포도당이 세포에 들어가면 어떻게됩니까?

포도당은 궁극적 인 세포 연료 공급원 합성에 사용되는 화학 결합의 에너지와 함께 모든 생물을 위해 아데노신 삼인산 (ATP) 다양한 상호 연결 및 상호 의존적 방식으로. 이 6 탄소 (즉, 육당) 당 분자가 외부에서 세포의 원형질막을 통과하여 세포질로 들어가면 즉시 인산화 -즉, 음전하를 띠는 인산염 기가 포도당 분자의 일부에 부착됩니다. 이로 인해 순 음전하가 발생합니다. 포도당 -6- 인산 분자가 세포를 떠나는 것을 방지합니다.

원핵 생물Bacteria 및 Archaea 도메인을 포함하는, 다음을 포함한 막 결합 세포 기관이 없습니다. 미토콘드리아 그 안에 진핵 생물 Krebs 회로와 산소 의존 전자 수송 사슬을 호스팅합니다. 결과적으로 원핵 생물은 호기성 ( "산소 포함") 호흡에 참여하지 않고 대신 거의 모든 에너지를 유도합니다. 해당 과정에서 진핵 세포에서 수행되는 호기성 호흡에 앞서 작동하는 혐기성 과정.

포도당은 생화학에서 가장 중요한 분자 중 하나이며 아마도 가장 중요한 집합의 출발점입니다. 이 분자의 구조와 거동에 대한 간략한 논의는 다음과 같습니다. 주문.

또한 ~으로 알려진 포도당 (일반적으로 옥수수로 만든 포도당과 같은 비 생물학적 시스템과 관련하여) 혈당 (생물학적 시스템과 관련하여, 예를 들어 의학적인 맥락에서) 포도당은 화학 공식을 갖는 6 개의 탄소 분자입니다. 씨₆H₁₂영형₆. 사람의 혈액에서 정상적인 포도당 농도는 약 100mg / dL입니다. 100 mg은 1/10 그램이고 dL은 1/10 리터입니다. 이것은 리터당 1 그램으로 작동합니다. 평균적인 사람은 약 4 리터의 혈액을 가지고 있기 때문에 대부분 사람들은 언제든지 혈류에 약 4g의 포도당을 가지고 있습니다. 온스.

포도당에있는 6 개의 탄소 (C) 원자 중 5 개는 여섯 원자 고리 분자가 자연에서 시간의 99.98 %를 가정하는 형태입니다. 여섯 번째 고리 원자는 산소 (O)이며 여섯 번째 C는 고리 C 중 하나에 부착되어 있습니다. 히드 록시 메틸 (-CH₂오) 그룹. 수산기 (-OH) 그룹에서 무기 인산염 (Pi)는 세포질에 분자를 포획하는 인산화 과정에서 부착됩니다.

원핵 생물은 작고 (압도적 다수는 단세포 성) 단순하며 (대부분의 세포는 핵과 다른 막 결합 세포 기관이 부족합니다). 이것은 대부분의면에서 진핵 생물처럼 우아하고 흥미롭지 않게 할 수 있지만 연료 요구량을 비교적 낮게 유지합니다.

원핵 생물과 진핵 생물 모두에서 해당 과정은 포도당 대사의 첫 번째 단계입니다.. 원형질막을 가로 질러 확산하여 세포로 들어가는 포도당의 인산화는 해당 과정의 첫 번째 단계이며, 이는 후속 섹션에서 자세히 설명합니다.

• 일부 박테리아는 자당, 유당 또는 말토오스와 같은 포도당 이외의 당을 대사시킬 수 있습니다. 이 당은 그리스어에서 "2 개의 당"을 의미하는 이당류입니다. 그들은 두 개의 하위 단위 중 하나 인 단당류 인 과당과 같은 포도당 단량체를 포함합니다.

해당 과정이 끝날 때 포도당 분자는 2 개의 3 탄소 피루 베이트 분자, 2 개의 분자를 생성하는 데 사용되었습니다. 소위 고 에너지 전자 운반체 니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오타이드 (NADH) 및 2 개의 ATP 분자의 순 이득.

이 시점에서 원핵 생물에서 피루 베이트는 일반적으로 발효 과정에 들어갑니다.이 과정은 혐기성 과정으로 곧 살펴볼 수 있습니다. 그러나 일부 박테리아는 어느 정도 호기성 호흡을 수행하는 능력을 진화 시켰으며 통성 혐기성 세균. 해당 과정에서만 에너지를 얻을 수있는 박테리아를 혐기성 세균을 강제하다, 그리고 이것들 대부분은 실제로 산소에 의해 죽습니다. 제한된 소수의 박테리아는 에어로빅을 강제하다즉, 당신과 마찬가지로 산소에 대한 절대적인 요구 사항이 있습니다. 박테리아가 지구 변화의 요구에 적응하는 데 약 35 억 년이 걸렸다는 점을 감안할 때 환경, 그들이 기본적인 대사 생존의 범위를 명령했다는 것은 놀라운 일이 아닙니다 전략.

당분 해 10 개 포함 반응, 이것은 훌륭하고 둥근 숫자이지만, 이 모든 단계에서 모든 제품, 중간체 및 효소를 반드시 기억할 필요는 없습니다. 대신, 이 세부 사항 중 일부는 알아두면 재미 있고 유용하지만 이해하는 것이 더 중요합니다. 뭐 전체적으로 해당 과정에서 발생하며 왜 (기본 물리학과 세포의 필요 측면에서) 발생합니다.

당분 해는 10 개의 개별 반응의 합인 다음 반응에서 포착됩니다.

씨₆H₁₂영형₆ → 2C₃H₄영형₃ + ATP 2 개 + NADH 2 개

일반적인 영어로, 해당 과정에서 단일 포도당 분자는 두 개의 피루 베이트 분자로 분리되고 그 과정에서 두 개의 연료 분자와 한 쌍의 "예비 연료"분자가 만들어집니다. ATP는 세포 과정에서 에너지를위한 거의 보편적 인 통화 인 반면 NADH는 NAD + 또는 니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오타이드의 환원 된 형태입니다. 궁극적으로 수소 이온 (H +)의 형태로 이러한 전자를 끝에 산소 분자에 제공하는 고 에너지 전자 운반체 역할을합니다. 의 전자 수송 사슬 에 호기성 대사, 그 결과 해당 과정만으로도 공급할 수있는 것보다 훨씬 더 많은 ATP가 생성됩니다.

포도당이 세포질로 유입 된 후 인산화되면 포도당 -6- 인산 (G-6-P)이 생성됩니다. 인산염은 ATP에서 유래하며 포도당 잎에 결합됩니다. 아데노신이 인산 (ADP) 뒤에. 언급했듯이 이것은 세포 내에서 포도당을 가두어 둡니다.

다음으로 G-6-P는 과당 -6- 인산염 (F-6-P). 이것은 이성 질화 왜냐하면 반응물과 생성물은 서로의 이성질체이기 때문입니다. 각 원자 유형은 같지만 공간 배열이 다른 분자입니다. 이 경우 과당의 고리는 5 개의 원자만을 가지고 있습니다. 이러한 원자 저글링을 담당하는 효소를 포스 포 글루코오스 이성화 효소. (대부분의 효소 이름은 번거롭지 만 적어도 완벽하게 이해됩니다.)

해당 과정의 세 번째 반응에서 F-6-P는 과당 -1,6-이 인산 (F-1,6-BP). 이 인산화 단계에서 인산염은 다시 ATP에서 나오지만 이번에는 다른 탄소 원자에 추가됩니다. 책임이있는 효소는 포스 포프 럭 토키나 제 (PFK).

• 많은 인산화 반응에서 포스페이트 그룹은 기존 포스페이트 그룹의 자유 말단에 추가되지만이 경우에는 추가되지 않습니다. 따라서 "_di_phosphate"가 아닌 "_bis_phosphate"가됩니다.

해당 과정의 네 번째 반응에서 F-1,6-BP 분자는 이중 용량의 인산염 그룹으로 인해 매우 불안정하며 효소에 의해 분할됩니다. 알 돌라 제 탄소가 3 개인 단일 인산기 운반 분자로 글리 세르 알데히드 3- 인산염 (GAP) 및 디 히드 록시 아세톤 인산염 (DHAP). 이들은 이성체이며 DHAP는 효소의 푸시를 사용하여 해당 과정의 다섯 번째 단계에서 GAP로 빠르게 전환됩니다. 트리 오스 포스페이트 이소 머라 제 (TIM).

이 단계에서 원래의 포도당 분자는 두 개의 ATP 비용으로 두 개의 동일한 3 개의 탄소, 단일 인산화 된 분자가됩니다. 이 시점부터 해당 과정에 대한 설명 된 각 반응은 해당 과정을 겪는 모든 포도당 분자에 대해 두 번 발생합니다.

해당 과정의 여섯 번째 반응에서 GAP는 1,3- 비스 포스 포 글리세 레이트 (1,3-BPG)의 영향을 받아 글리 세르 알데히드 3- 인산 탈수소 효소. 탈수소 효소는 수소 원자 (즉, 양성자)를 제거합니다. GAP에서 분리 된 수소는 NAD + 분자에 부착되어 NADH를 생성합니다. 포도당 상류의 초기 분자가 두 이 반응 후 GAP 분자, 두 NADH 분자가 생성되었습니다.

일곱 번째 해당 과정에서 초기 해당 과정의 인산화 반응 중 하나가 사실상 역전된다. 효소가 포스 포 글리세 레이트 키나제 1,3-BPG에서 인산염기를 제거하면 결과는 다음과 같습니다. 3- 포스 포 글리세 레이트 (3-PG). 2 개의 1,3-BPG 분자에서 제거 된 인산염은 ADP에 추가되어 2 개의 ATP를 형성합니다. 이것은 1 단계와 3 단계에서 "차용 된"두 ATP가 일곱 번째 반응에서 "반환"되었음을 의미합니다.

8 단계에서 3-PG는 2- 포스 포 글리세 레이트 (2-PG) 작성자 포스 포 글리세 레이트 뮤 타제, 나머지 하나의 인산염 그룹을 다른 탄소 원자로 셔틀합니다. 뮤타 아제는 그 작용이 덜 부담 스럽다는 점에서 이소 머라 아제와 다릅니다. 분자의 구조를 재배 열하는 것이 아니라, 단순히 측면 그룹 중 하나를 새로운 지점으로 이동하여 전체 백본, 고리 등을 남깁니다. 그대로.

해당 과정의 아홉 번째 반응에서 2-PG는 포스 포에 놀 피루 베이트 (PEP)의 행동에 따라 에 놀라 제. 에놀은 탄소 중 하나가 수산기에 결합되어있는 탄소-탄소 이중 결합을 가진 화합물입니다.

마지막으로 해당 과정의 열 번째이자 마지막 반응 인 PEP는 효소 덕분에 피루 베이트로 변환됩니다. 피루 베이트 키나아제. 2 개의 PEP에서 제거 된 인산염 그룹은 ADP 분자에 부착되어 2 개의 ATP와 2 개의 피루 베이트를 생성하며, 그 공식은 다음과 같습니다. ( 씨₃H₄영형₃) 또는 (CH₃) CO (COOH). 따라서 포도당 단일 분자의 초기 혐기성 처리는 두 개의 피루 베이트, 두 개의 ATP 및 두 개의 NADH 분자를 생성합니다.

포도당이 세포로 유입되어 궁극적으로 생성되는 피루 베이트는 두 가지 경로 중 하나를 취할 수 있습니다. 세포가 원핵 세포이거나 세포가 진핵 세포이지만 일시적으로 호기성 호흡만으로 제공 할 수있는 것보다 더 많은 연료가 필요한 경우 (예를 들어, 단거리 달리기 또는 역기 들기와 같은 힘든 신체 운동 중 근육 세포에서와 같이), 피루 베이트는 발효에 들어갑니다. 통로. 세포가 진핵 생물이고 그 에너지 요구량이 전형적인 경우, 피루 베이트를 미토콘드리아 내부로 이동시키고 크렙스 사이클:

• 발효: 발효는 종종 "혐기성 호흡"과 같은 의미로 사용되지만 실제로 이것은 오해의 소지가 있습니다. 발효에 선행하는 해당 과정은 일반적으로 호흡의 일부로 간주되지 않지만 혐기성입니다. se.
• 발효는 피루 베이트를 다음으로 전환하여 해당 과정에 사용하기 위해 NAD +를 젖산. 이것의 전체 목적은 적절한 산소가 없을 때 해당 과정이 계속되도록하는 것입니다. NAD +의 부족은 적절한 양의 기질이있는 경우에도 공정을 제한 할 수 있습니다.
• 호기성 호흡: 여기에는 크렙스 사이클 그리고 전자 수송 사슬.
• 크렙스주기 : 여기서 피루 베이트는 아세틸 코엔자임 A (아세틸 CoA) 및 이산화탄소 (CO₂). 2- 탄소 아세틸 CoA는 4- 탄소와 결합합니다. 옥 살로 아세테이트 구연산염을 형성하기 위해 6 개의 탄소 분자가 두 개의 CO를 생성하는 6 개의 반응의 "휠"(순환)을 진행합니다.₂, 1 개의 ATP, 3 개의 NADH 및 1 개의 감소 된 플라 빈 아데닌 디 뉴클레오타이드 (FADH₂).
• 전자 수송 사슬 : 여기에서 양성자 (H⁺ 원자)의 NADH 및 FADH_₂_ 크렙스 회로에서 나온 것은 내부 미토콘드리아 막에서 34 개 (또는 그 이상의) 분자 ATP의 합성을 유도하는 전기 화학적 구배를 만드는 데 사용됩니다. 산소는 하나의 화합물에서 다음 화합물로 "유출"되는 전자의 최종 수용자 역할을하며, 포도당이있는 화합물 사슬까지 시작합니다.