Kas veic glikolīzi?

Glikolīze ir universāls process uz Zemes planētas dzīvības formām. Sākot no vienkāršākajām vienšūnu baktērijām līdz lielākajiem vaļiem jūrā, visi organismi - precīzāk, katra no šūnām - izmanto sešu oglekļa cukura molekulu glikoze kā enerģijas avots.

Glikolīze ir 10 bioķīmisko reakciju kopums, kas kalpo kā pirmais solis ceļā uz pilnīgu glikozes sadalīšanos. Daudzos organismos tas ir arī pēdējais un tāpēc vienīgais solis.

Glikolīze ir pirmā no trim stadijām šūnu elpošana taksonomikas (t.i., dzīves klasifikācijas) jomā Eukariota (vai eikarioti), kas ietver dzīvniekus, augus, protistus un sēnītes.

Domēnos baktērijas un arhejas, kas kopā veido lielākoties vienšūnu organismus, ko sauc prokariotes, glikolīze ir vienīgā vielmaiņas izstāde pilsētā, jo to šūnām trūkst mehānismu, lai veiktu šūnu elpošanu līdz tās pabeigšanai.

Pilnīga reakcija, ko aptver atsevišķi glikolīzes posmi, ir:

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

Vārdos tas nozīmē, ka glikoze, elektrotransportlīdzekļa nikotinamīda adenīna dinukleotīds, adenozīna difosfāts un neorganiskais fosfāts (P

Ņemiet vērā, ka skābeklis šajā vienādojumā neparādās, jo glikolīze var turpināties bez O₂. Tas var radīt neskaidrības, jo, tā kā glikolīze ir nepieciešams priekšgājējs šūnu elpošana eikariotos ("aerobā" nozīmē "ar skābekli"), to bieži kļūdaini uzskata par aerobu process.

Glikoze ir ogļhidrāts, kas nozīmē, ka tā formula pieņem divu ūdeņraža atomu attiecību katram oglekļa un skābekļa atomam: C_nH_2nO_n. Tas ir cukurs un īpaši a monosaharīds, kas nozīmē, ka to nevar sadalīt citos cukuros, tāpat kā cukuru disaharīdi saharoze un galaktoze. Tas ietver sešu atomu gredzena formu, no kuriem pieci atomi ir ogleklis un viens no tiem ir skābeklis.

Glikozi organismā var uzglabāt kā polimēru, ko sauc glikogēns, kas ir nekas cits kā atsevišķu glikozes molekulu garas ķēdes vai loksnes, kuras savieno ūdeņraža saites. Glikogēns galvenokārt tiek uzglabāts aknās un muskuļos.

Sportisti, kuri priekšroku dod noteiktiem muskuļiem (piemēram, maratonisti, kuri paļaujas uz četrgalvu un teļu muskuļi) apmācības laikā pielāgojas, lai uzglabātu neparasti lielu daudzumu glikozes, ko bieži dēvē par "ogļhidrātu".

Adenozīna trifosfāts (ATP) ir visu dzīvo šūnu "enerģijas valūta". Tas nozīmē, ka tad, kad pārtika tiek apēsta un sadalīta glikozē pirms iekļūšanas šūnās, glikozes metabolisma galvenais mērķis ir ATP sintēze - process, ko virza enerģija, kas izdalās, kad saites glikozē un tās molekulās tiek pārveidotas glikolīzē un aerobā elpošana ir sadalīti.

Šo reakciju rezultātā iegūtais ATP tiek izmantots ķermeņa pamatvajadzībām, piemēram, audu augšanai un atjaunošanai, kā arī fiziskiem vingrinājumiem. Palielinoties slodzes intensitātei, ķermenis pāriet no tauku vai triglicerīdu dedzināšanas (oksidējoties taukskābju koncentrācija) līdz glikozes sadedzināšanai, jo pēdējā procesa rezultātā uz A degviela.

Praktiski visas bioķīmiskās reakcijas ir atkarīgas no specializēto olbaltumvielu molekulu palīdzības fermenti lai turpinātu.

Fermenti ir katalizatori, kas nozīmē, ka tie paātrina reakcijas - dažreiz ar miljonu vai vairāk -, nemainot sevi reakcijā. Parasti tos sauc par molekulām, uz kurām tie iedarbojas, un to beigās ir "-āze", piemēram, "fosfoglukozes izomerāze", kas pārkārto glikozes-6-fosfāta atomus par fruktozes-6-fosfātu.

(Izomēri ir savienojumi ar vienādiem atomiem, bet atšķirīgu struktūru, līdzīgi kā anagrammām vārdu pasaulē.)

Lielākā daļa fermenti cilvēka reakcijās atbilst noteikumam "viens pret vienu", kas nozīmē, ka katrs ferments katalizē noteiktu reakciju, un otrādi, ka katru reakciju var katalizēt tikai viens ferments. Šis specifiskuma līmenis palīdz šūnām cieši regulēt reakciju ātrumu un, papildus tam, šūnā saražoto dažādu produktu daudzumu jebkurā laikā.

Kad glikoze nonāk šūnā, vispirms notiek tā fosforilēšana - tas ir, fosfāta molekula ir pievienota vienam no glikozes ogļūdeņražiem. Tas piešķir negatīvu lādiņu molekulai, efektīvi to notverot šūnā. Šis glikoze-6-fosfāts pēc tam tiek izomerizēts kā aprakstīts iepriekš fruktozes-6-fosfāts, kas pēc tam iziet vēl vienu fosforilēšanas posmu, lai kļūtu fruktoze-1,6-bifosfāts.

Katrs no fosforilēšanas posmiem ietver fosfāta noņemšanu no ATP, atstājot adenozīna difosfāts (ADP) aiz muguras. Tas nozīmē, ka, lai arī glikolīzes mērķis ir ATP ražošana šūnas lietošanai, tas ietver "sākuma izmaksas" 2 ATP uz vienu glikozes molekulu, kas nonāk ciklā.

Tad fruktozes-1,6-bifosfāts tiek sadalīts divās trīs oglekļa molekulās, no kurām katrai ir pievienots savs fosfāts. Viens no šiem, dihidroksiacetona fosfāts (DHAP), ir īslaicīgs, jo ātri tiek pārveidots par otru, gliceraldehīd-3-fosfāts. Tādējādi no šī brīža katra uzskaitītā reakcija faktiski notiek divas reizes katrai glikozes molekulai, kas nonāk glikolīzē.

Gliceraldehīda-3-fosfāts tiek pārveidots par 1,3-difosfoglicerāts pievienojot molekulai fosfātu. Šis fosfāts, nevis iegūts no ATP, pastāv kā brīvs vai neorganisks (t.i., trūkst saites ar oglekli) fosfāts. Tajā pašā laikā NAD⁺ tiek pārveidots par NADH.

Nākamajās darbībās abi fosfāti tiek noņemti no trīs oglekļa molekulu sērijas un pievienoti ADP, lai radītu ATP. Tā kā tas notiek divas reizes vienā sākotnējā glikozes molekulā, šajā "izmaksu" fāzē tiek izveidoti kopumā 4 ATP. Tā kā "investīciju" fāzei vajadzēja ievadīt 2 ATP, kopējais ATP pieaugums uz vienu glikozes molekulu ir 2 ATP.

Atsauces nolūkā reakcijas molekulas pēc 1,3-difosfoglicerāta ir 3-fosfoglicerāts, 3-fosfoglicerāts, fosfoenolpiruvāts un visbeidzot piruvāts.

Pēc tam eirariotos piruvāts var pāriet uz vienu no diviem post-glikolīzes ceļiem atkarībā no tā, vai ir pietiekami daudz skābekļa, lai varētu turpināt aerobo elpošanu. Ja tā ir, kas parasti notiek, ja vecākais organisms atpūšas vai viegli vingro, piruvāts tiek aizvests no citoplazmas, kur notiek glikolīze, organellos ("mazie orgāni") sauca mitohondrijos.

Ja šūna pieder prokariotam vai ļoti strādīgam eikariotam - teiksim, cilvēks, kurš skrien visu jūdzi vai intensīvi paceļ svaru - piruvāts tiek pārveidots par laktātu. Lai gan vairumā šūnu pašu laktātu nevar izmantot kā degvielu, šī reakcija rada NAD⁺ no NADH, tādējādi ļaujot glikolīzei turpināt "augšpus straumes", piegādājot kritisko NAD avotu⁺.

Šis process ir pazīstams kā pienskābes fermentācija.

Šūnu elpošanas aerobās fāzes, kas notiek mitohondrijos, sauc par Krebsa cikls un elektronu transporta ķēde, un tie notiek šādā secībā. The Krebsa cikls (ko bieži sauc par citronskābes ciklu vai trikarboksilskābes ciklu) attīstās mitohondriju vidū, turpretī elektronu transporta ķēde notiek uz mitohondriju membrānas, kas veido tās robežu ar citoplazmu.

Šūnu elpošanas, ieskaitot glikolīzi, neto reakcija ir:

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

Krebsa cikls pievieno 2 ATP, un elektronu transporta ķēde ir milzīga 34 ATP, kopā 38 ATP uz vienu glikozes molekulu, kas pilnībā patērēta (2 + 2 + 34) trijos metabolisma procesos.