Уравнение метаболизма глюкозы

Клетки вашего тела могут расщеплять или метаболизировать глюкозу, чтобы производить необходимую им энергию. Однако вместо того, чтобы просто выделять эту энергию в виде тепла, клетки накапливают эту энергию в форме аденозинтрифосфата или АТФ; АТФ действует как своего рода энергетическая валюта, доступная в удобной форме для удовлетворения потребностей клетки.

Поскольку расщепление глюкозы - это химическая реакция, ее можно описать с помощью следующего химического уравнения: C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O, где на каждый моль глюкозы выделяется 2870 килоджоулей энергии. метаболизируется. Хотя это уравнение описывает весь процесс в целом, его простота обманчива, поскольку оно скрывает все детали того, что действительно происходит. Глюкоза не метаболизируется за один этап. Вместо этого клетка расщепляет глюкозу серией небольших шагов, каждый из которых высвобождает энергию. Химические уравнения для них приведены ниже.

Первым шагом в метаболизме глюкозы является гликолиз, десятиступенчатый процесс, при котором молекула глюкозы превращается в лизируется или расщепляется на два трехуглеродных сахара, которые затем химически изменяются с образованием двух молекул пируват. Общее уравнение гликолиза выглядит следующим образом: C6H12O6 + 2 ADP + 2 [P] i + 2 NAD + -> 2 пируват + 2 ATP + 2 NADH, где C6H12O6 - глюкоза, [P] i - фосфатная группа, NAD + и NADH - акцепторы / переносчики электронов, а ADP - аденозин. дифосфат. Опять же, хотя это уравнение дает общую картину, оно также скрывает множество грязных деталей; поскольку гликолиз представляет собой десятиэтапный процесс, каждую стадию можно описать с помощью отдельного химического уравнения.

Следующим этапом метаболизма глюкозы является цикл лимонной кислоты (также называемый циклом Кребса или циклом трикарбоновых кислот). Каждая из двух молекул пирувата, образующихся в результате гликолиза, превращается в соединение, называемое ацетил-КоА; с помощью 8-ступенчатого процесса эти чистые химические уравнения для цикла лимонной кислоты могут быть записаны следующим образом: ацетил-CoA + 3 NAD + + Q + GDP + [P] i + 2 H2O -> CoA-SH + 3 NADH + 3 H + + QH2 + GTP + 2 СО2. Более полное описание всех этапов выходит за рамки данной статьи; в основном, однако, цикл лимонной кислоты отдает электроны двум молекулам-переносчикам электронов, NADH и FADH2, которые затем могут отдавать эти электроны другому процессу. Он также производит молекулу, называемую ГТФ, которая выполняет в клетке функции, аналогичные АТФ.

На последней важной стадии метаболизма глюкозы молекулы-переносчики электронов из цикла лимонной кислоты (НАДН и ФАДН2) отдают их электроны в цепь переноса электронов, цепочку белков, встроенных в мембрану митохондрий ваших клеток. Митохондрии - важные структуры, которые играют ключевую роль в метаболизме глюкозы и в выработке энергии. Цепь переноса электронов обеспечивает процесс синтеза АТФ из АДФ.

Общие результаты метаболизма глюкозы впечатляют; на каждую молекулу глюкозы ваша клетка может производить 38 молекул АТФ. Поскольку для синтеза АТФ требуется 30,5 килоджоулей на моль, ваша клетка успешно сохраняет 40 процентов энергии, выделяемой при расщеплении глюкозы. Остальные 60 процентов теряются в виде тепла; это тепло помогает поддерживать температуру вашего тела. Хотя 40 процентов может показаться низкой цифрой, это значительно эффективнее, чем многие машины, созданные людьми. Например, даже самые лучшие автомобили могут преобразовать только четверть энергии, хранящейся в бензине, в энергию, которая приводит в движение автомобиль.