Bridge Stage ของ Glycolysis คืออะไร?

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดใช้ประโยชน์จากโมเลกุลที่เรียกว่า กลูโคส และกระบวนการที่เรียกว่า ไกลโคไลซิส เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานบางส่วนหรือทั้งหมด สำหรับสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตเซลล์เดียว เช่น แบคทีเรีย นี่เป็นกระบวนการเดียวที่สร้าง ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต ซึ่งเป็น "สกุลเงินพลังงาน" ของเซลล์)

สิ่งมีชีวิตยูคาริโอต (สัตว์ พืช และเชื้อรา) มีกลไกของเซลล์ที่ซับซ้อนกว่า และสามารถดึงกลูโคสออกจากโมเลกุลได้มากขึ้น ซึ่งจริงๆ แล้วมี ATP มากกว่า 15 เท่า เนื่องจากเซลล์เหล่านี้ใช้การหายใจระดับเซลล์ ซึ่งโดยรวมแล้วคือไกลโคไลซิสร่วมกับการหายใจแบบใช้ออกซิเจน

ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับ ออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชัน ในการหายใจระดับเซลล์ที่เรียกว่า ปฏิกิริยาสะพาน ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการประมวลผลระหว่างปฏิกิริยาไกลโคไลซิสที่ไม่ใช้ออกซิเจนอย่างเคร่งครัดกับการหายใจแบบใช้ออกซิเจนสองขั้นตอนที่เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย ระยะสะพานนี้ ซึ่งเรียกอย่างเป็นทางการว่า pyruvate oxidation จึงมีความจำเป็น

ใน glycolysis ปฏิกิริยาสิบชุดในไซโตพลาสซึมของเซลล์จะเปลี่ยนโมเลกุลน้ำตาลคาร์บอน 6 ตัว กลูโคสเป็นสองโมเลกุลของไพรูเวตซึ่งเป็นสารประกอบสามคาร์บอนในขณะที่ผลิต ATP. ทั้งหมดสอง ATP โมเลกุล ในส่วนแรกของ glycolysis ที่เรียกว่าเฟสการลงทุน จริงๆ แล้วจำเป็นต้องมี ATP สองตัวเพื่อย้ายปฏิกิริยา ควบคู่ไปกับในขณะที่ในส่วนที่สอง ระยะการกลับ นี้จะชดเชยด้วยการสังเคราะห์ ATP สี่ตัว โมเลกุล

ขั้นตอนการลงทุน: กลูโคสมีหมู่ฟอสเฟตติดอยู่และจัดเรียงใหม่เป็นโมเลกุลของฟรุกโตส ในทางกลับกัน โมเลกุลนี้มีกลุ่มฟอสเฟตเพิ่มเข้าไป และผลที่ได้คือโมเลกุลฟรุกโตสที่มีฟอสโฟรีเลตเป็นสองเท่า จากนั้นโมเลกุลนี้จะถูกแยกออกและกลายเป็นโมเลกุลคาร์บอนสามตัวที่เหมือนกันสองโมเลกุล แต่ละโมเลกุลมีหมู่ฟอสเฟตเป็นของตัวเอง

ระยะกลับ: โมเลกุลคาร์บอนสามสองตัวแต่ละโมเลกุลมีชะตากรรมเดียวกัน: มีกลุ่มฟอสเฟตอีกกลุ่มหนึ่งติดอยู่ และแต่ละ ของเหล่านี้ใช้เพื่อสร้าง ATP จาก ADP (adenosine diphosphate) ในขณะที่ถูกจัดเรียงใหม่เป็น pyruvate โมเลกุล ระยะนี้ยังสร้างโมเลกุลของ NADH จากโมเลกุลของ NAD⁺.

ผลผลิตพลังงานสุทธิเท่ากับ 2 ATP ต่อกลูโคส

ปฏิกิริยาสะพานหรือที่เรียกว่า ปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงซึ่งประกอบด้วยสองขั้นตอน ที่แรกก็คือ ดีคาร์บอกซิเลชั่น ของไพรูเวต และอันที่สองคือการเกาะติดของสิ่งที่เหลืออยู่กับโมเลกุลที่เรียกว่า โคเอ็นไซม์ A.

จุดสิ้นสุดของโมเลกุลไพรูเวตคือคาร์บอนที่ถูกพันธะคู่กับอะตอมออกซิเจนและพันธะเดี่ยวกับหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ในทางปฏิบัติ อะตอม H ในกลุ่มไฮดรอกซิลแยกออกจากอะตอม O ดังนั้นส่วนนี้ของไพรูเวตจึงสามารถคิดได้ว่ามีอะตอม C หนึ่งอะตอมและอะตอม O สองอะตอม ในการดีคาร์บอกซิเลชัน สิ่งนี้จะถูกลบออกเป็นCO₂, หรือ คาร์บอนไดออกไซด์.

จากนั้นเศษของโมเลกุลไพรูเวต เรียกว่า หมู่อะเซทิล และมีสูตร C H₃C(=O) ถูกรวมเข้ากับโคเอ็นไซม์ A ที่จุดที่เคยถูกยึดครองโดยหมู่คาร์บอกซิลของไพรูเวต ในกระบวนการ NAD⁺ ลดลงเหลือ NADH ต่อโมเลกุลของกลูโคส ปฏิกิริยาของสะพานคือ:

2 CH₃C(=O)C(O)O- + 2 CoA + 2 NAD⁺ → 2 CH₃C(=O)CoA + 2 NADH

รอบเครบส์: ตำแหน่งวงจร Krebs อยู่ใน mitochondrial matrix (วัสดุภายในเยื่อหุ้มเซลล์) ที่นี่ acetyl CoA รวมกับโมเลกุลสี่คาร์บอนที่เรียกว่า oxaloacetate เพื่อสร้างโมเลกุลคาร์บอน 6 ตัวคือซิเตรต โมเลกุลนี้จะถูกตัดกลับลงไปเป็นออกซาโลอะซิเตตเป็นชุดของขั้นตอน โดยเริ่มวงจรใหม่อีกครั้ง

ผลลัพธ์คือ 2 ATP พร้อมกับ 8 NADH และ 2 FADH₂ (ตัวพาอิเล็กตรอน) สำหรับขั้นตอนต่อไป

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน: ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นตามเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน ซึ่งมีกลุ่มโคเอ็นไซม์เฉพาะสี่กลุ่มชื่อ Complex I ถึง IV ฝังอยู่ สิ่งเหล่านี้ใช้พลังงานในอิเล็กตรอนบน NADH และ FADH2 เพื่อขับเคลื่อนการสังเคราะห์ ATP โดยที่ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้าย

ผลลัพธ์คือ 32 ถึง 34 ATP ทำให้ผลผลิตพลังงานโดยรวมของการหายใจระดับเซลล์อยู่ที่ 36 ถึง 38 ATP ต่อโมเลกุลของกลูโคส