Čo vykonáva glykolýzu?

Glykolýza je univerzálny proces medzi formami života na planéte Zem. Od najjednoduchších jednobunkových baktérií až po najväčšie veľryby v mori - všetky organizmy - presnejšie každá z ich buniek - používajú šesťuhlíkovú molekulu cukru glukóza ako zdroj energie.

Glykolýza je sada 10 biochemických reakcií, ktoré slúžia ako počiatočný krok k úplnému odbúraniu glukózy. V mnohých organizmoch je to tiež posledný, a teda jediný krok.

Glykolýza je prvou z troch fáz bunkové dýchanie v taxonomickej (tj. životnej klasifikácii) doméne Eukaryota (alebo eukaryoty), medzi ktoré patria živočíchy, rastliny, proteíny a huby.

V doménach Baktérie a Archea, ktoré spolu tvoria väčšinou jednobunkové organizmy tzv prokaryoty, glykolýza je jediným metabolickým predstavením v meste, pretože ich bunkám chýba aparát na vykonávanie bunkového dýchania až do konca.

Kompletná reakcia zahrnutá do jednotlivých krokov glykolýzy je:

C.₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 s_i → 2 CH₃(C = 0) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H⁺ + 2 H₂O

To znamená, že glukóza, elektrónový nosič nikotínamid adenín dinukleotid, adenozíndifosfát a anorganický fosfát (P_i) skombinujte a vytvorte pyruvát, adenosintrifosfátu, redukovaná forma nikotínamidu adeníndinukleotidu a vodíkových iónov (ktoré možno považovať za elektróny).

Upozorňujeme, že kyslík sa v tejto rovnici neobjavuje, pretože glykolýza môže pokračovať bez O₂. Môže to byť zmätok, pretože glykolýza je nevyhnutným predchodcom aeróbnych segmentov bunkové dýchanie u eukaryotov („aeróbny“ znamená „s kyslíkom“), často sa mylne považuje za aeróbny procesu.

Glukóza je sacharid, čo znamená, že jej vzorec predpokladá pomer dvoch atómov vodíka pre každý atóm uhlíka a kyslíka: C._nH_2nO_n. Je to cukor a konkrétne a monosacharid, čo znamená, že ho nemožno rozdeliť na iné cukry, rovnako ako disacharidy sacharóza a galaktóza. Zahŕňa šesť-atómový kruhový tvar, z ktorého päť atómov je uhlík a jeden z nich je kyslík.

Glukóza sa môže ukladať v tele ako polymér tzv glykogén, čo nie je nič iné ako dlhé reťazce alebo listy jednotlivých molekúl glukózy spojené vodíkovými väzbami. Glykogén sa ukladá predovšetkým v pečeni a vo svaloch.

Športovci, ktorí preferenčne využívajú určité svaly (napr. Maratónci, ktorí sa spoliehajú na svoje štvorhlavé svaly a lýtka) svaly) sa prispôsobujú tréningom na ukladanie neobvykle vysokého množstva glukózy, ktoré sa často nazýva „karbo-zaťaženie“.

Adenozíntrifosfát (ATP) je „energetická mena“ všetkých živých buniek. To znamená, že keď sa jedlo konzumuje a rozkladá na glukózu pred vstupom do buniek, konečným cieľom je metabolizmus glukózy syntéza ATP, proces riadený energiou uvoľnenou pri väzbách v glukóze a na molekuly, na ktoré sa mení pri glykolýze a aeróbne dýchanie sú rozbité.

ATP generovaný týmito reakciami sa používa na základné každodenné potreby tela, ako je rast a oprava tkanív a fyzické cvičenie. So zvyšujúcou sa intenzitou cvičenia sa telo posúva ďalej od spaľovania tukov alebo triglyceridov (oxidáciou) mastných kyselín) na spaľovanie glukózy, pretože tento druhý proces vedie k väčšiemu množstvu ATP vytvoreného na molekulu palivo.

Prakticky všetky biochemické reakcie sa spoliehajú na pomoc od špecializovaných molekúl proteínov nazývaných enzýmy pokračovať.

Enzýmy sú katalyzátory, čo znamená, že urýchľujú reakcie - niekedy až miliónkrát a viac - bez toho, aby sa v reakcii zmenili. Obvykle sú pomenované pre molekuly, na ktoré pôsobia, a na konci majú „-ázu“, ako napríklad „fosfoglukózaizomeráza“, ktorá preskupuje atómy v glukózo-6-fosfáte na fruktóza-6-fosfát.

(Izoméry sú zlúčeniny s rovnakými atómami, ale rôznymi štruktúrami, analogickými s anagrammi vo svete slov.)

Väčšina enzýmy v ľudských reakciách sa riadi pravidlom „jedna k jednej“, čo znamená, že každý enzým katalyzuje konkrétnu reakciu, a naopak, že každú reakciu môže katalyzovať iba jeden enzým. Táto úroveň špecifickosti pomáha bunkám prísne regulovať rýchlosť reakcií a rozšírením množstiev rôznych produktov produkovaných v bunke kedykoľvek.

Keď glukóza vstúpi do bunky, prvá vec, ktorá sa stane, je tá, že je fosforylovaná - to znamená, že molekula fosfátu je pripojená k jednému z uhlíkov v glukóze. To dodáva molekule negatívny náboj a účinne ho zachytáva v bunke. Toto glukóza-6-fosfát sa potom izomerizuje, ako je opísané vyššie, do fruktóza-6-fosfát, ktorý potom podstúpi ďalší fosforylačný krok fruktóza-1,6-bisfosfát.

Každý z fosforylačných krokov zahrnuje odstránenie fosfátu z ATP a jeho opustenie adenozíndifosfát (ADP) vzadu. To znamená, že hoci cieľom glykolýzy je produkovať ATP pre použitie v bunke, znamená to „počiatočné náklady“ 2 ATP na molekulu glukózy vstupujúcej do cyklu.

Fruktóza-1,6-bisfosfát sa potom rozdelí na dve trojuhlíkové molekuly, z ktorých každá má pripojený vlastný fosfát. Jeden z týchto, dihydroxyacetónfosfát (DHAP), je krátkodobý, pretože sa rýchlo transformuje na druhý, glyceraldehyd-3-fosfát. Od tohto bodu teda každá uvedená reakcia skutočne nastáva dvakrát pre každú molekulu glukózy vstupujúcu do glykolýzy.

Glyceraldehyd-3-fosfát sa premieňa na 1,3-difosfoglycerát pridaním fosfátu k molekule. Tento fosfát skôr ako odvodený z ATP existuje ako voľný alebo anorganický (tj. Bez väzby na uhlík) fosfát. Zároveň NAD⁺ sa prevádza na NADH.

V ďalších krokoch sú dva fosfáty odstránené zo série troch uhlíkových molekúl a pripojené k ADP za vzniku ATP. Pretože sa to deje dvakrát na pôvodnú molekulu glukózy, v tejto „výplatnej“ fáze sa vytvoria celkovo 4 ATP. Pretože „investičná“ fáza vyžadovala vstup 2 ATP, celkový zisk ATP na molekulu glukózy je 2 ATP.

Pre porovnanie, po 1,3-difosfoglyceráte sú molekuly v reakcii 3-fosfoglycerát, 3-fosfoglycerát, fosfoenolpyruvát a nakoniec pyruvát.

U eukaryotov môže potom pyruvát postupovať do jednej z dvoch dráh po glykolýze v závislosti od toho, či je prítomné dostatok kyslíka, aby bolo možné pokračovať v aeróbnom dýchaní. Ak je to tak, čo je obvykle prípad, keď materský organizmus odpočíva alebo cvičí ľahko, potom pyruvát je dopravovaný z cytoplazmy, kde dochádza k glykolýze na organely („malé orgány“) zavolal mitochondrie.

Ak bunka patrí prokaryotu alebo veľmi pracovitému eukaryotu - povedzme človeku, ktorý behá celú pol míľu alebo intenzívne zdvíha činky - pyruvát sa prevedie na laktát. Zatiaľ čo vo väčšine buniek samotný laktát nemôže byť použitý ako palivo, táto reakcia vytvára NAD⁺ z NADH, čo umožňuje glykolýze pokračovať „proti prúdu“ dodávaním kritického zdroja NAD⁺.

Tento proces je známy ako fermentácia kyselinou mliečnou.

Aeróbne fázy bunkového dýchania, ktoré prebiehajú v mitochondriách, sa nazývajú Krebsov cyklus a reťazec transportu elektrónov, a tieto sa vyskytujú v uvedenom poradí. The Krebsov cyklus (často nazývaný cyklus kyseliny citrónovej alebo cyklus trikarboxylových kyselín) sa odohráva uprostred mitochondrií, zatiaľ čo reťazec transportu elektrónov prebieha na membráne mitochondrií, ktorá tvorí jej hranicu s cytoplazmou.

Čistá reakcia bunkového dýchania vrátane glykolýzy je:

C.₆H₁₂O₆ + 6 O.₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 38 ATP

Krebsov cyklus pridáva 2 ATP a reťazec transportu elektrónov ohromných 34 ATP, čo je celkovo 38 ATP na molekulu glukózy, ktorá sa úplne spotrebuje (2 + 2 + 34) v troch metabolických procesoch.