რა ასრულებს გლიკოლიზს?

გლიკოლიზი არის უნივერსალური პროცესი პლანეტა დედამიწაზე ცხოვრების ფორმებს შორის. უმარტივესი ერთუჯრედიანი ბაქტერიიდან დაწყებული, ზღვის უდიდესი ვეშაპებით დამთავრებული, ყველა ორგანიზმი - უფრო კონკრეტულად კი თითოეული მათი უჯრედი - იყენებს ექვს ნახშირბადის შაქრის მოლეკულას. გლუკოზა როგორც ენერგიის წყარო.

გლიკოლიზი წარმოადგენს 10 ბიოქიმიურ რეაქციას, რომელიც გლუკოზის სრული დაშლის საწყისი ნაბიჯია. ბევრ ორგანიზმში ეს ასევე არის საბოლოო და, შესაბამისად, მხოლოდ ნაბიჯი.

გლიკოლიზი არის პირველი სამი ეტაპიდან უჯრედული სუნთქვა ტაქსონომიურ (ანუ სიცოცხლის კლასიფიკაციის) დომენში ეუკარიოტა (ან ეუკარიოტები), რომელშიც შედის ცხოველები, მცენარეები, პროტისტები და სოკოები.

დომენებში ბაქტერიები და არქეები, რომლებიც ერთად ქმნიან ძირითადად ერთუჯრედიან ორგანიზმებს, რომლებსაც ე.წ. პროკარიოტები, გლიკოლიზი ერთადერთი მეტაბოლური შოუა ქალაქში, რადგან მათ უჯრედებს არ გააჩნიათ აპარატურა, რომ განახორციელონ უჯრედული სუნთქვა მის დასრულებამდე.

გლიკოლიზის ინდივიდუალური ნაბიჯებით გათვალისწინებული სრული რეაქციაა:

გ₆ჰ₁₂ო₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 გვ_მე → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H⁺ + 2 სთ₂ო

სიტყვებით, ეს ნიშნავს, რომ გლუკოზა, ელექტრონული მატარებელი ნიკოტინამიდი ადენინი დინუკლეოტიდი, ადენოზინ დიფოსფატი და არაორგანული ფოსფატი (P_მე) გაერთიანდება პიროვატის შესაქმნელად, ადენოზინტრიფოსფატი, ნიკოტინამიდის ადენინის დინუკლეოტიდისა და წყალბადის იონების შემცირებული ფორმა (რაც ელექტრონებად შეიძლება ჩაითვალოს).

გაითვალისწინეთ, რომ ჟანგბადი ამ განტოლებაში არ ჩანს, რადგან გლიკოლიზი შეიძლება გაგრძელდეს O– ს გარეშე₂. ეს შეიძლება იყოს დაბნეულობის წერტილი, რადგან, რადგან გლიკოლიზი არის აუცილებელი წინამორბედი აერობული სეგმენტებისათვის უჯრედული სუნთქვა ეუკარიოტებში ("აერობული" ნიშნავს "ჟანგბადს"), მას ხშირად შეცდომით განიხილავენ, როგორც აერობულს პროცესი

გლუკოზა არის ნახშირწყლები, რაც ნიშნავს, რომ მისი ფორმულა იღებს ნახშირბადის ორი ატომის თანაფარდობას ნახშირბადის და ჟანგბადის თითოეული ატომისთვის: C_ნჰ_2nო_ნ. ეს არის შაქარი და კონკრეტულად ა მონოსაქარიდი, რაც იმას ნიშნავს, რომ იგი არ შეიძლება დაიყოს სხვა შაქრებად, ისევე როგორც დისაქარიდები საქაროზა და გალაქტოზა. იგი მოიცავს ექვს ატომურ რგოლის ფორმას, რომელთა ხუთი ატომი ნახშირბადია და ერთი ჟანგბადი.

გლუკოზა შეიძლება შეინახოს სხეულში, როგორც პოლიმერი, რომელსაც ეწოდება გლიკოგენი, რაც სხვა არაფერია თუ არა გრძელი ჯაჭვები ან ცალკეული გლუკოზის მოლეკულების ფურცლები, რომლებსაც წყალბადის ბმები უერთდება. გლიკოგენი ინახება პირველ რიგში ღვიძლში და კუნთებში.

სპორტსმენები, რომლებიც უპირატესად იყენებენ გარკვეულ კუნთებს (მაგალითად, მარათონელები, რომლებიც ეყრდნობიან თავიანთ კვადრაციპს და ხბოს კუნთები) ვარჯიშის საშუალებით ადაპტირდება უჩვეულოდ დიდი რაოდენობით გლუკოზის შესანახად, რომელსაც ხშირად "ნახშირბადის დატვირთვას" უწოდებენ.

ადენოზინტრიფოსფატი (ATP) არის ყველა ენერგიის უჯრედის „ენერგეტიკული ვალუტა“. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც საკვებს მიირთმევენ და ანადგურებენ გლუკოზას უჯრედებში შესვლამდე, გლუკოზის მეტაბოლიზმის საბოლოო მიზანია ATP– ს სინთეზი, პროცესი, რომელსაც ენერგია გამოყოფს, როდესაც გამოთავისუფლდება გლუკოზას ობლიგაციები და მოლეკულები, გლიკოლიზში გადაიქცევა და აერობული სუნთქვა დაშლილია.

ამ რეაქციების შედეგად წარმოქმნილი ATP გამოიყენება სხეულის ძირითადი, ყოველდღიური საჭიროებებისათვის, როგორიცაა ქსოვილების ზრდა და აღდგენა, აგრეთვე ფიზიკური ვარჯიში. ვარჯიშის ინტენსივობის ზრდასთან ერთად სხეული შორდება ცხიმების დაწვას, ან ტრიგლიცერიდებს (დაჟანგვის გზით) ცხიმოვანი მჟავების) გლუკოზის დაწვაზე, რადგან ამ უკანასკნელ პროცესში წარმოიქმნება მეტი ATP თითო მოლეკულაზე საწვავი.

ფაქტობრივად, ყველა ბიოქიმიური რეაქცია ეყრდნობა სპეციალური ცილის მოლეკულების დახმარებას, ე.წ. ფერმენტები გაგრძელება.

ფერმენტებია კატალიზატორები, რაც ნიშნავს, რომ ისინი აჩქარებენ რეაქციებს - ზოგჯერ მილიონით ან მეტს - ისე, რომ რეაქციაში არ შეცვლიან. მათ ჩვეულებრივ ასახელებენ იმ მოლეკულების მიხედვით, რომლებზეც ისინი მოქმედებენ და ბოლოს აქვთ "-აზა", მაგალითად, "ფოსფოგლუკოზის იზომერაზა", რომელიც ატომებს ალაგებს გლუკოზა-6-ფოსფატში ფრუქტოზა-6-ფოსფატში.

(იზომერები არის იგივე ატომების, მაგრამ განსხვავებული სტრუქტურის მქონე ნაერთები, ანაგრამების ანალოგიური სიტყვების სამყაროში).

ყველაზე ფერმენტები ადამიანის რეაქციები შეესაბამება "ერთიდან ერთს" წესს, რაც ნიშნავს, რომ თითოეული ფერმენტი ახდენს კონკრეტული რეაქციის კატალიზაციას და პირიქით, რომ თითოეული რეაქცია შეიძლება მხოლოდ ერთი ფერმენტის კატალიზირებული იყოს. სპეციფიკის ეს დონე ეხმარება უჯრედებს მჭიდროდ მოაწესრიგონ რეაქციების სიჩქარე და, გაფართოებით, უჯრედში წარმოებული სხვადასხვა პროდუქტის რაოდენობა ნებისმიერ დროს.

როდესაც გლუკოზა შედის უჯრედში, პირველი, რაც ეს ხდება, არის მისი ფოსფორილაცია - ანუ ფოსფატის მოლეკულა ერთვის გლუკოზის ერთ – ერთ ნახშირბადს. ეს უარყოფით მუხტს ანიჭებს მოლეკულას და ეფექტურად ხვდება მის უჯრედში. ეს გლუკოზა-6-ფოსფატი შემდეგ იზომერიზებულია, როგორც ზემოთ აღწერილია ფრუქტოზა-6-ფოსფატი, რომელიც შემდეგ ხდება კიდევ ერთი ფოსფორილაციის ეტაპი, რომ გახდეს ფრუქტოზა-1,6-ბისფოსფატი.

ფოსფორილაციის თითოეული ეტაპი მოიცავს ფოსფატის მოხსნას ATP– დან, დატოვებას ადენოზინის დიფოსფატი (ADP) უკან. ეს ნიშნავს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ გლიკოლიზის მიზანია ატფ-ის გამომუშავება უჯრედის გამოყენებისთვის, იგი მოიცავს "დაწყების ღირებულებას" 2 ATP გლუკოზის მოლეკულაზე, რომელიც შემოდის ციკლში.

ფრუქტოზა-1,6-ბისფოსფატი შემდეგ იყოფა ორ სამ ნახშირბადოვან მოლეკულად, თითოეულს თავისი ფოსფატი ერთვის. ერთი მათგანი, დიჰიდროქსიაცეტონის ფოსფატი (DHAP), ხანმოკლეა, რადგან ის სწრაფად გარდაიქმნება სხვაში, გლიცერალდეჰიდი-3-ფოსფატი. ამ მომენტიდან მოყოლებული, ყოველი ჩამოთვლილი რეაქცია ორჯერ ხდება გლუკოზის მოხვედრილი ყველა გლუკოზის მოლეკულისთვის.

გლიცერალდეჰიდი-3-ფოსფატი გარდაიქმნება 1,3-დიფოსფოგლიცერატი მოლეკულაში ფოსფატის დამატებით. იმის ნაცვლად, რომ წარმოიქმნას ATP, ეს ფოსფატი არსებობს როგორც თავისუფალი, ან არაორგანული (ანუ ნახშირბადის კავშირი არ აქვს). ამავე დროს, NAD⁺ გარდაიქმნება NADH.

შემდეგ ეტაპებზე ორ ფოსფატს აცლიან სამ ნახშირბადის მოლეკულების სერიას და ემატება ADP- ს ATP წარმოქმნის მიზნით. იმის გამო, რომ ეს ხდება გლუკოზის ორიგინალ მოლეკულაზე ორჯერ, ამ "ანაზღაურების" ფაზაში სულ 4 ATP იქმნება. იმის გამო, რომ "ინვესტიციის" ფაზას დასჭირდა 2 ATP შეყვანა, საერთო მოგება ATP– ში გლუკოზის მოლეკულაზე არის 2 ATP.

ცნობისთვის, 1,3-დიფოსფოგლიცერატის შემდეგ, რეაქციაში მოლეკულებია 3-ფოსფოგლიცერატი, 3-ფოსფოგლიცერატი, ფოსფოენოლპიროვატი და ბოლოს პირუვატი.

ეუკარიოტებში პირუვატს შეუძლია შემდეგ გადავიდეს გლიკოლიზის შემდგომი ორი გზით, იმისდა მიხედვით, არის თუ არა საკმარისი ჟანგბადი აერობული სუნთქვის დასაწყებად. თუ ეს ასეა, რაც ჩვეულებრივ ხდება, როდესაც მშობელი ორგანიზმი ისვენებს ან მსუბუქად ვარჯიშობს, პიროვატი იშლება ციტოპლაზმიდან, სადაც გლიკოლიზი ხდება ორგანელებში ("პატარა ორგანოები") დაურეკა მიტოქონდრია.

თუ უჯრედი ეკუთვნის პროკარიოტს ან ძალიან შრომისმოყვარე ეუკარიოტს - ვთქვათ, ადამიანი, რომელიც მთელ ნახევარ კილომეტრს გადის ან ინტენსიურად ამძიმებს წონას - პირუვატი გარდაიქმნება ლაქტატად. მიუხედავად იმისა, რომ უმეტეს უჯრედებში ლაქტატი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას საწვავად, ეს რეაქცია ქმნის NAD- ს⁺ NADH– დან, რაც საშუალებას აძლევს გლიკოლიზს გააგრძელოს „დინების მიმართულებით“ NAD– ის კრიტიკული წყაროს მომარაგებით⁺.

ეს პროცესი ცნობილია როგორც რძემჟავა დუღილი.

უჯრედული სუნთქვის აერობულ ფაზებს, რომლებიც მიტოქონდრიებში ხდება, ეწოდება კრებსის ციკლი და ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი, და ეს ხდება იმ მიზნით. კრებსის ციკლი (ხშირად უწოდებენ ლიმონმჟავას ციკლს ან ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლს) ვითარდება მიტოქონდრიის შუა ნაწილში, ხოლო ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი ადგილებს იკავებს მიტოქონდრიის მემბრანაზე, რომელიც ქმნის მის საზღვარს ციტოპლაზმასთან.

ფიჭური სუნთქვის წმინდა რეაქცია, გლიკოლიზის ჩათვლით, არის:

გ₆ჰ₁₂ო₆ + 6 ო₂ → 6 CO₂ + 6 სთ₂O + 38 ATP

კრებსის ციკლი ამატებს 2 ATP– ს, ხოლო ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვს - 34 ATP– ს, მთლიანობაში 38 ATP– სთვის მოლეკულაში მოხმარებული გლუკოზას (2 + 2 + 34) სამ მეტაბოლურ პროცესში.