Glikoz Hücreye Girdiğinde Ne Olur?

Glikoz nihai hücresel yakıt kaynağı sentezlemek için kullanılan kimyasal bağlarındaki enerji ile tüm canlılar için adenozin trifosfat (ATP) çeşitli birbirine bağlı ve birbirine bağlı şekillerde. Bu altı karbonlu (yani heksoz) şekerin bir molekülü, bir hücrenin plazma zarını dışarıdan geçerek sitoplazmaya girdiğinde, hemen fosforile edilmiş - yani, negatif elektrik yükü taşıyan bir fosfat grubu, glikoz molekülünün bir kısmına bağlanır. Bu, daha sonra bir şey haline gelen şey üzerinde net bir negatif ücret ile sonuçlanır. glukoz-6-fosfat hücreden çıkmasını engelleyen moleküldür.

prokaryotlarBakteri ve Arke alanlarını içeren, zara bağlı organellere sahip değildir. mitokondri içinde ökaryotlar Krebs döngüsüne ve oksijene bağımlı elektron taşıma zincirine ev sahipliği yapar. Sonuç olarak, prokaryotlar aerobik ("oksijenli") solunuma katılmazlar, bunun yerine neredeyse tüm enerjilerini elde ederler. glikolizden, ökaryotik hücrelerde gerçekleştirilen aerobik solunumdan önce de işleyen anaerobik süreç.

Glikoz, biyokimyadaki en hayati moleküller arasında yer aldığından ve belki de en hayati moleküller grubunun başlangıç ​​noktasıdır. Dünya gezegenindeki yaşamın yıllıklarındaki tepkiler, bu molekülün yapısı ve davranışı hakkında kısa bir tartışma sipariş.

Ayrıca şöyle bilinir dekstroz (genellikle mısırdan yapılan glikoz gibi biyolojik olmayan sistemlere atıfta bulunur) ve kan şekeri (biyolojik sistemlerle ilgili olarak, örneğin tıbbi bağlamlarda), glikoz, kimyasal formüle sahip altı karbonlu bir moleküldür. C₆H₁₂Ö₆. İnsan kanında normal glukoz konsantrasyonu yaklaşık 100 mg/dL'dir. 100 mg gramın onda biridir, dL ise litrenin onda biridir; Bu, litre başına bir grama denk gelir ve ortalama bir insanda yaklaşık 4 litre kan bulunduğundan, çoğu insanların kan dolaşımında herhangi bir zamanda yaklaşık 4 g glikoz bulunur - bir günün sadece yedide biri ons.

Glikozdaki altı karbon (C) atomundan beşi, altı atomlu halka molekülün doğadaki zamanın yüzde 99,98'ini varsaydığı şeklindedir. Altıncı halka atomu bir oksijendir (O), altıncı C, Cs halkasının bir parçası olarak halkadan birine bağlıdır. hidroksimetil (-CH₂OH) grup. Hidroksil (-OH) grubunda yer alır. inorganik fosfat (Pi), molekülü hücre sitoplazmasında yakalayan fosforilasyon işlemi sırasında eklenir.

Prokaryotlar küçüktür (ezici çoğunluk tek hücrelidir) ve basittir (çoğu hücrede çekirdek ve diğer zara bağlı organeller yoktur). Bu onları pek çok yönden ökaryotlar kadar zarif ve ilginç olmaktan alıkoyabilir, ancak aynı zamanda yakıt gereksinimlerini nispeten düşük tutar.

Hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda glikoliz, glikoz metabolizmasının ilk adımıdır.. Glikozun bir hücreye girmesiyle plazma zarından difüze olarak fosforilasyonu, sonraki bir bölümde ayrıntılı olarak açıklanan glikolizdeki ilk adımdır.

• Bazı bakteriler, sakaroz, laktoz veya maltoz gibi glikozdan başka veya glikoza ek olarak şekerleri metabolize edebilir. Bu şekerler, Yunanca "iki şeker" anlamına gelen disakkaritlerdir. İki alt biriminden biri olarak fruktoz, bir monosakarit gibi bir glikoz monomeri içerirler.

Glikolizin sonunda, glikoz molekülü iki üç karbonlu piruvat molekülü, iki molekül üretmek için kullanılmıştır. sözde yüksek enerjili elektron taşıyıcı nikotinamid adenin dinükleotidi (NADH) ve iki ATP molekülünün net kazancı.

Bu noktada, prokaryotlarda, piruvat genellikle kısa bir süre sonra keşfedilecek olan bir dizi farklı varyasyona sahip anaerobik bir süreç olan fermantasyona girer. Ancak bazı bakteriler, bir dereceye kadar aerobik solunum yapma yeteneğini geliştirmiştir ve buna bakteri adı verilir. fakültatif anaeroblar. Sadece glikolizden enerji elde edebilen bakterilere denir. zorunlu anaeroblarve bunların çoğu aslında oksijen tarafından öldürülür. Hatta sınırlı sayıda bakteri zorunlu aeroblar, yani, sizin gibi, mutlak bir oksijen gereksinimlerine sahipler. Bakterilerin Dünya'nın değişen taleplerine uyum sağlamak için yaklaşık 3,5 milyar yılı olduğu göz önüne alındığında çevre, bir dizi temel metabolik sağkalım komuta etmiş olmaları şaşırtıcı olmamalıdır. stratejiler.

Glikoliz 10 içerir reaksiyonlar, güzel, yuvarlak bir sayıdır, ancak bu adımların tümünde tüm ürünleri, ara maddeleri ve enzimleri ezberlemeniz gerekmez. Bunun yerine, bu ayrıntıların bir kısmı eğlenceli ve bilinmesi faydalı olsa da, bir fikir edinmek daha önemlidir. ne genel olarak glikolizde olur ve neden olur (hem temel fizik açısından hem de hücrenin ihtiyaçları açısından).

Glikoliz, 10 ayrı reaksiyonunun toplamı olan aşağıdaki reaksiyonda yakalanır:

C₆H₁₂Ö₆ → 2 C₃H₄Ö₃ + 2 ATP + 2 NADH

Basit İngilizcede, glikolizde, tek bir glikoz molekülü iki piruvat molekülüne bölünür ve yol boyunca birkaç yakıt molekülü ve bir çift "yakıt öncesi" molekül yapılır. ATP, hücresel süreçlerde enerji için neredeyse evrensel para birimi iken, NADH, indirgenmiş NAD+ veya nikotinamid adenin dinükleotit formudur, sonunda bu elektronları hidrojen iyonları (H+) formunda oksijen moleküllerine bağışlayan yüksek enerjili bir elektron taşıyıcısı olarak işlev görür. arasında elektron taşıma zinciri içinde aerobik metabolizma, tek başına glikolizin sağlayabileceğinden çok daha fazla ATP ile sonuçlanır.

Glikozun sitoplazmaya girdikten sonra fosforilasyonu, glikoz-6-fosfat (G-6-P) ile sonuçlanır. Fosfat, ATP'den gelir ve glikoz yapraklarına dahil edilir. adenozin difosfat (ADP) arkada. Belirtildiği gibi, bu, hücre içinde glikozu hapseder.

Daha sonra, G-6-P dönüştürülür. fruktoz-6-fosfat (F-6-P). Bu bir izomerizasyon reaksiyon, çünkü reaktan ve ürün birbirinin izomerleridir - her bir atom türünden aynı sayıda, ancak farklı uzamsal düzenlemelere sahip moleküller. Bu durumda, fruktoz halkası sadece beş atoma sahiptir. Bu atomik hokkabazlık eyleminden sorumlu enzime denir. fosfoglukoz izomeraz. (Çoğu enzim adı, genellikle hantal olsa da, en azından mükemmel bir anlam ifade eder.)

Glikolizin üçüncü reaksiyonunda F-6-P, fruktoz-1,6-bifosfat (F-1,6-BP). Bu fosforilasyon adımında, fosfat yine ATP'den gelir, ancak bu sefer farklı bir karbon atomuna eklenir. sorumlu enzimdir fosfofruktokinaz (PFK).

• Birçok fosforilasyon reaksiyonunda, mevcut bir fosfat grubunun serbest ucuna fosfat grupları eklenir, ancak bu durumda değil - dolayısıyla "_di_fosfat" yerine "_bis_fosfat".

Glikolizin dördüncü reaksiyonunda, içerdiği çift doz fosfat grupları nedeniyle oldukça kararsız olan F-1,6-BP molekülü, enzim tarafından parçalanır. aldolaz üç karbonlu, tek fosfat grubu taşıyan moleküllere gliseraldehit 3-fosfat (GAP) ve dihidroksiaseton fosfat (DHAP). Bunlar izomerlerdir ve DHAP, enzimden bir itme kullanılarak glikolizin beşinci adımında hızla GAP'a dönüştürülür. trioz fosfat izomeraz (TİM).

Bu aşamada, orijinal glikoz molekülü, iki ATP pahasına, iki özdeş üç karbonlu, tek başına fosforlanmış molekül haline geldi. Bu noktadan itibaren, açıklanan her bir glikoliz reaksiyonu, glikolize giren her glikoz molekülü için iki kez gerçekleşir.

Glikolizin altıncı reaksiyonunda GAP, GAP'a dönüştürülür. 1,3-bifosfogliserat (1,3-BPG) etkisi altında gliseraldehit 3-fosfat dehidrojenaz. Dehidrojenaz enzimleri, hidrojen atomlarını (yani protonları) uzaklaştırır. GAP'tan serbest kalan hidrojen, NAD+ molekülüne bağlanarak NADH verir. Çünkü yukarı akıştaki ilk glikoz molekülü, iki GAP molekülleri, bu reaksiyondan sonra, iki NADH molekülleri oluşturuldu.

Yedinci glikoliz reaksiyonunda, erken glikolizin fosforilasyon reaksiyonlarından biri aslında tersine çevrilir. enzim ne zaman fosfogliserat kinaz 1,3-BPG'den bir fosfat grubunu çıkarır, sonuç 3-fosfogliserat (3-PG). İki 1,3-BPG molekülünden sıyrılan fosfatlar, iki ATP oluşturmak için bir ADP'ye eklenir. Bu, birinci ve üçüncü adımlarda "ödünç alınan" iki ATP'nin yedinci reaksiyonda "geri verildiği" anlamına gelir.

Sekizinci adımda, 3-PG dönüştürülür 2-fosfogliserat (2-PG) tarafından fosfogliserat mutazkalan bir fosfat grubunu farklı bir karbon atomuna taşıyan. Bir mutaz, eyleminde daha az ağırlığa sahip olması bakımından bir izomerazdan farklıdır; bir molekülün yapısını yeniden düzenlemek yerine, yalnızca yan gruplarından birini yeni bir noktaya kaydırarak genel omurgayı, halkayı vb. terk ederler. olduğu gibi.

Glikolizin dokuzuncu reaksiyonunda 2-PG, fosfoenolpiruvat (PEP) eylemi altında enolaz. Bir enol, karbonlardan birinin aynı zamanda bir hidroksil grubuna bağlı olduğu bir karbon-karbon çift bağına sahip bir bileşiktir.

Son olarak, glikolizin onuncu ve son reaksiyonu olan PEP, enzim sayesinde piruvata dönüştürülür. piruvat kinaz. İki PEP'den ayrılan fosfat grupları, ADP moleküllerine bağlanır ve formülü şu olan iki ATP ve iki piruvat verir. (C₃H₄Ö₃) veya (CH₃)CO(COOH). Böylece, tek bir glikoz molekülünün ilk anaerobik işlenmesi, iki piruvat, iki ATP ve iki NADH molekülü verir.

Glikozun hücrelere girmesiyle nihai olarak üretilen piruvat, iki yoldan birini alabilir. Hücre prokaryotik ise veya hücre ökaryotik ise ancak geçici olarak aerobik solunumun tek başına sağlayabileceğinden daha fazla yakıt gerektiriyorsa (örneğin, sprint veya ağırlık kaldırma gibi zorlu fiziksel egzersizler sırasında kas hücrelerinde olduğu gibi), piruvat fermantasyona girer yol. Hücre ökaryotik ise ve enerji gereksinimleri tipik ise, piruvatı mitokondri içine taşır ve hücrede yer alır. Krebs döngüsü:

• Fermantasyon: Fermantasyon genellikle "anaerobik solunum" ile birbirinin yerine kullanılır, ancak gerçekte bu yanıltıcıdır çünkü Fermentasyondan önce gelen glikoliz de anaerobiktir, ancak genellikle solunumun bir parçası olarak kabul edilmez. se.
• Fermantasyon, piruvatı dönüştürerek glikolizde kullanım için NAD+'ı yeniden üretir. laktat. Bunun tüm amacı, yeterli oksijen yokluğunda glikolizin devam etmesine izin vermektir; yerel olarak NAD+ eksikliği, yeterli miktarda substrat mevcut olduğunda bile süreci sınırlayacaktır.
• Aerobik solunum: Bu şunları içerir: Krebs döngüsü ve elektron taşıma zinciri.
• Krebs döngüsü: Burada piruvat, asetil koenzim A (asetil CoA) ve karbondioksit (CO₂). İki karbonlu asetil CoA, dört karbonlu oksaloasetat altı karbonlu bir molekül olan sitratı oluşturmak için daha sonra iki CO2 ile sonuçlanan altı reaksiyondan oluşan bir "tekerlek" (döngü) boyunca ilerler.₂, bir ATP, üç NADH ve bir indirgenmiş flavin adenin dinükleotidi (FADH₂).
• Elektron taşıma zinciri: Burada protonlar (H⁺ NADH ve FADH_ atomları)₂Krebs döngüsünden _, iç mitokondriyal zar üzerinde 34 (ya da daha fazla) ATP molekülünün sentezini yönlendiren bir elektrokimyasal gradyan oluşturmak için kullanılır. Oksijen, bir bileşikten diğerine "dökülen" elektronların son alıcısı olarak hizmet eder ve glikozlu bileşikler zincirinin sonuna kadar başlar.