).

რადგან თითოეული NADH იძლევა სამ ATP– ს და თითოეულ FADH– ს₂ იძლევა ორ ATP– ს ჟანგვითი ფოსფორილირების დროს, ეს მიქსს უმატებს (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP. ამრიგად გლუკოზის ერთ მოლეკულას შეუძლია გამოყოს 38 ATP წელს ეუკარიოტული ორგანიზმები.