Kaj izvaja glikolizo?

Glikoliza je univerzalni proces med življenjskimi oblikami na planetu Zemlja. Od najpreprostejših enoceličnih bakterij do največjih kitov v morju vsi organizmi - ali natančneje vsaka od njihovih celic - uporabljajo molekulo sladkorja s šestimi ogljiki glukoza kot vir energije.

Glikoliza je sklop 10 biokemijskih reakcij, ki služi kot začetni korak k popolni razgradnji glukoze. V mnogih organizmih je to tudi zadnji in zato edini korak.

Glikoliza je prva od treh stopenj celično dihanje v taksonomskem (tj. klasifikaciji življenja) področju Evkariota (ali evkarionti), ki vključujejo živali, rastline, protiste in glive.

V domenah Bakterije in Arheje, ki skupaj tvorijo večinoma enocelične organizme, imenovane prokarionti, glikoliza je edina presnovna oddaja v mestu, saj njihove celice nimajo strojev za celično dihanje do konca.

Popolna reakcija, ki jo zajemajo posamezni koraki glikolize, je:

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_jaz → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H⁺ + 2 H₂O

Z besedami to pomeni, da glukoza, elektronski nosilec nikotinamid adenin dinukleotid, adenozin difosfat in anorganski fosfat (P_jaz) se kombinirajo in tvorijo piruvat, adenozin trifosfat, reducirana oblika nikotinamid adenin dinukleotida in vodikovih ionov (ki jih lahko štejemo za elektrone).

Upoštevajte, da kisik v tej enačbi ni, ker glikoliza lahko poteka brez O₂. To lahko povzroči zmedo, ker je glikoliza nujna predhodnica aerobnih segmentov celično dihanje pri evkariontih ("aerobno" pomeni "s kisikom"), se pogosto zmotno obravnava kot aerobno proces.

Glukoza je ogljikov hidrat, kar pomeni, da njena formula predpostavlja razmerje dveh atomov vodika za vsak atom ogljika in kisika: C_nH_2nO_n. To je sladkor in še posebej a monosaharid, kar pomeni, da ga ni mogoče razdeliti na druge sladkorje, kot tudi disaharidi saharoza in galaktoza. Vključuje šest-atomsko obliko obroča, od katerih je pet atomov ogljik in eden kisik.

Glukozo lahko v telesu shranimo kot polimer glikogen, ki ni nič drugega kot dolge verige ali listi posameznih molekul glukoze, združeni z vodikovimi vezmi. Glikogen je shranjena predvsem v jetrih in v mišicah.

Športniki, ki prednostno uporabljajo določene mišice (npr. Maratonci, ki se zanašajo na kvadriceps in tele mišice) se skozi trening prilagodijo shranjevanju nenavadno visokih količin glukoze, ki jih pogosto imenujemo "obremenitev z ogljikom".

Adenozin trifosfat (ATP) je "energijska valuta" vseh živih celic. To pomeni, da je končni cilj presnove glukoze, kadar se hrana zaužije in razgradi v glukozo pred vstopom v celice sinteza ATP, proces, ki ga poganja energija, ki se sprosti, ko se vezi v glukozi in molekule, v katere se spremeni pri glikolizi in aerobno dihanje so narazen.

ATP, ustvarjen s temi reakcijami, se uporablja za osnovne, vsakodnevne potrebe telesa, kot so rast in obnova tkiv, pa tudi za telesno vadbo. Ko se intenzivnost vadbe povečuje, se telo odstrani od izgorevanja maščob ali trigliceridov (z oksidacijo maščobnih kislin) do izgorevanja glukoze, ker slednji postopek povzroči več ATP, ustvarjenega na molekulo gorivo.

Skoraj vse biokemične reakcije se zanašajo na pomoč specializiranih beljakovinskih molekul encimi nadaljevati.

Encimi so katalizatorji, kar pomeni, da pospešijo reakcije - včasih tudi za milijonkrat ali več - ne da bi se v reakciji spremenili. Običajno so poimenovani po molekulah, na katere delujejo in imajo na koncu "-azo", na primer "fosfoglukoza izomeraza", ki atome v glukoza-6-fosfatu preuredi v fruktozo-6-fosfat.

(Izomeri so spojine z enakimi atomi, vendar z različnimi strukturami, analogne anagramom v svetu besed.)

Večina encimi v človeških reakcijah ustreza pravilu "ena proti ena", kar pomeni, da vsak encim katalizira določeno reakcijo in obratno, da lahko vsako reakcijo katalizira le en encim. Ta stopnja specifičnosti pomaga celicam, da tesno uravnavajo hitrost reakcij in s tem tudi količino različnih produktov, proizvedenih v celici kadar koli.

Ko glukoza vstopi v celico, se najprej zgodi, da je fosforilirana - to pomeni, da je molekula fosfata vezana na enega izmed ogljikov v glukozi. To molekuli daje negativni naboj in jo učinkovito ujame v celico. To glukoza-6-fosfat se nato izomerizira, kot je opisano zgoraj, v fruktoza-6-fosfat, ki nato opravi še en korak fosforilacije fruktoza-1,6-bisfosfat.

Vsak od korakov fosforilacije vključuje odstranjevanje fosfata iz ATP in odhod adenozin difosfat (ADP) zadaj. To pomeni, da čeprav je cilj glikolize ustvariti ATP za uporabo celice, vključuje "začetni strošek" 2 ATP na molekulo glukoze, ki vstopi v cikel.

Nato se fruktoza-1,6-bisfosfat razdeli na dve molekuli s tremi ogljiki, od katerih ima vsaka svoj fosfat. Eden od teh, dihidroksiaceton fosfat (DHAP), je kratkotrajna, saj se hitro spremeni v drugo, gliceraldehid-3-fosfat. Tako se od te točke naprej vsaka navedena reakcija dejansko zgodi dvakrat za vsako molekulo glukoze, ki vstopi v glikolizo.

Gliceraldehid-3-fosfat se pretvori v 1,3-difosfoglicerat z dodajanjem fosfata molekuli. Namesto da bi izviral iz ATP, ta fosfat obstaja kot prosti ali anorganski (tj. Brez vezi z ogljikom) fosfat. Hkrati pa NAD⁺ se pretvori v NADH.

V naslednjih korakih se fosfata odvzamemo iz vrste molekul s tremi ogljiki in dodamo ADP za tvorbo ATP. Ker se to zgodi dvakrat na originalno molekulo glukoze, se v tej fazi "izplačila" ustvarijo 4 ATP. Ker je faza "naložbe" zahtevala vnos 2 ATP, je skupni dobiček ATP na molekulo glukoze 2 ATP.

Za referenco so molekule v reakciji po 1,3-difosfogliceratu 3-fosfoglicerat, 3-fosfoglicerat, fosfoenolpiruvat in končno piruvat.

Pri evkariontih lahko piruvat nato nadaljuje po eni od dveh poti po glikolizi, odvisno od tega, ali je prisotnega dovolj kisika, da omogoči aerobno dihanje. Če je, kar je običajno v primeru, ko starševski organizem počiva ali lahko telovadi, se piruvat se izloči iz citoplazme, kjer pride do glikolize v organele ("mali organi") poklical mitohondrije.

Če celica pripada prokariotu ali zelo pridnemu evkariontu - recimo, človeku, ki teče na pol milje ali intenzivno dviguje uteži - se piruvat pretvori v laktat. Medtem ko v večini celic laktata samega ni mogoče uporabiti kot gorivo, ta reakcija ustvari NAD⁺ iz NADH, s čimer se omogoči nadaljevanje glikolize "gorvodno" z dobavo kritičnega vira NAD⁺.

Ta postopek je znan kot mlečnokislinska fermentacija.

Aerobne faze celičnega dihanja, ki potekajo v mitohondrijih, se imenujejo Krebsov cikel in elektronska transportna verigain se pojavljajo v tem vrstnem redu. The Krebsov cikel (pogosto imenovan ciklus citronske kisline ali ciklus trikarboksilne kisline) se odvija sredi mitohondrijev, medtem ko elektronska transportna veriga se nahaja na membrani mitohondrijev, ki tvorijo njegovo mejo s citoplazmo.

Neto reakcija celičnega dihanja, vključno z glikolizo, je:

C₆H₁₂O₆ + 6 O.₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 38 ATP

Krebsov cikel doda 2 ATP, veriga prenosa elektronov pa neverjetnih 34 ATP na skupno 38 ATP na molekulo glukoze, ki je bila v celoti porabljena (2 + 2 + 34) v treh presnovnih procesih.