อะไรคือความจำเป็นสำหรับ Glycolysis เพื่อเริ่มต้น?

ไกลโคไลซิส เป็นขบวนการได้มาซึ่งพลังงานในรูปของ เอทีพี (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) จากน้ำตาลกลูโคสโมเลกุลน้ำตาลหกคาร์บอน (C₆โฮ₁₂โอ₆). ปฏิกิริยาไฟเร็วสิบชุดนี้เกิดขึ้นในทุกเซลล์ในธรรมชาติ ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เช่น แบคทีเรีย มักเป็นแหล่งพลังงานเซลล์เดียวเกือบทุกครั้ง

ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เช่น สัตว์ พืช และเชื้อราที่มีอุปกรณ์ระดับเซลล์เพื่อใช้ออกซิเจนในปฏิกิริยา ไกลโคไลซิสเป็นเพียงขั้นตอนแรกของการหายใจระดับเซลล์ ต่อโมเลกุลของกลูโคส การหายใจของเซลล์โดยรวมจะสร้าง 36 ถึง 38 เอทีพี, และไกลโคไลซิสเพียงอย่างเดียวจะสร้าง ATP ได้เพียงสองตัวเท่านั้น

หลังจากที่โมเลกุลกลูโคสแพร่กระจายเข้าไปในเซลล์ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ จะมีกลุ่มฟอสเฟตคู่หนึ่งติดอยู่ในระหว่างการจัดเรียงใหม่ มันถูกแยกออกเป็นสองส่วน และในที่สุดโมเลกุลคาร์บอนสามตัวที่เหมือนกันก็กลายเป็น ไพรูเวต. กำไรสุทธิของไกลโคไลซิสคือสอง ATP

ในระดับที่ละเอียดยิ่งขึ้น ไกลโคไลซิสคือการสกัดพลังงานที่จับตัวกันในพันธะของโมเลกุลกลูโคสสำหรับ การใช้พลังงานนั้นโดยเซลล์ โดยที่ต้นทุนของโมเลกุลกลูโคสจะถูกแยกย่อยออกเป็นบางอย่าง อื่น.

ปฏิกิริยาไกลโคไลซิสสิบปฏิกิริยาที่แตกต่างกันทั้งหมดต้องการความเชี่ยวชาญเฉพาะของตัวเอง เอนไซม์ซึ่งเป็นโปรตีนที่เร่งปฏิกิริยาภายในเซลล์อย่างมาก เซลล์สามารถควบคุมความเร็วของไกลโคไลซิส และด้วยเหตุนี้อัตราความพร้อมของพลังงาน โดยทำให้เอ็นไซม์บางชนิดมีมากขึ้นหรือน้อยลง

กลูโคสเท่านั้นที่จำเป็นในฐานะสารตั้งต้นที่จุดเริ่มต้นของไกลโคไลซิส แต่ระหว่างทางต้องจัดเตรียม ATP สองตัวเพื่อผลักดันกระบวนการไปยังจุดกึ่งกลาง หลังจากที่โมเลกุลถูกแยกออก กระบวนการนี้ต้องการอุปทานคงที่ของ NAD⁺ เพื่อดำเนินการต่อ.

โดยเฉพาะอย่างยิ่งออกซิเจนคือ ไม่ ที่จำเป็นสำหรับ glycolysis และในกรณีที่ไม่มี glycolysis สามารถเก็บไว้ได้โดยการหมัก กระบวนการนี้แปลงไพรูเวตเป็นแลคเตท และด้วยเหตุนี้จึงทำให้ได้ NAD. ที่จำเป็นมาก⁺ เป็นไกลโคไลซิสโดยการแปลง NADH₂.

เมื่อกลูโคสเข้าสู่เซลล์ จะถูกฟอสโฟรีเลต (เช่น มีฟอสเฟตติดอยู่กับเอนไซม์) จากนั้นจึงจัดเรียงใหม่เป็นน้ำตาลคาร์บอน 6 ตัว ฟรุกโตส. โมเลกุลนี้ถูกฟอสโฟรีเลตเป็นครั้งที่สองที่อะตอมของคาร์บอนที่ต่างกัน ซึ่งเป็นจุดที่ระยะแรกของไกลโคไลซิสเสร็จสมบูรณ์

นี้มักจะเรียกว่า "ขั้นตอนการลงทุน" ของไกลโคไลซิส เนื่องจากแม้ว่าผลลัพธ์โดยรวมคือการจัดหาพลังงาน เซลล์จะต้องสูญเสียเล็กน้อยก่อน ATP สองตัวที่จำเป็นในการจัดหาฟอสเฟตในระยะนี้จึงเป็นการลงทุน แต่ก็คุ้มค่าเสมอ

ในการเริ่มต้นของสิ่งที่เรียกว่า "เฟสกลับ" ฟรุกโตสฟรุกโตสที่มีฟอสโฟรีเลตแบบทวีคูณเป็นสองเท่าของคาร์บอน 6 ตัวถูกแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลที่คล้ายคลึงกันมาก ๆ สามคาร์บอน โดยแต่ละโมเลกุลมีหมู่ฟอสเฟตของตัวเอง สารหนึ่งทั้งหมดจะถูกแปลงเป็นอีกชนิดหนึ่งอย่างรวดเร็ว คือ กลีซาลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต

โมเลกุลที่เหมือนกันในปัจจุบันนี้จะถูกจัดเรียงใหม่และถูกฟอสโฟรีเลตและจัดเรียงใหม่อีกสองสามครั้งเป็นไพรูเวต (C₃โฮ₄โอ₃). ในปฏิกิริยาสุดท้ายซึ่งต้องใช้ NAD⁺โมเลกุลคู่จะละทิ้งฟอสเฟตในชื่อ ATP ซึ่งหมายความว่าเฟสนี้สร้าง ATP สี่ตัว ดังนั้น glycolysis จะให้ผลรวม ATP สองรายการหลังจากพิจารณาถึง ATP สองตัวที่ "ใช้ไป" ในระยะแรก

ในที่สุด ผลิตภัณฑ์ของไกลโคไลซิสคือไพรูเวต NADH₂สองอะตอมไฮโดรเจนที่ถูกปลดปล่อยและ ATP เนื่องจากผลิตภัณฑ์เริ่มต้นเป็นกลูโคสเท่านั้น และ ATP ปรากฏขึ้นในภายหลัง สมการโดยรวมสำหรับไกลโคไลซิสคือ:

ค₆โฮ₁₂โอ₆ + 2 ATP + 2 NAD+ 2 C₃โฮ₄โอ₃ + 4 ATP + 2 NADH + 2 ชั่วโมง⁺

ไพรูเวตจะไปที่ไมโตคอนเดรียสำหรับ การหายใจแบบแอโรบิก หากมีออกซิเจนเพียงพอ (ซึ่งส่วนใหญ่แล้วในมนุษย์) แต่ยังคงอยู่ในไซโตพลาสซึมเพื่อการหมักเพื่อแลกเทตหากระดับออกซิเจนไม่เพียงพอ