Ką duoda glikolizė?

Gyvus daiktus, kurie visi susideda iš vienos ar kelių atskirų ląstelių, galima suskirstyti prokariotai ir eukariotai.

Praktiškai visos ląstelės pasitiki gliukozės jų medžiagų apykaitos poreikiams, o pirmasis šios molekulės skaidymo žingsnis yra vadinamų reakcijų serija glikolizė (pažodžiui, „gliukozės dalijimasis“). Vykdant glikolizę, viena gliukozės molekulė patiria daugybę reakcijų, kad gautų porą piruvato molekulių ir nedidelį energijos kiekį adenozino trifosfatas (ATP).

Tačiau galutinis šių produktų valdymas priklauso nuo ląstelių tipo. Prokariotiniai organizmai nedalyvauja aerobinis kvėpavimas. Tai reiškia, kad prokariotai negali naudoti molekulinio deguonies (O₂). Vietoj to vyksta piruvatas fermentacija (anaerobinis kvėpavimas).

Kai kurie šaltiniai apima glikolizę eukariotų „ląstelių kvėpavimo“ procese, nes tai tiesiogiai vyksta prieš tai aerobinis kvėpavimas (t. y Krebso ciklas ir oksidacinis fosforilinimas elektronų perdavimo grandinė). Griežčiau sakant, pati glikolizė nėra aerobinis procesas vien dėl to, kad ji nepriklauso nuo deguonies ir vyksta nepriklausomai nuo O₂ yra.

Tačiau kadangi glikolizė yra a būtina sąlyga aerobinio kvėpavimo, nes tiekia piruvatą jo reakcijoms, yra natūralu sužinoti apie abi sąvokas iš karto.

Gliukozė yra šešių anglių cukrus, kuris yra svarbiausias pavienis angliavandenis žmogaus biochemijoje. Angliavandeniuose be deguonies yra anglies (C) ir vandenilio (H), o C ir H santykis šiuose junginiuose visada yra 1: 2.

Cukrus yra mažesnis už kitus angliavandenius, įskaitant krakmolą ir celiuliozę. Tiesą sakant, gliukozė dažnai yra pasikartojantis subvienetas arba monomeras, šiose sudėtingesnėse molekulėse. Pati gliukozė nesudaryta iš monomerų ir todėl laikoma monosacharidu („vienas cukrus“).

Gliukozės formulė yra C₆H₁₂O₆. Pagrindinę molekulės dalį sudaro šešiakampis žiedas, turintis penkis C atomus ir vieną iš O atomų. Šeštasis ir paskutinis C atomas egzistuoja šoninėje grandinėje su hidroksilo turinčia metilo grupe (-CH₂OI).

Procesas glikolizė, kuris vyksta kameroje citoplazma, susideda iš 10 atskirų reakcijų.

Paprastai nebūtina prisiminti visų tarpinių produktų ir fermentų pavadinimų. Tačiau naudinga tvirtai suvokti bendrą vaizdą. Taip yra ne tik dėl to, kad glikolizė yra bene vienintelė aktualiausia reakcija gyvenimo Žemėje istorijoje, bet ir dėl to, kad yra žingsniai puikiai iliustruoja daugelį įprastų įvykių ląstelėse, įskaitant fermentų veikimą egzoterminio (energetiškai palankaus) metu reakcijos.

Kai gliukozė patenka į ląstelę, ją padidina fermentas heksokinazė ir fosforilina (tai yra prie jos pridedama fosfatų grupė, dažnai užrašyta Pi). Tai sulaiko molekulę ląstelės viduje, suteikdama jai neigiamą elektrostatinį krūvį.

Ši molekulė persitvarko į fosforilintą fruktozės formą, kuri vėliau atlieka kitą fosforilinimo etapą ir tampa fruktozė-1,6-bisfosfatu. Tada ši molekulė padalijama į dvi panašias trijų anglies molekules, iš kurių viena greitai transformuojama į kitą, gaunant dvi gliceraldehido-3-fosfato molekules.

Ši medžiaga pertvarkoma į kitą dvigubai fosforilintą molekulę, kol ankstyvas fosfatų grupių pridėjimas yra pakeistas nesuderinamais etapais. Kiekviename iš šių etapų reikia: adenozino difosfatas (ADP) vyksta fermento-substrato kompleksu (struktūros, kurią suformuoja bet kuri reakcijos molekulė, ir fermento, sukeliančio reakciją link pabaigos, pavadinimas).

Šis ADP priima fosfatą iš kiekvienos iš trijų esančių anglies molekulių. Galų gale citoplazmoje sėdi dvi piruvato molekulės, paruoštos dislokuoti bet kokiu keliu, į kurį ląstelė reikalauja patekti arba yra pajėgi priimti.

Vienintelis tikrasis glikolizės reagentas yra gliukozės molekulė. Reakcijų serijos metu įvedamos dvi ATP ir NAD + molekulės (nikotinamido adenino dinukleotidas, elektronų nešiklis).

Jūs dažnai matysite visą ląstelių kvėpavimo procesą, kuriame reagentai yra gliukozė ir deguonis, o produktai - anglies dioksidas ir vanduo, kartu su 36 (arba 38) ATP. Bet glikolizė yra tik pirmoji reakcijų serija, kuri galiausiai baigiasi aerobiniu ekstrahavimu tiek daug energijos iš gliukozės.

Iš viso keturios ATP molekulės susidaro reakcijose, kuriose dalyvauja trys anglies glikolizės komponentai - du, konvertuojant 1,3-bisfosfoglicerato molekulių porą į dvi 3-fosfoglicerato molekulių ir dvi fosfoenolpiruvato molekulių porą paverčiant dviem piruvato molekulėmis, glikolizė. Visi jie sintetinami per substrato lygio fosforilinimą, o tai reiškia, kad ATP gaunamas iš tiesioginio neorganinio fosfato (Pi) pridėjimas prie ADP, o ne susidaro dėl kažkokio kito procesą.

Glikolizės pradžioje reikia dviejų ATP, pirmiausia, kai gliukozė fosforilinama iki gliukozės-6-fosfato, ir po dviejų žingsnių, kai fruktozė-6-fosfatas fosforilinamas iki fruktozės-1,6-bisfosfato. Taigi grynasis ATP padidėjimas glikolizės metu dėl vienos proceso gliukozės molekulės yra dvi molekulės, kurias lengva atsiminti, jei susiejate ją su piruvato molekulių skaičiumi sukurta.

Be to, pertvarkant gliceraldehido-3-fosfatą į 1,3-bisfosfogliceratą, dvi NAD + molekulės redukuojamos į dvi NADH, pastarasis tarnauja kaip netiesioginis energijos šaltinis, nes jie, be kitų procesų, dalyvauja aerobikos reakcijose. kvėpavimas.

Trumpai tariant, grynasis glikolizės derlius yra 2 ATP, 2 piruvatas ir 2 NADH. Tai yra vos dvidešimtoji ATP dalis, gaunama aerobinio kvėpavimo metu, bet todėl, kad prokariotai paprastai yra daug mažesni ir ne tokie sudėtingi, kaip eukariotai, turintys mažesnius medžiagų apykaitos reikalavimus, jie sugeba susitvarkyti, nepaisant šio ne tokio idealo schema.

(Kitas būdas pažvelgti į tai, žinoma, yra tas, kad trūksta aerobinis kvėpavimas bakterijose neleido jiems virsti didesniais, įvairesniais padarais, kas jam svarbu.)

Prokariotuose, kai glikolizės kelias yra baigtas, organizmas suvaidino beveik kiekvieną metabolizmo kortelę, kurią jis turėjo. Piruvatas gali būti toliau metabolizuojamas į laktatą fermentacijaarba anaerobinis kvėpavimas. Fermentacijos tikslas nėra gaminti laktatą, bet regeneruoti NAD + iš NADH, kad jis galėtų būti naudojamas glikolizėje.

(Atkreipkite dėmesį, kad tai skiriasi nuo alkoholio fermentacija, kuriame etanolis yra gaminamas iš piruvato veikiant mielėms.)

Eukariotuose didžioji dalis piruvato patenka į pirmąjį aerobinio kvėpavimo etapų rinkinį: Krebso ciklą, dar vadinamą trikarboksirūgšties (TCA) ciklu arba citrinos ir rūgšties ciklą. Tai įvyksta mitochondrijos, kur piruvatas virsta dviejų anglies junginių acetilkoenzimu A (CoA) ir anglies dioksidu (CO₂).

Šio aštuonių pakopų ciklo vaidmuo yra pagaminti daugiau didelės energijos elektronų nešiklių tolesnėms reakcijoms - 3 NADH, vienas FADH₂ (sumažintas flavino adenino dinukleotidas) ir vienas GTP (guanozino trifosfatas).

Kai jie patenka į mitochondrijų membranos elektronų transportavimo grandinę, procesas, vadinamas oksidacine fosforilacija, perstumia elektronus iš šių didelės energijos nešėjai deguonies molekulėms, o galutinis rezultatas yra 36 (arba galbūt 38) ATP molekulių gamyba vienoje gliukozės molekulėje "prieš srovę".

Kur kas didesnis aerobinio metabolizmo efektyvumas ir išeiga iš esmės paaiškina visus pagrindinius skirtumus šiandien tarp prokariotų ir eukariotų, kurių ankstesnieji buvo ankstesni ir manoma, kad jie sukėlė pastarasis.