Ce produce glicoliza?

Ființele vii, care constau toate din una sau mai multe celule individuale, pot fi împărțite în procariote și eucariote.

Practic toate celulele se bazează pe glucoză pentru nevoile lor metabolice, iar primul pas în descompunerea acestei molecule este seria de reacții numite glicoliză (literalmente, „scindarea glucozei”). În glicoliză, o singură moleculă de glucoză suferă o serie de reacții pentru a produce o pereche de molecule de piruvat și o cantitate modestă de energie sub formă de adenozin trifosfat (ATP).

Manipularea finală a acestor produse, totuși, variază de la tipul de celulă la tipul de celulă. Organismele procariote nu participă respirație aerobică. Aceasta înseamnă că procariotele nu pot folosi oxigenul molecular (O₂). În schimb, piruvatul suferă fermentaţie (respirație anaerobă).

Unele surse includ glicoliza în procesul de „respirație celulară” în eucariote, deoarece precede direct aerob respirație (adică Ciclul Krebs și fosforilarea oxidativă în lanțul de transport al electronilor

Cu toate acestea, deoarece glicoliza este o premisă de respirație aerobă prin faptul că furnizează piruvat pentru reacțiile acesteia, este firesc să învățăm despre ambele concepte simultan.

Glucoza este un zahăr cu șase atomi de carbon care servește drept cel mai important singur carbohidrat din biochimia umană. Carbohidrații conțin carbon (C) și hidrogen (H) în plus față de oxigen, iar raportul C la H în acești compuși este invariabil 1: 2.

Zaharurile sunt mai mici decât alți carbohidrați, inclusiv amidonul și celuloza. De fapt, glucoza este adesea o subunitate repetată sau monomer, în aceste molecule mai complexe. Glucoza în sine nu constă din monomeri și, ca atare, este considerată o monozaharidă („un zahăr”).

Formula glucozei este C₆H₁₂O₆. Porțiunea principală a moleculei constă dintr-un inel hexagonal care conține cinci dintre atomii de C și unul dintre atomii de O. Al șaselea și ultimul atom de C există într-un lanț lateral cu o grupare metil care conține hidroxil (-CH₂OH).

Procesul de glicoliză, care are loc în celulă citoplasma, constă din 10 reacții individuale.

De obicei nu este necesar să ne amintim numele tuturor produselor intermediare și enzimelor. Dar este util să ai o imagine fermă a imaginii de ansamblu. Acest lucru nu se datorează doar faptului că glicoliza este probabil cea mai relevantă reacție din istoria vieții pe Pământ, ci și pentru că pașii ilustrează frumos o serie de evenimente comune în interiorul celulelor, inclusiv acțiunea enzimelor în timpul exotermului (favorabil energetic) reacții.

Când glucoza intră într-o celulă, aceasta este accesată de enzima hexokinază și fosforilată (adică i se adaugă o grupare fosfat, adesea scrisă Pi). Aceasta captează molecula din interiorul celulei prin dotarea ei cu o sarcină electrostatică negativă.

Această moleculă se rearanjează într-o formă fosforilată de fructoză, care apoi suferă o altă etapă de fosforilare și devine fructoză-1,6-bisfosfat. Această moleculă este apoi împărțită în două molecule similare cu trei carbon, dintre care una se transformă rapid în cealaltă pentru a produce două molecule de gliceraldehidă-3-fosfat.

Această substanță este rearanjată într-o altă moleculă dublu fosforilată înainte ca adăugarea timpurie a grupărilor fosfat să fie inversată în etape non-consecutive. În fiecare dintre acești pași, o moleculă de adenozin difosfat (ADP) se întâmplă de complexul enzimă-substrat (denumirea pentru structura formată de orice moleculă reacționează și enzima care produce reacția spre finalizare).

Acest ADP acceptă un fosfat din fiecare dintre cele trei molecule de carbon prezente. În cele din urmă, două molecule de piruvat stau în citoplasmă, gata de desfășurare pe orice cale pe care o cere celula să intre sau este capabilă să găzduiască.

Singurul reactant adevărat al glicolizei este o moleculă de glucoză. Două molecule de ATP și NAD + (nicotinamidă adenină dinucleotidă, un purtător de electroni) sunt introduse în timpul seriei de reacții.

Veți vedea adesea procesul complet al respirației celulare listat cu glucoză și oxigen ca reactanți și dioxid de carbon și apă ca produse, împreună cu 36 (sau 38) ATP. Dar glicoliza este doar prima serie de reacții care culminează în cele din urmă cu extracția aerobă a acestei energii din glucoză.

Un total de patru molecule ATP sunt produse în reacțiile care implică componentele cu trei atomi de carbon ale glicolizei - două în timpul conversiei perechii de molecule 1,3-bisfosfoglicerate în două molecule de 3-fosfoglicerat și două în timpul conversiei unei perechi de molecule de fosfoenolpiruvat în cele două molecule de piruvat care reprezintă sfârșitul glicoliză. Toate acestea sunt sintetizate prin fosforilare la nivel de substrat, ceea ce înseamnă că ATP provine din direct adăugarea de fosfat anorganic (Pi) la ADP, mai degrabă decât formarea ca o consecință a altora proces.

Două ATP sunt necesare la începutul glicolizei, mai întâi când glucoza este fosforilată în glucoză-6-fosfat și apoi două etape mai târziu când fructoza-6-fosfatul este fosforilată în fructoză-1,6-bisfosfat. Astfel, câștigul net în ATP în glicoliză ca rezultat al unei molecule de glucoză care suferă procesul este două molecule, ceea ce este ușor de reținut dacă îl asociați cu numărul de molecule de piruvat creată.

În plus, în timpul conversiei gliceraldehide-3-fosfatului în 1,3-bisfosfoglicerat, două molecule de NAD + sunt reduse la două molecule de NADH, acesta din urmă servind ca sursă indirectă de energie, deoarece participă la reacțiile aerobice, printre alte procese. respiraţie.

Pe scurt, randamentul net al glicolizei este deci 2 ATP, 2 piruvat și 2 NADH. Aceasta este de abia o douăzecime din cantitatea de ATP produsă în respirația aerobă, dar deoarece procariotele sunt, de regulă, mult mai mici și mai puțin complexe decât eucariotele, cu cerințe metabolice mai mici pentru a se potrivi, sunt capabili să treacă în pofida acestui ideal sistem.

(O altă modalitate de a privi acest lucru, desigur, este lipsa de respirație aerobică în bacterii le-a împiedicat să evolueze în creaturi mai mari și mai diverse, pentru ceea ce contează.)

La procariote, odată ce calea glicolizei este completă, organismul a jucat aproape fiecare carte metabolică pe care o are. Piruvatul poate fi metabolizat în continuare în lactat fermentaţie, sau respirație anaerobă. Scopul fermentației nu este de a produce lactat, ci de a regenera NAD + din NADH, astfel încât să poată fi utilizat în glicoliză.

(Rețineți că acest lucru este distinct de fermentarea alcoolului, în care etanolul este produs din piruvat sub acțiunea drojdiei.)

În eucariote, cea mai mare parte a piruvatului intră în primul set de etape în respirația aerobă: ciclul Krebs, numit și ciclul acidului tricarboxilic (TCA) sau ciclul acidului citric. Acest lucru se întâmplă în cadrul mitocondrii, în care piruvatul este transformat în compusul cu doi carboni acetil coenzima A (CoA) și dioxid de carbon (CO₂).

Rolul acestui ciclu în opt pași este de a produce mai mulți purtători de electroni cu energie ridicată pentru reacțiile ulterioare - 3 NADH, un FADH₂ (redus de flavină adenină dinucleotidă) și un GTP (guanozin trifosfat).

Când aceștia intră în lanțul de transport al electronilor de pe membrana mitocondrială, un proces numit fosforilare oxidativă deplasează electronii din aceste purtători de energie ridicată către moleculele de oxigen, rezultatul final fiind producerea a 36 (sau posibil 38) molecule ATP per moleculă de glucoză „în amonte”.

Eficiența și randamentul mult mai mari ale metabolismului aerob explică în esență toate diferențele de bază astăzi între procariote și eucariote, cu cele precedente, și se crede că au dat naștere la din urmă.