Hva gir glykolyse?

Levende ting, som alle består av en eller flere individuelle celler, kan deles inn i prokaryoter og eukaryoter.

Nesten alle celler er avhengige av glukose for deres metabolske behov, og det første trinnet i nedbrytningen av dette molekylet er reaksjonsserien som kalles glykolyse (bokstavelig talt "glukosedeling"). I glykolyse gjennomgår et enkelt glukosemolekyl en rekke reaksjoner for å gi et par pyruvatmolekyler og en beskjeden mengde energi i form av adenosintrifosfat (ATP).

Den ultimate håndteringen av disse produktene varierer imidlertid fra celletype til celletype. Prokaryote organismer deltar ikke i aerobisk respirasjon. Dette betyr at prokaryoter ikke kan bruke molekylært oksygen (O₂). I stedet gjennomgår pyruvat gjæring (anaerob respirasjon).

Noen kilder inkluderer glykolyse i prosessen med "cellulær respirasjon" i eukaryoter, fordi den går foran aerob respirasjon (dvs. Krebs sykler og oksidativ fosforylering i elektrontransportkjede). Strenger, glykolyse i seg selv er ikke en aerob prosess bare fordi den ikke er avhengig av oksygen og oppstår enten O eller ikke₂ er tilstede.

Men siden glykolyse er en forutsetning av aerob respirasjon ved at den leverer pyruvat for reaksjonene derav, er det naturlig å lære om begge konseptene samtidig.

Glukose er et seks-karbon sukker som fungerer som det viktigste enkeltkarbohydratet i menneskelig biokjemi. Karbohydrater inneholder karbon (C) og hydrogen (H) i tillegg til oksygen, og forholdet C til H i ​​disse forbindelsene er alltid 1: 2.

Sukker er mindre enn andre karbohydrater, inkludert stivelse og cellulose. Faktisk er glukose ofte en gjentatt underenhet, eller monomer, i disse mer komplekse molekylene. Glukose i seg selv består ikke av monomerer, og blir som sådan ansett som et monosakkarid ("ett sukker").

Formelen for glukose er C₆H₁₂O₆. Hoveddelen av molekylet består av en sekskantet ring som inneholder fem av C-atomene og et av O-atomene. Det sjette og siste C-atomet eksisterer i en sidekjede med en hydroksylholdig metylgruppe (-CH₂ÅH).

Prosessen av glykolyse, som foregår i cellen cytoplasma, består av 10 individuelle reaksjoner.

Det er vanligvis ikke nødvendig å huske navnene på alle mellomprodukter og enzymer. Men å ha en solid følelse av helhetsbildet er nyttig. Dette er ikke bare fordi glykolyse er kanskje den mest relevante reaksjonen i livets historie på jorden, men også fordi trinnene illustrerer pent en rekke vanlige hendelser i celler, inkludert virkningen av enzymer under eksoterm (energisk gunstig) reaksjoner.

Når glukose kommer inn i en celle, blir den tiltrukket av enzymet heksokinase og fosforyleres (det vil si at en fosfatgruppe, ofte skrevet Pi, er lagt til den). Dette fanger molekylet inne i cellen ved å gi det en negativ elektrostatisk ladning.

Dette molekylet omorganiserer seg til en fosforylert form av fruktose, som deretter gjennomgår et nytt fosforyleringstrinn og blir fruktose-1,6-bisfosfat. Dette molekylet blir deretter delt i to like tre-karbonmolekyler, hvorav den ene raskt blir transformert til den andre for å gi to molekyler glyceraldehyd-3-fosfat.

Dette stoffet omorganiseres til et annet dobbelt fosforyleret molekyl før tidlig tilsetning av fosfatgrupper blir reversert i ikke-påfølgende trinn. I hvert av disse trinnene, et molekyl av adenosindifosfat (ADP) skjer av enzym-substratkomplekset (navnet på strukturen dannet av det molekylet som reagerer og enzymet som fremkaller reaksjonen mot fullføring).

Denne ADP aksepterer et fosfat fra hvert av de tre karbonmolekylene som er tilstede. Til slutt sitter to pyruvatmolekyler i cytoplasmaet, klare for distribusjon til hvilken vei cellen krever at den skal inn i eller er i stand til å være vert for.

Den eneste sanne reaktanten av glykolyse er et glukosemolekyl. To molekyler hver av ATP og NAD + (nikotinamid-adenindinukleotid, en elektronbærer) introduseres under reaksjonsserien.

Du vil ofte se den komplette prosessen med cellulær respirasjon oppført med glukose og oksygen som reaktantene og karbondioksid og vann som produktene, sammen med 36 (eller 38) ATP. Men glykolyse er bare den første reaksjonsserien som til slutt kulminerer i den aerobe ekstraksjonen av så mye energi fra glukose.

Totalt fire ATP-molekyler blir produsert i reaksjonene som involverer glykolysekomponentene med tre karbon - to under omdannelsen av paret 1,3-bisfosfoglyseratmolekyler til to molekyler av 3-fosfoglyserat, og to under omdannelsen av et par fosfoenolpyruvatmolekyler til de to pyruvatmolekylene som representerer slutten av glykolyse. Disse syntetiseres alle via fosforylering på substratnivå, noe som betyr at ATP kommer fra direkte tilsetning av uorganisk fosfat (Pi) til ADP i stedet for å bli dannet som en konsekvens av noe annet prosess.

To ATP er nødvendig tidlig i glykolyse, først når glukose fosforyleres til glukose-6-fosfat, og deretter to trinn senere når fruktose-6-fosfat fosforyleres til fruktose-1,6-bisfosfat. Dermed er netto gevinsten i ATP ved glykolyse som et resultat av et molekyl glukose som gjennomgår prosessen to molekyler, noe som er lett å huske hvis du forbinder det med antall pyruvatmolekyler opprettet.

I tillegg, under omdannelsen av glyseraldehyd-3-fosfat til 1,3-bisfosfoglyserat, blir to molekyler av NAD + redusert til to molekyler av NADH, med sistnevnte som en indirekte energikilde fordi de deltar i reaksjonene fra, blant andre prosesser, aerob åndedrett.

Kort fortalt er netto utbyttet av glykolyse derfor 2 ATP, 2 pyruvat og 2 NADH. Dette er knapt en tyvendedel av mengden ATP produsert i aerob respirasjon, men fordi prokaryoter som regel er langt mindre og mindre kompliserte enn eukaryoter, med mindre metabolske krav som samsvarer, klarer de seg til tross for dette mindre enn ideelle ordningen.

(En annen måte å se på dette er selvfølgelig at mangelen på aerobisk respirasjon i bakterier har hindret dem i å utvikle seg til større, mer varierte skapninger, for det det betyr noe.)

Når glykolyseveien er fullført i prokaryoter, har organismen spilt nesten alle metabolske kort den har. Pyruvat kan metaboliseres videre til laktat via gjæring, eller anaerob respirasjon. Formålet med fermentering er ikke å produsere laktat, men å regenerere NAD + fra NADH slik at det kan brukes i glykolyse.

(Merk at dette er forskjellig fra alkoholgjæring, hvor etanol produseres fra pyruvat under gjærens virkning.)

I eukaryoter går det meste av pyruvat inn i det første settet med trinn i aerob respirasjon: Krebs-syklusen, også kalt trikarboksylsyre (TCA) eller sitronsyresyklusen. Dette skjer i mitokondrierhvor pyruvat omdannes til to-karbonforbindelsen acetylkoenzym A (CoA) og karbondioksid (CO₂).

Rollen til denne åttetrinnssyklusen er å produsere flere høyenergiske elektronbærere for påfølgende reaksjoner - 3 NADH, en FADH₂ (redusert flavinadenindinukleotid) og en GTP (guanosintrifosfat).

Når disse går inn i elektrontransportkjeden på mitokondriell membran, forskyver en prosess kalt oksidativ fosforylering elektronene fra disse høyenergibærere til oksygenmolekyler, med sluttresultatet å produsere 36 (eller muligens 38) ATP-molekyler per glukosemolekyl "oppstrøms."

Den langt større effektiviteten og utbyttet av aerob metabolisme forklarer i hovedsak alle de grunnleggende forskjellene i dag mellom prokaryoter og eukaryoter, med det tidligere foregående, og antas å ha gitt opphav til, til sistnevnte.