Prostriedky, pomocou ktorých bunky živého človeka získavajú energiu z väzieb v organických molekulách, závisia od typu študovaného organizmu.
Prokaryotes (domény Baktérie a Archea) sú obmedzené na anaeróbne dýchanie, pretože nemôžu využívať kyslík. Eukaryoty (doména Eukaryota, ktorá zahŕňa zvieratá, rastliny, proteíny a huby), do ktorých začleňujú kyslík metabolické procesy a vo výsledku môže získať oveľa viac adenozíntrifosfátu (ATP) na molekulu paliva vstupujúceho do systém.
Všetky bunky však využívajú desaťkrokovú sériu reakcií súhrnne známych ako glykolýza. U prokaryotov je to obvykle jediný prostriedok na získanie ATP, takzvanej „energetickej meny“ všetkých buniek.
U eukaryotov je to prvý krok v bunkovom dýchaní, ktorý zahŕňa aj dve aeróbne dráhy: Krebsov cyklus a reťazec transportu elektrónov.
Glykolýza
Kombinovaným konečným produktom glykolýzy sú dve molekuly pyruvátu na molekulu glukózy vstupujúcej do procesu, plus dve molekuly ATP a dve NADH, takzvaný vysokoenergetický nosič elektrónov.
Úplná čistá reakcia glykolýzy je:
C.6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P → 2 CH3(C = 0) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
Označenie „sieť“ je tu rozhodujúce, pretože v skutočnosti sú potrebné dve ATP v prvej časti glykolýzy vytvoriť podmienky potrebné pre druhú časť, v ktorej sa generujú štyri ATP, aby sa celková súvaha v stĺpci ATP dostala na plus-dva.
Kroky glykolýzy
Každý krok glykolýzy je katalyzovaný konkrétnym enzýmom, ako je obvyklé pri všetkých bunkových metabolických reakciách. Nielen každá reakcia je ovplyvnená enzýmom, ale každý zapojený enzým je špecifický pre danú reakciu. Preto existuje vzájomný vzťah reaktant-enzým od jedného k jednému.
Glykolýza sa zvyčajne delí na dve fázy, ktoré označujú tok energie, ktorá sa na nej podieľa.
Investičná fáza: Prvé štyri reakcie glykolýzy zahŕňajú fosforyláciu glukózy po jej vstupe do bunkovej cytoplazmy; preusporiadanie tejto molekuly na iný šesťuhlíkový cukor (fruktóza); fosforyláciu tejto molekuly na inom uhlíku, čím sa získa zlúčenina s dvoma fosfátovými skupinami; štiepenie tejto molekuly na pár trojuhlíkových medziproduktov, každý s pripojenou vlastnou fosfátovou skupinou.
Fáza výplaty: Jednou z dvoch fosfátových trojuhlíkových zlúčenín vytvorených štiepením fruktóza-1,6-bisfosfátu, dihydroxyacetónfosfátu (DHAP), je konvertovaný na druhý, glyceraldehyd-3-fosfát (G3P), čo znamená, že v tomto štádiu existujú dve molekuly G3P pre každú molekulu glukózy vstupujúcu glykolýza.
Ďalej sú tieto molekuly fosforylované a v ďalších niekoľkých krokoch sú fosfáty odlúpnuté a použité na vytvorenie ATP, keď sú molekuly s tromi uhlíkmi preskupené do pyruvátu. Pozdĺž cesty sa z NAD generujú dva NADH+, jeden na molekulu s tromi uhlíkmi.
Výsledná čistá reakcia je teda spokojná a vy si teraz môžete s istotou odpovedať na otázku: „Na konci glykolýzy, ktoré molekuly sa získavajú?“
Po glykolýze
V prítomnosti kyslíka v eukaryotických bunkách sa pyruvát prepravuje na nazývané organely mitochondrie, o ktorých je reč aeróbne dýchanie. Pyruvát sa zbavuje uhlíka, ktorý z procesu vychádza vo forme odpadového produktu oxidu uhličitého (CO2), a zanechaný ako aktetyl koenzým A.
Krebsov cyklus: V mitochondriálnej matrici sa acetyl CoA kombinuje so štvoruhlíkovou zlúčeninou oxaloacetátom za vzniku citranu so šiestimi uhlíkmi. Táto molekula je znovu rozdelená na oxaloacetát so stratou dvoch CO2 a zisk jedného ATP, troch NADH a jedného FADH2 (ďalší elektrónový nosič) na jedno otočenie cyklu.
To znamená, že musíte zdvojnásobiť tieto čísla, aby ste zohľadnili skutočnosť, že dva acetyl CoA vstupujú do Krebsov cyklus na molekulu glukózy vstupujúcej do glykolýzy.
Elektrónový transportný reťazec: V týchto reakciách, ktoré sa vyskytujú na mitochondriálnej membráne, sú atómy vodíka (elektróny) z vyššie uvedených nosičov elektrónov. sú zbavené svojich nosných molekúl používaných na riadenie syntézy veľkého množstva ATP, približne 32 až 34 na „protiprúdovú“ glukózu molekula.