De manier waarop de cellen van een levend wezen energie halen uit de bindingen in organische moleculen, hangt af van het type organisme dat wordt bestudeerd.
prokaryoten (de domeinen Bacteria en Archaea) zijn beperkt tot anaërobe ademhaling omdat ze geen gebruik kunnen maken van zuurstof. Eukaryoten (het domein Eukaryota, dat dieren, planten, protisis en schimmels omvat) nemen zuurstof op in hun metabolische processen en kan daardoor veel meer adenosinetrifosfaat (ATP) per brandstofmolecuul verkrijgen dat de systeem.
Alle cellen maken echter gebruik van de tien-staps reeks reacties die gezamenlijk bekend staan als glycolyse. Bij prokaryoten is dit meestal de enige manier om ATP te verkrijgen, de zogenaamde "energievaluta" van alle cellen.
Bij eukaryoten is het de eerste stap in cellulaire ademhaling, die ook twee aerobe routes omvat: de citroenzuurcyclus en de elektronentransportketen.
Glycolyse-reactie
Het gecombineerde eindproduct van glycolyse is twee moleculen pyruvaat per molecuul glucose dat het proces binnenkomt, plus twee moleculen ATP en twee NADH, een zogenaamde hoogenergetische elektronendrager.
De volledige netto reactie van glycolyse is:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P → 2 CH3(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
Het label "net" is hier van cruciaal belang, omdat in werkelijkheid er zijn twee ATP nodig in het eerste deel van glycolyse om de voorwaarden te creëren die nodig zijn voor het tweede deel, waarin vier ATP worden gegenereerd om de totale balans op een plus-twee in de ATP-kolom te brengen.
Glycolyse stappen
Elke stap in de glycolyse wordt gekatalyseerd door een bepaald enzym, zoals gebruikelijk is bij alle cellulaire metabolische reacties. Niet alleen wordt elke reactie beïnvloed door een enzym, maar elk betrokken enzym is specifiek voor de betreffende reactie. Daarom is er een één-op-één relatie tussen reactant en enzym.
Glycolyse wordt typisch verdeeld in twee fasen die de betrokken energiestroom aangeven.
Investeringsfase: De eerste vier reacties van glycolyse omvatten de fosforylering van glucose nadat het het celcytoplasma is binnengegaan; de herschikking van dit molecuul in een andere suiker met zes koolstofatomen (fructose); de fosforylering van dit molecuul aan een andere koolstof om een verbinding met twee fosfaatgroepen op te leveren; de splitsing van dit molecuul in een paar tussenproducten van drie koolstofatomen, elk met een eigen fosfaatgroep eraan vast.
Uitbetalingsfase: Een van de twee fosfaathoudende drie-koolstofverbindingen die ontstaan bij de splitsing van fructose-1,6-bisfosfaat, dihydroxyacetonfosfaat (DHAP), is omgezet in de andere, glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P), wat betekent dat er in dit stadium twee moleculen G3P bestaan voor elk glucosemolecuul dat binnenkomt glycolyse.
Vervolgens worden deze moleculen gefosforyleerd en in de volgende verschillende stappen worden de fosfaten afgepeld en gebruikt om ATP te creëren terwijl de drie-koolstofmoleculen worden herschikt tot pyruvaat. Onderweg worden twee NADH gegenereerd uit NAD+, één per drie-koolstofmolecuul.
Dus aan de bovenstaande nettoreactie is voldaan en u kunt nu vol vertrouwen de vraag beantwoorden: "Welke moleculen worden aan het einde van de glycolyse verkregen?"
Na glycolyse
In aanwezigheid van zuurstof in eukaryote cellen wordt het pyruvaat naar de organellen, de zogenaamde mitochondriën, waar het allemaal om draait aërobe ademhaling. Het pyruvaat wordt ontdaan van een koolstof, die het proces verlaat in de vorm van het afvalproduct koolstofdioxide (CO2), en achtergelaten als actetyl-co-enzym A.
Citroenzuurcyclus: In de mitochondriale matrix combineert het acetyl-CoA met de vier-koolstofverbinding oxaalacetaat om het zes-koolstofmolecuulcitraat op te leveren. Dit molecuul wordt teruggebracht tot oxaalacetaat, met het verlies van twee CO2 en de winst van één ATP, drie NADH en één FADH2 (een andere elektronendrager) per omwenteling van de cyclus.
Dit betekent dat u deze getallen moet verdubbelen om rekening te houden met het feit dat twee acetyl CoA de. binnenkomen citroenzuurcyclus per molecuul glucose dat de glycolyse binnengaat.
Elektronen transportketen: Bij deze reacties, die plaatsvinden op het mitochondriale membraan, worden de waterstofatomen (elektronen) van de eerder genoemde elektronendragers worden ontdaan van hun dragermoleculen die worden gebruikt om de synthese van veel ATP te stimuleren, ongeveer 32 tot 34 per "stroomopwaartse" glucose molecuul.