Ce efectuează glicoliza?

Glicoliza este un proces universal între formele de viață de pe planeta Pământ. De la cele mai simple bacterii unicelulare până la cele mai mari balene din mare, toate organismele - sau mai precis, fiecare dintre celulele lor - utilizează molecula de zahăr cu șase carbon glucoză ca sursă de energie.

Glicoliza este ansamblul a 10 reacții biochimice care servește drept pas inițial către descompunerea completă a glucozei. În multe organisme, este, de asemenea, etapa finală și, prin urmare, unică.

Glicoliza este prima din cele trei etape ale respirație celulară în domeniul taxonomic (adică clasificarea vieții) Eukaryota (sau eucariote), care includ animale, plante, protiști și ciuperci.

În domeniile Bacteria și Archaea, care împreună alcătuiesc organismele unicelulare numite procariote, glicoliza este singurul spectacol metabolic din oraș, întrucât celulele lor nu au echipamentele necesare pentru a efectua respirația celulară până la finalizarea acesteia.

Reacția completă cuprinsă de etapele individuale ale glicolizei este:

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_eu → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H⁺ + 2 H₂O

Cu alte cuvinte, aceasta înseamnă că glucoza, purtătorul de electroni nicotinamidă adenină dinucleotidă, adenozin difosfat și fosfat anorganic (P_eu) combinați pentru a forma piruvat, adenozin trifosfat, forma redusă a nicotinamidei adenine dinucleotide și a ionilor de hidrogen (care pot fi considerați ca electroni).

Rețineți că oxigenul nu apare în această ecuație, deoarece glicoliza poate continua fără O₂. Acesta poate fi un punct de confuzie, deoarece, deoarece glicoliza este un precursor necesar pentru segmentele aerobe ale respirația celulară în eucariote ("aerob" înseamnă "cu oxigen"), este adesea privită din greșeală ca un aerob proces.

Glucoza este un carbohidrat, ceea ce înseamnă că formula sa presupune raportul a doi atomi de hidrogen pentru fiecare atom de carbon și oxigen: C_nH_2nO_n. Este un zahăr și mai precis un monozaharidă, ceea ce înseamnă că nu poate fi împărțit în alte zaharuri, la fel ca dizaharide zaharoză și galactoză. Include o formă de inel cu șase atomi, dintre care cinci atomi sunt carbon și unul dintre oxigen.

Glucoza poate fi depozitată în organism ca un polimer numit glicogen, care nu este altceva decât lanțuri lungi sau foi de molecule individuale de glucoză unite prin legături de hidrogen. Glicogen se păstrează în principal în ficat și în mușchi.

Sportivii care folosesc de preferință anumiți mușchi (de exemplu, maratonieni care se bazează pe cvadricepsul și vițelul lor mușchii) se adaptează prin antrenament pentru a stoca cantități neobișnuit de mari de glucoză, adesea numite „încărcare de carbohidrați”.

Adenozin trifosfatul (ATP) este „moneda energetică” a tuturor celulelor vii. Aceasta înseamnă că atunci când alimentele sunt consumate și descompuse în glucoză înainte de a intra în celule, scopul final al metabolismului glucozei este sinteza ATP, un proces condus de energia eliberată atunci când legăturile din glucoză și moleculele în care este transformată în glicoliză și respirație aerobică sunt despărțite.

ATP generat prin aceste reacții este utilizat pentru nevoile de bază, de zi cu zi ale corpului, cum ar fi creșterea și repararea țesuturilor, precum și exercițiile fizice. Pe măsură ce intensitatea exercițiilor fizice crește, corpul se îndepărtează de grăsimile arse sau de trigliceride (prin oxidare de acizi grași) la arderea glucozei deoarece acest din urmă proces are ca rezultat mai mult ATP creat pe moleculă de combustibil.

Practic toate reacțiile biochimice se bazează pe ajutorul unor molecule de proteine ​​specializate numite enzime a continua.

Enzimele sunt catalizatori, ceea ce înseamnă că accelerează reacțiile - uneori cu un factor de un milion sau mai mult - fără ca ele însele să fie schimbate în reacție. De obicei sunt denumite după moleculele asupra cărora acționează și au „-ază” la sfârșit, cum ar fi „fosfoglucoză izomerază”, care rearanjează atomii din glucoză-6-fosfat în fructoză-6-fosfat.

(Izomerii sunt compuși cu aceiași atomi, dar structuri diferite, analog cu anagramele din lumea cuvintelor.)

Cel mai enzime la reacțiile umane sunt conforme cu o regulă „unu la unu”, ceea ce înseamnă că fiecare enzimă catalizează o anumită reacție și, dimpotrivă, că fiecare reacție poate fi catalizată doar de o enzimă. Acest nivel de specificitate ajută celulele să regleze strâns viteza reacțiilor și, prin extensie, cantitățile de produse diferite produse în celulă în orice moment.

Când glucoza intră într-o celulă, primul lucru care se întâmplă este că este fosforilat - adică o moleculă de fosfat este atașată la unul dintre carbonii din glucoză. Acest lucru conferă o sarcină negativă asupra moleculei, prinzând-o în mod eficient în celulă. Acest glucoză-6-fosfat este apoi izomerizat așa cum este descris mai sus în fructoză-6-fosfat, care apoi suferă o altă etapă de fosforilare pentru a deveni fructoză-1,6-bifosfat.

Fiecare dintre etapele de fosforilare implică îndepărtarea unui fosfat din ATP, plecând adenozin difosfat (ADP) in spate. Aceasta înseamnă că, deși scopul glicolizei este de a produce ATP pentru utilizarea celulei, aceasta implică un „cost de pornire” de 2 ATP per moleculă de glucoză care intră în ciclu.

Fructoza-1,6-bisfosfatul este apoi împărțit în două molecule de trei carbon, fiecare cu propriul său fosfat atașat. Una dintre acestea, fosfat de dihidroxiacetonă (DHAP), este de scurtă durată, deoarece se transformă rapid în celălalt, gliceraldehidă-3-fosfat. Astfel, din acest moment înainte, fiecare reacție listată are loc de fapt de două ori pentru fiecare moleculă de glucoză care intră în glicoliză.

Gliceraldehida-3-fosfatul este transformat în 1,3-difosfoglicerat prin adăugarea unui fosfat la moleculă. În loc să fie derivat din ATP, acest fosfat există ca fosfat liber sau anorganic (adică lipsit de o legătură cu carbonul). În același timp, NAD⁺ este convertit în NADH.

În etapele următoare, cei doi fosfați sunt eliminați dintr-o serie de molecule de trei carbon și se atașează la ADP pentru a genera ATP. Deoarece acest lucru se întâmplă de două ori pe molecula originală de glucoză, în această fază de „recompensă” se creează un total de 4 ATP. Deoarece faza de „investiție” necesită o intrare de 2 ATP, câștigul global în ATP per moleculă de glucoză este de 2 ATP.

Pentru referință, după 1,3-difosfoglicerat, moleculele din reacție sunt 3-fosfoglicerat, 3-fosfoglicerat, fosfoenolpiruvat și, în sfârșit piruvat.

În eucariote, piruvatul poate trece apoi la una din cele două căi post-glicoliză, în funcție de existența unui oxigen suficient pentru a permite respirația aerobă. Dacă este, ceea ce se întâmplă de obicei atunci când organismul părinte se odihnește sau se exercită ușor, piruvatul este transferat din citoplasmă, unde glicoliza are loc în organite („organe mici”) numit mitocondrii.

Dacă celula aparține unui procariot sau unui eucariot foarte muncitor - să zicem, un om care rulează o jumătate de kilometru sau ridică intens greutățile - piruvatul se transformă în lactat. În timp ce în majoritatea celulelor lactatul în sine nu poate fi utilizat ca combustibil, această reacție creează NAD⁺ din NADH, permițând astfel glicolizei să continue „în amonte” prin furnizarea unei surse critice de NAD⁺.

Acest proces este cunoscut sub numele de fermentarea acidului lactic.

Fazele aerobe ale respirației celulare care au loc în mitocondrii se numesc Ciclul Krebs si lanțul de transport al electronilor, iar acestea apar în această ordine. Ciclul Krebs (adesea numit ciclul acidului citric sau ciclul acidului tricarboxilic) se desfășoară în mijlocul mitocondriilor, în timp ce lanțul de transport al electronilor are loc pe membrana mitocondriilor care își formează limita cu citoplasma.

Reacția netă a respirației celulare, inclusiv glicoliza, este:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 38 ATP

Ciclul Krebs adaugă 2 ATP, iar lanțul de transport al electronilor este de 34 ATP pentru un total de 38 ATP per moleculă de glucoză consumată complet (2 + 2 + 34) în cele trei procese metabolice.