สมการการเผาผลาญกลูโคส

เซลล์ในร่างกายของคุณสามารถสลายหรือเผาผลาญกลูโคสเพื่อสร้างพลังงานที่ต้องการ แทนที่จะปล่อยพลังงานนี้เป็นความร้อน เซลล์เก็บพลังงานนี้ไว้ในรูปของอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟตหรือเอทีพี เอทีพีทำหน้าที่เป็นสกุลเงินพลังงานที่มีอยู่ในรูปแบบที่สะดวกเพื่อตอบสนองความต้องการของเซลล์

เนื่องจากการสลายตัวของกลูโคสเป็นปฏิกิริยาเคมี จึงสามารถอธิบายได้โดยใช้สมการทางเคมีดังต่อไปนี้ C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O โดยที่พลังงาน 2870 กิโลจูลจะถูกปล่อยออกมาสำหรับกลูโคสแต่ละโมลที่ เผาผลาญ แม้ว่าสมการนี้จะอธิบายกระบวนการโดยรวม แต่ความเรียบง่ายนั้นหลอกลวง เพราะมันปิดบังรายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริง กลูโคสไม่ได้รับการเผาผลาญในขั้นตอนเดียว เซลล์จะสลายกลูโคสเป็นขั้นตอนเล็กๆ แทน ซึ่งแต่ละขั้นตอนจะปล่อยพลังงานออกมา สมการทางเคมีสำหรับสิ่งเหล่านี้ปรากฏด้านล่าง

ขั้นตอนแรกในการเผาผลาญกลูโคสคือไกลโคไลซิส ซึ่งเป็นกระบวนการสิบขั้นตอนที่โมเลกุลของกลูโคสคือ แยกหรือแยกออกเป็นน้ำตาลคาร์บอนสามคาร์บอนสองชนิด จากนั้นจึงเปลี่ยนแปลงทางเคมีเพื่อสร้างโมเลกุลสองโมเลกุลของ two ไพรูเวต สมการสุทธิสำหรับ glycolysis มีดังนี้: C6H12O6 + 2 ADP + 2 [P]i + 2 NAD+ --> 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH โดยที่ C6H12O6 คือกลูโคส [P]i คือหมู่ฟอสเฟต NAD+ และ NADH เป็นตัวรับ/ตัวพาอิเล็กตรอน และ ADP คืออะดีโนซีน ไดฟอสเฟต อีกครั้ง แม้ว่าสมการนี้จะให้ภาพรวม แต่ก็ยังปกปิดรายละเอียดสกปรกไว้มากมาย เนื่องจากไกลโคไลซิสเป็นกระบวนการ 10 ขั้นตอน แต่ละขั้นตอนสามารถอธิบายได้โดยใช้สมการเคมีแยกกัน

ขั้นตอนต่อไปในการเผาผลาญกลูโคสคือวัฏจักรกรดซิตริก (เรียกอีกอย่างว่าวัฏจักรเครบส์หรือวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก) โมเลกุลทั้งสองของไพรูเวตที่เกิดจากไกลโคไลซิสแต่ละโมเลกุลจะถูกแปลงเป็นสารประกอบที่เรียกว่าอะเซทิลโคเอ ผ่านกระบวนการ 8 ขั้นตอนเหล่านี้ สามารถเขียนสมการเคมีสุทธิสำหรับวงจรกรดซิตริกได้ ดังนี้ acetyl CoA + 3 NAD+ + Q + GDP + [P]i + 2 H2O --> CoA-SH + 3 NADH + 3 H+ + QH2 + GTP + 2 คาร์บอนไดออกไซด์ คำอธิบายโดยละเอียดของขั้นตอนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องอยู่นอกเหนือขอบเขตของบทความนี้ อย่างไรก็ตาม โดยพื้นฐานแล้ว วัฏจักรกรดซิตริกบริจาคอิเล็กตรอนให้กับโมเลกุลพาหะอิเล็กตรอนสองตัวคือ NADH และ FADH2 ซึ่งสามารถบริจาคอิเล็กตรอนเหล่านี้ไปยังกระบวนการอื่นได้ นอกจากนี้ยังผลิตโมเลกุลที่เรียกว่า GTP ซึ่งมีหน้าที่คล้ายกับ ATP ในเซลล์

ในขั้นตอนสุดท้ายที่สำคัญในการเผาผลาญกลูโคส โมเลกุลของตัวพาอิเล็กตรอนจากวัฏจักรกรดซิตริก (NADH และ FADH2) จะบริจาค อิเล็กตรอนของพวกมันไปยังห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นสายโปรตีนที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มของไมโตคอนเดรียในเซลล์ของคุณ ไมโตคอนเดรียเป็นโครงสร้างสำคัญที่มีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญกลูโคสและในการสร้างพลังงาน ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนให้พลังแก่กระบวนการที่ขับเคลื่อนการสังเคราะห์ ATP จาก ADP

ผลลัพธ์โดยรวมของการเผาผลาญกลูโคสนั้นน่าประทับใจ สำหรับกลูโคสแต่ละโมเลกุล เซลล์ของคุณสามารถสร้างเอทีพีได้ 38 โมเลกุล เนื่องจากต้องใช้ 30.5 กิโลจูลต่อโมลในการสังเคราะห์ ATP เซลล์ของคุณสามารถเก็บพลังงานที่ปล่อยออกมาได้ 40 เปอร์เซ็นต์โดยการทำลายกลูโคส ส่วนที่เหลืออีก 60 เปอร์เซ็นต์จะหายไปเป็นความร้อน ความร้อนนี้ช่วยรักษาอุณหภูมิร่างกายของคุณ แม้ว่า 40 เปอร์เซ็นต์อาจฟังดูต่ำ แต่ก็มีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องจักรจำนวนมากที่ออกแบบโดยมนุษย์ แม้แต่รถยนต์ที่ดีที่สุด ก็สามารถแปลงพลังงานที่เก็บไว้ในน้ำมันเบนซินได้เพียงหนึ่งในสี่ให้เป็นพลังงานที่ขับเคลื่อนรถได้