რას იძლევა გლიკოლიზი?

ცოცხალი არსებები, რომელთაგან თითოეული შედგება ერთი ან მეტი ინდივიდუალური უჯრედისგან, შეიძლება დაიყოს პროკარიოტები და ეუკარიოტები.

პრაქტიკულად ყველა უჯრედი ეყრდნობა გლუკოზა მათი მეტაბოლური საჭიროებებისათვის და ამ მოლეკულის დაშლის პირველი ნაბიჯი არის რეაქციების სერია, რომელსაც ეწოდება გლიკოლიზი (სიტყვასიტყვით, "გლუკოზის გაყოფა"). გლიკოლიზის დროს, ერთი გლუკოზის მოლეკულა განიცდის რიგ რეაქციებს, რათა გამოიყოს პიროვატის წყვილი მოლეკულა და ენერგიის ზომიერი რაოდენობა, ადენოზინტრიფოსფატი (ATP).

ამ პროდუქტების საბოლოო დამუშავება, უჯრედის ტიპისაგან განსხვავდება. პროკარიოტული ორგანიზმები არ მონაწილეობენ აერობული სუნთქვა. ეს ნიშნავს, რომ პროკარიოტებს არ შეუძლიათ გამოიყენონ მოლეკულური ჟანგბადი (O₂). ამის ნაცვლად, პირუვატი განიცდის დუღილი (ანაერობული სუნთქვა).

ზოგი წყარო შეიცავს გლიკოლიზს ევკარიოტებში "უჯრედული სუნთქვის" პროცესში, რადგან იგი პირდაპირ უსწრებს მას აერობული სუნთქვა (ანუ კრებსის ციკლი და ჟანგვითი ფოსფორილაცია ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი). უფრო მკაცრად, გლიკოლიზი თავისთავად არ არის აერობული პროცესი მხოლოდ იმიტომ, რომ იგი ჟანგბადს არ ეყრდნობა და ხდება თუ არა O₂ ესწრება.

ამასთან, ვინაიდან გლიკოლიზი არის ა წინაპირობა აერობული სუნთქვის იმით, რომ იგი უზრუნველყოფს პიროვატს მის რეაქციებს, ბუნებრივია ერთდროულად გაეცნოთ ორივე ცნებას.

გლუკოზა არის ექვს ნახშირბადის შაქარი, რომელიც წარმოადგენს ადამიანის ბიოქიმიის ყველაზე მნიშვნელოვან ერთ ნახშირწყალს. ნახშირწყლები ჟანგბადის გარდა შეიცავს ნახშირბადს (C) და წყალბადს (H) და ამ ნაერთებში C და H თანაფარდობა უცვლელად არის 1: 2.

შაქარი უფრო მცირეა, ვიდრე სხვა ნახშირწყლები, მათ შორის სახამებელი და ცელულოზა. სინამდვილეში, გლუკოზა ხშირად განმეორებითი ქვედანაყოფია, ან მონომერი, ამ უფრო რთულ მოლეკულებში. თავად გლუკოზა არ შედგება მონომერებისგან და, როგორც ასეთი, მონოსაქარიდად ითვლება ("ერთი შაქარი").

გლუკოზის ფორმულაა C₆ჰ₁₂ო₆. მოლეკულის ძირითადი ნაწილი შედგება ექვსკუთხა რგოლისგან, რომელიც შეიცავს C– ს ატომს და ერთ – ერთ O ატომს. მეექვსე და ბოლო C ატომი არსებობს გვერდითი ჯაჭვის ჰიდროქსილის შემცველი მეთილის ჯგუფთან (-CH)₂ოჰ)

პროცესი გლიკოლიზი, რომელიც ხდება უჯრედში ციტოპლაზმა, შედგება 10 ინდივიდუალური რეაქციისგან.

როგორც წესი, არ არის საჭირო ყველა შუალედური პროდუქტისა და ფერმენტის სახელების დამახსოვრება. მაგრამ, საერთო სურათის მყარი გააზრება სასარგებლოა. ეს არამარტო იმიტომ, რომ გლიკოლიზი ალბათ ყველაზე მნიშვნელოვანი რეაქციაა დედამიწაზე ცხოვრების ისტორიაში, არამედ იმიტომ, რომ ნაბიჯები ლამაზად ასახავს უჯრედებში არსებულ რიგ საერთო მოვლენებს, მათ შორის ფერმენტების მოქმედებას ეგზოთერმული (ენერგიულად ხელსაყრელი) დროს რეაქციები

როდესაც გლუკოზა შედის უჯრედში, იგი გროვდება ფერმენტ ჰექოკინაზას და ფოსფორილირდება (მას ემატება ფოსფატის ჯგუფი, რომელსაც ხშირად ეწერება Pi). ეს ხაფანგში მოლეკულას უჯრედის შიგნით უარყოფით ელექტროსტატიკური მუხტით ამარაგებს.

ეს მოლეკულა თავს იყრის ფრუქტოზას ფოსფორილირებულ ფორმაში, რომელიც შემდეგ გაივლის სხვა ფოსფორილაციის ეტაპს და ხდება ფრუქტოზა-1,6-ბისფოსფატი. შემდეგ ეს მოლეკულა იყოფა ორ მსგავს სამ ნახშირბადოვან მოლეკულად, რომელთაგან ერთი სწრაფად გარდაიქმნება მეორეში და იღებს გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატის ორ მოლეკულას.

ეს ნივთიერება გადანაწილდება სხვა ორმაგად ფოსფორილირებულ მოლეკულაში, სანამ ფოსფატების ჯგუფების ადრეული დამატება არ შეცვალა თანმიმდევრული ნაბიჯებით. თითოეულ ამ ნაბიჯში მოლეკულა ადენოზინის დიფოსფატი (ADP) ეს ხდება ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის მიერ (სტრუქტურის სახელი, რომელიც წარმოიქმნება ნებისმიერი მოლეკულის რეაქციაში და ფერმენტი, რომელიც იწვევს რეაქციას დასრულებისკენ).

ეს ADP იღებს ფოსფატს სამი ნახშირბადის თითოეული მოლეკულისგან. საბოლოოდ, პიროვატის ორი მოლეკულა ზის ციტოპლაზმაში, მზადაა განლაგებისათვის იმ ბილიკზე, სადაც უჯრედი საჭიროებს მას შესვლას ან მას შეუძლია მასპინძლობს.

გლიკოლიზის ერთადერთი ნამდვილი რეაქტორი გლუკოზის მოლეკულაა. რეაქციების სერიის განმავლობაში შემოდის ATP და NAD + ორი მოლეკულა (ნიკოტინამიდი ადენინი დინუკლეოტიდი, ელექტრონული გადამზიდავი).

თქვენ ხშირად ნახავთ უჯრედული სუნთქვის სრულ პროცესს, რომელშიც მოცემულია გლუკოზა და ჟანგბადი, როგორც რეაქტივები და ნახშირორჟანგი და წყალი, როგორც პროდუქტები, 36 (ან 38) ATP- სთან ერთად. მაგრამ გლიკოლიზი მხოლოდ პირველი სერიის რეაქციაა, რომელიც საბოლოოდ კულმინაციას აღწევს გლუკოზადან ამდენი ენერგიის აერობულ მოპოვებაში.

სულ ოთხი ATP მოლეკულა წარმოიქმნება რეაქციებში, რომლებიც მოიცავს გლიკოლიზის სამ ნახშირბადოვან კომპონენტს - ორი 1,3-ბისფოსფოგლიცერატის მოლეკულების ორზე გადაქცევის დროს. 3-ფოსფოგლიცერატის მოლეკულები და ორი ორი ფოსფოფენოლპიროვატის მოლეკულის ორი პიროვატის მოლეკულად გადაქცევის დროს, რომლებიც წარმოადგენს ბოლოს გლიკოლიზი. ეს ყველაფერი სინთეზირებულია სუბსტრატის დონის ფოსფორილაციის საშუალებით, რაც იმას ნიშნავს, რომ ATP მოდის პირდაპირიდან არაორგანული ფოსფატის (Pi) დამატება ADP– ში, ვიდრე სხვების შედეგად წარმოქმნილი პროცესი

გლიკოლიზის დასაწყისში საჭიროა ორი ატფ, ჯერ გლუკოზა ფოსფორილირდება გლუკოზა-6-ფოსფატში და შემდეგ ორი ნაბიჯი შემდეგ, როდესაც ფრუქტოზა-6-ფოსფატი ფოსფორილირდება ფრუქტოზა-1,6-ბისფოსფატად. ამრიგად, გლიკოლიზში ATP– ში წმინდა მოგება გლუკოზის ერთი მოლეკულის შედეგად, რომელიც ამ პროცესს განიცდის, არის ორი მოლეკულა, რომლის დამახსოვრებაც ადვილია, თუ მას პიროვატის მოლეკულების რაოდენობას უკავშირებთ შექმნილია.

გარდა ამისა, გლიცერალდეჰიდი-3-ფოსფატის 1,3-ბისფოსფოგლიცერატად გადაქცევის დროს, NAD + ორი მოლეკულა მცირდება ორ მოლეკულად NADH, ეს უკანასკნელი ენერგიის არაპირდაპირი წყაროს წარმოადგენს, რადგან ისინი მონაწილეობენ რეაქციებში, სხვა პროცესებთან ერთად, აერობული სუნთქვა

მოკლედ რომ ვთქვათ, გლიკოლიზის წმინდა გამოსავალია 2 ATP, 2 პიროვატი და 2 NADH. ეს აერობული სუნთქვის დროს წარმოქმნილი ATP– ს ძლივს არის მეოცე თანხა, მაგრამ რადგან პროკარიოტები, როგორც წესი, გაცილებით მცირეა და ნაკლებად რთული, ვიდრე ეუკარიოტები, უფრო მცირე მეტაბოლური მოთხოვნები ემთხვევა, მათ შეუძლიათ დაძლიონ ამის მიუხედავად იდეალზე ნაკლები სქემა

(ამის გადახედვის კიდევ ერთი გზა, რა თქმა უნდა, არის ნაკლებობა აერობული სუნთქვა ბაქტერიებში ხელს უშლის მათ უფრო დიდ, მრავალფეროვან არსებად გადაქცევას, რაც მნიშვნელოვანია.)

პროკარიოტებში, გლიკოლიზის გზა რომ დასრულდეს, ორგანიზმმა ითამაშა თითქმის ყველა მეტაბოლური კარტი. პირუვატი შეიძლება მეტაბოლიზდება შემდგომში ლაქტატამდე დუღილი, ან ანაერობული სუნთქვა. დუღილის მიზანი არ არის ლაქტატის წარმოება, არამედ NAD + - ის რეგენერაცია NADH– დან, ასე რომ ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას გლიკოლიზში.

(გაითვალისწინეთ, რომ ეს განსხვავდება ალკოჰოლის დუღილი, რომელშიც ეთანოლი წარმოიქმნება პიროვატისგან საფუარის მოქმედებით.)

ეუკარიოტებში პირუვატის უმეტესი ნაწილი შედის აერობული სუნთქვის პირველ საფეხურზე: კრებსის ციკლი, რომელსაც ასევე უწოდებენ ტრიკარბოქსილის მჟავას (TCA) ციკლს ან ლიმონმჟავას ციკლს. ეს ხდება ფარგლებში მიტოქონდრია, როდესაც პირუვატი გარდაიქმნება ორ ნახშირბადოვან ნაერთად აცეტილ კოფერმენტად A (CoA) და ნახშირორჟანგად (CO₂).

ამ რვასაფეხურიანი ციკლის როლი არის უფრო მაღალი ენერგიის ელექტრონული მატარებლების წარმოება შემდგომი რეაქციებისათვის - 3 NADH, ერთი FADH₂ (შემცირებული ფლავინი ადენინის დინუკლეოტიდი) და ერთი GTP (გუანოზინტრიფოსფატი).

როდესაც ისინი მიდიან მიკროქონდრიულ მემბრანაზე ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვში, პროცესი, რომელსაც ეწოდება ჟანგვითი ფოსფორილაცია, გადააქვს ელექტრონები აქედან მაღალი ენერგიის მატარებლები ჟანგბადის მოლეკულებისკენ, საბოლოო შედეგია 36 (ან შესაძლოა 38) ATP მოლეკულის წარმოება გლუკოზის მოლეკულაზე "დინების მიმართულებით".

აერობული მეტაბოლიზმის გაცილებით მეტი ეფექტურობა და სარგებელი ხსნის არსებითად ყველა ძირითად განსხვავებას დღეს პროკარიოტებსა და ეუკარიოტებს შორის, წინამორბედით ადრე და, სავარაუდოდ, მან წარმოშვა უკანასკნელი