Что выполняет гликолиз?

Гликолиз - это универсальный процесс среди форм жизни на планете Земля. От простейших одноклеточных бактерий до самых больших китов в море - все организмы - а точнее, каждая из их клеток - используют молекулу шестиуглеродного сахара. глюкоза как источник энергии.

Гликолиз представляет собой набор из 10 биохимических реакций, который служит начальным шагом к полному расщеплению глюкозы. У многих организмов это также заключительный и, следовательно, единственный шаг.

Гликолиз - первая из трех стадий клеточное дыхание в таксономической области (т.е. классификации жизни) Эукариоты (или же эукариоты), к которым относятся животные, растения, простейшие и грибы.

В доменах Бактерии и Археи, которые вместе составляют в основном одноклеточные организмы, называемые прокариоты, гликолиз - единственное метаболическое явление в городе, поскольку их клеткам не хватает оборудования, чтобы довести клеточное дыхание до его завершения.

Полная реакция, охватываемая отдельными стадиями гликолиза:

C₆ЧАС₁₂О₆ + 2 НАД⁺ + 2 ADP + 2 P_я → 2 канала₃(C = O) COOH + 2 АТФ + 2 НАДН + 4 Н⁺ + 2 часа₂О

На словах это означает, что глюкоза, электронный носитель никотинамида адениндинуклеотид, аденозиндифосфат и неорганический фосфат (P_я) объединяются с образованием пирувата, аденозинтрифосфат, восстановленная форма никотинамидадениндинуклеотида и ионов водорода (которые можно рассматривать как электроны).

Обратите внимание, что кислород не входит в это уравнение, потому что гликолиз может протекать без O₂. Это может вызвать путаницу, потому что, поскольку гликолиз является необходимым предшественником аэробных сегментов клеточное дыхание у эукариот («аэробное» означает «с кислородом»), его часто ошибочно считают аэробным. процесс.

Глюкоза - это углевод, а это означает, что ее формула предполагает соотношение двух атомов водорода на каждый атом углерода и кислорода: C_пЧАС_2nО_п. Это сахар, и в частности моносахарид, что означает, что он не может быть расщеплен на другие сахара, как и дисахариды сахароза и галактоза. Он имеет форму кольца из шести атомов, пять атомов из которых являются углеродом, а один - кислородом.

Глюкоза может храниться в организме в виде полимера, называемого гликоген, который представляет собой не что иное, как длинные цепочки или слои отдельных молекул глюкозы, соединенных водородными связями. Гликоген хранится в основном в печени и мышцах.

Спортсмены, которые преимущественно используют определенные мышцы (например, марафонцы, использующие квадрицепсы и икроножные мышцы) мышцы) адаптируются в процессе тренировки к накоплению необычно большого количества глюкозы, что часто называют «углеводной загрузкой».

Аденозинтрифосфат (АТФ) - это «энергетическая валюта» всех живых клеток. Это означает, что когда пища съедается и расщепляется на глюкозу до попадания в клетки, конечной целью метаболизма глюкозы является синтез АТФ, процесс, управляемый энергией, высвобождаемой, когда связи в глюкозе и молекулах, в которые она превращается в гликолизе а также аэробного дыхания разбиты на части.

АТФ, образующийся в результате этих реакций, используется для основных повседневных нужд организма, таких как рост и восстановление тканей, а также физические упражнения. По мере увеличения интенсивности упражнений организм перестает сжигать жиры или триглицериды (за счет окисления жирных кислот) для сжигания глюкозы, потому что последний процесс приводит к большему количеству АТФ, создаваемому на молекулу топливо.

Практически все биохимические реакции основываются на помощи специализированных белковых молекул, называемых ферменты продолжать.

Ферменты катализаторы, что означает, что они ускоряют реакцию - иногда в миллион и более раз - без изменения самих себя в результате реакции. Их обычно называют в честь молекул, на которые они действуют, и имеющих на конце «-азу», например, «фосфоглюкозоизомеразу», которая перестраивает атомы глюкозо-6-фосфата на фруктозо-6-фосфат.

(Изомеры - это соединения с одними и теми же атомами, но с разными структурами, аналогично анаграммам в мире слов.)

Большинство ферменты В человеческих реакциях действует правило «один к одному», означающее, что каждый фермент катализирует определенную реакцию, и, наоборот, каждая реакция может быть катализирована только одним ферментом. Этот уровень специфичности помогает клеткам жестко регулировать скорость реакций и, соответственно, количество различных продуктов, производимых в клетке в любое время.

Когда глюкоза попадает в клетку, первое, что происходит, это то, что она фосфорилируется, то есть молекула фосфата присоединяется к одному из атомов углерода в глюкозе. Это дает молекуле отрицательный заряд, эффективно удерживая ее в клетке. Этот глюкозо-6-фосфат затем изомеризуется, как описано выше, в фруктозо-6-фосфат, который затем проходит еще одну стадию фосфорилирования, чтобы стать фруктозо-1,6-бисфосфат.

Каждый из этапов фосфорилирования включает удаление фосфата из АТФ, оставляя аденозиндифосфат (АДФ) за. Это означает, что хотя целью гликолиза является производство АТФ для использования клеткой, он включает в себя «начальные затраты» в размере 2 АТФ на молекулу глюкозы, входящую в цикл.

Затем фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две трехуглеродные молекулы, к каждой из которых присоединен собственный фосфат. Один из этих, дигидроксиацетонфосфат (DHAP) недолговечен, так как быстро трансформируется в другой, глицеральдегид-3-фосфат. Таким образом, с этого момента каждая указанная реакция фактически происходит дважды для каждой молекулы глюкозы, вступающей в гликолиз.

Глицеральдегид-3-фосфат превращается в 1,3-дифосфоглицерат добавлением к молекуле фосфата. Этот фосфат не является производным АТФ, а существует в виде свободного или неорганического (т.е. без связи с углеродом) фосфата. В то же время НАД⁺ преобразуется в НАДН.

На следующих этапах два фосфата отделяются от ряда трехуглеродных молекул и присоединяются к АДФ для образования АТФ. Поскольку это происходит дважды на исходную молекулу глюкозы, в этой фазе «выплаты» создается всего 4 АТФ. Поскольку «инвестиционная» фаза требует ввода 2 АТФ, общий прирост АТФ на молекулу глюкозы составляет 2 АТФ.

Для справки, после 1,3-дифосфоглицерата молекулы в реакции 3-фосфоглицерат, 3-фосфоглицерат, фосфоенолпируват и наконец пируват.

У эукариот пируват может перейти по одному из двух путей постгликолиза, в зависимости от того, достаточно ли кислорода для продолжения аэробного дыхания. Если это так, что обычно бывает, когда родительский организм отдыхает или слегка тренируется, пируват перемещается из цитоплазмы, где происходит гликолиз, в органеллы («маленькие органы»). называется митохондрии.

Если клетка принадлежит прокариоту или очень трудолюбивому эукариоту - скажем, человеку, который пробегает полмили или интенсивно поднимает тяжести, - пируват превращается в лактат. Хотя в большинстве клеток сам лактат не может использоваться в качестве топлива, эта реакция создает НАД.⁺ из НАДН, тем самым позволяя гликолизу продолжаться «вверх по потоку», обеспечивая критический источник НАД⁺.

Этот процесс известен как молочнокислое брожение.

Аэробные фазы клеточного дыхания, происходящие в митохондриях, называются Цикл Кребса и электронная транспортная цепь, и они происходят в таком порядке. В Цикл Кребса (часто называемый циклом лимонной кислоты или циклом трикарбоновой кислоты) разворачивается в середине митохондрий, тогда как электронная транспортная цепь занимает место на мембране митохондрии, которая образует ее границу с цитоплазмой.

Чистая реакция клеточного дыхания, включая гликолиз, такова:

C₆ЧАС₁₂О₆ + 6 O₂ → 6 СО₂ + 6 часов₂O + 38 АТФ

Цикл Кребса добавляет 2 АТФ, а цепь переноса электронов - колоссальные 34 АТФ, в общей сложности 38 АТФ на молекулу глюкозы, полностью потребляемой (2 + 2 + 34) в трех метаболических процессах.