Hva gir glykolyse?

Innhold

• Hva er egentlig glukose?
• Glykolysestien
• Sammendrag av glykolyse: innganger og utganger
• Skjebnen til produktene av glykolyse

Levende ting, som alle består av en eller flere individuelle celler, kan deles inn i prokaryoter og eukaryoter.

Så godt som alle celler er avhengige av glukose for deres metabolske behov, og det første trinnet i nedbrytningen av dette molekylet er rekken av reaksjoner som kalles glykolyse (bokstavelig talt "glukosesplitting"). Ved glykolyse gjennomgår et enkelt glukosemolekyl en serie reaksjoner for å gi et par pyruvatmolekyler og en beskjeden mengde energi i form av adenosintrifosfat (ATP).

Den endelige håndteringen av disse produktene varierer imidlertid fra celletype til celletype. Prokaryote organismer deltar ikke i aerobisk respirasjon. Dette betyr at prokaryoter ikke kan benytte seg av molekylært oksygen (O₂). I stedet gjennomgår pyruvaten gjæring (anaerob respirasjon).

Noen kilder inkluderer glykolyse i prosessen med "cellulær respirasjon" i eukaryoter, fordi den direkte går foran aerobic respirasjon (dvs. Krebs-syklusen og oksidativ fosforylering i elektrontransportkjeden). Strengere er glykolyse i seg selv ikke en aerob prosess bare fordi den ikke er avhengig av oksygen og oppstår uansett om O₂ er tilstede.

Siden glykolyse er en forutsetning av aerob respirasjon ved at det gir pyruvat for reaksjonene derav, er det naturlig å lære om begge konseptene samtidig.

Hva er egentlig glukose?

Glukose er et seks-karbon sukker som fungerer som det viktigste enkelt karbohydratet i menneskets biokjemi. Karbohydrater inneholder karbon (C) og hydrogen (H) i tillegg til oksygen, og forholdet mellom C og H i disse forbindelsene er alltid 1: 2.

Sukkerarter er mindre enn andre karbohydrater, inkludert stivelse og cellulose. Faktisk er glukose ofte en gjentagende underenhet, eller monomeren, i disse mer komplekse molekylene. Glukose i seg selv består ikke av monomerer, og anses som sådan å være et monosakkarid ("ett sukker").

Formelen for glukose er C₆H₁₂O₆. Hoveddelen av molekylet består av en sekskantet ring som inneholder fem av C-atomer og et av O-atomer. Det sjette og siste C-atomet eksisterer i en sidekjede med en hydroksylholdig metylgruppe (-CH)₂ÅH).

Glykolysestien

Prosessen med glykolyse, som finner sted i cellecytoplasmaet, består av 10 individuelle reaksjoner.

Det er vanligvis ikke nødvendig å huske navnene på alle mellomproduktene og enzymer. Men å ha en fast følelse av helhetsbildet er nyttig. Dette er ikke bare fordi glykolyse er kanskje den mest aktuelle reaksjonen i historien til livet på jorden, men også fordi trinnene pent illustrerer en rekke vanlige hendelser i celler, inkludert virkningen av enzymer under eksoterme (energisk gunstige) reaksjoner.

Når glukose kommer inn i en celle, blir den anerkjent av enzymet heksokinase og fosforylert (det vil si at en fosfatgruppe, ofte skrevet Pi, blir lagt ved). Dette fanger molekylet inne i cellen ved å gi den en negativ elektrostatisk ladning.

Dette molekylet omorganiserer seg til en fosforyleret form av fruktose, som deretter gjennomgår et annet fosforyleringstrinn og blir fruktose-1,6-bisfosfat. Dette molekylet blir deretter delt opp i to lignende tre-karbonmolekyler, hvorav det ene raskt blir omdannet til det andre for å gi to molekyler glyceraldehyd-3-fosfat.

Dette stoffet omorganiseres til et annet dobbelt fosforyleringsmolekyl før den tidlige tilsetningen av fosfatgrupper reverseres i ikke-påfølgende trinn. I hvert av disse trinnene skjer et molekyl av adenosindifosfat (ADP) av enzymsubstratkomplekset (navnet på strukturen dannet av det molekylet som reagerer og det enzymet som gir reaksjonen mot fullføring).

Denne ADP aksepterer et fosfat fra hver av de tilstedeværende tre-karbonmolekylene. Etter hvert sitter to pyruvatmolekyler i cytoplasmaet, klare til utrulling til hvilken vei cellen krever at den skal inn eller er i stand til å være vert.

Sammendrag av glykolyse: innganger og utganger

Den eneste sanne reaktanten av glykolyse er et molekyl av glukose. To molekyler hver av ATP og NAD + (nikotinamid adenindinukleotid, en elektronbærer) blir introdusert i løpet av reaksjonsserien.

Du vil ofte se den komplette prosessen med cellulær respirasjon listet med glukose og oksygen som reaktantene og karbondioksid og vann som produktene, sammen med 36 (eller 38) ATP. Men glykolyse er bare den første reaksjonsserien som til slutt kulminerer i den aerobe ekstraksjonen av denne mye energien fra glukose.

Totalt fire ATP-molekyler produseres i reaksjonene som involverer de tre-karbonkomponenter av glykolyse - to under konvertering av paret av 1,3-bisfosfoglyseratmolekyler til to molekyler av 3-fosfoglycerat, og to under omdannelsen av et par fosfoenolpyruvatmolekyler til de to pyruvatmolekyler som representerer slutten av glykolyse. Disse er alle syntetisert via fosforylering på substratnivå, noe som betyr at ATP kommer fra direkte tilsetning av uorganisk fosfat (Pi) til ADP i stedet for å dannes som en konsekvens av en annen prosess.

To ATP trengs tidlig i glykolyse, først når glukose fosforyleres til glukose-6-fosfat, og deretter to trinn senere når fruktose-6-fosfat fosforyleres til fruktose-1,6-bisfosfat. Nettovinsten i ATP i glykolyse som et resultat av ett molekyl glukose som gjennomgår prosessen er således to molekyler, noe som er lett å huske om du forbinder det med antall pyruvatmolekyler som er opprettet.

I tillegg, under omdannelsen av glyseraldehyd-3-fosfat til 1,3-bisfosfoglycerat, reduseres to molekyler av NAD + til to molekyler av NADH, hvor sistnevnte fungerer som en indirekte energikilde fordi de deltar i reaksjonene fra, blant andre prosesser, aerob respirasjon.

Kort sagt er nettoutbyttet av glykolyse derfor 2 ATP, 2 pyruvat og 2 NADH. Dette er knapt en tyvende mengde ATP produsert i aerob respirasjon, men fordi prokaryoter er som regel langt mindre og mindre kompliserte enn eukaryoter, med mindre metabolsk krav til å matche, er de i stand til å klare seg til tross for dette mindre enn -ideal ordning.

(En annen måte å se på dette er selvfølgelig at mangelen på aerob respirasjon hos bakterier har hindret dem i å utvikle seg til større, mer mangfoldige skapninger, for det det betyr noe.)

Skjebnen til produktene av glykolyse

Når glykolysebanen er fullført, har organismen spilt nesten hvert metabolsk kort den har i prokaryoter. Pyruvatet kan metaboliseres videre til laktat via gjæring, eller anaerob respirasjon. Hensikten med gjæringen er ikke å produsere laktat, men å regenerere NAD + fra NADH slik at den kan brukes i glykolyse.

(Legg merke til at dette skiller seg fra alkoholgjæring, der etanol produseres fra pyruvat under gjæring.)

I eukaryoter går det meste av pyruvat inn i det første settet med trinn i aerob respirasjon: Krebs-syklusen, også kalt trikarboksylsyre-syklusen (TCA) eller sitronsyresyklusen. Dette skjer i mitokondriene, der pyruvat omdannes til to-karbonforbindelsen acetylkoenzym A (CoA) og karbondioksid (CO)₂).

Rollen til denne åttetrinnsyklusen er å produsere flere høyeenergi-elektronbærere for etterfølgende reaksjoner - 3 NADH, en FADH₂ (redusert flavinetadenkleotid) og ett GTP (guanosin trifosfat).

Når disse kommer inn i elektrontransportkjeden på mitokondriell membran, forskyver en prosess som kalles oksidativ fosforylering elektronene fra disse høyeenergibærere til oksygenmolekyler, og sluttresultatet er produksjonen av 36 (eller muligens 38) ATP-molekyler per glukosemolekyl " oppstrøms ".

Den langt større effektiviteten og utbyttet av aerob metabolisme forklarer i hovedsak alle de grunnleggende forskjellene i dag mellom prokaryoter og eukaryoter, med den førstnevnte og antas å ha gitt opphav til sistnevnte.