Innhold
- Glukose: Definisjon
- Glukose, celletyper og metabolisme
- Prosessen med glykolyse
- Tidlig glykolyse
- Senere glykolyse
- Post-glykolyseprosesser
Glukose er den ultimate kilden til cellulært drivstoff for alle levende ting, med energien i sine kjemiske bindinger som brukes til å syntetisere adenosintrifosfat (ATP) på forskjellige sammenhengende og avhengige måter. Når et molekyl av dette seks-karbon (dvs. heksose) sukker krysser plasmamembranen fra en celle utenfra for å komme inn i cytoplasma, er det umiddelbart fosforylert - det vil si at en fosfatgruppe, som har en negativ elektrisk ladning, er festet til en del av glukosemolekylet. Dette resulterer i en netto negativ ladning på det som da er blitt en glukose-6-fosfat molekyl, som forhindrer at den forlater cellen.
prokaryoter, som inkluderer bakteriene og Archaea-domenene, har ikke membranbundne organeller, inkludert mitokondrier det inn eukaryoter er vert for Krebs-syklusen og den oksygenavhengige elektrontransportkjeden. Som et resultat deltar prokaryoter ikke i aerob respirasjon ("med oksygen"), i stedet henter nesten all sin energi fra glykolyse, den anaerobe prosessen som også fungerer i forkant av den aerobe respirasjonen som utføres i eukaryote celler.
Glukose: Definisjon
Siden glukose er blant de mest vitale molekylene i biokjemi, og er utgangspunktet for det kanskje mest vitale reaksjonssettet i livets annaler på planeten Jorden, er en kort drøfting av strukturen og oppførselen til dette molekylet i orden.
Også kjent som dextrose (vanligvis med henvisning til ikke-biologiske systemer, for eksempel glukose laget av mais) og blodsukker (med henvisning til biologiske systemer, for eksempel ved medisinske ulemper), er glukose et seks-karbon molekyl med den kjemiske formelen C6H12O6. I humant blod er den normale konsentrasjonen av glukose omtrent 100 mg / dL. 100 mg er en tidel av et gram, mens en dL er en tidel av en liter; dette fungerer til et gram per liter, og siden den gjennomsnittlige personen har omtrent 4 liter blod, har de fleste til enhver tid omtrent 4 g glukose i blodet - bare omtrent en syvendedel av en unse.
Fem av de seks karbonatomer (C) i glukose sitter i seks-atomring form at molekylet antar 99,98 prosent av tiden i naturen. Det sjette ringatom er et oksygen (O), med det sjette C festet til en av ringen Cs som en del av a hydroksymetyl (-CH2ÅH) gruppe. Det er i hydroksylgruppen (-OH) det uorganisk fosfat (Pi) er festet under fosforyleringsprosessen som fanger molekylet i cytoplasma.
Glukose, celletyper og metabolisme
Prokaryoter er små (det overveldende flertallet er encellede) og enkle (den ene cellen de fleste av dem har mangler en kjerne og andre membranbundne organeller). Dette kan hindre dem i å være like elegante og interessante på de fleste måter som eukaryoter, men det holder også drivstoffbehovet deres relativt lave.
I både prokaryoter og eukaryoter er glykolyse det første trinnet i metabolismen av glukose. Fosforylering av glukose når den kommer inn i en celle ved å diffundere over plasmamembranen er det første trinnet i glykolyse, som er beskrevet i detalj i en etterfølgende seksjon.
På slutten av glykolysen har glukosemolekylet blitt brukt til å generere to tre-karbon pyruvatmolekyler, to molekyler av det såkalte høyenergi-elektronbæreren nikotinamid adenindinukleotid (NADH), og en nettogevinst på to ATP-molekyler.
På dette punktet, i prokaryoter, går pyruvat vanligvis inn i gjæring, en anaerob prosess med en rekke forskjellige varianter som vil bli utforsket innen kort tid. Men noen bakterier har utviklet evnen til å utføre aerob respirasjon til en viss grad og kalles fakultative anaerober. Bakterier som bare kan hente energi fra glykolyse kalles forplikte anaerober, og mange av disse drepes faktisk av oksygen. Noen få bakterier er jevn forplikte aerobes, noe som betyr at de, som deg, har et absolutt krav til oksygen. Gitt at bakterier har hatt omtrent 3,5 milliarder år på seg til å tilpasse seg kravene til jordas skiftende miljø, burde det ikke være overraskende at de har kommandert en rekke grunnleggende metabolske overlevelsesstrategier.
Prosessen med glykolyse
Glykolyse inkluderer 10 reaksjoner, som er et fint, rundt tall, men du trenger ikke nødvendigvis å huske alle produktene, mellomproduktene og enzymer i alle disse trinnene. I stedet, mens noen av disse detaljene er morsomme og nyttige å vite, er det viktigere å få en følelse av hva skjer i glykolyse generelt, og Hvorfor det skjer (både når det gjelder grunnleggende fysikk og cellens behov).
Glykolyse fanges opp i følgende reaksjon, som er summen av de 10 individuelle reaksjonene:
C6H12O6 → 2 C.3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH
På vanlig engelsk, i glykolyse, brytes et enkelt glukosemolekyl opp i to pyruvatmolekyler, og underveis lages et par drivstoffmolekyler og et par "pre-fuel" molekyler. ATP er den nesten universelle valutaen for energi i cellulære prosesser, mens NADH, den reduserte formen av NAD + eller nikotinamidadenindinukleotid, fungerer som en høyenergi-elektronbærer som til slutt donerer disse elektronene, i form av hydrogenioner (H +), til oksygenmolekyler på slutten av elektrontransportkjede i aerob metabolisme, noe som resulterer i mye mer ATP enn glykolyse alene kan levere.
Tidlig glykolyse
Fosforylering av glukose etter inntreden i cytoplasmaet resulterer i glukose-6-fosfat (G-6-P). Fosfatet kommer fra ATP og er inkorporert i glukoseblader adenosindifosfat (ADP) bak. Som nevnt feller dette glukose i cellen.
Deretter konverteres G-6-P til fruktose-6-fosfat (F-6-P). Dette er en isomerisering reaksjon, fordi reaktanten og produktet er isomerer av hverandre - molekyler med samme antall av hver type atom, men med forskjellige romlige ordninger. I dette tilfellet har ringen av fruktose bare fem atomer. Enzymet som er ansvarlig for denne atomartjugleringshandlingen kalles fosfoglukoseisomerase. (De fleste enzymnavn, selv om de ofte er tungvint, gir i det minste perfekt mening.)
I den tredje reaksjonen med glykolyse omdannes F-6-P til fruktose-1,6-bisfosfat (F-1,6-BP). I dette fosforyleringstrinnet kommer fosfatet igjen fra ATP, men denne gangen blir det lagt til et annet karbonatom. Enzymet som er ansvarlig er phosphofructokinase (PFK).
I den fjerde reaksjonen med glykolyse deles F-1,6-BP-molekylet, som er ganske ustabilt på grunn av sin doble dose fosfatgrupper, av enzymet aldolase inn i de tre-karbon, en-fosfat-gruppe-bærende molekyler glyseraldehyd 3-fosfat (GAP) og dihydroksyacetonfosfat (DHAP). Dette er isomerer, og DHAP blir raskt omdannet til GAP i det femte trinnet av glykolyse ved å bruke et trykk fra enzymet triose fosfatisomerase (TIM).
På dette stadiet har det originale glukosemolekylet blitt to identiske tre-karbon, enkelt fosforylerte molekyler, til bekostning av to ATP. Fra dette tidspunkt og fremover oppstår hver beskrevne reaksjon av glykolyse to ganger for hvert glukosemolekyl som gjennomgår glykolyse.
Senere glykolyse
I den sjette glykolysereaksjonen konverteres GAP til 1,3-bisphosphoglycerate (1,3-BPG) under påvirkning av glyseraldehyd 3-fosfatdehydrogenase. Dehydrogenaseenzymer fjerner hydrogenatomer (dvs. protoner). Hydrogenet frigjort fra GAP blir festet til NAD + -molekylet, og gir NADH. Fordi det opprinnelige glukosemolekylet oppstrøms har gitt opphav til to molekyler av GAP, etter denne reaksjonen, to molekyler av NADH er blitt til.
I den syvende glykolysereaksjonen er en av fosforyleringsreaksjonene ved tidlig glykolyse faktisk reversert. Når enzymet fosfoglyseratkinase fjerner en fosfatgruppe fra 1,3-BPG, resultatet er 3-fosfoglyserat (3-PG). Fosfater som er blitt strippet fra de to 1,3-BPG molekylene blir lagt til en ADP for å danne to ATP. Dette betyr at de to ATP "lånt" i trinn en og tre blir "returnert" i den syvende reaksjonen.
I trinn åtte konverteres 3-PG til 2-fosfoglycerat (2-PG) av fosfoglyserat mutase, som skifter den ene gjenværende fosfatgruppen til et annet karbonatom. En mutase skiller seg fra en isomerase ved at den er mindre tunghendt i sin handling; snarere enn å omorganisere strukturen til et molekyl, flytter de bare en av sidegruppene til et nytt sted, og etterlater den samlede ryggraden, ringen, etc. som den var.
I den niende reaksjonen med glykolyse konverteres 2-PG til fosfoenolpyruvat (PEP) under handlingen av enolase. En enol er en forbindelse med en karbon-karbon dobbeltbinding der ett av karbonene også er bundet til en hydroksylgruppe.
Til slutt, den tiende og siste reaksjonen av glykolyse, blir PEP omdannet til pyruvat takket være enzymet pyruvat kinase. Fosfatgruppene fjernet fra de to PEP er festet til ADP-molekyler, hvilket gir to ATP og to pyruvat, hvis formel er (C3H4O3) eller (CH3) CO (COOH). Dermed gir den innledende, anaerobe prosessering av et enkelt molekyl med glukose to pyruvat, to ATP og to NADH-molekyler.
Post-glykolyseprosesser
Pyruvatet som til slutt genereres ved tilførsel av glukose i celler kan ta en av to baner. Hvis cellen er prokaryot, eller hvis cellen er eukaryot, men midlertidig krever mer drivstoff enn aerob respirasjon alene kan gi (som i for eksempel muskelceller under hard fysisk trening som å synge eller løfte vekter), går pyruvat inn i gjæringsveien. Hvis cellen er eukaryotisk og energibehovet er typisk, beveger den pyruvat inni innsiden av mitokondriene og tar del i Krebs sykler: