Mida glükolüüs annab?

Sisu

• Mis täpselt on glükoos?
• Glükolüüsi rada
• Glükolüüsi kokkuvõte: sisendid ja väljundid
• Glükolüüsi saaduste saatus

Elusad asjad, mis kõik koosnevad ühest või mitmest üksikust rakust, võib jagada prokarüootideks ja eukarüootideks.

Praktiliselt kõik rakud tuginevad glükoos nende metaboolsete vajaduste rahuldamiseks ja selle molekuli lagunemise esimene samm on reaktsioonide seeria, mida nimetatakse glükolüüs (sõna-sõnalt "glükoosi poolitamine"). Glükolüüsi käigus läbib üksik glükoosimolekul rea rea ​​reaktsioone, saades paar püruvaatmolekuli ja tagasihoidliku energiakoguse adenosiintrifosfaadi (ATP) kujul.

Nende toodete lõplik käsitsemine varieerub aga rakutüübiti. Prokarüootsed organismid ei osale selles aeroobne hingamine. See tähendab, et prokarüootid ei saa kasutada molekulaarset hapnikku (O₂). Selle asemel toimub püruvaat käärimine (anaeroobne hingamine).

Mõned allikad hõlmavad glükolüüsi eukarüootides "rakulise hingamise" protsessis, kuna see eelneb otse sellele aeroobne hingamine (st Krebsi tsükkel ja oksüdatiivne fosforüülimine elektronide transpordiahelas). Rangemini öeldes ei ole glükolüüs ise aeroobne protsess lihtsalt seetõttu, et see ei sõltu hapnikust ja toimub sõltumata O-st₂ on kohal.

Kuna glükolüüs on a eeldus aeroobse hingamise jaoks, kuna see annab püruvaadi selle reaktsioonide jaoks, on loomulik õppida tundma mõlemat mõistet korraga.

Mis täpselt on glükoos?

Glükoos on kuue süsinikuga suhkur, mis on inimese biokeemias kõige olulisem üksik süsivesik. Süsivesikud sisaldavad lisaks hapnikule ka süsinikku (C) ja vesinikku (H) ning nendes ühendites on C ja H suhe alati 1: 2.

Suhkrud on väiksemad kui teised süsivesikud, sealhulgas tärklised ja tselluloos. Tegelikult on glükoos sageli korduv alaühik või monomeer, nendes keerukamates molekulides. Glükoos ise ei koosne monomeeridest ja sellisena peetakse seda monosahhariidiks ("üks suhkur").

Glükoosi valem on C₆H₁₂O₆. Molekuli põhiosa koosneb kuusnurksest ringist, mis sisaldab viit C-aatomit ja ühte O-aatomit. Kuues ja viimane C-aatom eksisteerib kõrvalahelas hüdroksüülrühma sisaldava metüülrühmaga (-CH₂OH).

Glükolüüsi rada

Rakkude tsütoplasmas toimuv glükolüüsi protsess koosneb 10 individuaalsest reaktsioonist.

Kõigi vahesaaduste ja ensüümide nimesid ei pea tavaliselt meeles pidama. Kuid üldpildi kindel tundmine on kasulik. Seda mitte ainult seetõttu, et glükolüüs on võib-olla kõige olulisem reaktsioon Maa elu ajaloos, vaid ka sellepärast, et need sammud illustreerivad kenasti mitmeid rakkudes esinevaid tavalisi sündmusi, sealhulgas ensüümide toimet eksotermiliste (energeetiliselt soodsate) reaktsioonide ajal.

Kui glükoos siseneb rakku, akumuleeritakse seda ensüümi heksokinaas abil ja fosforüleeritakse (see tähendab, et sellele lisatakse fosfaatrühm, millele sageli kirjutatakse Pi). See püüab molekuli raku sisse, andes sellele negatiivse elektrostaatilise laengu.

See molekul muutub ümber fruktoosi fosforüülitud vormiks, mis seejärel läbib veel ühe fosforüülimisetapi ja muutub fruktoos-1,6-bisfosfaadiks. Seejärel jagatakse see molekul kaheks sarnaseks kolme süsiniku molekuliks, millest üks muundatakse kiiresti teiseks, saades kaks glütseraldehüüd-3-fosfaadi molekuli.

See aine korraldatakse ümber teiseks kahekordselt fosforüülitud molekuliks, enne kui fosfaatrühmade varane lisamine toimub mitte järjestikuste etappide käigus. Kõigis neis etappides toimub ensüüm-substraatkompleksi kaudu adenosiindifosfaadi (ADP) molekul (selle struktuuri nimi, mille moodustab ükskõik milline molekul reageerib, ja ensüüm, mis projitseerib reaktsiooni lõpuni).

See ADP võtab fosfaadi vastu kõigist olemasolevatest kolme süsiniku molekulidest. Lõpuks istuvad tsütoplasmas kaks püruvaatmolekuli, mis on valmis juurutamiseks ükskõik millisesse raku, kuhu rakk sisenemiseks vajab, või on võimeline majutama.

Glükolüüsi kokkuvõte: sisendid ja väljundid

Ainus glükolüüsi tegelik reagent on glükoosi molekul. Reaktsioonide seerias viiakse sisse kaks molekuli - ATP ja NAD + (nikotiinamiidadeniindinukleotiid, elektronkandja).

Sageli näete täielikku rakulise hingamise protsessi koos reagentidena glükoosiga ja hapnikuga ning produktidena süsinikdioksiidi ja veega ning 36 (või 38) ATP-ga. Kuid glükolüüs on alles esimene reaktsioonide seeria, mis kulmineerub lõpuks glükoosist selle suure energia aeroobse ekstraheerimisega.

Kogusumma neli ATP molekuli need tekivad reaktsioonides, mis hõlmavad glükolüüsi kolme süsiniku komponenti - kaks 1,3-bisfosfoglütseraatmolekulide paari muundamisel kaheks 3-fosfoglütseraatmolekuliks ja kaks fosfoenolpüruvaatmolekulide paari muundamisel kaheks püruvaatmolekulid, mis tähistavad glükolüüsi lõppu. Need kõik sünteesitakse substraaditaseme fosforüülimise teel, mis tähendab, et ATP pärineb anorgaanilise fosfaadi (Pi) otsesest lisamisest ADP-le, mitte ei moodustu mõne muu protsessi tagajärjel.

Glükolüüsi alguses on vaja kahte ATP-d, esiteks siis, kui glükoos fosforüülitakse glükoos-6-fosfaadiks, ja siis kaks sammu hiljem, kui fruktoos-6-fosfaat fosforüleeritakse fruktoos-1,6-bisfosfaadiks. Seega on ATP-i netokasum glükolüüsi käigus ühe protsessis oleva glükoosimolekuli tulemusel kaks molekuli, mida on lihtne meelde jätta, kui seostada see loodud püruvaatmolekulide arvuga.

Lisaks redutseeritakse glütseraldehüüd-3-fosfaadi muundamisel 1,3-bisfosfoglütseraadiks kaks NAD + molekuli kaheks NADH molekuliks, kusjuures viimane toimib kaudse energiaallikana, kuna nad osalevad muu hulgas muud protsessid, aeroobne hingamine.

Lühidalt öeldes on glükolüüsi puhassaak seega 2 ATP, 2 püruvaat ja 2 NADH. See on vaevalt üks kahekümnes aeroobse hingamise käigus toodetud ATP kogusest, kuid kuna prokarüoodid on reeglina palju väiksemad ja vähem keerulised kui eukarüootid, väiksemate ainevahetuse vajadustega on nad võimelised hakkama saama, hoolimata sellest vähem kui -ideaalne skeem.

(Teine võimalus seda muidugi vaadata on see, et bakterite aeroobse hingamise puudumine on takistanud neil areneda suuremateks, mitmekesisemateks olenditeks, selle jaoks oluline.)

Glükolüüsi saaduste saatus

Prokarüootides on organism pärast glükolüüsi raja läbimist mänginud peaaegu kõiki metaboolseid kaarte. Püruvaat võib metaboliseeruda edasi laktaadiks kääriminevõi anaeroobset hingamist. Käärimise eesmärk ei ole laktaadi tootmine, vaid NAD + regenereerimine NADH-st, et seda saaks kasutada glükolüüsil.

(Pange tähele, et see erineb alkoholkäärimisest, milles etanooli toodetakse püruvaadist pärmi toimel.)

Eukarüootides siseneb suurem osa püruvaadist aeroobse hingamise esimesse sammu: Krebsi tsükkel, mida nimetatakse ka trikarboksüülhappe (TCA) tsükliks või sidrunhappe tsükliks. See toimub mitokondrites, kus püruvaat muundatakse kahe süsiniku ühendiks atsetüülkoensüümiks A (CoA) ja süsinikdioksiidiks (CO₂).

Selle kaheksaastmelise tsükli roll on toota järgmistes reaktsioonides rohkem suure energiatarbega elektronkandjaid - 3 NADH, üks FADH₂ (redutseeritud flaviin-adeniini dinukleotiid) ja üks GTP (guanosiintrifosfaat).

Kui need sisenevad mitokondriaalsel membraanil elektronide transpordiahelasse, nihkub oksüdatiivseks fosforüülimiseks kutsutud protsess elektronide nendest kõrge energiakuluga kandjatest hapniku molekulideni, lõpptulemuseks on 36 (või võib-olla 38) ATP molekuli tootmine glükoosimolekuli kohta " ülesvoolu ".

Aeroobse metabolismi palju suurem efektiivsus ja saagis selgitavad põhimõtteliselt kõiki tänapäevaseid peamisi erinevusi prokarüootide ja eukarüootide vahel, kuna esimesed eelnevad ja arvatakse, et on põhjustanud viimase.