Wat is nodig om glycolyse te laten beginnen?

glycolyse is het proces van het afleiden van energie in de vorm van ATP (adenosinetrifosfaat) van het suikermolecuul met zes koolstofatomen glucose (C₆H₁₂O₆). Deze reeks van tien snelvuurreacties komt voor in alle cellen in de natuur. In eencellige organismen zoals bacteriën is het bijna altijd de enige bron van cellulaire energie.

In meercellige organismen zoals dieren, planten en schimmels die de cellulaire apparatuur hebben om zuurstof te gebruiken bij hun reacties, is glycolyse slechts de eerste stap van cellulaire ademhaling. Per molecuul glucose produceert de cellulaire ademhaling als geheel 36 tot 38 ATP, en glycolyse alleen produceert slechts twee ATP.

Nadat een glucosemolecuul door het celmembraan in een cel is gediffundeerd, heeft het een paar fosfaatgroepen eraan vastgemaakt tijdens het herschikken. Het wordt dan in tweeën gesplitst en de resulterende identieke drie-koolstofmoleculen worden uiteindelijk pyruvaat. De netto winst van glycolyse is twee ATP.

Op een meer granulair niveau is glycolyse de extractie van energie die wordt vastgehouden in de bindingen van glucosemoleculen voor: het gebruik van die energie door de cel, waarbij de kosten voor het glucosemolecuul tot iets worden afgebroken anders.

De tien verschillende reacties van glycolyse vereisen allemaal hun eigen gespecialiseerde enzymen, dit zijn eiwitten die de reacties in cellen enorm versnellen. De cel kan de snelheid van glycolyse, en dus de snelheid van de beschikbaarheid van energie, regelen door bepaalde enzymen meer of minder beschikbaar te maken.

Alleen glucose is nodig als reactant helemaal aan het begin van de glycolyse, maar onderweg moeten twee ATP worden geleverd om het proces naar het middelpunt te brengen. Nadat het molecuul is gesplitst, vereist het proces een constante toevoer van NAD⁺ verder gaan.

Met name zuurstof is niet vereist voor glycolyse, en bij afwezigheid kan glycolyse in stand worden gehouden door fermentatie. Dit proces zet pyruvaat om in lactaat en levert daarbij de broodnodige NAD⁺ tot glycolyse door de omzetting van NADH₂.

Wanneer glucose een cel binnenkomt, wordt het gefosforyleerd (d.w.z. er is een fosfaat aan gehecht door een enzym). Het wordt vervolgens herschikt tot een andere suiker met zes koolstofatomen, fructose. Dit molecuul wordt een tweede keer gefosforyleerd bij een ander koolstofatoom, waarna de eerste fase van de glycolyse is voltooid.

Dit wordt vaak de "investeringsfase" van glycolyse, want hoewel het algemene resultaat de levering van energie is, moet de cel eerst een bescheiden verlies lijden. De twee ATP's die nodig zijn om in deze fase fosfaten te leveren zijn dus een investering, maar wel een die altijd loont.

In het begin van de zogenaamde "terugkeerfase", het dubbel gefosforyleerde fructosemolecuul met zes koolstofatomen wordt gesplitst in twee zeer vergelijkbare moleculen met drie koolstofatomen, elk met zijn eigen fosfaatgroep; het ene wordt allemaal snel omgezet in het andere, glyceraldehyde-3-fosfaat.

De nu identieke moleculen worden herschikt en gefosforyleerd en een paar keer herschikt tot pyruvaat (C₃H₄O₃). In de laatste reacties, waarvoor NAD. nodig is⁺, de tweelingmoleculen geven hun fosfaten af ​​in de naam van ATP, wat betekent dat deze fase vier ATP produceert. Aldus levert glycolyse in totaal twee ATP op na rekening te hebben gehouden met de twee ATP die in de eerste fase zijn "gebruikt".

Uiteindelijk zijn de producten van glycolyse pyruvaat, NADH₂, twee vrijgekomen waterstofatomen en ATP. Aangezien het oorspronkelijke product alleen glucose is en ATP later verschijnt, is de algemene vergelijking voor glycolyse:

C₆H₁₂O₆ + 2 ATP + 2 NAD+ 2 C₃H₄O₃ + 4 ATP + 2 NADH + 2 H⁺

Het pyruvaat gaat vervolgens naar de mitochondriën voor aërobe ademhaling als er voldoende zuurstof aanwezig is (wat bij mensen meestal het geval is) maar in het cytoplasma blijft voor fermentatie om lactaat te geven als het zuurstofniveau onvoldoende is.