Hva er nødvendig for at glykolyse skal begynne?

Glykolyse er prosessen med å hente energi i form av ATP (adenosintrifosfat) fra seks-karbon sukker molekyl glukose (C₆H₁₂O₆). Denne serien med ti raske brannreaksjoner forekommer i alle celler i naturen. I encellede organismer som bakterier er det nesten alltid den eneste kilden til cellulær energi.

I flercellede organismer som dyr, planter og sopp som har mobilutstyret til å bruke oksygen i reaksjonene, er glykolyse bare det første trinnet i mobil respirasjon. Per molekyl glukose produserer cellulær respirasjon som helhet 36 til 38 ATP, og glykolyse alene produserer bare to ATP.

Etter at et glukosemolekyl diffunderer inn i en celle gjennom cellemembranen, har det et par fosfatgrupper festet til seg i løpet av omorganiseringen. Den blir deretter delt i to, og de resulterende identiske tre-karbonmolekylene blir til slutt pyruvat. Netto gevinst av glykolyse er to ATP.

På et mer granulært nivå er glykolyse utvinning av energi som holdes i bindingen av glukosemolekyler for bruken av den energien av cellen, med kostnadene for glukosemolekylet som blir brutt ned til noe ellers.

De ti forskjellige reaksjonene av glykolyse krever alle sine egne spesialiteter enzymer, som er proteiner som i stor grad fremskynder reaksjonene i cellene. Cellen kan kontrollere hastigheten på glykolyse, og dermed hastigheten på energitilgjengelighet, ved å gjøre visse enzymer mer tilgjengelige eller mindre tilgjengelige.

Bare glukose kreves som en reaktant helt i begynnelsen av glykolysen, men underveis må det leveres to ATP for å skyve prosessen til midtpunktet. Etter at molekylet er delt, krever prosessen en jevn tilførsel av NAD⁺ å fortsette.

Spesielt er oksygen det ikke kreves for glykolyse, og i fravær kan glykolyse holdes i gang ved gjæring. Denne prosessen omdanner pyruvat til laktat, og leverer dermed sårt tiltrengt NAD⁺ til glykolyse gjennom konvertering av NADH₂.

Når glukose kommer inn i en celle, fosforyleres den (dvs. har et fosfat festet av et enzym). Det blir deretter omorganisert til et annet seks-karbon sukker, fruktose. Dette molekylet fosforyleres en gang til ved et annet karbonatom, på hvilket tidspunkt den første fasen av glykolyse er fullført.

Dette kalles ofte "investeringsfase" av glykolyse, for selv om det samlede resultatet er tilførsel av energi, må cellen pådra seg et beskjedent tap først. De to ATP-ene som trengs for å skaffe fosfater i denne fasen, er altså en investering, men en som alltid lønner seg.

I starten av den såkalte "returfase," det seks-karbon, dobbelt fosforylerte fruktosemolekylet er delt i to veldig like tre-karbonmolekyler, hver med sin egen fosfatgruppe; alt konverteres raskt til det andre, glyseraldehyd-3-fosfat.

De nå identiske molekylene omorganiseres og fosforyleres og omarrangeres igjen noen ganger til pyruvat (C₃H₄O₃). I de siste reaksjonene, som krever NAD⁺, gir tvillingmolekylene fosfatene sine i navnet ATP, noe som betyr at denne fasen produserer fire ATP. Dermed gir glykolyse to ATP totalt etter å ha regnskapsført de to ATP "brukt" i den første fasen.

Til slutt er produktene av glykolyse pyruvat, NADH₂, to frigjorte hydrogenatomer og ATP. Siden det opprinnelige produktet bare er glukose og ATP vises senere, er den totale ligningen for glykolyse:

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

Pyruvat fortsetter deretter til mitokondriene for aerobisk respirasjon hvis nok oksygen er til stede (som hos mennesker er mesteparten av tiden), men forblir i cytoplasmaet for gjæring til laktat hvis oksygennivået er utilstrekkelig.