Zawartość
- Co to jest glukoza?
- Co to jest ATP?
- Oddychania komórkowego
- Wczesna glikoliza
- Późniejsza glikoliza
- Cykl Krebsa
- Łańcuch transportu elektronów
Glukoza, sześciowęglowy cukier, jest podstawowym „wkładem” w równanie, które napędza całe życie. Energia z zewnątrz jest w pewien sposób przetwarzana na energię dla komórki. Każdy żywy organizm, od twojego najlepszego przyjaciela po najbiedniejszą bakterię, ma komórki, które spalają glukozę jako paliwo na poziomie metabolizmu korzeni.
Organizmy różnią się stopniem, w jakim ich komórki mogą pobierać energię z glukozy. We wszystkich komórkach energia ta ma postać adenozynotrifosforan (ATP).
Dlatego jedno wszystkie żywe komórki mają wspólną cechę: metabolizują glukozę do ATP. Dana cząsteczka glukozy wchodząca do komórki mogła rozpocząć się jako obiad ze stekiem, ofiara dzikiego zwierzęcia, materia roślinna lub coś innego.
Niezależnie od tego, różne procesy trawienne i biochemiczne rozbiły wszystkie cząsteczki wielowęglowe w jakichkolwiek substancjach, które organizm spożywa w celu odżywiania się cukrem monosacharydowym, który wchodzi w komórkowe szlaki metaboliczne.
Co to jest glukoza?
Chemicznie glukoza to heksoza cukier, klątwa będący greckim przedrostkiem „sześć”, liczba atomów węgla w glukozie. Jego wzór cząsteczkowy to do6H.12O6, co daje masę cząsteczkową 180 gramów na mol.
Glukoza jest również monosacharyd oznacza to, że cukier zawiera tylko jedną podstawową jednostkę, lub monomer. Fruktoza jest kolejnym przykładem monosacharydu, natomiast sacharozalub cukier stołowy (fruktoza plus glukoza), laktoza (glukoza plus galaktoza) i maltoza (glukoza plus glukoza) są disacharydy.
Należy pamiętać, że stosunek atomów węgla, wodoru i tlenu w glukozie wynosi 1: 2: 1. W rzeczywistości wszystkie węglowodany wykazują ten sam stosunek, a wszystkie ich wzory cząsteczkowe mają postać CnH.2nOn.
Co to jest ATP?
ATP to nukleozyd, w tym przypadku adenozyna, z dołączonymi trzema grupami fosforanowymi. To faktycznie sprawia, że jest to nukleotyd, ponieważ nukleozyd jest pentoza cukier (albo ryboza lub dezoksyryboza) w połączeniu z zasadą azotową (tj. adeniną, cytozyną, guaniną, tyminą lub uracylem), podczas gdy nukleotyd jest nukleozydem z dołączoną jedną lub więcej grupami fosforanowymi. Ale pomijając terminologię, ważną rzeczą, którą należy wiedzieć o ATP, jest to, że zawiera on adeninę, rybozę i łańcuch trzech grup fosforanowych (P).
ATP odbywa się za pośrednictwem fosforylacja adenozynodifosforanu (ADP) i odwrotnie, gdy końcowe wiązanie fosforanowe w ATP wynosi zhydrolizowany, ADP i P.ja (fosforan nieorganiczny) to produkty. ATP jest uważane za „walutę energetyczną” komórek, ponieważ ta niezwykła cząsteczka jest wykorzystywana do zasilania niemal każdego procesu metabolicznego.
Oddychania komórkowego
Oddychania komórkowego to zestaw szlaków metabolicznych w organizmach eukariotycznych, który przekształca glukozę w ATP i dwutlenek węgla w obecności tlenu, wydzielając wodę i wytwarzając bogactwo ATP (36 do 38 cząsteczek na zainwestowaną cząsteczkę glukozy) w tym procesie.
Zrównoważony wzór chemiczny dla ogólnej reakcji netto, z wyłączeniem nośników elektronów i cząsteczek energii, jest następujący:
do6H.12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 godz2O
Oddychanie komórkowe obejmuje trzy odrębne i sekwencyjne ścieżki:
Dwa ostatnie z tych etapów są zależne od tlenu i razem tworzą oddychanie aerobowe. Często jednak w dyskusjach na temat metabolizmu eukariotycznego glikoliza, choć nie zależy od tlenu, jest uważana za część „oddychania tlenowego”, ponieważ prawie cały jej główny produkt, pirogronian, przechodzi do pozostałych dwóch ścieżek.
Wczesna glikoliza
W glikolizie glukoza jest przekształcana w szeregu 10 reakcji w cząsteczkę pirogronianu, przy czym zysk netto dwóch cząsteczek ATP i dwie cząsteczki „nośnika elektronów” dinukleotyd nikotynamidoadeninowy (NADH). Na każdą cząsteczkę glukozy wchodzącą do procesu wytwarzane są dwie cząsteczki pirogronianu, ponieważ pirogronian ma trzy atomy węgla do glukozy sześć.
W pierwszym etapie glukoza ulega fosforylacji glukozo-6-fosforan (G6P). To powoduje, że glukoza jest metabolizowana, a nie wypływa z powrotem przez błonę komórkową, ponieważ grupa fosforanowa daje G6P ładunek ujemny. W następnych kilku krokach cząsteczka jest przekształcana w inną pochodną cukru, a następnie fosforylowana po raz drugi, aby stać się fruktozo-1,6-bisfosforan.
Te wczesne etapy glikolizy wymagają zainwestowania dwóch ATP, ponieważ jest to źródło grup fosforanowych w reakcjach fosforylacji.
Późniejsza glikoliza
1,6-bisfosforan fruktozy dzieli się na dwie różne trójwęglowe cząsteczki, z których każda ma własną grupę fosforanową; prawie wszystkie z nich są szybko konwertowane na inne, 3-fosforan gliceraldehydu (G3P). Tak więc od tego momentu wszystko jest powielane, ponieważ dla każdego „poziomu wyjściowego” glukozy istnieją dwa G3P.
Od tego momentu G3P jest fosforylowany w etapie, który wytwarza również NADH z utlenionej formy NAD +, a następnie dwie grupy fosforanowe są podawane cząsteczkom ADP w kolejnych etapach przegrupowania w celu wytworzenia dwóch cząsteczek ATP wraz z końcowym produktem węglowym glikolizy, pirogronian.
Ponieważ dzieje się to dwa razy na cząsteczkę glukozy, druga połowa glikolizy wytwarza cztery ATP dla a netto zysk z glikolizy dwóch ATP (ponieważ dwa były wymagane na początku procesu) i dwóch NADH.
Cykl Krebsa
w reakcja przygotowawcza, po tym jak pirogronian wytworzony podczas glikolizy przedostaje się z cytoplazmy do matrycy mitochondrialnej, najpierw przekształca się w octan (CH3COOH-) i CO2 (produkt odpadowy w tym scenariuszu), a następnie do związku o nazwie acetylo-koenzym Alub acetylo CoA. W tej reakcji generowany jest NADH. To przygotowuje grunt pod cykl Krebsa.
Ta seria ośmiu reakcji jest tak nazwana, ponieważ jeden z reagentów w pierwszym etapie, szczawiooctan, jest także produktem na ostatnim etapie. Cykl Krebsa jest zadaniem dostawcy, a nie producenta: generuje tylko dwa ATP na cząsteczkę glukozy, ale przyczynia się jeszcze sześć NADH i dwa FADH2, inny nośnik elektronów i bliski krewny NADH.
(Uwaga: oznacza to jeden ATP, trzy NADH i jeden FADH2 na obrót cyklu. Na każdą glukozę wchodzącą w skład glikolizy dwie cząsteczki acetylo-CoA wchodzą w cykl Krebsa.)
Łańcuch transportu elektronów
W przeliczeniu na glukozę suma energii do tego punktu wynosi cztery ATP (dwa z glikolizy i dwa z cyklu Krebsa), 10 NADH (dwa z glikolizy, dwa z reakcji przygotowawczej i sześć z cyklu Krebsa) i dwa FADH2 z cyklu Krebsa. Podczas gdy związki węgla w cyklu Krebsa nadal wirują wokół góry, nośniki elektronów przemieszczają się z matrycy mitochondrialnej do błony mitochondrialnej.
Kiedy NADH i FADH2 uwalniają swoje elektrony, są one wykorzystywane do tworzenia gradientu elektrochemicznego na błonie mitochondrialnej. Ten gradient służy do zasilania przyłączenia grup fosforanowych do ADP w celu utworzenia ATP w procesie o nazwie fosforylacja oksydacyjna, tak nazwany, ponieważ ostatecznym akceptorem elektronów kaskadowych od nośnika elektronu do nośnika elektronów w łańcuchu jest tlen (O2).
Ponieważ każdy NADH daje trzy ATP i każdy FADH2 daje dwa ATP w fosforylacji oksydacyjnej, co dodaje (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP do mieszanki. A zatem jedna cząsteczka glukozy może dawać do 38 ATP w organizmach eukariotycznych.