Περιεχόμενο
- Τι είναι η γλυκόζη;
- Τι είναι το ATP;
- Κυτταρική αναπνοή
- Πρόωρη Γλυκόλυση
- Αργότερα Γλυκόλυση
- Ο κύκλος του Krebs
- Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
Η γλυκόζη, μια ζάχαρη έξι ανθράκων, είναι η θεμελιώδης "συνεισφορά" στην εξίσωση που εξουσιάζει όλη τη ζωή. Η ενέργεια από το εξωτερικό, με κάποια μέσα, μετατρέπεται σε ενέργεια για το κύτταρο. Κάθε οργανισμός που είναι ζωντανός, από τον καλύτερο φίλο σας έως το χαμηλότερο βακτήριο, έχει κύτταρα που καίνε γλυκόζη για καύσιμα στο μεταβολικό επίπεδο ρίζας.
Οι οργανισμοί διαφέρουν ως προς το βαθμό στον οποίο τα κύτταρα τους μπορούν να εξαγάγουν ενέργεια από τη γλυκόζη. Σε όλα τα κύτταρα, αυτή η ενέργεια έχει τη μορφή τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ).
Επομένως, ένα πράγμα όλα τα ζωντανά κύτταρα έχουν κοινό είναι ότι μεταβολίζουν τη γλυκόζη για να κάνουν το ΑΤΡ. Ένα δεδομένο μόριο γλυκόζης που εισέρχεται σε ένα κύτταρο θα μπορούσε να έχει αρχίσει ως γεύμα μπριζόλας, ως θήραμα ενός άγριου ζώου, ως φυτικής ύλης ή ως κάτι άλλο.
Ανεξάρτητα από αυτό, διάφορες πεπτικές και βιοχημικές διεργασίες έχουν καταστρέψει όλα τα μόρια πολλαπλών ατόμων άνθρακα σε οποιεσδήποτε ουσίες εισπράττει ο οργανισμός για θρέψη στο μονοσακχαριδικό σάκχαρο που εισέρχεται στις κυτταρικές μεταβολικές οδούς.
Τι είναι η γλυκόζη;
Χημικά, η γλυκόζη είναι α hexose ζάχαρη, μαγεύω που είναι το ελληνικό πρόθεμα για το "έξι", τον αριθμό των ατόμων άνθρακα στη γλυκόζη. Ο μοριακός του τύπος είναι ντο6H12Ο6, δίνοντας μοριακό βάρος 180 γραμμάρια ανά γραμμομόριο.
Η γλυκόζη είναι επίσης α μονοσακχαρίτη σε αυτό είναι είναι μια ζάχαρη που περιλαμβάνει μόνο μια θεμελιώδη μονάδα, ή μονομερές. Φρουκτόζη είναι ένα άλλο παράδειγμα ενός μονοσακχαρίτη, ενώ σακχαρόζη, ή ζάχαρη επιτραπέζιου τύπου (φρουκτόζη συν γλυκόζη), λακτόζη (γλυκόζη συν γαλακτόζη) και μαλτόζη (γλυκόζη συν γλυκόζη) είναι δισακχαρίτες.
Σημειώστε ότι ο λόγος ατόμων άνθρακα, υδρογόνου και οξυγόνου στη γλυκόζη είναι 1: 2: 1. Όλοι οι υδατάνθρακες, στην πραγματικότητα, δείχνουν την ίδια αναλογία, και οι μοριακές τους φόρμουλες είναι όλες της μορφής CnH2nΟn.
Τι είναι το ATP;
Το ATP είναι a νουκλεοσίδιο, στην περίπτωση αυτή αδενοσίνης, με τρεις φωσφορικές ομάδες συνδεδεμένες με αυτήν. Αυτό το κάνει πραγματικά α νουκλεοτίδιο, καθώς το νουκλεοσίδιο είναι α πεντόζη ζάχαρη (είτε ριβόζη ή δεοξυριβόζη) σε συνδυασμό με αζωτούχο βάση (δηλ. αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη, θυμίνη ή ουρακίλη), ενώ ένα νουκλεοτίδιο είναι νουκλεοζίτης με μία ή περισσότερες φωσφορικές ομάδες συνδεδεμένες. Όμως, εκτός από την ορολογία, το σημαντικό πράγμα που πρέπει να γνωρίζουμε για το ATP είναι ότι περιέχει αδενίνη, ριβόζη και μια αλυσίδα τριών ομάδων φωσφορικών (Ρ).
Το ATP γίνεται μέσω του φωσφορυλίωση της διφωσφορικής αδενοσίνης (ADP) και αντίστροφα, όταν ο τερματικός δεσμός φωσφορικού άλατος στην ΑΤΡ είναι υδρολύθηκε, ADP και PΕγώ (ανόργανο φωσφορικό) είναι τα προϊόντα. Το ATP θεωρείται το «ενεργειακό νόμισμα» των κυττάρων, καθώς αυτό το εξαιρετικό μόριο χρησιμοποιείται για την εξουσία σχεδόν κάθε μεταβολικής διαδικασίας.
Κυτταρική αναπνοή
Κυτταρική αναπνοή είναι το σύνολο των μεταβολικών οδών στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς που μετατρέπουν τη γλυκόζη σε ΑΤΡ και διοξείδιο του άνθρακα παρουσία οξυγόνου, αποδίδοντας νερό και παράγουν έναν πλούτο ΑΤΡ (36 έως 38 μόρια ανά μόριο γλυκόζης που επενδύεται) στη διαδικασία.
Ο ισορροπημένος χημικός τύπος για τη συνολική καθαρή αντίδραση, εξαιρουμένων των φορέων ηλεκτρονίων και των μορίων ενέργειας, είναι:
ντο6H12Ο6 + 6 Ο2 → 6 CO2 + 6 Η2Ο
Η κυτταρική αναπνοή περιλαμβάνει πραγματικά τρεις διαφορετικές και διαδοχικές οδούς:
Τα τελευταία δύο από αυτά τα στάδια είναι εξαρτώμενα από οξυγόνο και μαζί συνθέτουν αερόβια αναπνοή. Συχνά, όμως, στις συζητήσεις για τον ευκαρυωτικό μεταβολισμό, η γλυκόλυση, αν και δεν εξαρτάται από το οξυγόνο, θεωρείται ότι αποτελεί μέρος της "αερόβιας αναπνοής" επειδή σχεδόν όλο το κύριο προϊόν της, πυροσταφυλικό, συνεχίζει να εισέρχεται στα άλλα δύο μονοπάτια.
Πρόωρη Γλυκόλυση
Στη γλυκόλυση, η γλυκόζη μετατρέπεται σε μια σειρά από 10 αντιδράσεις στο πυροσταφυλικό μόριο, με α καθαρό κέρδος δύο μορίων ΑΤΡ και δύο μόρια του "φορέα ηλεκτρονίων" δινουκλεοτίδιο αδενίνης νικοτιναμιδίου (ΝΑϋΗ). Για κάθε μόριο γλυκόζης που εισέρχεται στη διαδικασία, παράγονται δύο μόρια πυροσταφυλικού, καθώς το πυροσταφυλικό έχει τρία άτομα άνθρακα σε γλυκόζης έξι.
Στο πρώτο στάδιο, η γλυκόζη φωσφορυλιώνεται για να γίνει γλυκόζη-6-φωσφορικό (G6P). Αυτό αναγκάζει τη γλυκόζη να μεταβολίζεται παρά να παρασύρεται προς τα έξω μέσω της κυτταρικής μεμβράνης, επειδή η φωσφορική ομάδα δίνει στο G6P ένα αρνητικό φορτίο. Κατά τα επόμενα λίγα βήματα, το μόριο επαναδιατάσσεται σε ένα διαφορετικό παράγωγο σακχάρου και στη συνέχεια φωσφορυλιώνεται για δεύτερη φορά φρουκτόζη-1,6-διφωσφορικό.
Αυτά τα πρώτα βήματα της γλυκόλυσης απαιτούν επένδυση δύο ΑΤΡ επειδή αυτή είναι η πηγή των φωσφορικών ομάδων στις αντιδράσεις φωσφορυλίωσης.
Αργότερα Γλυκόλυση
Το 1,6-διφωσφορικό φρουκτόζη χωρίζεται σε δύο διαφορετικά μόρια τριών ατόμων άνθρακα, το καθένα φέρει τη δική του φωσφορική ομάδα. σχεδόν όλα αυτά, γρήγορα μετατρέπονται στο άλλο, 3-φωσφορική γλυκεραλδεϋδη (G3P). Έτσι, από αυτό το σημείο προς τα εμπρός, όλα είναι διπλασιασμένα επειδή υπάρχουν δύο G3P για κάθε γλυκόζη "upstream".
Από αυτό το σημείο, το G3P φωσφορυλιώνεται σε ένα βήμα που επίσης παράγει NADH από την οξειδωμένη μορφή NAD + και στη συνέχεια οι δύο φωσφορικές ομάδες δίδονται μέχρι τα μόρια ADP σε μετέπειτα στάδια αναδιάταξης για την παραγωγή δύο μορίων ΑΤΡ μαζί με το τελικό προϊόν άνθρακα της γλυκόλυσης, πυροσταφυλικό.
Δεδομένου ότι αυτό συμβαίνει δύο φορές ανά μόριο γλυκόζης, το δεύτερο μισό της γλυκόλυσης παράγει τέσσερα ATP για ένα καθαρά κέρδος από τη γλυκόλυση δύο ATP (αφού δύο χρειάστηκαν νωρίς στη διαδικασία) και δύο NADH.
Ο κύκλος του Krebs
Στο προπαρασκευαστική αντίδραση, αφού το πυροσταφυλικό που παράγεται στη γλυκόλυση βρίσκει το δρόμο του από το κυτταρόπλασμα στη μιτοχονδριακή μήτρα, μετατρέπεται πρώτα σε οξικό (CH3COOH-) και CO2 (ένα απόβλητο προϊόν σε αυτό το σενάριο) και στη συνέχεια σε μια ένωση που ονομάζεται ακετυλο-συνένζυμο Α, ή ακετυλ CoA. Στην αντίδραση αυτή παράγεται ένα NADH. Αυτό θέτει το στάδιο για τον κύκλο του Krebs.
Αυτή η σειρά οκτώ αντιδράσεων ονομάζεται έτσι επειδή ένα από τα αντιδραστήρια στο πρώτο βήμα, οξαλοξεικό, είναι επίσης το προϊόν στο τελευταίο βήμα. Η δουλειά του κύκλου του Krebs είναι αυτή του προμηθευτή και όχι του κατασκευαστή: παράγει μόνο δύο ATP ανά μόριο γλυκόζης, αλλά συνεισφέρει έξι επιπλέον NADH και δύο FADH2, έναν άλλο φορέα ηλεκτρονίων και έναν στενό συγγενή του NADH.
(Σημειώστε ότι αυτό σημαίνει ένα ATP, τρεις NADH και ένα FADH2 ανά στροφή του κύκλου. Για κάθε γλυκόζη που εισέρχεται στη γλυκόλυση, δύο μόρια ακετυλικού CoA εισέρχονται στον κύκλο του Krebs.)
Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
Σε μια βάση ανά γλυκόζη, η ενέργεια συσχετίζεται σε αυτό το σημείο με τέσσερα ATP (δύο από γλυκόλυση και δύο από τον κύκλο Krebs), 10 NADH (δύο από γλυκόλυση, δύο από την προπαρασκευαστική αντίδραση και έξι από τον κύκλο Krebs) και δύο FADH2 από τον κύκλο του Krebs. Ενώ οι ενώσεις άνθρακα στον κύκλο Krebs συνεχίζουν να περιστρέφονται γύρω από την ανάντη, οι φορείς ηλεκτρονίων κινούνται από τη μιτοχονδριακή μήτρα στη μεμβράνη μιτοχονδρίων.
Όταν NADH και FADH2 απελευθερώνουν τα ηλεκτρόνια τους, αυτά χρησιμοποιούνται για να δημιουργήσουν μια ηλεκτροχημική κλίση κατά μήκος της μιτοχονδριακής μεμβράνης. Αυτή η κλίση χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει την πρόσδεση των φωσφορικών ομάδων στο ADP για να δημιουργήσει ΑΤΡ σε μια διαδικασία που ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση, ονομάστηκε έτσι επειδή ο τελικός αποδέκτης των ηλεκτρονίων που διαστέλλεται από φορέα ηλεκτρονίων σε φορέα ηλεκτρονίων στην αλυσίδα είναι το οξυγόνο (Ο2).
Επειδή κάθε NADH αποδίδει τρεις ΑΤΡ και κάθε FADH2 αποδίδει δύο ΑΤΡ σε οξειδωτική φωσφορυλίωση, αυτό προσθέτει (10) (3) + (2) (2) = 34 ΑΤΡ στο μείγμα. Ετσι ένα μόριο γλυκόζης μπορεί να αποδώσει έως και 38 ΑΤΡ σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς.