Glycolysis ให้ผลผลิตอะไร?

สิ่งมีชีวิตซึ่งทั้งหมดประกอบด้วยเซลล์ตั้งแต่หนึ่งเซลล์ขึ้นไปสามารถแบ่งออกเป็น โปรคาริโอต และ ยูคาริโอต.

แทบทุกเซลล์ต้องพึ่งพา กลูโคส สำหรับความต้องการเมตาบอลิซึมของพวกมัน และขั้นตอนแรกในการสลายโมเลกุลนี้คือชุดของปฏิกิริยาที่เรียกว่า ไกลโคไลซิส (ตามตัวอักษร "การแยกกลูโคส") ใน glycolysis โมเลกุลกลูโคสเดี่ยวผ่านปฏิกิริยาหลายชุดเพื่อให้ได้โมเลกุลไพรูเวตคู่หนึ่งและมีพลังงานเพียงเล็กน้อยในรูปของ อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP).

อย่างไรก็ตาม การจัดการผลิตภัณฑ์เหล่านี้ขั้นสุดท้ายจะแตกต่างกันไปในแต่ละประเภทเซลล์ สิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตไม่เข้าร่วม การหายใจแบบแอโรบิก ซึ่งหมายความว่าโปรคาริโอตไม่สามารถใช้โมเลกุลออกซิเจนได้ (O₂). ไพรูเวตจะผ่าน การหมัก (การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน).

แหล่งที่มาบางแห่งรวมถึง glycolysis ในกระบวนการ "การหายใจระดับเซลล์" ในยูคาริโอต เพราะมันมาก่อนโดยตรง แอโรบิก การหายใจ (เช่น เครบส์ ไซเคิล และออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นใน ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน). อย่างเคร่งครัดกว่านั้น glycolysis เองไม่ใช่กระบวนการแอโรบิกเพียงเพราะไม่อาศัยออกซิเจนและเกิดขึ้นไม่ว่า O₂ มีอยู่

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไกลโคไลซิสคือ a

กลูโคสเป็นน้ำตาลหกคาร์บอนที่ทำหน้าที่เป็นคาร์โบไฮเดรตเดี่ยวที่สำคัญที่สุดในชีวเคมีของมนุษย์ คาร์โบไฮเดรตประกอบด้วยคาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) นอกเหนือจากออกซิเจน และอัตราส่วนของ C ต่อ H ในสารประกอบเหล่านี้จะคงที่ 1:2

น้ำตาลมีขนาดเล็กกว่าคาร์โบไฮเดรตอื่นๆ รวมทั้งแป้งและเซลลูโลส ในความเป็นจริง กลูโคสมักจะเป็นหน่วยย่อยซ้ำ หรือ repeat โมโนเมอร์ในโมเลกุลที่ซับซ้อนกว่านี้ กลูโคสเองไม่ได้ประกอบด้วยโมโนเมอร์ และด้วยเหตุนี้จึงถือเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ ("น้ำตาลเดียว")

สูตรสำหรับกลูโคสคือ C₆โฮ₁₂อู๋₆. ส่วนหลักของโมเลกุลประกอบด้วยวงแหวนหกเหลี่ยมที่มีอะตอม C ห้าอะตอมและอะตอม O หนึ่งตัว อะตอม C ตัวที่หกและตัวสุดท้ายมีอยู่ในสายด้านข้างที่มีหมู่เมทิลที่มีไฮดรอกซิล (-CH₂โอ้)

กระบวนการของ ไกลโคไลซิสซึ่งเกิดขึ้นในเซลล์ ไซโตพลาสซึมประกอบด้วยปฏิกิริยาส่วนบุคคล 10 อย่าง

ปกติไม่จำเป็นต้องจำชื่อของผลิตภัณฑ์ขั้นกลางและเอนไซม์ทั้งหมด แต่การมีภาพรวมที่ชัดเจนนั้นมีประโยชน์ ไม่เพียงเพราะไกลโคไลซิสอาจเป็นปฏิกิริยาเดียวที่เกี่ยวข้องที่สุดในประวัติศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตบนโลก แต่ยังเป็นเพราะขั้นตอน แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงเหตุการณ์ทั่วไปจำนวนหนึ่งภายในเซลล์ รวมถึงการกระทำของเอนไซม์ในระหว่างการคายความร้อน (เป็นผลดีต่อพลังงาน) ปฏิกิริยา

เมื่อกลูโคสเข้าสู่เซลล์ เอ็นไซม์เฮกโซไคเนสและฟอสโฟรีเลตจะเติมน้ำตาลเข้าไป (ซึ่งก็คือกลุ่มฟอสเฟตที่มักเขียนว่า Pi) สิ่งนี้ดักจับโมเลกุลภายในเซลล์ด้วยประจุไฟฟ้าสถิตที่เป็นลบ

โมเลกุลนี้จัดเรียงตัวเองใหม่ให้อยู่ในรูปของฟรุกโตสที่มีฟอสโฟรีเลต จากนั้นจะผ่านขั้นตอนฟอสโฟรีเลชันอื่นและกลายเป็นฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสเฟต จากนั้นโมเลกุลนี้จะถูกแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลที่มีคาร์บอนสามตัวที่คล้ายกัน ซึ่งหนึ่งในนั้นจะถูกแปลงเป็นอีกโมเลกุลหนึ่งอย่างรวดเร็วเพื่อให้เกิดกลีเซอราลดีไฮด์-3-ฟอสเฟตสองโมเลกุล

สารนี้ถูกจัดเรียงใหม่เป็นโมเลกุลที่มีฟอสโฟรีเลตแบบทวีคูณอีกตัวหนึ่ง ก่อนที่การเติมหมู่ฟอสเฟตในช่วงแรกจะกลับรายการในขั้นตอนที่ไม่ต่อเนื่องกัน ในแต่ละขั้นตอนเหล่านี้ โมเลกุลของ อะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP) เกิดขึ้นจากเอ็นไซม์-ซับสเตรตคอมเพล็กซ์ (ชื่อของโครงสร้างที่เกิดขึ้นจากโมเลกุลใดก็ตามที่ทำปฏิกิริยาและเอ็นไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยาไปสู่ความสมบูรณ์)

ADP นี้ยอมรับฟอสเฟตจากโมเลกุลสามคาร์บอนแต่ละโมเลกุลที่มีอยู่ ในที่สุด โมเลกุลไพรูเวตสองโมเลกุลจะนั่งอยู่ในไซโตพลาสซึม พร้อมที่จะนำไปใช้กับทุกวิถีทางที่เซลล์ต้องการให้มันเข้าไปหรือสามารถโฮสต์ได้

สารตั้งต้นที่แท้จริงของไกลโคไลซิสคือโมเลกุลของกลูโคส ATP และ NAD+ (นิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ ตัวพาอิเล็กตรอน) แต่ละตัวแต่ละตัวถูกนำเสนอระหว่างชุดของปฏิกิริยา

คุณมักจะเห็นกระบวนการที่สมบูรณ์ของการหายใจระดับเซลล์ที่มีกลูโคสและออกซิเจนเป็นสารตั้งต้นและคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นผลิตภัณฑ์ พร้อมด้วย 36 (หรือ 38) ATP แต่ไกลโคไลซิสเป็นเพียงปฏิกิริยาชุดแรกซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะถึงจุดสุดยอดในการสกัดพลังงานจำนวนมากจากกลูโคสแบบแอโรบิกนี้

ผลรวมของ สี่ ATP โมเลกุล ถูกผลิตขึ้นในปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบสามคาร์บอนของไกลโคไลซิส - สองในระหว่างการแปลงของโมเลกุล 1,3-bisphosphoglycerate เป็นสอง โมเลกุลของ 3-phosphoglycerate และอีก 2 โมเลกุลระหว่างการเปลี่ยนโมเลกุลของ phosphoenolpyruvate ให้เป็นโมเลกุล pyruvate สองตัวแทนจุดสิ้นสุดของ ไกลโคไลซิส สิ่งเหล่านี้ถูกสังเคราะห์ผ่านฟอสโฟรีเลชั่นระดับซับสเตรต ซึ่งหมายความว่า ATP มาจากโดยตรง การเพิ่มอนินทรีย์ฟอสเฟต (Pi) ให้กับ ADP แทนที่จะเกิดขึ้นจากผลที่ตามมาบางส่วน กระบวนการ.

จำเป็นต้องมี ATP สองตัวในช่วงต้นของไกลโคไลซิส อย่างแรกเมื่อกลูโคสถูกฟอสโฟรีเลตเป็นกลูโคส-6-ฟอสเฟต จากนั้นอีกสองขั้นตอนต่อมาเมื่อฟรุกโตส-6-ฟอสเฟตถูกฟอสโฟรีเลตเป็นฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสเฟต ดังนั้น กำไรสุทธิใน ATP ใน glycolysis อันเป็นผลมาจากหนึ่งโมเลกุลของกลูโคสที่อยู่ระหว่างกระบวนการคือ สองโมเลกุล ซึ่งจำง่ายถ้าคุณเชื่อมโยงกับจำนวนโมเลกุลของไพรูเวต สร้าง

นอกจากนี้ ในระหว่างการเปลี่ยนกลีเซอรอลดีไฮด์-3-ฟอสเฟตเป็น 1,3-บิสฟอสโฟกลีเซอเรต โมเลกุลของ NAD+ สองโมเลกุลจะถูกลดขนาดลงเหลือสองโมเลกุลของ NADH โดยที่หลังทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานทางอ้อมเพราะมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาของกระบวนการอื่น ๆ แอโรบิก การหายใจ

กล่าวโดยย่อ ผลผลิตสุทธิของไกลโคไลซิสจึงเป็น 2 ATP, 2 ไพรูเวต และ 2 NADH. นี่เป็นเพียงหนึ่งในยี่สิบของปริมาณ ATP ที่ผลิตในการหายใจแบบใช้ออกซิเจน แต่เนื่องจากโปรคาริโอตมีขนาดเล็กกว่ามากและ ซับซ้อนน้อยกว่ายูคาริโอต โดยมีความต้องการเมตาบอลิซึมน้อยกว่า พวกมันสามารถผ่านพ้นไปได้แม้จะไม่เป็นไปตามอุดมคตินี้ โครงการ

(แน่นอน มองอีกทางหนึ่งคือขาด การหายใจแบบแอโรบิก ในแบคทีเรียทำให้พวกเขาไม่สามารถพัฒนาเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีขนาดใหญ่และหลากหลายมากขึ้นสำหรับสิ่งที่สำคัญ)

ในโปรคาริโอต เมื่อวิถีไกลโคไลซิสเสร็จสมบูรณ์ สิ่งมีชีวิตจะเล่นการ์ดเมตาบอลิซึมแทบทุกใบที่มี ไพรูเวตสามารถเผาผลาญต่อไปเพื่อให้แลคเตทผ่านทาง การหมักหรือการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน จุดประสงค์ของการหมักไม่ใช่เพื่อผลิตแลคเตท แต่เพื่อสร้าง NAD+ ขึ้นใหม่จาก NADH เพื่อให้สามารถนำไปใช้ในไกลโคไลซิสได้

(โปรดทราบว่าสิ่งนี้แตกต่างจาก การหมักแอลกอฮอล์ซึ่งเอทานอลผลิตจากไพรูเวตภายใต้การกระทำของยีสต์)

ในยูคาริโอต ไพรูเวตส่วนใหญ่เข้าสู่ขั้นตอนชุดแรกในการหายใจแบบใช้ออกซิเจน: วัฏจักรเครบส์หรือที่เรียกว่าวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก (TCA) หรือวัฏจักรกรดซิตริก สิ่งนี้เกิดขึ้นภายใน ไมโตคอนเดรียโดยที่ไพรูเวตถูกแปลงเป็นสารประกอบสองคาร์บอนอะซิติลโคเอ็นไซม์ A (CoA) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO)₂).

บทบาทของวัฏจักรแปดขั้นตอนนี้คือการผลิตตัวพาอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงมากขึ้นสำหรับปฏิกิริยาที่ตามมา – 3 NADH หนึ่ง FADH₂ (ลดฟลาวิน อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์) และหนึ่ง GTP (กัวโนซีน ไตรฟอสเฟต)

เมื่อสิ่งเหล่านี้เข้าสู่ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนบนเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย กระบวนการที่เรียกว่าออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชั่นจะเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากสิ่งเหล่านี้ ตัวพาพลังงานสูงไปยังโมเลกุลออกซิเจน โดยผลลัพธ์สุดท้ายคือการผลิตโมเลกุล ATP 36 (หรืออาจ 38) ต่อโมเลกุลกลูโคส "ต้นน้ำ"

ประสิทธิภาพและผลผลิตของการเผาผลาญแบบแอโรบิกที่มากขึ้นอธิบายความแตกต่างพื้นฐานทั้งหมดโดยพื้นฐานแล้ว วันนี้ระหว่างโปรคาริโอตและยูคาริโอทกับอดีตและเชื่อว่าได้ก่อให้เกิด หลัง