Περιεχόμενο
Όλοι οι οργανισμοί κάνουν χρήση ενός μορίου που ονομάζεται γλυκόζη και μια διαδικασία που ονομάζεται γλυκόλυση για να καλύψουν ορισμένες ή όλες τις ενεργειακές τους ανάγκες. Για τους μονοκλωνικούς προκαρυωτικούς οργανισμούς, όπως τα βακτηρίδια, αυτή είναι η μόνη διαθέσιμη διαδικασία για την παραγωγή ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη, το "νόμισμα ενέργειας" των κυττάρων).
Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί (ζώα, φυτά και μύκητες) έχουν πιο εξελιγμένα κυτταρικά μηχανήματα και μπορούν να πάρουν πολύ περισσότερο από ένα μόριο γλυκόζης - πάνω από δεκαπέντε φορές περισσότερο ATP, στην πραγματικότητα. Αυτό συμβαίνει επειδή αυτά τα κύτταρα χρησιμοποιούν κυτταρική αναπνοή, η οποία στο σύνολό της είναι γλυκόλυση συν αερόβια αναπνοή.
Μια αντίδραση που περιλαμβάνει οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση στην κυτταρική αναπνοή που ονομάζεται αντίδραση γέφυρας χρησιμεύει ως κέντρο επεξεργασίας μεταξύ των αυστηρά αναερόβιων αντιδράσεων της γλυκόλυσης και των δύο σταδίων αερόβιας αναπνοής που συμβαίνουν στα μιτοχόνδρια. Αυτό το στάδιο γέφυρας, περισσότερο τυπικά ονομάζεται πυροσταφυλική οξείδωση, είναι επομένως απαραίτητο.
Προσεγγίζοντας τη Γέφυρα: Γλυκόλυση
Στη γλυκόλυση, μια σειρά δέκα αντιδράσεων στο κυτταρόπλασμα μετατρέπει το γλυκόζη του μορίου σακχάρου σε δύο μόρια σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος, μιας ένωσης τριών ατόμων άνθρακα, ενώ παράγουν συνολικά δύο μόρια ΑΤΡ. Στο πρώτο μέρος της γλυκόλυσης, που ονομάζεται φάση επένδυσης, απαιτούνται δύο ATP για να μετακινηθούν οι αντιδράσεις μαζί, ενώ στο δεύτερο μέρος, η φάση επιστροφής, αυτό αντισταθμίζεται περισσότερο από τη σύνθεση τεσσάρων μορίων ΑΤΡ.
Επενδυτική φάση: Η γλυκόζη έχει προσαρτημένη μια φωσφορική ομάδα και στη συνέχεια αναδιατάσσεται σε ένα μόριο φρουκτόζης. Αυτό το μόριο με τη σειρά του έχει προστεθεί μια φωσφορική ομάδα και το αποτέλεσμα είναι ένα διπλά φωσφορυλιωμένο μόριο φρουκτόζης. Αυτό το μόριο στη συνέχεια χωρίζεται και γίνεται δύο ταυτόσημα τρία μόρια άνθρακα, το καθένα με τη δική του ομάδα φωσφορικών.
Φάση επιστροφής: Κάθε ένα από τα δύο μόρια τριών ατόμων άνθρακα έχει την ίδια τύχη: Έχει μια άλλη φωσφορική ομάδα συνδεδεμένη και κάθε μία από αυτές χρησιμοποιείται για να παράγει ΑΤΡ από ΑϋΡ (διφωσφορική αδενοσίνη) ενώ έχει αναδιαταχθεί σε ένα μόριο πυροσταφυλικού. Αυτή η φάση επίσης δημιουργεί ένα μόριο NADH από ένα μόριο NAD+.
Η καθαρή ενεργειακή απόδοση είναι επομένως 2 ATP ανά γλυκόζη.
Η αντίδραση της γέφυρας
Η αντίδραση της γέφυρας, που ονομάζεται επίσης αντίδραση μετάβασης, αποτελείται από δύο βήματα. Το πρώτο είναι το αποκαρβοξυλίωση του πυροσταφυλικού, και το δεύτερο είναι η προσάρτηση του τι έχει απομείνει σε ένα μόριο που ονομάζεται συνένζυμο Α.
Το άκρο του μορίου πυροσταφυλικού είναι ένας άνθρακας διπλός δεσμός με ένα άτομο οξυγόνου και απλή σύνδεση με μια ομάδα υδροξυλίου (-ΟΗ). Στην πράξη, το άτομο Η στην υδροξυλομάδα διαχωρίζεται από το άτομο Ο, έτσι αυτό το τμήμα του πυροσταφυλικού μπορεί να θεωρηθεί ότι έχει ένα άτομο C και δύο άτομα Ο. Κατά την αποκαρβοξυλίωση, αυτό απομακρύνεται ως CO2, ή διοξείδιο του άνθρακα.
Στη συνέχεια, το υπόλοιπο του μορίου πυροσταφυλικού, που ονομάζεται ομάδα ακετυλίου και έχει τον τύπο CH3C (= Ο), συνδέεται με το συνένζυμο Α στο σημείο που προηγουμένως καταλαμβάνεται από την καρβοξυλική ομάδα πυροσταφυλικού. Στη διαδικασία, NAD+ μειώνεται σε NADH. Ανά μόριο γλυκόζης, η αντίδραση γέφυρας είναι:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Μετά τη Γέφυρα: Αερόβια Αναπνοή
Κύκλος Krebs: Η θέση του κύκλου Krebs βρίσκεται στο μιτοχονδριακό πλέγμα (το υλικό μέσα στις μεμβράνες). Εδώ, το ακετύλιο CoA συνδυάζεται με ένα μόριο τεσσάρων ατόμων άνθρακα που ονομάζεται οξαλοξικός εστέρας για να δημιουργήσει ένα μόριο έξι-άνθρακα, κιτρικό. Αυτό το μόριο βρίσκεται πίσω σε οξαλοξεικό σε μια σειρά βημάτων, ξεκινώντας εκ νέου τον κύκλο.
Το αποτέλεσμα είναι 2 ATP μαζί με 8 NADH και 2 FADH2 (φορείς ηλεκτρονίων) για το επόμενο βήμα.
Ηλεκτρονική αλυσίδα μεταφοράς: Αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν κατά μήκος της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης, στην οποία ενσωματώνονται τέσσερις εξειδικευμένες ομάδες συνενζύμου, που ονομάζονται Complex Ι έως IV. Αυτά χρησιμοποιούν την ενέργεια στα ηλεκτρόνια στα NADH και FADH2 για να οδηγήσουν την σύνθεση του ΑΤΡ, με το οξυγόνο να είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων.
Το αποτέλεσμα είναι 32 έως 34 ATP, θέτοντας τη συνολική ενεργειακή απόδοση της κυτταρικής αναπνοής σε 36 έως 38 ATP ανά μόριο γλυκόζης.