Все организмы используют молекулу, называемую глюкоза и процесс, называемый гликолиз для удовлетворения некоторых или всех своих энергетических потребностей. Для одноклеточных прокариотических организмов, таких как бактерии, это единственный доступный процесс для выработки АТФ (аденозинтрифосфата, «энергетической валюты» клеток).
Эукариотические организмы (животные, растения и грибы) обладают более сложным клеточным механизмом и могут получить гораздо больше из молекулы глюкозы - фактически более чем в пятнадцать раз больше АТФ. Это потому, что эти клетки задействуют клеточное дыхание, которое в целом представляет собой гликолиз плюс аэробное дыхание.
Реакция с участием окислительное декарбоксилирование в клеточном дыхании называется мостовая реакция служит центром обработки между строго анаэробными реакциями гликолиза и двумя этапами аэробного дыхания, которые происходят в митохондриях. Таким образом, эта мостиковая стадия, более формально называемая окислением пирувата, является существенной.
Приближаясь к мосту: гликолиз
При гликолизе серия из десяти реакций в цитоплазме клетки превращает молекулу шестиуглеродного сахара. глюкоза в две молекулы пирувата, трехуглеродного соединения, производя в общей сложности два АТФ молекулы. В первой части гликолиза, называемой инвестиционной фазой, на самом деле необходимы два АТФ для продвижения реакций. во второй части, фазе возврата, это более чем компенсируется синтезом четырех АТФ. молекулы.
Инвестиционная фаза: К глюкозе присоединена фосфатная группа, которая затем перестраивается в молекулу фруктозы. Эта молекула, в свою очередь, имеет добавленную фосфатную группу, и в результате получается дважды фосфорилированная молекула фруктозы. Затем эта молекула расщепляется и становится двумя идентичными трехуглеродными молекулами, каждая со своей собственной фосфатной группой.
Фаза возврата: У каждой из двух трехуглеродных молекул одинаковая судьба: к ней присоединена еще одна фосфатная группа, и каждая из них используется для производства АТФ из АДФ (аденозиндифосфата), превращаясь в пируват. молекула. Эта фаза также генерирует молекулу НАДН из молекулы НАД.+.
Таким образом, чистый выход энергии составляет 2 АТФ на глюкозу.
Реакция моста
Мостовая реакция, также называемая переходная реакция, состоит из двух шагов. Первый - это декарбоксилирование пирувата, а второй - присоединение того, что осталось к молекуле, называемой кофермент А.
Конец молекулы пирувата представляет собой углерод, связанный двойной связью с атомом кислорода и одинарной связью с гидроксильной (-ОН) группой. На практике атом H в гидроксильной группе диссоциирован от атома O, поэтому эту часть пирувата можно представить как имеющую один атом C и два атома O. При декарбоксилировании он удаляется как CO2, или же углекислый газ.
Затем остаток молекулы пирувата, называемый ацетильной группой и имеющий формулу CH3C (= O) присоединяется к коферменту A в месте, которое ранее занимала карбоксильная группа пирувата. В процессе работы NAD+ сводится к НАДН. Мостиковая реакция на молекулу глюкозы:
2 канала3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 НАД+ → 2 канала3С (= O) CoA + 2 НАДН
После моста: аэробное дыхание
Цикл Кребса: Местоположение цикла Кребса находится в митохондриальном матриксе (материале внутри мембран). Здесь ацетил-КоА объединяется с четырехуглеродной молекулой, называемой оксалоацетатом, с образованием шестиуглеродной молекулы, цитрата. Эта молекула снова превращается в оксалоацетат в несколько этапов, начиная цикл заново.
Результат - 2 АТФ вместе с 8 НАДН и 2 ФАДН.2 (переносчики электронов) для следующего шага.
Электронная транспортная цепь: Эти реакции происходят вдоль внутренней митохондриальной мембраны, в которую встроены четыре специализированные коферментные группы, названные комплексами с I по IV. Они используют энергию электронов на NADH и FADH2 для управления синтезом АТФ, причем кислород является конечным акцептором электронов.
В результате получается от 32 до 34 АТФ, то есть общий выход энергии клеточного дыхания составляет от 36 до 38 АТФ на молекулу глюкозы.