Како метаболизирати глукозу да би се добио АТП

Глукоза, шећер са шест угљеника, основни је „инпут“ у једначини која покреће цео живот. Енергија споља се на неки начин претвара у енергију ћелије. Сваки живи организам, од вашег најбољег пријатеља до најниже бактерије, има ћелије које сагоревају глукозу за гориво на нивоу метаболизма у корену.

Организми се разликују у мери у којој њихове ћелије могу да извуку енергију из глукозе. У свим ћелијама ова енергија је у облику аденозин трифосфат (АТП).

Према томе, једно заједничко је свим живим ћелијама да метаболишу глукозу да би створиле АТП. Дати молекул глукозе који улази у ћелију могао је почети као вечера од шницла, као плен дивље животиње, као биљна материја или као нешто друго.

Без обзира на то, разни дигестивни и биохемијски процеси сломили су све молекуле са више угљеника у ма које супстанце организам уносио за храну моносахаридном шећеру који улази у ћелијски метаболизам стазе.

Хемијски, глукоза је хексоза шећер, хек што је грчки префикс за „шест“, број атома угљеника у глукози. Његова молекуларна формула је

Глукоза је такође моносахарид у томе је шећер који укључује само једну основну јединицу, или мономер.Фруктоза је још један пример моносахарида, док сахароза, или стони шећер (фруктоза плус глукоза), лактоза (глукоза плус галактоза) и малтоза (глукоза плус глукоза) су дисахариди.

Имајте на уму да је однос атома угљеника, водоника и кисеоника у глукози 1: 2: 1. Сви угљени хидрати у ствари показују исти однос, а све њихове молекуларне формуле су у облику Ц._нХ._2нО._н.

АТП је нуклеозид, у овом случају аденозин, са три везане фосфатне групе. Ово заправо чини а нуклеотид, како је нуклеозид а пентоза шећер (било рибоза или деоксирибоза) у комбинацији са азотном базом (тј. аденином, цитозином, гванином, тимином или урацилом), док је нуклеотид нуклеозид са везаном једном или више фосфатних група. Али на страну терминологија, оно најважније о чему треба знати АТП је да садржи аденин, рибозу и ланац од три фосфатне (П) групе.

АТП се прави путем фосфорилација од аденозин дифосфат (АДП), и обрнуто, када је терминална фосфатна веза у АТП хидролизован, АДП и П._и (неоргански фосфат) су производи. АТП се сматра „валутом енергије“ ћелија јер се овај изванредни молекул користи за покретање скоро сваког метаболичког процеса.

Ћелијско дисање је скуп метаболичких путева у еукариотским организмима који претвара глукозу у АТП и угљен-диоксид у присуству кисеоника, одајући воду и производећи богатство АТП (36 до 38 молекула по уложеном молекулу глукозе) у процес.

Уравнотежена хемијска формула за укупну мрежну реакцију, искључујући носаче електрона и молекуле енергије, је:

Ц.₆Х.₁₂О.₆ + 6 О.₂ → 6 ЦО₂ + 6 Х.₂О.

Ћелијско дисање заправо укључује три различита и секвенцијална пута:

• Гликолиза, који се јавља у свим ћелијама и одвија се у цитоплазми, а увек је први корак метаболизма глукозе (а код већине прокариота и последњи корак).
  
• Тхе Кребсов циклус, такође назван циклус трикарбоксилне киселине (ТЦА) или циклус лимунске киселине, који се одвија у матрици митохондрија.
• Тхе ланац за транспорт електрона, који се одвија на унутрашњој митохондријској мембрани и генерише већину АТП-а произведеног у ћелијском дисању.

Последње две од ових фаза зависе од кисеоника и заједно чине аеробик дисање. Међутим, често се у расправама о еукариотском метаболизму гликолиза, иако не зависи од кисеоника, сматра делом "аеробик дисање"јер скоро сви њени главни производи, пируват, наставља да улази у друга два пута.

У гликолизи, глукоза се у серији од 10 реакција претвара у молекул пируват, са а нето добитак два молекула АТП и два молекула „носача електрона“ никотинамид аденин динуклеотид (НАДХ). За сваки молекул глукозе који уђе у процес настају два молекула пирувата, јер пируват има три атома угљеника до шест глукозе.

У првом кораку глукоза се фосфорилује да би постала глукоза-6-фосфат (Г6П). Ово обавезује да се глукоза метаболише, а не да се враћа уназад кроз ћелијске мембране, јер фосфатна група даје Г6П негативан набој. Током следећих неколико корака, молекул се преуређује у други дериват шећера, а затим фосфорилује други пут да би постао фруктоза-1,6-бисфосфат.

Ови рани кораци гликолизе захтевају улагање два АТП, јер је то извор фосфатних група у реакцијама фосфорилације.

Фруктоза-1,6-бисфосфат се дели на два различита молекула са три угљеника, од којих сваки носи своју фосфатну групу; скоро све ове, брзо се претворе у друге, глицералдехид-3-фосфат (Г3П). Тако се од ове тачке напријед све дуплира, јер постоје два Г3П за сваку глукозу „узводно“.

Од ове тачке, Г3П се фосфорилује у кораку који такође производи НАДХ из оксидованог облика НАД +, а затим се две фосфатне групе дани молекулима АДП у следећим корацима преуређења да би се добили два молекула АТП заједно са крајњим продуктом угљеника гликолизе пируват.

Будући да се то догађа два пута по молекулу глукозе, друга половина гликолизе производи четири АТП за а нето добитак од гликолизе два АТП (пошто су два била потребна рано у процесу) и два НАДХ.

У припремна реакција, након што пируват створен у гликолизи пронађе пут из цитоплазме у митохондријски матрикс, прво се претвара у ацетат (ЦХ₃ЦООХ-) и ЦО₂ (отпадни производ у овом сценарију), а затим у једињење тзв ацетил коензим А., или ацетил ЦоА. У овој реакцији се генерише НАДХ. Ово поставља сцену за Кребсов циклус.

Ова серија од осам реакција названа је тако јер је један од реактаната у првом кораку, оксалоацетат, је такође производ у последњем кораку. Посао Кребсовог циклуса је рад добављача, а не произвођача: он генерише само два АТП по молекулу глукозе, али доприноси још шест НАДХ и два ФАДХ₂, други носилац електрона и блиски сродник НАДХ.

(Имајте на уму да ово значи један АТП, три НАДХ и један ФАДХ₂по окрету циклуса. За сваку глукозу која уђе у гликолизу, два молекула ацетил ЦоА улазе у Кребсов циклус.)

На бази глукозе, енергија до ове тачке износи четири АТП (два из гликолизе и два из Кребса циклус), 10 НАДХ (два из гликолизе, два из припремне реакције и шест из Кребсовог циклуса) и два ФАДХ₂ из Кребсовог циклуса. Док се једињења угљеника у Кребсовом циклусу и даље окрећу узводно, носачи електрона се премештају из митохондријске матрице у митохондријска мембрана.

Када НАДХ и ФАДХ₂ ослобађају своје електроне, они се користе за стварање електрохемијског градијента преко митохондријске мембране. Овај градијент се користи за снажно везивање фосфатних група за АДП за стварање АТП у процесу тзв оксидативне фосфорилације, назван тако јер је крајњи акцептор електрона који каскадно прелазе са носача електрона на носач електрона у ланцу кисеоник (О₂).

Јер сваки НАДХ даје три АТП и сваки ФАДХ₂ даје два АТП у оксидативној фосфорилацији, што додаје мешавини (10) (3) + (2) (2) = 34 АТП. Тако један молекул глукозе може дати до 38 АТП у еукариотски организми.