Zawartość
- Glukoza: definicja
- Glukoza, rodzaje komórek i metabolizm
- Proces glikolizy
- Wczesna glikoliza
- Późniejsza glikoliza
- Procesy po glikolizie
Glukoza to ostateczne źródło paliwa komórkowego dla wszystkich żywych istot, z energią w wiązaniach chemicznych wykorzystywaną do syntezy adenozynotrifosforan (ATP) na różne wzajemnie powiązane i współzależne sposoby. Kiedy cząsteczka tego sześciowęglowego (tj. Heksozowego) cukru przechodzi przez błonę komórkową komórki z zewnątrz, aby dostać się do cytoplazmy, następuje natychmiast fosforylowany - to znaczy grupa fosforanowa, która przenosi ujemny ładunek elektryczny, jest przyłączona do części cząsteczki glukozy. Powoduje to ujemne obciążenie netto na to, co następnie stało się glukozo-6-fosforan cząsteczka, która uniemożliwia jej opuszczenie komórki.
Prokariota, które obejmują domeny bakterii i archeonów, nie mają organelli związanych z błoną, w tym mitochondria to w eukarionty gospodarz cyklu Krebsa i zależny od tlenu łańcuch transportu elektronów. W rezultacie prokarioty nie biorą udziału w oddychaniu tlenowym („z tlenem”), zamiast tego czerpią prawie całą swoją energię z glikolizy, procesu beztlenowego, który działa również przed oddychaniem tlenowym przeprowadzanym w komórkach eukariotycznych.
Glukoza: definicja
Ponieważ glukoza jest jedną z najistotniejszych cząsteczek w biochemii i jest punktem wyjścia być może najważniejszego zestawu reakcji w annałach życia na planecie Ziemi, krótkie omówienie struktury i zachowania tej cząsteczki jest właściwe.
Znany również jako glukoza (zwykle w odniesieniu do układów niebiologicznych, takich jak glukoza wytworzona z kukurydzy) i cukier we krwi (w odniesieniu do układów biologicznych, np. w medycynie), glukoza jest sześciowęglową cząsteczką o wzorze chemicznym do6H.12O6. W ludzkiej krwi normalne stężenie glukozy wynosi około 100 mg / dl. 100 mg to jedna dziesiąta grama, podczas gdy dL to jedna dziesiąta litra; Działa to w przeliczeniu na gram na litr, a ponieważ przeciętny człowiek ma około 4 litrów krwi, większość ludzi ma około 4 g glukozy we krwi w dowolnym momencie - tylko około jednej siódmej uncji.
Pięć z sześciu atomów węgla (C) w glukozie znajduje się w pierścień sześciu atomów że cząsteczka zajmuje w naturze 99,98 procent czasu. Szósty atom w pierścieniu to tlen (O), przy czym szósty C jest przyłączony do jednego z pierścieni C jako część hydroksymetyl (-CH2O) Grupa. Jest to grupa hydroksylowa (-OH) fosforan nieorganiczny (Pi) jest przyłączany podczas procesu fosforylacji, który zatrzymuje cząsteczkę w cytoplazmie komórkowej.
Glukoza, rodzaje komórek i metabolizm
Prokarioty są małe (przeważająca większość jest jednokomórkowa) i proste (w jednej komórce większość nie ma jądra i innych organelli związanych z błoną). Może to uniemożliwić im bycie tak eleganckim i interesującym pod wieloma względami jak eukariontów, ale jednocześnie utrzyma względnie niskie zapotrzebowanie na paliwo.
Zarówno u prokariontów, jak i eukariotów glikoliza jest pierwszym etapem metabolizmu glukozy. Fosforylacja glukozy po jej wejściu do komórki przez dyfuzję przez błonę plazmatyczną jest pierwszym etapem glikolizy, który szczegółowo opisano w kolejnej części.
Pod koniec glikolizy cząsteczka glukozy została wykorzystana do wytworzenia dwóch trójwęglowych cząsteczek pirogronianu, dwóch cząsteczek tak zwanego wysokoenergetycznego nośnika elektronowego, dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADH), i zysku netto dwóch cząsteczek ATP.
W tym momencie u prokariotów pirogronian zwykle wchodzi w fermentację, proces beztlenowy z wieloma różnymi odmianami, które zostaną wkrótce zbadane. Ale niektóre bakterie w pewnym stopniu rozwinęły zdolność do oddychania tlenowego i są nazywane fakultatywne beztlenowce. Nazywa się bakterie, które mogą czerpać energię tylko z glikolizy zobowiązują beztlenowcei wiele z nich jest faktycznie zabijanych przez tlen. Kilka bakterii jest nawet zobowiązać tlenowce, co oznacza, że podobnie jak ty mają absolutne zapotrzebowanie na tlen. Biorąc pod uwagę, że bakterie miały około 3,5 miliarda lat na dostosowanie się do wymagań zmieniającego się środowiska Ziemi, nie powinno dziwić, że wprowadziły one szereg podstawowych strategii przetrwania metabolicznego.
Proces glikolizy
Glikoliza obejmuje 10 reakcje, która jest ładną, okrągłą liczbą, ale niekoniecznie musisz zapamiętywać wszystkie produkty, produkty pośrednie i enzymy na wszystkich tych etapach. Zamiast tego, choć niektóre z tych drobiazgów są zabawne i przydatne, warto o nich poczuć co dzieje się ogólnie w glikolizie i dlaczego zdarza się (zarówno pod względem podstawowej fizyki, jak i potrzeb komórki).
Glikoliza jest rejestrowana w następującej reakcji, która jest sumą jej 10 indywidualnych reakcji:
do6H.12O6 → 2 ° C3H.4O3 + 2 ATP + 2 NADH
W języku angielskim, w glikolizie, pojedyncza cząsteczka glukozy jest podzielona na dwie cząsteczki pirogronianu, a po drodze powstaje kilka cząsteczek paliwa i para cząsteczek „przedpaliwowych”. ATP jest niemal uniwersalną walutą dla energii w procesach komórkowych, podczas gdy NADH, zredukowana forma NAD + lub dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy, działa jako wysokoenergetyczny nośnik elektronów, który ostatecznie przekazuje te elektrony w postaci jonów wodorowych (H +), do cząsteczek tlenu na końcu łańcuch transportu elektronów w metabolizm tlenowy, powodując znacznie więcej ATP niż sama glikoliza może dostarczyć.
Wczesna glikoliza
Fosforylacja glukozy po jej wejściu do cytoplazmy powoduje glukozo-6-fosforan (G-6-P). Fosforan pochodzi z ATP i jest włączany do liści glukozy difosforan adenozyny (ADP) z tyłu. Jak zauważono, powoduje to zatrzymanie glukozy w komórce.
Następnie G-6-P jest konwertowany na fruktozo-6-fosforan (F-6-P). To jest izomeryzacja reakcja, ponieważ reagent i produkt są ze sobą izomerami - cząsteczkami o tej samej liczbie każdego rodzaju atomu, ale o różnych układach przestrzennych. W tym przypadku pierścień fruktozy ma tylko pięć atomów. Nazywa się enzym odpowiedzialny za ten rodzaj żonglowania atomem izomeraza fosfoglukozy. (Większość nazw enzymów, choć często uciążliwa, przynajmniej ma idealny sens).
W trzeciej reakcji glikolizy F-6-P przekształca się w fruktozo-1,6-bisfosforan (F-1,6-BP). W tym etapie fosforylacji fosforan ponownie pochodzi z ATP, ale tym razem jest dodawany do innego atomu węgla. Odpowiedzialny za to enzym fosfofruktokinaza (PFK).
W czwartej reakcji glikolizy cząsteczka F-1,6-BP, która jest dość niestabilna ze względu na podwójną dawkę grup fosforanowych, jest dzielona przez enzym aldolaza w trójwęglowe cząsteczki zawierające jedną grupę fosforanową 3-fosforan gliceraldehydu (GAP) i fosforan dihydroksyacetonu (DHAP). Są to izomery, a DHAP jest szybko przekształcany w GAP w piątym etapie glikolizy za pomocą wypychania enzymu izomerazy fosforan triozy (TIM).
Na tym etapie pierwotna cząsteczka glukozy stała się dwiema identycznymi trójwęglowymi, pojedynczo fosforylowanymi cząsteczkami, kosztem dwóch ATP. Od tego momentu każda opisana reakcja glikolizy zachodzi dwukrotnie dla każdej cząsteczki glukozy poddawanej glikolizie.
Późniejsza glikoliza
W szóstej reakcji glikolizy GAP przekształca się w 1,3-bisfosfoglicerynian (1,3-BPG) pod wpływem dehydrogenazy 3-fosforanu gliceraldehydu. Enzymy dehydrogenazy usuwają atomy wodoru (tj. Protony). Wodór wolny od GAP zostaje przyłączony do cząsteczki NAD +, dając NADH. Ponieważ powstała początkowa cząsteczka glukozy powyżej dwa cząsteczki GAP, po tej reakcji, dwa powstały cząsteczki NADH.
W siódmej reakcji glikolizy jedna z reakcji fosforylacji wczesnej glikolizy jest w efekcie odwrócona. Gdy enzym kinaza fosfoglicerynianowa usuwa grupę fosforanową z 1,3-BPG, wynikiem jest 3-fosfoglicerynian (3-PG). Fosforany, które zostały usunięte z dwóch cząsteczek 1,3-BPG są dołączane do ADP w celu utworzenia dwóch ATP. Oznacza to, że dwa ATP „pożyczone” w krokach pierwszym i trzecim są „zwrócone” w siódmej reakcji.
W etapie ósmym 3-PG jest konwertowany na 2-fosfoglicerynian (2-PG) przez mutaza fosfoglicerynianowa, która przenosi jedną pozostałą grupę fosforanową na inny atom węgla. Mutaza różni się od izomerazy tym, że jest mniej obciążona w działaniu; zamiast przestawiać strukturę cząsteczki, po prostu przesuwają jedną z jej grup bocznych w nowe miejsce, pozostawiając ogólny kręgosłup, pierścień itp. taki, jaki był.
W dziewiątej reakcji glikolizy 2-PG przekształca się w fosfoenolopirogronian (PEP) w ramach akcji enolaza. Enol jest związkiem z podwójnym wiązaniem węgiel-węgiel, w którym jeden z atomów węgla jest również związany z grupą hydroksylową.
Wreszcie, dziesiąta i ostatnia reakcja glikolizy, PEP przekształca się w pirogronian dzięki enzymowi kinaza pirogronianowa. Grupy fosforanowe usunięte z dwóch PEP są przyłączone do cząsteczek ADP, uzyskując dwa ATP i dwa pirogroniany, których wzór jest (C3H.4O3) lub (CH3) CO (COOH). Tak więc początkowe beztlenowe przetwarzanie pojedynczej cząsteczki glukozy daje dwa pirogroniany, dwie ATP i dwie cząsteczki NADH.
Procesy po glikolizie
Pirogronian wytworzony ostatecznie przez wejście glukozy do komórek może przyjąć jedną z dwóch ścieżek. Jeśli komórka jest prokariotyczna lub jeśli komórka jest eukariotyczna, ale chwilowo wymaga więcej paliwa niż samo oddychanie tlenowe może zapewnić (jak na przykład w komórkach mięśniowych podczas ciężkich ćwiczeń fizycznych, takich jak śpiew lub podnoszenie ciężarów), pirogronian wchodzi na ścieżkę fermentacji. Jeśli komórka jest eukariotyczna, a jej zapotrzebowanie na energię jest typowe, przenosi pirogronian do mitochondriów i bierze udział w cykl Krebsa: