Что дает гликолиз?

Живые существа, состоящие из одной или нескольких индивидуальных ячеек, можно разделить на прокариоты а также эукариоты.

Практически все клетки полагаются на глюкоза для их метаболических потребностей, и первым шагом в расщеплении этой молекулы является серия реакций, называемых гликолиз (буквально «расщепление глюкозы»). При гликолизе отдельная молекула глюкозы претерпевает серию реакций с образованием пары молекул пирувата и небольшого количества энергии в виде аденозинтрифосфат (АТФ).

Однако конечное обращение с этими продуктами варьируется от типа клетки к типу клетки. Прокариотические организмы не участвуют в аэробного дыхания. Это означает, что прокариоты не могут использовать молекулярный кислород (O₂). Вместо этого пируват подвергается ферментация (анаэробное дыхание).

Некоторые источники включают гликолиз в процесс «клеточного дыхания» у эукариот, поскольку он непосредственно предшествует аэробный дыхание (т. е. Цикл Кребса и окислительное фосфорилирование в электронная транспортная цепь

Однако, поскольку гликолиз предпосылка Что касается аэробного дыхания, поскольку он поставляет пируват для его реакций, естественно узнать об обоих понятиях одновременно.

Глюкоза - это шестиуглеродный сахар, который является наиболее важным углеводом в биохимии человека. Углеводы содержат углерод (C) и водород (H) в дополнение к кислороду, и отношение C к H в этих соединениях неизменно составляет 1: 2.

Сахар меньше других углеводов, включая крахмал и целлюлозу. Фактически, глюкоза часто является повторяющейся субъединицей или мономер, в этих более сложных молекулах. Сама глюкоза не состоит из мономеров и как таковая считается моносахаридом («один сахар»).

Формула глюкозы - C₆ЧАС₁₂О₆. Основная часть молекулы состоит из гексагонального кольца, содержащего пять атомов C и один атом O. Шестой и последний атом C существует в боковой цепи с гидроксилсодержащей метильной группой (-CH₂ОЙ).

Процесс гликолиз, имеющий место в ячейке цитоплазма, состоит из 10 индивидуальных реакций.

Обычно нет необходимости запоминать названия всех промежуточных продуктов и ферментов. Но иметь четкое представление об общей картине полезно. Это не только потому, что гликолиз, возможно, является самой важной реакцией в истории жизни на Земле, но и потому, что шаги хорошо проиллюстрировать ряд общих событий в клетках, включая действие ферментов во время экзотермического (энергетически благоприятного) реакции.

Когда глюкоза попадает в клетку, она подвергается воздействию фермента гексокиназы и фосфорилируется (то есть к ней присоединяется фосфатная группа, часто обозначаемая буквой Pi). Это захватывает молекулу внутри клетки, наделяя ее отрицательным электростатическим зарядом.

Эта молекула перестраивается в фосфорилированную форму фруктозы, которая затем проходит еще одну стадию фосфорилирования и становится фруктозо-1,6-бисфосфатом. Затем эта молекула разделяется на две похожие трехуглеродные молекулы, одна из которых быстро превращается в другую с образованием двух молекул глицеральдегид-3-фосфата.

Это вещество перестраивается в другую дважды фосфорилированную молекулу до того, как раннее добавление фосфатных групп отменяется в непоследовательных стадиях. На каждом из этих этапов молекула аденозиндифосфат (АДФ) происходит за счет комплекса фермент-субстрат (название структуры, образованной любой молекулой, вступающей в реакцию, и ферментом, который способствует завершению реакции).

Этот АДФ принимает фосфат от каждой из трех присутствующих молекул углерода. В конце концов, две молекулы пирувата оказываются в цитоплазме, готовые к развертыванию на любом пути, по которому клетка должна войти или способна к хостингу.

Единственный истинный реагент гликолиза - это молекула глюкозы. По две молекулы АТФ и НАД + (никотинамидадениндинуклеотид, переносчик электронов) вводятся во время серии реакций.

Вы часто будете видеть полный процесс клеточного дыхания, в котором глюкоза и кислород являются реагентами, а углекислый газ и вода - продуктами, а также 36 (или 38) АТФ. Но гликолиз - это только первая серия реакций, которая в конечном итоге приводит к аэробному извлечению такого количества энергии из глюкозы.

В общей сложности четыре молекулы АТФ образуются в реакциях с участием трехуглеродных компонентов гликолиза - два при превращении пары молекул 1,3-бисфосфоглицерата в две молекулы 3-фосфоглицерата, и две во время превращения пары молекул фосфоенолпирувата в две молекулы пирувата, представляющие конец гликолиз. Все они синтезируются посредством фосфорилирования на уровне субстрата, а это означает, что АТФ происходит от прямого присоединение неорганического фосфата (Pi) к АДФ, а не образование в результате каких-либо других процесс.

Два АТФ необходимы на ранней стадии гликолиза, сначала, когда глюкоза фосфорилируется до глюкозо-6-фосфата, а затем через две стадии, когда фруктозо-6-фосфат фосфорилируется до фруктозо-1,6-бисфосфата. Таким образом, чистый прирост АТФ при гликолизе в результате того, что одна молекула глюкозы подвергается этому процессу, составляет две молекулы, которые легко запомнить, если связать их с количеством молекул пирувата созданный.

Кроме того, при превращении глицеральдегид-3-фосфата в 1,3-бисфосфоглицерат две молекулы НАД + восстанавливаются до двух молекул НАДН, причем последние служат косвенным источником энергии, поскольку они участвуют, среди прочего, в реакциях аэробных дыхание.

Таким образом, чистый выход гликолиза составляет 2 АТФ, 2 пирувата и 2 НАДН. Это едва ли одна двадцатая от количества АТФ, вырабатываемого при аэробном дыхании, но поскольку прокариоты, как правило, намного меньше по размеру и менее сложны, чем эукариоты, с меньшими метаболическими потребностями, чтобы соответствовать, они могут выжить, несмотря на это далеко не идеальное схема.

(Другой способ взглянуть на это, конечно, заключается в том, что отсутствие аэробного дыхания в бактериях не позволил им превратиться в более крупных и разнообразных существ, какое это имеет значение.)

У прокариот после завершения пути гликолиза организм разыграл почти все имеющиеся у него метаболические карты. Пируват может далее метаболизироваться до лактата через ферментация, или анаэробное дыхание. Целью ферментации является не производство лактата, а регенерация NAD + из NADH, чтобы его можно было использовать в гликолизе.

(Обратите внимание, что это отличается от спиртовое брожение, в котором этанол образуется из пирувата под действием дрожжей.)

У эукариот большая часть пирувата входит в первый набор этапов аэробного дыхания: цикл Кребса, также называемый циклом трикарбоновой кислоты (ТСА) или циклом лимонной кислоты. Это происходит в митохондрии, где пируват превращается в двухуглеродное соединение ацетил-кофермент A (CoA) и диоксид углерода (CO₂).

Роль этого восьмиступенчатого цикла состоит в том, чтобы производить больше носителей электронов высокой энергии для последующих реакций - 3 НАДН, один ФАДН.₂ (восстановленный флавинадениндинуклеотид) и один GTP (гуанозинтрифосфат).

Когда они попадают в цепь переноса электронов на митохондриальной мембране, процесс, называемый окислительным фосфорилированием, сдвигает электроны с этих высокоэнергетические носители для молекул кислорода, с конечным результатом производства 36 (или, возможно, 38) молекул АТФ на молекулу глюкозы «вверх по потоку».

Гораздо более высокая эффективность и результативность аэробного метаболизма объясняют, по сути, все основные различия. сегодня между прокариотами и эукариотами, причем первые предшествовали и, как полагают, дали начало последний.