Шта даје гликолиза?

Жива бића, која се све састоје од једне или више појединачних ћелија, могу се поделити прокариоти и еукариоти.

Практично све ћелије се ослањају глукоза за њихове метаболичке потребе, а први корак у разградњи овог молекула је серија реакција тзв гликолиза (дословно, „цепање глукозе“). У гликолизи, један молекул глукозе пролази кроз низ реакција дајући пар молекула пирувата и умерену количину енергије у облику аденозин трифосфат (АТП).

Крајње руковање овим производима, међутим, варира од типа ћелије до врсте ћелије. Прокариотски организми не учествују у аеробик дисање. То значи да прокариоти не могу да користе молекуларни кисеоник (О₂). Уместо тога, пируват пролази ферментација (анаеробно дисање).

Неки извори укључују гликолизу у процес „ћелијског дисања“ код еукариота, јер она непосредно претходи аеробни дисање (тј.. Кребсов циклус и оксидативна фосфорилација у ланац за транспорт електрона). Тачније, сама гликолиза није аеробни процес само зато што се не ослања на кисеоник и јавља се без обзира на то₂ је присутан.

Међутим, пошто је гликолиза а предуслов аеробног дисања, јер испоручује пируват за његове реакције, природно је научити оба концепта одједном.

Глукоза је шећер са шест угљеника који служи као најважнији појединачни угљени хидрат у људској биохемији. Угљени хидрати садрже кисеоник и угљеник (Ц) и водоник (Х), а однос Ц и Х у овим једињењима је увек 1: 2.

Шећери су мањи од осталих угљених хидрата, укључујући скроб и целулозу. У ствари, глукоза је често подјединица која се понавља, или мономер, у овим сложенијим молекулима. Сама глукоза се не састоји од мономера и као таква се сматра моносахаридом („један шећер“).

Формула за глукозу је Ц.₆Х.₁₂О.₆. Главни део молекула састоји се од хексагоналног прстена који садржи пет Ц атома и један од О атома. Шести и последњи атом Ц постоји у бочном ланцу са метилном групом која садржи хидроксил (-ЦХ₂ОХ).

Процес гликолиза, који се одвија у ћелији цитоплазме, састоји се од 10 појединачних реакција.

Обично није потребно памтити имена свих интермедијарних производа и ензима. Али, имати је чврст осећај за целокупну слику корисно. То није само зато што је гликолиза можда најрелевантнија реакција у историји живота на Земљи, већ и зато што су кораци лепо илуструју бројне уобичајене догађаје у ћелијама, укључујући дејство ензима током егзотермних (енергетски повољних) реакције.

Када глукоза уђе у ћелију, ензим хексокиназа је подложна фосфорилацији (то јест, уз њу се додаје фосфатна група, често написана Пи). Ово заробљава молекул унутар ћелије давањем негативног електростатичког наелектрисања.

Овај молекул се преуређује у фосфорилирани облик фруктозе, која затим пролази кроз други корак фосфорилације и постаје фруктоза-1,6-бисфосфат. Овај молекул се затим дели на два слична молекула са три угљеника, од којих се један брзо трансформише у други дајући два молекула глицералдехид-3-фосфата.

Ова супстанца се преуређује у други двоструко фосфорилисани молекул пре него што се рани додатак фосфатних група преокрене у нередовним корацима. У сваком од ових корака, молекул аденозин дифосфат (АДП) дешава се ензим-супстратним комплексом (назив за структуру коју формира било који молекул који реагује и ензим који продужује реакцију ка завршетку).

Овај АДП прихвата фосфат из сваког од присутних молекула са три угљеника. На крају, два молекула пирувата седе у цитоплазми, спремни за распоређивање на било који пут у који ћелија захтева да уђе или је способан да буде домаћин.

Једини прави реактант гликолизе је молекул глукозе. Током серије реакција уводе се по два молекула АТП и НАД + (никотинамид аденин динуклеотид, носач електрона).

Често ћете видети комплетан процес ћелијског дисања наведен са глукозом и кисеоником као реактантима, а угљен-диоксид и вода као производи, заједно са 36 (или 38) АТП. Али гликолиза је само прва серија реакција која на крају кулминира аеробним издвајањем толико енергије из глукозе.

Укупно четири АТП молекула настају у реакцијама које укључују три угљеничне компоненте гликолизе - две током конверзије пара молекула 1,3-бисфосфоглицерата у две молекула 3-фосфоглицерата и два током конверзије пара молекула фосфоенолпирувата у два молекула пирувата који представљају крај гликолиза. Сви они се синтетишу путем фосфорилације на нивоу супстрата, што значи да АТП долази из директног додавање неорганског фосфата (Пи) у АДП уместо да настане као последица неког другог процес.

Два АТП су потребна рано у гликолизи, прво када се глукоза фосфорилује у глукоза-6-фосфат, а затим два корака касније када се фруктоза-6-фосфат фосфорилише у фруктоза-1,6-бисфосфат. Дакле, нето добитак АТП у гликолизи као резултат једног молекула глукозе који пролази процес је два молекула, што је лако упамтити ако га повежете са бројем молекула пирувата створена.

Поред тога, током конверзије глицералдехид-3-фосфата у 1,3-бисфосфоглицерат, два молекула НАД + се редукују у два молекула НАДХ, при чему овај други служи као индиректни извор енергије јер учествује у реакцијама, између осталих процеса, аеробних дисање.

Укратко, нето принос гликолизе је дакле 2 АТП, 2 пирувата и 2 НАДХ. Ово је једва двадесета количина АТП-а произведеног у аеробном дисању, али зато што су прокарионти по правилу далеко мањи и мање сложени од еукариота, са мањим метаболичким захтевима који се подударају, они могу да се снађу упркос овом мање од идеалног шема.

(Други начин да се ово сагледа, наравно, јесте недостатак аеробик дисање у бактеријама их спречава да еволуирају у већа, разноврснија створења, шта је важно.)

Код прокариота, након што је пут гликолизе завршен, организам је одиграо готово све метаболичке карте које има. Пируват се даље може метаболизовати у лактат ферментација, или анаеробно дисање. Сврха ферментације није стварање лактата, већ регенерација НАД + из НАДХ како би се могао користити у гликолизи.

(Имајте на уму да се ово разликује од алкохолна ферментација, у коме се етанол производи из пирувата под дејством квасца.)

Код еукариота, већина пирувата улази у први низ корака у аеробном дисању: Кребсов циклус, који се назива и циклус трикарбоксилне киселине (ТЦА) или циклус лимунске киселине. Ово се дешава у оквиру митохондрије, где се пируват претвара у једињење од два угљеника, ацетил коензим А (ЦоА) и угљен диоксид (ЦО₂).

Улога овог циклуса од осам корака је да произведе више високоенергијских електронских носача за накнадне реакције - 3 НАДХ, један ФАДХ₂ (редуковани флавин аденин динуклеотид) и један ГТП (гванозин трифосфат).

Када ови уђу у ланац транспорта електрона на мембрани митохондрија, процес назван оксидативна фосфорилација помера електроне са ових високоенергетски носачи молекула кисеоника, са крајњим резултатом производња 36 (или могуће 38) АТП молекула по молекулу глукозе „узводно“.

Далеко већа ефикасност и принос аеробног метаболизма објашњавају у основи све основне разлике данас између прокариота и еукариота, са бившим претходницима, за које се веровало да су створили други.