Kas atlieka glikolizę?

Glikolizė yra universalus procesas tarp gyvybės formų Žemės planetoje. Nuo paprasčiausių vienaląsčių bakterijų iki didžiausių banginių jūroje, visi organizmai - tiksliau, kiekviena jų ląstelė - naudoja šešių anglių cukraus molekulę gliukozės kaip energijos šaltinis.

Glikolizė yra 10 biocheminių reakcijų rinkinys, kuris yra pradinis žingsnis link visiško gliukozės skaidymo. Daugelyje organizmų tai taip pat yra paskutinis ir todėl vienintelis žingsnis.

Glikolizė yra pirmasis iš trijų etapų ląstelinis kvėpavimas taksonomikos (t. y. gyvenimo klasifikavimo) srityje Eukariota (arba eukariotai), įskaitant gyvūnus, augalus, protistus ir grybus.

Srityse bakterijos ir archėjos, kurios kartu sudaro daugiausia vienaląsčius organizmus, vadinamus prokariotai, glikolizė yra vienintelė metabolinė paroda mieste, nes jų ląstelėms trūksta mechanizmų, kad būtų galima atlikti ląstelių kvėpavimą iki jo pabaigos.

Visa reakcija, kurią apima atskiri glikolizės etapai, yra:

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_i → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H⁺ + 2 H₂O

Žodžiu, tai reiškia, kad gliukozė, elektronų nešėjas nikotinamido adenino dinukleotidas, adenozino difosfatas ir neorganinis fosfatas (P_i) sujungti į piruvatą, adenozino trifosfatas, redukuota nikotinamido adenino dinukleotido ir vandenilio jonų (kuriuos galima laikyti elektronais) forma.

Atkreipkite dėmesį, kad deguonis šioje lygtyje nėra, nes glikolizė gali vykti be O₂. Tai gali būti painiavos taškas, nes kadangi glikolizė yra būtinas aerobinių segmentų pirmtakas ląstelių kvėpavimas eukariotuose („aerobinis“ reiškia „su deguonimi“), jis dažnai klaidingai vertinamas kaip aerobinis procesą.

Gliukozė yra angliavandenis, o tai reiškia, kad jo formulė numato dviejų vandenilio atomų santykį kiekvienam anglies ir deguonies atomui: C_nH_2nO_n. Tai cukrus ir konkrečiai a monosacharidas, tai reiškia, kad jo negalima skaidyti į kitus cukrus, kaip ir cukrų disacharidai sacharozė ir galaktozė. Ji apima šešių atomų žiedo formą, iš kurių penki atomai yra anglis, o vienas - deguonis.

Gliukozę organizme galima laikyti kaip polimerą, vadinamą glikogenas, kuris yra ne kas kita, kaip ilgos atskirų gliukozės molekulių grandinės arba lakštai, sujungti vandenilio jungtimis. Glikogenas daugiausia kaupiasi kepenyse ir raumenyse.

Sportininkai, kurie pirmenybę teikia tam tikriems raumenims (pvz., Maratonininkai, besiremiantys keturgalviais ir blauzdikauliais) raumenys) per treniruotes prisitaiko, kad kauptų neįprastai didelį kiekį gliukozės, dažnai vadinamos „angliavandenių pakrovimu“.

Adenozino trifosfatas (ATP) yra visų gyvų ląstelių „energijos valiuta“. Tai reiškia, kad kai maistas suvalgomas ir suskaidomas į gliukozę prieš patekant į ląsteles, galutinis gliukozės metabolizmo tikslas yra ATP sintezė - procesas, kurį lemia energija, išsiskirianti, kai gliukozės ryšiai ir molekulės, į kurias ji pasikeičia, atliekant glikolizę ir aerobinis kvėpavimas yra suskaidyti.

Per šias reakcijas sukurtas ATP naudojamas pagrindiniams kasdieniams kūno poreikiams, tokiems kaip audinių augimas ir atstatymas, taip pat fiziniams pratimams. Didėjant fizinio krūvio intensyvumui, kūnas pereina nuo riebalų ar trigliceridų deginimo (per oksidaciją riebalų rūgščių) iki deginančios gliukozės, nes pastarasis procesas lemia daugiau ATP susidarymą vienai molekulei kuras.

Praktiškai visos biocheminės reakcijos priklauso nuo specializuotų baltymų molekulių, vadinamų, pagalba fermentai Pereiti.

Fermentai yra katalizatoriai, tai reiškia, kad jie pagreitina reakcijas - kartais milijonu ar daugiau - nepakeisdami savęs. Paprastai jie vadinami molekulėmis, kurias veikia ir kurių pabaigoje yra „-azė“, pavyzdžiui, „fosfoglukozės izomerazė“, kuri pertvarko gliukozės-6-fosfato atomus į fruktozės-6-fosfatą.

(Izomerai yra tie patys atomai, bet skirtingos struktūros junginiai, analogiški anagrammoms žodžių pasaulyje.)

Dauguma fermentai žmogaus reakcijose atitinka „vienas prie vieno“ taisyklę, tai reiškia, kad kiekvienas fermentas katalizuoja tam tikrą reakciją, ir atvirkščiai, kad kiekvieną reakciją gali katalizuoti tik vienas fermentas. Šis specifiškumo lygis padeda ląstelėms griežtai reguliuoti reakcijų greitį ir, be to, skirtingų produktų kiekį, kurį pagaminama ląstelėje bet kuriuo metu.

Kai gliukozė patenka į ląstelę, pirmiausia įvyksta tai, kad ji fosforilinama - tai yra, fosfato molekulė yra prijungta prie vieno iš gliukozės anglies. Tai suteikia neigiamą molekulės krūvį, efektyviai sulaikydamas jį ląstelėje. Tai gliukozės-6-fosfatas tada izomerizuojamas, kaip aprašyta aukščiau, į fruktozės-6-fosfatas, po kurio dar vienas fosforilinimo etapas tampa fruktozė-1,6-bisfosfatas.

Kiekvienas iš fosforilinimo etapų apima fosfato pašalinimą iš ATP, paliekant adenozino difosfatas (ADP) už nugaros. Tai reiškia, kad nors glikolizės tikslas yra pagaminti ATP ląstelėms naudoti, tai apima 2 ATP "pradinę kainą" vienai gliukozės molekulei, patenkančiai į ciklą.

Tada fruktozė-1,6-bisfosfatas padalijamas į dvi trijų anglies molekules, kurių kiekviena turi savo fosfatą. Vienas iš šių, dihidroksiacetono fosfatas (DHAP), yra trumpalaikis, nes greitai virsta kitu, gliceraldehido-3-fosfatas. Taigi nuo šio momento kiekviena išvardyta reakcija iš tikrųjų įvyksta du kartus kiekvienai gliukozės molekulei, kuri patenka į glikolizę.

Gliceraldehido-3-fosfatas paverčiamas į 1,3-difosfogliceratas pridedant fosfato į molekulę. Užuot gautas iš ATP, šis fosfatas egzistuoja kaip laisvas arba neorganinis (t. Y. Trūksta ryšio su anglimi) fosfatas. Tuo pačiu metu, NAD⁺ yra paverčiamas NADH.

Kituose etapuose du fosfatai pašalinami iš trijų anglies molekulių serijos ir pridedami prie ADP, kad būtų sukurtas ATP. Kadangi tai įvyksta du kartus kiekvienoje pradinėje gliukozės molekulėje, iš viso šioje „atsipirkimo“ fazėje susidaro 4 ATP. Kadangi „investavimo“ fazei reikėjo įvesti 2 ATP, bendras ATP padidėjimas vienoje gliukozės molekulėje yra 2 ATP.

Pavyzdžiui, po 1,3-difosfoglicerato reakcijos molekulės yra 3-fosfogliceratas, 3-fosfogliceratas, fosfoenolpiruvatas ir, galiausiai piruvatas.

Eukariotuose piruvatas gali pereiti vieną iš dviejų post-glikolizės būdų, priklausomai nuo to, ar yra pakankamai deguonies, kad aerobinis kvėpavimas galėtų vykti. Jei taip yra, tai paprastai būna, kai pagrindinis organizmas ilsisi ar lengvai sportuoja, piruvatas pašalinamas iš citoplazmos, kur vyksta glikolizė, į organelius („mažus organus“) paskambino mitochondrijos.

Jei ląstelė priklauso prokariotui arba labai darbščiam eukariotui - tarkime, žmogus, bėgantis visą pusę mylios ar intensyviai keliantis svorį, - piruvatas virsta laktatu. Nors daugumoje ląstelių pats laktatas negali būti naudojamas kaip kuras, ši reakcija sukuria NAD⁺ iš NADH, tokiu būdu leidžiant glikolizei tęsti „prieš srovę“ tiekiant kritinį NAD šaltinį⁺.

Šis procesas yra žinomas kaip pieno rūgšties fermentacija.

Ląstelinio kvėpavimo aerobinės fazės, vykstančios mitochondrijose, vadinamos Krebso ciklas ir elektronų perdavimo grandinėir jie vyksta tokia tvarka. Krebso ciklas (dažnai vadinamas citrinos rūgšties ciklu arba trikarboksirūgšties ciklu) klostosi mitochondrijų viduryje, tuo tarpu elektronų perdavimo grandinė vyksta ant mitochondrijų membranos, formuojančios jos ribą su citoplazma.

Grynoji ląstelių kvėpavimo reakcija, įskaitant glikolizę, yra:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 38 ATP

Krebso ciklas prideda 2 ATP, o elektronų pernešimo grandinė - milžinišką 34 ATP, iš viso 38 ATP vienai gliukozės molekulei, visiškai suvartotai (2 + 2 + 34) trijuose medžiagų apykaitos procesuose.