Glycolysis เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ไกลโคไลซิส เป็นกระบวนการทางชีวเคมีสากลที่เปลี่ยนสารอาหาร (น้ำตาลหกคาร์บอน กลูโคส) ให้เป็นพลังงานที่ใช้งานได้ (ATP หรืออะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต). Glycolysis เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมด ไหลไปเรื่อย ๆ โดยเอนไซม์ glycolytic จำเพาะจำนวนมาก

ในขณะที่ผลผลิตพลังงานของไกลโคไลซิสนั้น โมเลกุลสำหรับโมเลกุล น้อยกว่าที่ได้รับจากการหายใจแบบใช้ออกซิเจนอย่างมาก – สอง ATP ต่อโมเลกุลกลูโคสที่ใช้สำหรับไกลโคไลซิสเพียงอย่างเดียวเทียบกับ 36 ถึง 38 สำหรับปฏิกิริยาทั้งหมดของการหายใจระดับเซลล์รวมกัน อย่างไรก็ตาม มันยังเป็นหนึ่งในสิ่งที่แพร่หลายที่สุดในธรรมชาติและ กระบวนการที่เชื่อถือได้ในแง่ที่ว่าเซลล์ทั้งหมดใช้มัน แม้ว่าจะไม่ใช่ทุกเซลล์ที่สามารถพึ่งพาพลังงานได้เพียงอย่างเดียว ความต้องการ

Glycolysis เป็นกระบวนการที่ไม่ใช้ออกซิเจนซึ่งหมายความว่าไม่ต้องการออกซิเจน ระวังอย่าสับสนระหว่าง "แบบไม่ใช้ออกซิเจน" กับ "เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช้ออกซิเจนเท่านั้น" ไกลโคไลซิส เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของทั้งเซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอต

เริ่มเมื่อกลูโคสซึ่งมีสูตร C₆โฮ₁₂โอ₆ และมวลโมเลกุล 180.156 กรัม แพร่กระจายเข้าไปในเซลล์ผ่านเยื่อหุ้มพลาสมาตามระดับความเข้มข้น

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น คาร์บอนกลูโคสหมายเลขหก ซึ่งอยู่นอกวงแหวนหกเหลี่ยมหลักของโมเลกุล จะกลายเป็นฟอสโฟรีเลตทันที (กล่าวคือ มีกลุ่มฟอสเฟตติดอยู่) ฟอสโฟรีเลชั่นของกลูโคสทำให้โมเลกุลกลูโคส-6-ฟอสเฟต (G6P) เป็นลบทางไฟฟ้าและดักจับภายในเซลล์

หลังจากอีกเก้าปฏิกิริยาและการลงทุนพลังงาน ผลิตภัณฑ์ของ glycolysis จะปรากฏขึ้น: ไพรูเวตสองโมเลกุล (C₃โฮ₈โอ₆) บวกคู่ของ pair ไฮโดรเจนไอออน และสองโมเลกุลของ NADH ซึ่งเป็น "พาหะอิเล็กตรอน" ที่มีความสำคัญต่อปฏิกิริยา "ปลายน้ำ" ของการหายใจแบบใช้ออกซิเจน ซึ่งเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย

สมการสุทธิสำหรับปฏิกิริยาของไกลโคไลซิสอาจเขียนได้ดังนี้

ค₆โฮ₁₂โอ₆ + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD⁺→ 2 C₃โฮ₄โอ₃ + 2 ชั่วโมง⁺ + 2 NADH + 2 ATP

ที่นี่ Pi หมายถึงฟอสเฟตอิสระและ ADP ย่อมาจาก adenosine diphosphate ซึ่งเป็นนิวคลีโอไทด์ที่ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นโดยตรงของ ATP ส่วนใหญ่ในร่างกาย

หลังจากที่ G6P ก่อตัวขึ้นในขั้นตอนแรกของ glycolysis ภายใต้ทิศทางของเอนไซม์ เฮกโซไคเนสโมเลกุลถูกจัดเรียงใหม่โดยไม่สูญเสียหรือได้รับอะตอมเป็นฟรุกโตส-6-ฟอสเฟต ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของน้ำตาลอีกตัวหนึ่ง จากนั้นโมเลกุลจะถูกฟอสโฟรีเลตอีกครั้ง คราวนี้เป็นคาร์บอนหมายเลข 1 ผลที่ได้คือฟรุกโตส-1,6-ไบฟอสเฟต (FBP) ซึ่งเป็นน้ำตาลที่มีฟอสโฟรีเลตทวีคูณ

แม้ว่าขั้นตอนนี้ต้องใช้คู่ของ ATP เป็นแหล่งของฟอสโฟรีเลชันที่เกิดขึ้นที่นี่ สิ่งเหล่านี้ไม่ได้แสดงใน สมการไกลโคไลซิสโดยรวมเนื่องจากถูกหักล้างโดยสองในสี่ ATP ที่ผลิตในส่วนที่สองของ ไกลโคไลซิส ดังนั้นการผลิตสุทธิของ ATP สองรายการจึงหมายถึง "การซื้อ" เริ่มต้นของ ATP สองรายการเพื่อสร้าง ATP สี่รายการเมื่อสิ้นสุดกระบวนการ

FBP ที่มีฟอสโฟรีเลตแบบทวีคูณ 6 คาร์บอนถูกแบ่งออกเป็นคู่ของโมเลกุลที่มีฟอสโฟรีเลต 3 คาร์บอน โดยตัวหนึ่งจะจัดเรียงตัวมันเองใหม่เป็นอีกโมเลกุลหนึ่งอย่างรวดเร็ว ดังนั้น ส่วนที่สองของไกลโคไลซิสจึงเริ่มต้นด้วยการผลิตคู่ของโมเลกุลไกลซาลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต (GA3P)

ที่สำคัญ ทุกอย่างที่เกิดขึ้นนับจากนี้ไปจะเพิ่มเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับปฏิกิริยาโดยรวม ดังนั้น เมื่อแต่ละโมเลกุลของ GA3P ถูกจัดเรียงใหม่อย่างเป็นระบบเป็นไพรูเวต ในขณะที่ทำให้เกิดการผลิต ATP สองตัวและ NAD จำนวนหนึ่ง จำนวนรวมจึงเพิ่มขึ้นสองเท่า ในตอนท้ายของ glycolysis ไพรูเวตสองตัวพร้อมที่จะส่งไปยังไมโตคอนเดรียตราบใดที่ออกซิเจนมีอยู่

• ถ้าออกซิเจนมีจำกัด เช่น ระหว่างออกกำลังกายหนักๆ การหมัก เกิดขึ้น ไพรูเวตจะถูกแปลงเป็นแลคเตท ซึ่งสร้าง NAD+ มากพอที่จะทำให้ไกลโคลิซิสดำเนินต่อไปได้