Рівняння для метаболізму глюкози

Клітини вашого тіла можуть розщеплювати або метаболізувати глюкозу, виробляючи необхідну їм енергію. Замість того, щоб просто виділяти цю енергію як тепло, клітини зберігають цю енергію у вигляді аденозинтрифосфату або АТФ; АТФ діє як свого роду енергія валюти, яка доступна у зручній формі для задоволення потреб клітини.

Оскільки розпад глюкози є хімічною реакцією, її можна описати за допомогою наступного хімічного рівняння: C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O, де на кожен моль глюкози, що виділяється, виділяється 2870 кілоджоулів енергії метаболізується. Хоча це рівняння і описує загальний процес, його простота оманлива, оскільки воно приховує всі деталі того, що насправді відбувається. Глюкоза не метаболізується за один крок. Натомість клітина розщеплює глюкозу серією невеликих кроків, кожен з яких виділяє енергію. Хімічні рівняння для них наведені нижче.

Першим кроком в метаболізмі глюкози є гліколіз, десятиступеневий процес, де знаходиться молекула глюкози лізується або розщеплюється на два тривуглецеві цукри, які потім хімічно змінюються, утворюючи дві молекули піруват. Рівняння нетто для гліколізу має такий вигляд: C6H12O6 + 2 ADP + 2 [P] i + 2 NAD + -> 2 піруват + 2 ATP + 2 NADH, де C6H12O6 - глюкоза, [P] i - фосфатна група, NAD + і NADH - акцептори / носії електронів, а ADP - аденозин дифосфат. Знову ж таки, хоча це рівняння дає загальну картину, воно також приховує багато брудних деталей; оскільки гліколіз є десятиступеневим процесом, кожен етап можна описати за допомогою окремого хімічного рівняння.

Наступним етапом метаболізму глюкози є цикл лимонної кислоти (також його називають циклом Кребса або циклом трикарбонової кислоти). Кожна з двох молекул пірувату, що утворюються в результаті гліколізу, перетворюється в сполуку, яка називається ацетил КоА; через 8-етапний процес можна записати цілі хімічні рівняння для циклу лимонної кислоти наступним чином: ацетил CoA + 3 NAD + + Q + GDP + [P] i + 2 H2O -> CoA-SH + 3 NADH + 3 H + + QH2 + GTP + 2 CO2. Повніший опис усіх задіяних кроків виходить за рамки цієї статті; в основному, однак, цикл лимонної кислоти віддає електрони двом молекулам-носіям електронів, NADH і FADH2, які потім можуть віддавати ці електрони в інший процес. Він також виробляє молекулу, звану GTP, яка виконує функції, подібні до АТФ у клітині.

На останньому великому етапі метаболізму глюкози молекули-носії електронів із циклу лимонної кислоти (NADH і FADH2) віддають їх електрони до ланцюга транспорту електронів, ланцюжок білків, вбудованих у мембрану мітохондрій у ваших клітинах. Мітохондрії - важливі структури, які відіграють ключову роль у метаболізмі глюкози та у виробленні енергії. Електронно-транспортний ланцюг керує процесом, який керує синтезом АТФ з АДФ.

Загальні результати метаболізму глюкози вражають; на кожну молекулу глюкози ваша клітина може виробляти 38 молекул АТФ. Оскільки для синтезу АТФ потрібно 30,5 кілоджоулей на моль, ваша клітина успішно зберігає 40 відсотків енергії, що виділяється розщепленням глюкози. Решта 60 відсотків втрачається як тепло; це тепло допомагає підтримувати температуру тіла. Хоча 40 відсотків може здатися низьким показником, це набагато ефективніше, ніж багато машин, розроблених людьми. Наприклад, навіть найкращі машини можуть перетворити лише чверть енергії, що зберігається в бензині, в енергію, яка рухає автомобіль.