Dzīvās būtnes, kuras visas sastāv no vienas vai vairākām atsevišķām šūnām, var iedalīt prokariotes un eikarioti.
Praktiski visas šūnas paļaujas glikoze vielmaiņas vajadzībām, un pirmais solis šīs molekulas sadalīšanā ir izsaukto reakciju virkne glikolīze (burtiski "glikozes sadalīšana"). Glikolīzē vienai glikozes molekulai notiek virkne reakciju, lai iegūtu piruvāta molekulu pāri un nelielu enerģijas daudzumu adenozīna trifosfāts (ATP).
Šo produktu galīgā apstrāde tomēr atšķiras atkarībā no šūnu veida. Prokariotu organismi nepiedalās aerobā elpošana. Tas nozīmē, ka prokariotes nevar izmantot molekulāro skābekli (O2). Tā vietā notiek piruvāts fermentācija (anaerobā elpošana).
Daži avoti ietver glikolīzi eikariotu "šūnu elpošanas" procesā, jo tas tieši notiek pirms tā aerobikas elpošana (t.i., Krebsa cikls un oksidatīvā fosforilēšana elektronu transporta ķēde). Stingrāk sakot, pati glikolīze nav aerobs process tikai tāpēc, ka tas nav atkarīgs no skābekļa un notiek neatkarīgi no tā, vai ir O2 ir klāt.
Tomēr, tā kā glikolīze ir a priekšnoteikums aerobās elpošanas, jo tā nodrošina piruvātu tās reakcijām, ir dabiski uzzināt par abiem jēdzieniem uzreiz.
Kas īsti ir glikoze?
Glikoze ir sešu ogļu cukurs, kas cilvēka bioķīmijā kalpo kā vissvarīgākais atsevišķais ogļhidrāts. Ogļhidrāti papildus skābeklim satur oglekli (C) un ūdeņradi (H), un C un H attiecība šajos savienojumos vienmēr ir 1: 2.
Cukuri ir mazāki nekā citi ogļhidrāti, ieskaitot cieti un celulozi. Faktiski glikoze bieži ir atkārtota apakšvienība vai monomērs, šajās sarežģītākajās molekulās. Pati glikoze nesastāv no monomēriem, un kā tādu to uzskata par monosaharīdu ("viens cukurs").
Glikozes formula ir C6H12O6. Molekulas galveno daļu veido sešstūrains gredzens, kas satur piecus C atomus un vienu no O atomiem. Sestais un pēdējais C atoms pastāv sānu ķēdē ar hidroksilu saturošu metilgrupu (-CH2OH).
Glikolīzes ceļš
Process glikolīze, kas notiek kamerā citoplazma, sastāv no 10 individuālām reakcijām.
Parasti nav nepieciešams atcerēties visu starpproduktu un fermentu nosaukumus. Bet, ja ir pārliecība par kopējo ainu, ir noderīgi. Tas notiek ne tikai tāpēc, ka glikolīze, iespējams, ir visatbilstošākā reakcija Zemes dzīves vēsturē, bet arī soļi lieliski ilustrē vairākus kopīgus notikumus šūnās, ieskaitot enzīmu darbību eksotermiskā (enerģētiski labvēlīgā) laikā reakcijas.
Kad glikoze nonāk šūnā, to pastiprina enzīms heksokināze un fosforilē (tas ir, tam tiek pievienota fosfātu grupa, bieži uzrakstīta Pi). Tas aiztur molekulu šūnas iekšienē, piešķirot tai negatīvu elektrostatisko lādiņu.
Šī molekula pārkārtojas par fosforilētu fruktozes formu, kurai pēc tam veic vēl vienu fosforilēšanas posmu un kļūst par fruktozes-1,6-bifosfātu. Pēc tam šī molekula tiek sadalīta divās līdzīgās trīs oglekļa molekulās, no kurām viena tiek ātri pārveidota par otru, iegūstot divas gliceraldehīda-3-fosfāta molekulas.
Šī viela tiek pārkārtota citā divreiz fosforilētā molekulā, pirms agrīnā fosfātu grupu pievienošana tiek mainīta secīgos posmos. Katrā no šīm darbībām molekula adenozīna difosfāts (ADP) notiek ar fermentu-substrātu kompleksu (nosaukums struktūrai, ko veido jebkura molekula, kas reaģē, un ferments, kas izraisa reakciju uz pabeigšanu).
Šis ADP pieņem fosfātu no katras esošās trīs oglekļa molekulas. Galu galā citoplazmā sēž divas piruvāta molekulas, kas ir gatavas izvietošanai uz jebkuru ceļu, kurā šūna prasa tai iekļūt vai spēj uzņemt.
Glikolīzes kopsavilkums: Ieejas un izejas
Vienīgais patiesais glikolīzes reaģents ir glikozes molekula. Reakciju sērijas laikā tiek ievadītas divas ATP un NAD + molekulas (nikotīnamīda adenīna dinukleotīds, elektronu nesējs).
Jūs bieži redzēsiet pilnu šūnu elpošanas procesu, kurā reaģenti ir uzskaitīti ar glikozi un skābekli, kā produkti - oglekļa dioksīdu un ūdeni, kā arī ar 36 (vai 38) ATP. Bet glikolīze ir tikai pirmā reakciju sērija, kas galu galā beidzas ar šīs daudzās enerģijas aerobo ekstrakciju no glikozes.
Kopā četras ATP molekulas rodas reakcijās, kurās iesaistīti glikolīzes trīs oglekļa komponenti - divi, pārvēršot 1,3-bisfosfoglicerāta molekulu pāri par diviem 3 fosfoglicerāta molekulas un divas fosfoenolpiruvāta molekulu pāra pārveidošanas laikā par divām piruvāta molekulām, kas apzīmē glikolīze. Tie visi tiek sintezēti, izmantojot substrāta līmeņa fosforilēšanu, kas nozīmē, ka ATP nāk no tiešās neorganiskā fosfāta (Pi) pievienošana ADP, nevis veidojas kāda cita rezultātā process.
Glikolīzes sākumā ir nepieciešami divi ATP, vispirms, kad glikoze tiek fosforilēta par glikozes-6-fosfātu, un pēc tam divas darbības vēlāk, kad fruktoze-6-fosfāts tiek fosforilēts par fruktozes-1,6-bifosfātu. Tādējādi neto pieaugums ATP glikolīzē, kā rezultātā notiek viena glikozes molekula, kas tiek pakļauta procesam divas molekulas, ko ir viegli atcerēties, ja to saista ar piruvāta molekulu skaitu izveidots.
Turklāt, pārveidojot gliceraldehīda-3-fosfātu par 1,3-bisfosfoglicerātu, divas NAD + molekulas tiek reducētas par divām NADH, kur pēdējais kalpo kā netiešs enerģijas avots, jo tie piedalās citu procesu aerobās reakcijās. elpošana.
Īsāk sakot, glikolīzes neto raža ir 2 ATP, 2 piruvāts un 2 NADH. Tas ir tikko vien divdesmitais ATP daudzums, kas rodas aerobā elpošanā, bet tāpēc, ka prokarioti parasti ir daudz mazāki un mazāk sarežģīti nekā eikarioti, ar mazākām vielmaiņas prasībām, viņi spēj iztikt, neskatoties uz šo ne tik ideālo shēma.
(Cits veids, kā to apskatīt, protams, ir tas, ka tas nav aerobā elpošana baktērijās ir atturējis viņus no lielākiem, daudzveidīgākiem radījumiem, ņemot vērā to, kas tam ir svarīgi.)
Glikolīzes produktu liktenis
Prokariotos, kad glikolīzes ceļš ir pabeigts, organisms ir spēlējis gandrīz katru vielmaiņas kārti, kas tam ir. Piruvātu var tālāk metabolizēt par laktātu fermentācijavai anaerobā elpošana. Fermentācijas mērķis nav laktāta ražošana, bet gan NAD + reģenerācija no NADH, lai to varētu izmantot glikolīzē.
(Ņemiet vērā, ka tas atšķiras no spirta fermentācija, kurā raugs ietekmē no piruvāta tiek iegūts etanols.)
Eikariotos lielākā daļa piruvāta nonāk pirmajā aerobās elpošanas pakāpju komplektā: Krebsa ciklā, ko dēvē arī par trikarboksilskābes (TCA) ciklu vai citronskābes ciklu. Tas notiek mitohondrijoskur piruvāts tiek pārvērsts par divu oglekļa savienojumu acetilkoenzīmu A (CoA) un oglekļa dioksīdu (CO2).
Šī astoņu pakāpju cikla uzdevums ir radīt vairāk augstas enerģijas elektronu nesēju turpmākajām reakcijām - 3 NADH, viens FADH2 (samazināts flavīna adenīna dinukleotīds) un viens GTP (guanozīna trifosfāts).
Kad tie nonāk mitohondriju membrānas elektronu transporta ķēdē, process, ko sauc par oksidatīvo fosforilēšanu, pārvieto elektronus no šiem augstas enerģijas nesēji skābekļa molekulām, kā rezultātā 36 (vai, iespējams, 38) ATP molekulu ražošana uz vienu glikozes molekulu "augšpus straumes".
Daudz lielāka aerobā metabolisma efektivitāte un ražība būtībā izskaidro visas pamata atšķirības šodien starp prokariotiem un eikariotiem, iepriekšējie iepriekšējie un domājams, ka tie ir radījuši pēdējais.