Hvad giver glycolyse?

Indhold

• Hvad er nøjagtigt glukose?
• Glykolysestien
• Resumé af glykolyse: input og output
• Skjebnen for produkterne fra glykolyse

Levende ting, som alle består af en eller flere individuelle celler, kan opdeles i prokaryoter og eukaryoter.

Stort set alle celler er afhængige af glucose for deres metaboliske behov, og det første trin i nedbrydningen af ​​dette molekyle er den række reaktioner, der kaldes glykolyse (bogstaveligt talt "glukosespaltning"). Ved glykolyse gennemgår et enkelt glukosemolekyle en række reaktioner for at give et par pyruvatmolekyler og en beskeden mængde energi i form af adenosintrifosfat (ATP).

Den ultimative håndtering af disse produkter varierer imidlertid fra celletype til celletype. Prokaryotiske organismer deltager ikke i aerob åndedræt. Dette betyder, at prokaryoter ikke kan anvende molekylært ilt (O₂). I stedet gennemgår pyruvat fermentering (anaerob respiration).

Nogle kilder inkluderer glycolyse i processen med "cellulær respiration" i eukaryoter, fordi den direkte går foran aerob respiration (dvs. Krebs-cyklus og oxidativ phosphorylering i elektrontransportkæden). Mere streng, glycolyse i sig selv er ikke en aerob proces, simpelthen fordi den ikke er afhængig af ilt og opstår uanset om O₂ er til stede.

Da glycolyse imidlertid er en forudsætning af aerob respiration, idet det leverer pyruvat til reaktionerne deraf, er det naturligt at lære om begge begreber på én gang.

Hvad er nøjagtigt glukose?

Glukose er et seks-kulstofsukker, der tjener som det vigtigste enkelt kulhydrat i human biokemi. Carbohydrater indeholder kulstof (C) og brint (H) ud over ilt, og forholdet mellem C og H i disse forbindelser er altid 1: 2.

Sukkerarter er mindre end andre kulhydrater, herunder stivelse og cellulose. Faktisk er glukose ofte en gentagende underenhed, eller monomer, i disse mere komplekse molekyler. Glukose i sig selv består ikke af monomerer, og betragtes som sådan som et monosaccharid ("et sukker").

Formlen for glukose er C₆H₁₂O₆. Hoveddelen af ​​molekylet består af en hexagonal ring indeholdende fem af C-atomer og et af O-atomer. Det sjette og sidste C-atom findes i en sidekæde med en hydroxylholdig methylgruppe (-CH)₂OH).

Glykolysestien

Glykolyseprocessen, der finder sted i cellecytoplasmaet, består af 10 individuelle reaktioner.

Det er normalt ikke nødvendigt at huske navnene på alle mellemprodukter og enzymer. Men det er nyttigt at have en fast fornemmelse af det samlede billede. Dette skyldes ikke kun, at glykolyse måske er den mest relevante reaktion i livets historie på Jorden, men også fordi trinnene pænt illustrerer en række almindelige begivenheder i celler, herunder enzymernes virkning under eksoterme (energisk gunstige) reaktioner.

Når glukose kommer ind i en celle, anbringes den af ​​enzymet hexokinase og fosforyleres (dvs. en fosfatgruppe, ofte skrevet Pi, tilføjes den). Dette fælder molekylet inde i cellen ved at give det en negativ elektrostatisk ladning.

Dette molekyle omorganiserer sig selv til en fosforyleret form af fruktose, som derefter gennemgår et andet phosphoryleringstrin og bliver fruktose-1,6-bisphosphat. Dette molekyle opdeles derefter i to lignende tre-carbon-molekyler, hvoraf det ene hurtigt omdannes til det andet for at give to molekyler glyceraldehyd-3-phosphat.

Dette stof omorganiseres i et andet dobbelt phosphoryleret molekyle, før den tidlige tilsætning af phosphatgrupper vendes i ikke-på hinanden følgende trin. I hvert af disse trin sker et molekyle af adenosindiphosphat (ADP) af enzym-substratkomplekset (navnet på strukturen dannet af det uanset molekyle, der reagerer, og det enzym, der fremkalder reaktionen mod færdiggørelse).

Denne ADP accepterer et phosphat fra hver af de tilstedeværende tre-carbon molekyler. I sidste ende sidder to pyruvatmolekyler i cytoplasmaen, klar til udrulning til hvilken vej cellen kræver, at den skal ind i eller er i stand til at være vært.

Resumé af glykolyse: input og output

Den eneste sande reaktant ved glycolyse er et molekyle af glukose. To molekyler hver af ATP og NAD + (nikotinamidadeninuccinotid, en elektronbærer) introduceres i løbet af reaktionsserien.

Du vil ofte se den komplette proces med cellulær respiration listet med glukose og ilt som reaktanter og kuldioxid og vand som produkterne sammen med 36 (eller 38) ATP. Men glykolyse er kun den første række reaktioner, der i sidste ende kulminerer i den aerobe ekstraktion af denne meget energi fra glukose.

Ialt fire ATP-molekyler produceres i reaktionerne, der involverer glycolyse-tre-carbonbestanddelene - to under omdannelsen af ​​paret af 1,3-bisphosphoglyceratmolekyler til to molekyler af 3-phosphoglycerat og to under omdannelsen af ​​et par phosphoenolpyruvatmolekyler til de to pyruvatmolekyler, der repræsenterer slutningen af ​​glykolysen. Disse syntetiseres alle via substratniveau-phosphorylering, hvilket betyder, at ATP kommer fra den direkte tilsætning af uorganisk fosfat (Pi) til ADP snarere end at dannes som en konsekvens af en anden proces.

To ATP er nødvendige tidligt i glycolyse, først når glukose phosphoryleres til glucose-6-phosphat, og derefter to trin senere, når fructose-6-phosphat phosphoryleres til fructose-1,6-bisphosphat. Nettovinsten i ATP i glykolyse som et resultat af et molekyle glukose, der gennemgår processen, er således to molekyler, hvilket er let at huske, hvis du forbinder det med antallet af oprettede pyruvatmolekyler.

Under omdannelsen af ​​glyceraldehyd-3-phosphat til 1,3-bisphosphoglycerat reduceres to molekyler af NAD + til to molekyler af NADH, hvor sidstnævnte tjener som en indirekte energikilde, fordi de deltager i reaktionerne fra, blandt andre processer, aerob respiration.

Kort sagt er nettoudbyttet af glykolyse derfor 2 ATP, 2 pyruvat og 2 NADH. Dette er knap en tyvendedel af mængden af ​​ATP produceret i aerob respiration, men fordi prokaryoter som regel er langt mindre og mindre komplekse end eukaryoter, med mindre metaboliske krav til at matche, er de i stand til at klare sig på trods af dette mindre end -ideal ordning.

(En anden måde at se på dette er selvfølgelig, at manglen på aerob respiration i bakterier har forhindret dem i at udvikle sig til større, mere forskellige skabninger, for hvad det betyder noget.)

Skjebnen for produkterne fra glykolyse

I prokaryoter, når glycolyseforløbet er afsluttet, har organismen spillet næsten hvert metabolsk kort, den har. Pyruvatet kan metaboliseres yderligere til laktat via fermentering, eller anaerob respiration. Formålet med fermentering er ikke at fremstille laktat, men at regenerere NAD + fra NADH, så det kan bruges i glykolyse.

(Bemærk, at dette adskiller sig fra alkoholfermentering, hvor ethanol fremstilles af pyruvat under gæring.)

I eukaryoter indgår det meste af pyruvat i det første sæt trin i aerob respiration: Krebs-cyklussen, også kaldet tricarboxylsyre (TCA) eller citronsyrecyklus. Dette forekommer i mitokondrierne, hvor pyruvat omdannes til to-carbonforbindelsen acetylcoenzym A (CoA) og kuldioxid (CO)₂).

Denne otte-trins cyklus har til opgave at fremstille mere elektroniske bærere med høj energi til efterfølgende reaktioner - 3 NADH, en FADH₂ (reduceret flavin-adenindinucleotid) og et GTP (guanosintriphosphat).

Når disse kommer ind i elektrontransportkæden på mitokondriell membran, skifter en proces kaldet oxidativ phosphorylering elektronerne fra disse højenergibærere til iltmolekyler, hvor slutresultatet er produktionen af ​​36 (eller muligvis 38) ATP-molekyler pr. Glukosemolekyle " opstrøms."

Den langt større effektivitet og udbytte af aerob metabolisme forklarer i det væsentlige alle de grundlæggende forskelle i dag mellem prokaryoter og eukaryoter, med de førstnævnte og antages at have givet anledning til sidstnævnte.