지구상의 생명체는 열 통풍구에 살고있는 가장 작은 박테리아부터 아시아에 거주하는 당당한 수톤 코끼리에 이르기까지 매우 다양합니다. 그러나 모든 유기체 (생물)는 공통적으로 여러 가지 기본 특성을 가지고 있으며, 그중에서 에너지를 유도 할 분자가 필요합니다. 성장, 수리, 유지 및 재생산을 위해 외부 소스에서 에너지를 추출하는 과정은 다음과 같이 알려져 있습니다. 대사.
모든 유기체는 적어도 하나의 세포 (당신 자신의 몸에는 수조가 포함됩니다), 이것은 전통적인 정의를 사용하여 생명에 귀속되는 모든 속성을 포함하는 가장 작은 축소 불가능한 실체입니다. 신진 대사는 복제 또는 다른 방식으로 번식하는 능력과 같은 속성 중 하나입니다. 지구상의 모든 세포는 포도당, 그것 없이는 지구상의 생명체가 결코 존재하지 않았거나 매우 다르게 보일 것입니다.
포도당의 화학
포도당에는 공식 C가 있습니다.6H12영형6, 분자의 분자량은 몰당 180g입니다. (모든 탄수화물은 일반 식 C엔H2n영형엔.) 이것은 포도당을 가장 큰 아미노산과 거의 같은 크기로 만듭니다.
자연의 포도당은 대부분의 텍스트에서 육각형으로 묘사 된 6 원자 고리로 존재합니다. 탄소 원자 중 5 개는 산소 원자 중 하나와 함께 고리에 포함되어 있고 6 번째 탄소 원자는 하이드 록시 메틸기 (-CH)의 일부입니다.2OH)는 다른 탄소 중 하나에 부착됩니다.
포도당과 같은 아미노산은 생화학에서 두드러진 단량체입니다. 그냥 글리코겐 긴 사슬의 포도당에서 조립되고, 단백질은 긴 사슬의 아미노산에서 합성됩니다. 공통적으로 많은 특징을 가진 20 개의 별개의 아미노산이 있지만 포도당은 하나의 분자 형태로만 제공됩니다. 따라서 글리코겐의 구성은 본질적으로 변하지 않지만 단백질은 하나씩 크게 다릅니다.
세포 호흡 과정
아데노신 삼인산 (ATP) 및 CO 형태로 에너지를 생산하는 포도당의 대사2 (이 방정식의 폐기물 인 이산화탄소)는 다음과 같이 알려져 있습니다. 세포 호흡. 세포 호흡의 세 가지 기본 단계 중 첫 번째 단계는 해당 작용, 산소를 필요로하지 않는 일련의 10 개의 반응이며, 마지막 두 단계는
세포 호흡은 거의 전적으로 발생합니다. 진핵 생물 (동물, 식물 및 곰팡이). 원핵 생물 (박테리아와 고세균을 포함하는 대부분 단세포 도메인)은 포도당에서 에너지를 얻지 만 사실상 항상 해당 과정에서만 에너지를 얻습니다. 그 의미는 나중에 자세히 설명 하겠지만 원핵 세포는 진핵 세포가 할 수있는 것처럼 포도당 분자 당 에너지의 약 1/10 만 생성 할 수 있다는 것입니다.
"세포 호흡"과 "호기성 호흡"은 진핵 세포의 대사를 논의 할 때 종종 같은 의미로 사용됩니다. 해당 과정은 혐기성 과정이지만 거의 변함없이 마지막 두 개의 세포 호흡 단계로 진행되는 것으로 이해됩니다. 그럼에도 불구하고 세포 호흡에서 포도당의 역할을 요약하자면, 포도당이 없으면 호흡이 멈추고 생명을 잃게됩니다.
효소와 세포 호흡
효소 역할을하는 구형 단백질 촉매 화학 반응에서. 이는 이러한 분자가 효소 없이도 진행되는 반응 속도를 돕지 만 훨씬 더 느리게 진행되는 반응 속도를 돕습니다. 효소가 작용하면 반응이 끝날 때 자체적으로 변하지 않지만 기질이라고 불리는 효소가 작용하는 분자는 설계에 따라 변경됩니다. 반응물 CO와 같은 제품으로 변환 된 포도당과 같은2.
포도당과 ATP는 서로 약간의 화학적 유사성을 가지고 있지만 결합에 저장된 에너지를 사용합니다. 후자 분자의 합성에 동력을 공급하기 위해 전자 분자는 상당한 생화학 적 곡예가 필요합니다. 세포. 거의 모든 세포 반응은 특정 효소에 의해 촉매되며 대부분의 효소는 하나의 반응과 그 기질에 대해 특이 적입니다. Glycolysis, Krebs 회로 및 전자 수송 사슬이 결합 된 것은 약 24 개의 반응과 효소를 특징으로합니다.
초기 당분 해
포도당이 원형질막을 통해 확산되어 세포로 들어가면 즉시 인산염 (P) 그룹에 부착됩니다. 인산화. 이것은 P의 음전하로 인해 세포에서 포도당을 포착합니다. 포도당 -6- 인산 (G6P)을 생성하는이 반응은 효소의 영향으로 발생합니다. 헥소 키나제. (대부분의 효소는 "-ase"로 끝나므로 생물학 세계에서 효소를 다룰 때 매우 쉽게 알 수 있습니다.)
거기에서 G6P는 인산화 된 유형의 설탕으로 재 배열됩니다. 과당, 다른 P가 추가됩니다. 얼마 지나지 않아 6 개의 탄소 분자는 각각 인산염 그룹을 가진 두 개의 3 개의 탄소 분자로 분리됩니다. 이들은 곧 동일한 물질 인 글리 세르 알데히드 -3- 인산염 (G-3-P)으로 배열됩니다.
나중에 당분 해
G-3-P의 각 분자는 일련의 재 배열 단계를 거쳐 3 탄소 분자로 변환됩니다. 피루 베이트이 과정에서 두 분자의 ATP와 한 분자의 고 에너지 전자 운반체 NADH (니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오타이드 또는 NAD +에서 감소됨)가 생성됩니다.
해당 과정의 전반부는 인산화 단계에서 2 개의 ATP를 소비하고 후반부는 총 2 개의 피루 베이트, 2 개의 NADH 및 4 개의 ATP를 생성합니다. 직접 에너지 생산 측면에서 따라서 해당 과정은 포도당 분자 당 2 개의 ATP를 생성합니다.. 이것은 대부분의 원핵 생물에 대해 효과적인 포도당 이용 상한선을 나타냅니다. 진핵 생물에서는 포도당-세포 호흡 쇼가 시작되었을뿐입니다.
크렙스 사이클
그런 다음 피루 베이트 분자는 세포의 세포질에서 소기관 내부로 이동합니다. 미토콘드리아, 자체 이중 원형질막으로 둘러싸여 있습니다. 여기서 피루 베이트는 CO로 분할됩니다.2 및 아세테이트 (CH3COOH-), 아세테이트는 코엔자임 A (CoA)라고하는 B- 비타민 클래스의 화합물에 의해 아세틸 CoA, 다양한 세포 반응에서 중요한 2- 탄소 중간체.
Krebs 회로에 들어가기 위해 아세틸 CoA는 4 개의 탄소 화합물과 반응합니다. 옥 살로 아세테이트 형성 구연산염. 옥 살로 아세테이트는 크렙스 반응에서 생성 된 마지막 분자이자 첫 번째 반응의 기질이기 때문에 시리즈는 "주기"라는 설명을 얻습니다. 주기 6 개의 탄소 구연산염을 5 개의 탄소 분자로 환원 한 다음 일련의 4 개의 탄소 중간체로 환원하는 총 8 개의 반응을 포함합니다. 옥 살로 아세테이트.
크렙스 사이클의 에너지
크렙스 회로에 들어가는 피루 베이트의 각 분자는 두 개 이상의 CO를 생성합니다.2, 1 ATP, 3 NADH 및 NADH와 유사한 전자 운반체 1 개 분자 플라 빈 아데닌 디 뉴클레오타이드, 또는 FADH2.
- Krebs 사이클은 전자 수송 체인이 NADH 및 FADH를 픽업하기 위해 다운 스트림에서 작동하는 경우에만 진행될 수 있습니다.2 그것은 생성합니다. 따라서 세포에 산소를 사용할 수 없으면 Krebs주기가 중지됩니다.
전자 수송 사슬
NADH와 FADH2 이 과정을 위해 내부 미토콘드리아 막으로 이동합니다. 체인의 역할은 산화 적 인산화 ATP가되는 ADP 분자의. 전자 운반체의 수소 원자는 미토콘드리아 막을 가로 질러 전기 화학적 구배를 생성하는 데 사용됩니다. 궁극적으로 전자를 받기 위해 산소에 의존하는이 기울기의 에너지는 ATP 합성에 전력을 공급하는 데 활용됩니다.
포도당의 각 분자는 세포 호흡을 통해 36에서 38 ATP까지 기여합니다. Krebs주기에서 2 개, 전자 수송에서 32 ~ 34 개 (실험실에서 측정하는 방법에 따라 다름) 체인.