Hva er rollen med glukose i cellulær respirasjon?

Livet på jorden er usedvanlig mangfoldig, fra de minste bakteriene som lever i termiske ventilasjoner til de staselige, flerfargede elefantene som gjør hjemmet sitt i Asia. Men alle organismer (levende ting) har en rekke grunnleggende egenskaper til felles, blant dem behovet for molekyler som de kan hente energi fra. Prosessen med å utvinne energi fra eksterne kilder for vekst, reparasjon, vedlikehold og reproduksjon er kjent som metabolisme.

Alle organismer består av minst én celle (din egen kropp inkluderer billioner), som er den minste irredusible enheten som inkluderer alle egenskapene som tilskrives livet ved bruk av konvensjonelle definisjoner. Metabolisme er en slik egenskap, det samme er evnen til å replikere eller på annen måte reprodusere. Hver celle på planeten kan og gjør bruk av glukose, uten hvilket livet på jorden enten aldri ville ha blitt til eller ville se veldig annerledes ut.

Glukose har formelen C₆H₁₂O₆og gir molekylet en molekylvekt på 180 gram per mol. (Alle karbohydrater har den generelle formelen C

Glukose i naturen eksisterer som en seksatomring, avbildet som sekskantet i de fleste tekster. Fem av karbonatomer er inkludert i ringen sammen med et av oksygenatomene, mens det sjette karbonatomet er en del av en hydroksymetylgruppe (-CH₂OH) festet til et av de andre karbonene.

Aminosyrer, som glukose, er fremtredende monomerer i biokjemi. Akkurat som glykogen er satt sammen fra lange kjeder av glukose, proteiner syntetiseres fra lange kjeder av aminosyrer. Mens det er 20 forskjellige aminosyrer med mange fellestrekk, kommer glukose i bare en molekylær form. Således er sammensetningen av glykogen i det vesentlige uforanderlig, mens proteiner varierer sterkt fra det ene til det neste.

Metabolismen av glukose for å gi energi i form av adenosintrifosfat (ATP) og CO₂ (karbondioksid, et avfallsprodukt i denne ligningen) er kjent som cellulær respirasjon. Den første av de tre grunnleggende stadiene av mobil respirasjon er glykolyse, en serie på 10 reaksjoner som ikke krever oksygen, mens de to siste trinnene er Krebs sykler (også kjent som sitronsyresyklus) og elektrontransportkjede, som krever oksygen. Sammen er disse to siste trinnene kjent som aerobisk respirasjon.

Cellular respirasjon forekommer nesten utelukkende i eukaryoter (dyr, planter og sopp). Prokaryoter (de fleste encellede domener som inkluderer bakterier og archaea) stammer energi fra glukose, men praktisk talt alltid fra glykolyse alene. Implikasjonen er at prokaryote celler bare kan generere omtrent en tidel av energien per molekyl glukose som eukaryote celler kan, som det blir beskrevet senere.

"Cellular respiration" og "aerobic respiration" brukes ofte om hverandre når man diskuterer metabolismen til eukaryote celler. Det er forstått at glykolyse, selv om det er en anaerob prosess, nesten alltid går videre til de to siste cellulære respirasjonstrinnene. Uansett, for å oppsummere glukosens rolle i mobil respirasjon: Uten den stopper respirasjonen og tap av liv følger.

Enzymer er kuleproteiner som fungerer som katalysatorer i kjemiske reaksjoner. Dette betyr at disse molekylene hjelper til med å øke reaksjonene som ellers fremdeles vil fortsette uten enzymer, men langt saktere - noen ganger med en faktor på godt over tusen. Når enzymer virker, endres de ikke selv på slutten av reaksjonen, mens molekylene de virker på, kalt substrater, endres av design, med reaktanter slik som glukose transformert til produkter som CO₂.

Glukose og ATP har noen kjemisk likhet med hverandre, men bruker energien som er lagret i bindingene til tidligere molekyl for å drive syntesen av det siste molekylet krever betydelig biokjemisk akrobatikk på tvers cellen. Nesten hver mobilreaksjon katalyseres av et spesifikt enzym, og de fleste enzymer er spesifikke for en reaksjon og dens substrater. Glykolyse, Krebs-syklusen og elektrontransportkjeden, kombinert, har omtrent to dusin reaksjoner og enzymer.

Når glukose kommer inn i en celle ved å diffundere gjennom plasmamembranen, festes den umiddelbart til en fosfat (P) -gruppe, eller fosforylerte. Dette fanger glukose i cellen på grunn av den negative ladningen til P. Denne reaksjonen, som produserer glukose-6-fosfat (G6P), skjer under påvirkning av enzymet heksokinase. (De fleste enzymer ender på "-ase", noe som gjør det ganske enkelt å vite når du har å gjøre med en i biologiverdenen.)

Derfra blir G6P omorganisert til en fosforylert type sukker fruktose, og deretter tilsettes en annen P Like etterpå er seks-karbonmolekylet delt i to tre-karbonmolekyler, hver med en fosfatgruppe; disse ordner seg snart i det samme stoffet, glyseraldehyd-3-fosfat (G-3-P).

Hvert molekyl av G-3-P går gjennom en serie omleggingstrinn som skal omdannes til tre-karbonmolokylet pyruvat, produserer to molekyler av ATP og ett molekyl av høyenergi-elektronbæreren NADH (redusert fra nikotinamidadenindinukleotid, eller NAD +) i prosessen.

Den første halvdelen av glykolyse forbruker 2 ATP i fosforyleringstrinnene, mens andre halvdel gir totalt 2 pyruvat, 2 NADH og 4 ATP. Når det gjelder direkte energiproduksjon, glykolyse resulterer således i 2 ATP per glukosemolekyl. Dette, for de fleste prokaryoter, representerer det effektive taket for glukoseutnyttelse. I eukaryoter har glukose-cellulær respirasjonsforestilling bare begynt.

Pyruvatmolekylene beveger seg deretter fra celleplasten til innsiden av de organeller som kalles mitokondrier, som er lukket av sin egen doble plasmamembran. Her er pyruvat delt inn i CO₂ og acetat (CH₃COOH-), og acetatet blir tatt av en forbindelse fra B-vitamin-klassen kalt koenzym A (CoA) for å bli acetyl CoA, et viktig to-karbon mellomprodukt i en rekke cellulære reaksjoner.

For å komme inn i Krebs-syklusen reagerer acetyl CoA med firkarbonforbindelsen oksaloacetat å danne sitrat. Fordi oksaloacetat er det siste molekylet som ble opprettet i Krebs-reaksjonen, så vel som et substrat i den første reaksjonen, tjener serien beskrivelsen "syklus". Syklusen inkluderer totalt åtte reaksjoner, som reduserer seks-karbon sitrat til et fem-karbon molekyl og deretter til en serie med fire-karbon mellomprodukter før de ankommer igjen til oksaloacetat.

Hvert molekyl av pyruvat som kommer inn i Krebs-syklusen, resulterer i produksjon av ytterligere to CO₂, 1 ATP, 3 NADH og ett molekyl av en elektronbærer som ligner på NADH kalt flavin adenin dinukleotid, eller FADH₂.

• Krebs-syklusen kan bare fortsette hvis elektrontransportkjeden opererer nedstrøms for å hente NADH og FADH₂ det genererer. Dermed hvis ingen oksygen er tilgjengelig for cellen, stopper Krebs-syklusen.

NADH og FADH₂ flytte til den indre mitokondrielle membranen for denne prosessen. Kjedens rolle er oksidativ fosforylering av ADP-molekyler for å bli ATP. Hydrogenatomene fra elektronbærerne brukes til å skape en elektrokjemisk gradient over mitokondriell membran. Energien fra denne gradienten, som er avhengig av oksygen for til slutt å motta elektronene, blir utnyttet for å drive ATP-syntese.

Hvert molekyl glukose bidrar hvor som helst fra 36 til 38 ATP gjennom cellulær respirasjon: 2 i glykolyse, 2 i Krebs-syklusen og 32 til 34 (avhengig av hvordan dette måles i laboratoriet) i elektrontransporten kjede.