Sådan metaboliseres glukose for at fremstille ATP

Indhold

• Hvad er glukose?
• Hvad er ATP?
• Cellulær respiration
• Tidlig glykolyse
• Senere glycolyse
• Krebs-cyklen
• Elektrontransportkæden

Glukose, et seks-kulstofsukker, er det grundlæggende "input" i ligningen, der styrker hele livet. Energi udefra konverteres på nogle måder til energi til cellen. Hver organisme, der er i live, fra din bedste ven til den laveste bakterie, har celler, der forbrænder glukose til brændstof på rodmetabolsk niveau.

Organismer adskiller sig i det omfang, deres celler kan udtrække energi fra glukose. I alle celler er denne energi i form af Adenosintrifosfat (ATP).

Derfor en ting alle levende celler har til fælles, at de metaboliserer glukose for at fremstille ATP. Et givet glukosemolekyle, der kommer ind i en celle, kunne være begyndt som en bøfmiddag, som et byttedyrs bytte, som plantestof eller som noget andet.

Uanset hvad har forskellige fordøjelses- og biokemiske processer nedbrudt alle multi-carbon molekyler i uanset hvilke stoffer organismen indtager med henblik på næring til det monosaccharidsukker, der kommer ind i cellulære metaboliske veje.

Hvad er glukose?

Kemisk er glukose a hexose sukker, hex er det græske præfiks for "seks", antallet af carbonatomer i glukose. Dens molekylformel er C₆H₁₂O₆, hvilket giver den en molekylvægt på 180 gram pr. mol.

Glukose er også en monosaccharid i det er et sukker, der kun indeholder en grundlæggende enhed, eller monomer. fruktose er et andet eksempel på et monosaccharid saccharoseeller bordsukker (fruktose plus glucose), lactose (glukose plus galactose) og maltose (glukose plus glukose) er disaccharider.

Bemærk, at forholdet mellem kulstof, hydrogen og oxygenatomer i glukose er 1: 2: 1. Alle kulhydrater viser faktisk det samme forhold, og deres molekylformler er alle af formen C_nH_2nO_n.

Hvad er ATP?

ATP er en nukleosid, i dette tilfælde adenosin, med tre fosfatgrupper knyttet til det. Dette gør det faktisk til en nukleotid, da et nukleosid er et pentose sukker (enten ribose eller deoxyribose) kombineret med en nitrogenformig base (dvs. adenin, cytosin, guanin, thymin eller uracil), hvorimod et nukleotid er et nukleosid med en eller flere phosphatgrupper bundet. Men terminologi til side, det vigtige at vide om ATP er, at det indeholder adenin, ribose og en kæde med tre fosfatgrupper.

ATP foretages via fosforylering af adenosindiphosphat (ADP) og omvendt, når den terminale phosphatbinding i ATP er hydrolyseret, ADP og P_jeg (uorganisk fosfat) er produkterne. ATP betragtes som celleres "energivaluta", da dette ekstraordinære molekyle bruges til at drive næsten enhver metabolisk proces.

Cellulær respiration

Cellulær respiration er sæt metaboliske veje i eukaryote organismer, der omdanner glukose til ATP og kuldioxid i nærvær af ilt, afgiver vand og producerer et væld af ATP (36 til 38 molekyler pr. investeret glukosemolekyle) i processen.

Den afbalancerede kemiske formel for den samlede nettoreaktion ekskl. Elektronbærere og energimolekyler er:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Cellulær respiration inkluderer faktisk tre forskellige og sekventielle veje:

De sidstnævnte to af disse stadier er iltafhængige og udgør tilsammen aerob åndedræt. I diskussioner om eukaryot metabolisme betragtes ofte glycolyse, selvom den ikke er afhængig af ilt, som en del af "aerob respiration", fordi næsten hele dets hovedprodukt, pyruvat, fortsætter med at indtaste de to andre veje.

Tidlig glykolyse

Ved glykolyse omdannes glukose i en serie på 10 reaktioner til molekylet pyruvat med en nettogevinst af to molekyler af ATP og to molekyler i "elektronbæreren" nicotinamid adenindinucleotid (NADH). For hvert molekyle glukose, der kommer ind i processen, produceres to molekyler af pyruvat, da pyruvat har tre carbonatomer til glucoser seks.

I det første trin fosforyleres glukose til at blive glucose-6-phosphat (G6P). Dette forpligter glukosen til at blive metaboliseret snarere end at drive tilbage ud gennem cellemembranen, fordi phosphatgruppen giver G6P en negativ ladning. I løbet af de næste par trin omorganiseres molekylet til et andet sukkerderivat og fosforyleres derefter en anden gang for at blive fructose-1,6-bisphosphat.

Disse tidlige glycolysetrin kræver en investering af to ATP, fordi dette er kilden til phosphatgrupperne i fosforyleringsreaktionerne.

Senere glycolyse

Fructose-1,6-bisphosphat opdeles i to forskellige tre-carbon molekyler, der hver har sin egen phosphatgruppe; næsten alle en af ​​disse omdannes hurtigt til den anden, glyceraldehyd-3-phosphat (G3P). Fra dette punkt og fremover duplikeres alt, fordi der er to G3P ​​for hver glukose "opstrøms".

Fra dette punkt fosforyleres G3P i et trin, der også producerer NADH fra den oxiderede form NAD +, og derefter gives de to phosphatgrupper op til ADP-molekyler i efterfølgende omarrangeringstrin til frembringelse af to ATP-molekyler sammen med det endelige carbonprodukt af glycolyse, pyruvat.

Da dette sker to gange pr. Glukosemolekyle, producerer den anden halvdel af glykolysen fire ATP for a net gevinst ved glycolyse af to ATP (da to var påkrævet tidligt i processen) og to NADH.

Krebs-cyklen

I forberedende reaktionefter at pyruvat dannet ved glykolyse finder vej fra cytoplasmaet ind i mitokondriell matrix, omdannes det først til acetat (CH)₃COOH-) og CO₂ (et affaldsprodukt i dette scenarie) og derefter til en forbindelse kaldet acetylcoenzym A, eller acetyl CoA. I denne reaktion genereres en NADH. Dette sætter scenen for Krebs-cyklussen.

Denne serie med otte reaktioner er så navngivet, fordi en af ​​reaktanterne i det første trin, oxaloacetat, er også produktet i det sidste trin. Jobbet med Krebs-cyklussen er en leverandør snarere end en producent: Den genererer kun to ATP pr. Glukosemolekyle, men bidrager med seks flere NADH og to af FADH₂, en anden elektronbærer og en nær slægtning til NADH.

(Bemærk, at dette betyder en ATP, tre NADH og en FADH₂ pr. cyklus. For hver glukose, der går ind i glycolyse, går to molekyler af acetyl CoA ind i Krebs-cyklussen.)

Elektrontransportkæden

På glukosebasis er energien i dette punkt fire ATP (to fra glykolyse og to fra Krebs-cyklus), 10 NADH (to fra glykolyse, to fra den forberedende reaktion og seks fra Krebs-cyklussen) og to FADH₂ fra Krebs-cyklus. Mens carbonforbindelserne i Krebs-cyklussen fortsætter med at dreje rundt opstrøms, bevæger elektronbærerne sig fra den mitokondriske matrix til den mitokondriske membran.

Når NADH og FADH₂ frigiver deres elektroner, disse bruges til at skabe en elektrokemisk gradient over mitokondrielle membran. Denne gradient bruges til at drive fastgørelsen af ​​fosfatgrupper til ADP for at skabe ATP i en kaldet proces oxidativ phosphorylering, så navngivet, fordi den ultimative acceptor af elektronerne, der kaskaderer fra elektronbærer til elektronbærer i kæden, er ilt (O₂).

Fordi hver NADH giver tre ATP og hver FADH₂ giver to ATP i oxidativ phosphorylering, dette tilsætter (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP til blandingen. Dermed et molekyle glukose kan give op til 38 ATP i eukaryote organismer.