Περιεχόμενο
- Τι ακριβώς είναι η γλυκόζη;
- Η οδός της γλυκόλυσης
- Περίληψη της Γλυκόλυσης: Εισαγωγές και Εξαγωγές
- Η τύχη των προϊόντων της γλυκόλυσης
Τα ζωντανά πράγματα, που αποτελούνται από ένα ή περισσότερα μεμονωμένα κύτταρα, μπορούν να χωριστούν σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά.
Ουσιαστικά όλα τα κελιά βασίζονται γλυκόζη για τις μεταβολικές τους ανάγκες, και το πρώτο βήμα στην αποικοδόμηση αυτού του μορίου είναι η σειρά των αντιδράσεων που ονομάζονται γλυκόλυση (κυριολεκτικά, "διάσπαση της γλυκόζης"). Στη γλυκόλυση, ένα μοναδικό μόριο γλυκόζης υφίσταται μια σειρά αντιδράσεων για να δώσει ένα ζεύγος μορίων πυροσταφυλικού και μια μικρή ποσότητα ενέργειας με τη μορφή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ΑΤΡ).
Ο τελικός χειρισμός αυτών των προϊόντων, ωστόσο, ποικίλλει από τύπο κυττάρου σε κυτταρικό τύπο. Δεν συμμετέχουν προκαρυωτικοί οργανισμοί αερόβια αναπνοή. Αυτό σημαίνει ότι οι προκαρυώτες δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν μοριακό οξυγόνο (Ο2). Αντ 'αυτού, το πυροσταφυλικό υφίσταται ζύμωση (αναερόβια αναπνοή).
Ορισμένες πηγές περιλαμβάνουν τη γλυκόλυση στη διαδικασία της «κυτταρικής αναπνοής» σε ευκαρυώτες, επειδή προηγείται αμέσως αερόβια αναπνοή (δηλ. ο κύκλος Krebs και οξειδωτική φωσφορυλίωση στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων). Πιο αυστηρά, η ίδια η γλυκόλυση δεν είναι αερόβια διαδικασία απλώς και μόνο επειδή δεν βασίζεται στο οξυγόνο και συμβαίνει είτε όχι2 είναι παρών.
Ωστόσο, δεδομένου ότι η γλυκόλυση είναι α προαπαιτούμενο της αερόβιας αναπνοής κατά το ότι παρέχει πυροσταφυλικό για τις αντιδράσεις της, είναι φυσικό να μάθουμε και τις δύο έννοιες ταυτόχρονα.
Τι ακριβώς είναι η γλυκόζη;
Η γλυκόζη είναι ένα σάκχαρο έξι-άνθρακα το οποίο χρησιμεύει ως ο σημαντικότερος μεμονωμένος υδατάνθρακας στην ανθρώπινη βιοχημεία. Οι υδατάνθρακες περιέχουν άνθρακα (C) και υδρογόνο (H) εκτός από το οξυγόνο και η αναλογία C προς Η σε αυτές τις ενώσεις είναι πάντοτε 1: 2.
Τα σάκχαρα είναι μικρότερα από τους άλλους υδατάνθρακες, συμπεριλαμβανομένων των αμύλων και της κυτταρίνης. Στην πραγματικότητα, η γλυκόζη είναι συχνά μια επαναλαμβανόμενη υπομονάδα, ή μονομερές, σε αυτά τα πιο σύνθετα μόρια. Η ίδια η γλυκόζη δεν αποτελείται από μονομερή και επομένως θεωρείται μονοσακχαρίτης ("ένα σάκχαρο").
Ο τύπος για τη γλυκόζη είναι C6H12Ο6. Το κύριο τμήμα του μορίου αποτελείται από έναν εξαγωνικό δακτύλιο που περιέχει πέντε από τα άτομα C και ένα από τα άτομα Ο. Το έκτο και το τελευταίο άτομο C υπάρχει σε μια πλευρική αλυσίδα με μια μεθυλομάδα που περιέχει υδροξύλιο (-CH2ΟΗ).
Η οδός της γλυκόλυσης
Η διαδικασία της γλυκόλυσης, που λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα, αποτελείται από 10 μεμονωμένες αντιδράσεις.
Δεν είναι συνήθως απαραίτητο να θυμόμαστε τα ονόματα όλων των ενδιάμεσων προϊόντων και ενζύμων. Είναι όμως χρήσιμο να έχεις μια σταθερή αίσθηση της συνολικής εικόνας. Αυτό δεν οφείλεται μόνο στο γεγονός ότι η γλυκόλυση είναι ίσως η πιο σημαντική αντίδραση στο ιστορικό της ζωής στη Γη, αλλά και επειδή τα βήματα δείχνουν όμορφα πολλά κοινά γεγονότα εντός των κυττάρων, συμπεριλαμβανομένης της δράσης ενζύμων κατά τη διάρκεια εξωθερμικών (ενεργειακά ευνοϊκών) αντιδράσεων.
Όταν η γλυκόζη εισέρχεται σε ένα κύτταρο, προσβάλλεται από το ένζυμο εξοκινάση και φωσφορυλιώνεται (δηλαδή, μια φωσφορική ομάδα, συχνά γραμμένη Pi, προσαρτάται σε αυτό). Αυτό παγιδεύει το μόριο στο εσωτερικό του κυττάρου, προσδίδοντάς του ένα αρνητικό ηλεκτροστατικό φορτίο.
Αυτό το μόριο αναδιατάσσεται σε μια φωσφορυλιωμένη μορφή φρουκτόζης, η οποία στη συνέχεια υφίσταται ένα άλλο στάδιο φωσφορυλίωσης και γίνεται φρουκτόζη-1,6-διφωσφορικό. Αυτό το μόριο στη συνέχεια χωρίζεται σε δύο όμοια μόρια τριών ατόμων άνθρακα, ένα από τα οποία μετασχηματίζεται γρήγορα στην άλλη για να δώσει δύο μόρια φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης-3.
Αυτή η ουσία αναδιατάσσεται σε άλλο διπλά φωσφορυλιωμένο μόριο πριν η αρχική προσθήκη των φωσφορικών ομάδων αντιστραφεί σε μη διαδοχικά στάδια. Σε κάθε μία από αυτές τις βαθμίδες, ένα μόριο διφωσφορικής αδενοσίνης (ADP) συμβαίνει με το σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος (το όνομα για τη δομή που σχηματίζεται από οποιοδήποτε μόριο αντιδρά και το ένζυμο που προωθεί την αντίδραση προς ολοκλήρωση).
Αυτό το ADP δέχεται ένα φωσφορικό άλας από κάθε ένα από τα μόρια τριών ατόμων άνθρακα που υπάρχουν. Τελικά, δύο μόρια πυροσταφυλικού τύπου καθίστανται στο κυτταρόπλασμα, έτοιμα για ανάπτυξη σε οποιαδήποτε οδό που το κύτταρο απαιτεί να εισέλθει ή είναι ικανό να φιλοξενήσει.
Περίληψη της Γλυκόλυσης: Εισαγωγές και Εξαγωγές
Το μόνο πραγματικό αντιδραστήριο της γλυκόλυσης είναι ένα μόριο γλυκόζης. Δύο μόρια ΑΤΡ και ΝΑϋ + (δινουκλεοτίδιο νικοτιναμιδικής αδενίνης, ένας φορέας ηλεκτρονίων) εισάγονται κατά τη διάρκεια της σειράς αντιδράσεων.
Θα δείτε συχνά την πλήρη διαδικασία κυτταρικής αναπνοής που αναγράφεται με γλυκόζη και οξυγόνο ως αντιδραστήρια και διοξείδιο του άνθρακα και νερό ως προϊόντα, μαζί με 36 (ή 38) ATP. Αλλά η γλυκόλυση είναι μόνο η πρώτη σειρά αντιδράσεων που τελικά καταλήγει στην αερόβια εκχύλιση αυτής της πολύ ενέργειας από τη γλυκόζη.
Συνολικά τέσσερα μόρια ΑΤΡ παράγονται στις αντιδράσεις που αφορούν τα συστατικά τριών ατόμων άνθρακα της γλυκόλυσης - δύο κατά τη μετατροπή του ζεύγους μορίων 1,3-διφωσφογλυκερικού σε δύο μόρια του 3-φωσφογλυκερικού οξέος και δύο κατά τη μετατροπή ενός ζεύγους μορίων φωσφοενελοπυροσταφυλικού στα δύο πυροσταφυλικά μόρια που αντιπροσωπεύουν το τέλος της γλυκόλυσης. Όλα αυτά συντίθενται μέσω φωσφορυλίωσης σε επίπεδο υποστρώματος, πράγμα που σημαίνει ότι η ΑΤΡ προέρχεται από την άμεση προσθήκη ανόργανου φωσφορικού (Pi) σε ADP παρά από το σχηματισμό της ως αποτέλεσμα κάποιας άλλης διαδικασίας.
Δύο ΑΤΡ χρειάζονται νωρίς στη γλυκόλυση, αρχικά όταν η γλυκόζη φωσφορυλιώνεται σε 6-φωσφορική γλυκόζη και στη συνέχεια δύο βήματα αργότερα όταν η φωσφορική φρουκτόζη φωσφορυλιώνεται σε 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη. Έτσι, το καθαρό κέρδος στην ATP στη γλυκόλυση ως αποτέλεσμα ενός μορίου γλυκόζης που υφίσταται τη διαδικασία είναι δύο μόρια, τα οποία είναι εύκολο να θυμηθούμε αν τα συσχετίζετε με τον αριθμό των μορίων πυροσταφυλικού που δημιουργούνται.
Επιπλέον, κατά την μετατροπή της 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης σε 1,3-διφωσφογλυκερικό εστέρα, δύο μόρια NAD + μειώνονται σε δύο μόρια NADH, με το τελευταίο να αποτελεί έμμεση πηγή ενέργειας επειδή συμμετέχουν στις αντιδράσεις μεταξύ των άλλες διεργασίες, αερόβια αναπνοή.
Με λίγα λόγια, η καθαρή απόδοση της γλυκόλυσης είναι ως εκ τούτου 2 ΑΤΡ, 2 πυροσταφυλικό και 2 NADH. Αυτό είναι μόλις το ένα εικοστό του ποσού του ΑΤΡ που παράγεται στην αερόβια αναπνοή, αλλά επειδή οι προκαρυώτες είναι κατά κανόνα πολύ μικρότεροι και λιγότερο περίπλοκοι από τους ευκαριώτες, με μικρότερες μεταβολικές απαιτήσεις για να ταιριάζουν, είναι σε θέση να περάσουν από αυτό λιγότερο από -επίσης σχέδιο.
(Ένας άλλος τρόπος να εξεταστεί αυτό, φυσικά, είναι ότι η έλλειψη αερόβιας αναπνοής στα βακτηρίδια τους έχει κρατήσει από το να εξελίσσονται σε μεγαλύτερα, πιο διαφορετικά πλάσματα, για αυτό που έχει σημασία).
Η τύχη των προϊόντων της γλυκόλυσης
Σε προκαρυωτικά, μόλις ολοκληρωθεί η πορεία γλυκόλυσης, ο οργανισμός έχει παίξει σχεδόν κάθε μεταβολική κάρτα που έχει. Το πυροσταφυλικό μπορεί να μεταβολιστεί περαιτέρω στο γαλακτικό μέσω ζύμωση, ή αναερόβια αναπνοή. Ο σκοπός της ζύμωσης δεν είναι η παραγωγή γαλακτικού, αλλά η αναγέννηση του NAD + από το NADH, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη γλυκόλυση.
(Σημειώστε ότι αυτό είναι διαφορετικό από τη ζύμωση με αλκοόλη, όπου η αιθανόλη παράγεται από πυροσταφυλικό με τη δράση της μαγιάς).
Στα ευκαρυωτικά, το μεγαλύτερο μέρος του πυροσταφυλικού προϊόντος εισέρχεται στην πρώτη σειρά σταδίων αερόβιας αναπνοής: ο κύκλος Krebs, που ονομάζεται επίσης κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος (TCA) ή κύκλος κιτρικού οξέος. Αυτό συμβαίνει μέσα στα μιτοχόνδρια, όπου το πυροσταφυλικό προϊόν μετατρέπεται σε ακετυλ συνένζυμο Α (CoA) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2).
Ο ρόλος αυτού του κύκλου οκτώ σταδίων είναι η παραγωγή περισσότερων φορέων ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας για επακόλουθες αντιδράσεις - 3 NADH, μία FADH2 (μειωμένο δινουκλεοτίδιο αβενίνης φλαβίνης) και ένα GTP (τριφωσφορική γουανοσίνη).
Όταν αυτές εισέρχονται στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων στη μεμβράνη μιτοχονδρίων, μια διαδικασία που ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση μετατοπίζει τα ηλεκτρόνια από αυτούς τους φορείς υψηλής ενέργειας σε μόρια οξυγόνου, με τελικό αποτέλεσμα την παραγωγή 36 (ή πιθανώς 38) μορίων ΑΤΡ ανά μόριο γλυκόζης " αντίθετα στο ρεύμα."
Η πολύ μεγαλύτερη απόδοση και απόδοση του αερόβιου μεταβολισμού εξηγεί ουσιαστικά όλες τις βασικές διαφορές σήμερα ανάμεσα στους προκαρυώτες και τους ευκαρυώτες, με τους πρώτους που προηγούσαν, και πιστεύεται ότι είχαν προκαλέσει, στον τελευταίο.