Wat is het brugstadium van glycolyse?

Alle organismen maken gebruik van een molecuul genaamd glucose en een proces genaamd glycolyse om in sommige of al hun energiebehoeften te voorzien. Voor eencellige prokaryotische organismen, zoals bacteriën, is dit het enige proces dat beschikbaar is voor het genereren van ATP (adenosinetrifosfaat, de "energievaluta" van cellen).

eukaryote organismen (dieren, planten en schimmels) hebben meer geavanceerde cellulaire machines en kunnen veel meer uit een glucosemolecuul halen - meer dan vijftien keer zoveel ATP zelfs. Dit komt omdat deze cellen gebruikmaken van cellulaire ademhaling, die in zijn geheel glycolyse plus aerobe ademhaling is.

Een reactie waarbij: oxidatieve decarboxylering in cellulaire ademhaling genaamd de brug reactie dient als een verwerkingscentrum tussen de strikt anaërobe reacties van glycolyse en de twee stappen van aerobe ademhaling die plaatsvinden in de mitochondriën. Deze brugfase, meer formeel pyruvaatoxidatie genoemd, is dus essentieel.

Bij glycolyse zet een reeks van tien reacties in het celcytoplasma het suikermolecuul met zes koolstofatomen om glucose in twee moleculen pyruvaat, een verbinding met drie koolstofatomen, terwijl in totaal twee ATP moleculen. In het eerste deel van de glycolyse, de investeringsfase genoemd, zijn er eigenlijk twee ATP nodig om de reacties te verplaatsen terwijl in het tweede deel, de retourfase, dit ruimschoots gecompenseerd wordt door de synthese van vier ATP moleculen.

Investeringsfase: Glucose heeft een fosfaatgroep eraan vastgemaakt en wordt vervolgens herschikt tot een fructosemolecuul. Aan dit molecuul is op zijn beurt een fosfaatgroep toegevoegd, en het resultaat is een dubbel gefosforyleerd fructosemolecuul. Dit molecuul wordt vervolgens gesplitst en wordt twee identieke drie-koolstofmoleculen, elk met een eigen fosfaatgroep.

Terugkeerfase: Elk van de twee drie-koolstofmoleculen heeft hetzelfde lot: er is een andere fosfaatgroep aan vastgemaakt, en elke hiervan wordt gebruikt om ATP te maken van ADP (adenosinedifosfaat) terwijl het wordt herschikt tot een pyruvaat molecuul. Deze fase genereert ook een NADH-molecuul uit een NAD .-molecuul⁺.

De netto energieopbrengst is dus 2 ATP per glucose.

De brugreactie, ook wel de overgangsreactie, bestaat uit twee stappen. De eerste is de decarboxylering van pyruvaat, en de tweede is de bevestiging van wat overblijft aan een molecuul genaamd co-enzym A.

Het uiteinde van het pyruvaatmolecuul is een koolstof dubbel gebonden aan een zuurstofatoom en enkelvoudig gebonden aan een hydroxyl (-OH) groep. In de praktijk is het H-atoom in de hydroxylgroep gedissocieerd van het O-atoom, dus dit deel van pyruvaat kan worden beschouwd als één C-atoom en twee O-atomen. Bij decarboxylatie wordt dit verwijderd als CO₂, of kooldioxide.

Dan is het overblijfsel van het pyruvaatmolecuul, een acetylgroep genaamd en met de formule CH₃C(=O), wordt verbonden met co-enzym A op de plek die voorheen werd ingenomen door de carboxylgroep van pyruvaat. In het proces, NAD⁺ wordt gereduceerd tot NADH. Per molecuul glucose is de brugreactie:

2 CH₃C(=O)C(O)O- + 2 CoA + 2 NAD⁺ → 2 CH₃C(=O)CoA + 2 NADH

Citroenzuurcyclus: De locatie van de Krebs-cyclus bevindt zich in de mitochondriale matrix (het materiaal in de membranen). Hier combineert acetyl CoA met een vier-koolstofmolecuul genaamd oxaalacetaat om een ​​zes-koolstofmolecuul, citraat, te creëren. Dit molecuul wordt in een reeks stappen teruggebracht tot oxaalacetaat, waardoor de cyclus opnieuw begint.

Het resultaat is 2 ATP samen met 8 NADH en 2 FADH₂ (elektronendragers) voor de volgende stap.

Elektronentransportketen: Deze reacties vinden plaats langs het binnenste mitochondriale membraan, waarin vier gespecialiseerde co-enzymgroepen, genaamd Complex I tot en met IV, zijn ingebed. Deze gebruiken de energie in de elektronen op NADH en FADH2 om de ATP-synthese aan te sturen, waarbij zuurstof de laatste elektronenacceptor is.

Het resultaat is 32 tot 34 ATP, wat de totale energieopbrengst van cellulaire ademhaling op 36 tot 38 ATP per glucosemolecuul brengt.