Hücresel Solunumda Glikozun Rolü Nedir?

Termal havalandırmalarda yaşayan en küçük bakterilerden Asya'da evlerini yapan görkemli, çok tonlu fillere kadar Dünya'daki yaşam olağanüstü derecede çeşitlidir. Ancak tüm organizmalar (canlılar), aralarında enerji elde edecekleri moleküllere duyulan ihtiyaç gibi bir dizi ortak temel özelliğe sahiptir. Büyüme, onarım, bakım ve üreme için dış kaynaklardan enerji çıkarma süreci olarak bilinir. metabolizma.

Tüm organizmalar en az bir hücre (kendi bedeniniz trilyonları içerir), geleneksel tanımlarla yaşama atfedilen tüm özellikleri içeren indirgenemez en küçük varlıktır. Metabolizma, çoğaltma veya başka şekilde yeniden üretme yeteneği gibi bir özelliktir. Gezegendeki her hücre, glikozonsuz Dünya'daki yaşam ya asla oluşamayacak ya da çok farklı görünecekti.

Glikoz C formülüne sahiptir.₆H₁₂Ö₆moleküle mol başına 180 gramlık bir moleküler kütle verir. (Tüm karbonhidratların genel formülü C'dir._nH_2nÖ_n.) Bu, glikozu kabaca en büyük amino asitlerle aynı boyutta yapar.

Doğada glikoz, çoğu metinde altıgen olarak gösterilen altı atomlu bir halka olarak bulunur. Beş karbon atomu oksijen atomlarından biri ile birlikte halkaya dahil edilirken, altıncı karbon atomu bir hidroksimetil grubunun (-CH) parçasıdır.

Amino asitler, glikoz gibi, biyokimyada öne çıkan monomerlerdir. Tıpkı glikojen uzun glikoz zincirlerinden birleştirilir, proteinler uzun amino asit zincirlerinden sentezlenir. Çok sayıda ortak özelliği olan 20 farklı amino asit varken, glikoz sadece bir moleküler formda gelir. Bu nedenle glikojenin bileşimi esasen değişmezdir, oysa proteinler birinden diğerine büyük ölçüde değişir.

Adenozin trifosfat (ATP) ve CO formunda enerji elde etmek için glikoz metabolizması₂ (karbon dioksit, bu denklemde bir atık ürün) olarak bilinir hücresel solunum. Hücresel solunumun üç temel aşamasından ilki, glikoliz, oksijen gerektirmeyen bir dizi 10 reaksiyon, son iki aşama ise Krebs döngüsü (olarak da bilinir sitrik asit döngüsü) ve elektron taşıma zinciri, hangi oksijen gerektirir. Birlikte, bu son iki aşama olarak bilinir aerobik solunum.

Hücresel solunum neredeyse tamamen ökaryotlar (hayvanlar, bitkiler ve mantarlar). prokaryotlar (bakterileri ve arkeleri içeren çoğunlukla tek hücreli alanlar) enerjiyi glikozdan alır, ancak hemen hemen her zaman tek başına glikolizden gelir. Bunun anlamı, prokaryotik hücrelerin, daha sonra detaylandırılacağı gibi, ökaryotik hücrelerin üretebildiği gibi, glikoz molekülü başına enerjinin sadece yaklaşık onda birini üretebileceğidir.

"Hücresel solunum" ve "aerobik solunum", ökaryotik hücrelerin metabolizması tartışılırken sıklıkla birbirinin yerine kullanılır. Anaerobik bir süreç olmasına rağmen, glikolizin neredeyse her zaman son iki hücresel solunum basamağına ilerlediği anlaşılmaktadır. Ne olursa olsun, hücresel solunumda glikozun rolünü özetlemek gerekirse: Glikoz olmazsa solunum durur ve ardından can kaybı olur.

enzimler gibi davranan küresel proteinlerdir. katalizörler kimyasal reaksiyonlarda. Bu, bu moleküllerin, aksi takdirde enzimler olmadan da devam edecek, ancak çok daha yavaş - bazen binin üzerinde bir faktörle - devam edecek olan reaksiyonların hızlanmasına yardımcı olduğu anlamına gelir. Enzimler harekete geçtiğinde, reaksiyonun sonunda kendileri değişmezken, substrat olarak adlandırılan, üzerinde etkili oldukları moleküller, tasarım gereği değişir. reaktanlar CO gibi ürünlere dönüştürülen glikoz gibi₂.

Glikoz ve ATP, birbirine bazı kimyasal benzerlikler taşır, ancak bağlarında depolanan enerjiyi kullanırlar. önceki molekülün, ikinci molekülün sentezine güç vermesi için önemli ölçüde biyokimyasal akrobasi gerekir. hücre. Hemen hemen her hücresel reaksiyon, belirli bir enzim tarafından katalize edilir ve çoğu enzim, bir reaksiyona ve onun substratlarına özeldir. Glikoliz, Krebs döngüsü ve elektron taşıma zinciri bir araya geldiğinde, yaklaşık iki düzine reaksiyon ve enzim içerir.

Glikoz plazma zarından difüze olarak hücreye girdiğinde, hemen bir fosfat (P) grubuna bağlanır veya fosforile edilmiş. Bu, P'nin negatif yükü nedeniyle hücrede glikozu hapseder. Glikoz-6-fosfat (G6P) üreten bu reaksiyon, enzimin etkisi altında gerçekleşir. heksokinaz. (Çoğu enzim "-ase" ile biter, bu da biyoloji dünyasında bir enzimle uğraştığınızı anlamanızı oldukça kolaylaştırır.)

Oradan, G6P, fosforile edilmiş bir şeker türüne yeniden düzenlenir. fruktozve sonra başka bir P eklenir. Kısa bir süre sonra altı karbonlu molekül, her biri bir fosfat grubuna sahip iki üç karbonlu moleküle bölünür; bunlar kısa sürede kendilerini aynı maddeye, gliseraldehit-3-fosfata (G-3-P) düzenlerler.

Her G-3-P molekülü, üç karbonlu moleküle dönüştürülmek için bir dizi yeniden düzenleme adımından geçer. pirüvat, süreçte iki ATP molekülü ve bir yüksek enerjili elektron taşıyıcı NADH molekülü (nikotinamid adenin dinükleotitten veya NAD+'dan indirgenmiş) üretir.

Glikolizin ilk yarısı fosforilasyon adımlarında 2 ATP tüketirken ikinci yarısı toplam 2 piruvat, 2 NADH ve 4 ATP verir. Doğrudan enerji üretimi açısından, böylece glikoliz, glikoz molekülü başına 2 ATP ile sonuçlanır. Bu, çoğu prokaryot için, glikoz kullanımının etkin tavanını temsil eder. Ökaryotlarda, glikoz-hücresel solunum gösterisi daha yeni başlamıştır.

Piruvat molekülleri daha sonra hücrenin sitoplazmasından hücre adı verilen organellerin içine doğru hareket eder. mitokondri, kendi çift plazma membranları ile çevrilidir. Burada piruvat CO'ya bölünür.₂ ve asetat (CH₃COOH-) ve asetat, koenzim A (CoA) olarak adlandırılan B-vitamin sınıfından bir bileşik tarafından yakalanır. asetil CoA, bir dizi hücresel reaksiyonda önemli bir iki karbonlu ara ürün.

Krebs döngüsüne girmek için asetil CoA, dört karbonlu bileşik ile reaksiyona girer. oksaloasetat oluşturmak üzere sitrat. Oksaloasetat, Krebs reaksiyonunda oluşturulan son molekül ve ilk reaksiyonda bir substrat olduğundan, seri "döngü" tanımını alır. Devir altı karbonlu sitratı beş karbonlu bir moleküle ve daha sonra bir dizi dört karbonlu ara ürüne indirgeyen toplam sekiz reaksiyon içerir. oksaloasetat.

Krebs döngüsüne giren her piruvat molekülü, iki CO2 üretimiyle sonuçlanır.₂, 1 ATP, 3 NADH ve bir molekül NADH'a benzer bir elektron taşıyıcısı olarak adlandırılır. flavin adenin dinükleotidiveya FADH₂.

• Krebs döngüsü, yalnızca elektron taşıma zinciri NADH ve FADH'yi almak için aşağı yönde çalışıyorsa devam edebilir.₂ üretir. Böylece hücreye oksijen gelmezse Krebs döngüsü durur.

NADH ve FADH₂ Bu işlem için iç mitokondriyal zara hareket edin. Zincirin rolü, oksidatif fosforilasyon ADP moleküllerinin ATP'ye dönüşmesi. Elektron taşıyıcılardan gelen hidrojen atomları, mitokondriyal zar boyunca bir elektrokimyasal gradyan oluşturmak için kullanılır. Nihai olarak elektronları almak için oksijene dayanan bu gradyandan gelen enerji, ATP sentezine güç sağlamak için kullanılır.

Her glikoz molekülü, hücresel solunum yoluyla 36 ila 38 ATP arasında herhangi bir yere katkıda bulunur: 2 glikolizde, Krebs döngüsünde 2 ve elektron taşımada 32 ila 34 (laboratuarda nasıl ölçüldüğüne bağlı olarak) Zincir.