Sisu
- Mis on glükoos?
- Mis on ATP?
- Rakuhingamine
- Varajane glükolüüs
- Hiljem glükolüüs
- Krebsi tsükkel
- Elektronide transpordiahel
Glükoos, kuue süsiniku sisaldav suhkur, on põhiline "sisend" võrrandis, mis juhib kogu elu. Väljastpoolt saadav energia muundatakse mõnes mõttes raku energiaks. Igas elusorganismis, alates teie parimast sõbrast kuni madalaima bakterini, on rakke, mis põlevad juurte ainevahetuse tasemel glükoosi kütuse saamiseks.
Organismid erinevad selle poolest, mil määral saavad nende rakud glükoosist energiat ammutada. Kõigis rakkudes on see energia vormis adenosiintrifosfaat (ATP).
Seetõttu üks asi kõigil elusrakkudel on ühine see, et nad metaboliseerivad glükoosi ATP saamiseks. Antud rakku sisenev glükoosimolekul võis alguse saada praadide õhtusöögist, metslooma saagiks, taimsest ainest või millestki muust.
Vaatamata sellele on mitmesugused seedeprotsessid ja biokeemilised protsessid lagundanud kõik mitme süsiniku molekulid kõigis ainetes, mida organism söödab raku ainevahetusradadesse siseneva monosahhariidsuhkru saamiseks.
Mis on glükoos?
Keemiliselt on glükoos a heksoos suhkur, heks mis on kreeka eesliide "kuus", glükoosi süsinikuaatomite arv. Selle molekulvalem on C6H12O6, andes sellele molekulmassi 180 grammi mooli kohta.
Glükoos on ka a monosahhariid see tähendab suhkrut, mis sisaldab ainult ühte põhiühikut, või monomeer. Fruktoos on veel üks näide monosahhariidist, samas sahharoosvõi lauasuhkur (fruktoos ja glükoos), laktoos (glükoos pluss galaktoos) ja maltoos (glükoos pluss glükoos) on disahhariidid.
Pange tähele, et süsiniku, vesiniku ja hapnikuaatomite suhe glükoosis on 1: 2: 1. Kõigil süsivesikutel on tegelikult sama suhe ja nende molekulivalemid on kõik vormis CnH2nOn.
Mis on ATP?
ATP on a nukleosiid, sel juhul adenosiini, mille külge on kinnitatud kolm fosfaatrühma. See tegelikult teeb sellest a nukleotiid, kuna nukleosiid on a pentoos suhkur (kas riboos või deoksüribioos) kombineerituna lämmastiku alusega (st adeniini, tsütosiini, guaniini, tümiini või uratsiiliga), samas kui nukleotiid on nukleosiid, mille külge on kinnitatud üks või enam fosfaatrühma. Kuid terminoloogia kõrval on ATP kohta oluline teada, et see sisaldab adeniini, riboosi ja kolme fosfaatrühma (P) ahelat.
ATP tehakse läbi fosforüülimine adenosiindifosfaadi (ADP) ja vastupidi, kui terminaalne fosfaatside on ATP-s hüdrolüüsitud, ADP ja Pi (anorgaaniline fosfaat) on tooted. ATP-d peetakse rakkude "energiaühikuks", kuna seda erakordset molekuli kasutatakse peaaegu kõigi ainevahetusprotsesside käivitamiseks.
Rakuhingamine
Rakuhingamine "Eukarüootsed organismid" on metaboolsete radade kogum, mis muundab hapniku juuresolekul glükoosi ATP-ks ja süsinikdioksiidiks, eraldades vett ja tootes selles protsessis rikkalikult ATP-d (36 kuni 38 molekuli investeeritud glükoosimolekuli kohta).
Üldise netoreaktsiooni tasakaalustatud keemiline valem, välja arvatud elektronkandjad ja energiamolekulid, on:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Rakuline hingamine hõlmab tegelikult kolme erinevat ja järjestikust rada:
Neist kaks viimast etappi on hapnikusõltuvad ja moodustavad koos aeroobne hingamine. Sageli peetakse eukarüootse ainevahetuse aruteludes glükolüüsi, ehkki see ei sõltu hapnikust, "aeroobse hingamise" osaks, kuna peaaegu kogu selle peamine toode, püruvaat, siseneb edasi kahe teise raja juurde.
Varajane glükolüüs
Glükolüüsi käigus muundatakse glükoos 10 reaktsiooni seerias molekuli püruvaadiks, a-ga kahe ATP molekuli puhaskasum ja kaks "elektronkandja" molekuli nikotiinamiidadeniindinukleotiid (NADH). Iga protsessi siseneva glükoosimolekuli kohta tekivad kaks püruvaadi molekuli, kuna püruvaadil on kolm süsinikuaatomit, et moodustada kuus glükoosi.
Esimeses etapis fosforüülitakse glükoos muutumiseks glükoos-6-fosfaat (G6P). See sunnib glükoosi metaboliseeruma, mitte ei raku tagasi läbi rakumembraani, kuna fosfaatrühm annab G6P-le negatiivse laengu. Järgmise paari sammu jooksul viiakse molekul ümber erinevaks suhkru derivaadiks ja fosforüülitakse seejärel teist korda, et saada fruktoos-1,6-bisfosfaat.
Need glükolüüsi varased etapid nõuavad kahe ATP investeeringut, kuna see on fosforüülrühmade allikas fosforüülimisreaktsioonides.
Hiljem glükolüüs
Fruktoos-1,6-bisfosfaat jaguneb kaheks erinevaks kolme süsiniku molekuliks, millest igaüks kannab oma fosfaatrühma; peaaegu kõik neist muundatakse kiiresti teiseks, glütseraldehüüd-3-fosfaat (G3P). Nii et alates sellest hetkest on kõik dubleeritud, kuna iga glükoosi "ülesvoolu" on kaks G3P.
Sellest hetkest fosforüleeritakse G3P etapis, mis samuti toodab NADH oksüdeeritud vormist NAD +, ja seejärel antakse kahele fosfaatrühmale ADP molekulid järgmistes ümberseadistamisetappides, et toota kaks ATP molekuli koos glükolüüsi lõpp-süsinikusaadusega, püruvaat.
Kuna seda juhtub kaks korda glükoosimolekuli kohta, annab glükolüüsi teine pool a-le neli ATP-d võrk kasu kahe ATP (kuna protsessi jaoks oli vaja juba varakult kahte) ja kahe NADH glükolüüsist.
Krebsi tsükkel
in ettevalmistav reaktsioon, pärast seda, kui glükolüüsis tekkinud püruvaat on jõudnud tsütoplasmast mitokondriaalsesse maatriksisse, muundatakse see kõigepealt atsetaadiks (CH3COOH-) ja CO2 (selle stsenaariumi korral jäätmeprodukt) ja seejärel ühendiks, mida nimetatakse atsetüülkoensüüm Avõi atsetüül CoA. Selles reaktsioonis genereeritakse NADH. See seab Krebsi tsükli etapi.
Seda kaheksa reaktsiooni seeriat nimetatakse nii, kuna üks esimeses etapis olnud reagentidest, oksaloatsetaat, on ka toode viimases etapis. Krebsi tsükli ülesanne on pigem tarnija kui tootja: see loob ainult kaks ATP-d glükoosimolekuli kohta, kuid annab veel kuus NADH-d ja kaks FADH-i2, teine elektronkandja ja NADH lähisugulane.
(Pange tähele, et see tähendab ühte ATP-d, kolme NADH-i ja ühte FADH-i)2 tsükli pöörde kohta. Iga glükolüüsi siseneva glükoosi kohta siseneb Krebsi tsüklis kaks atsetüül-CoA molekuli.)
Elektronide transpordiahel
Glükoosi kohta on selle punkti energia väärtus neli ATP (kaks glükolüüsist ja kaks Krebsi tsüklist), 10 NADH (kaks glükolüüsist, kaks ettevalmistavast reaktsioonist ja kuus Krebsi tsüklist) ja kaks FADH2 Krebsi tsüklist. Samal ajal kui Krebsi tsüklis keerduvad süsinikuühendid ümbervoolu, liiguvad elektronkandjad mitokondriaalsest maatriksist mitokondriaalsele membraanile.
Kui NADH ja FADH2 vabastavad oma elektronid, neid kasutatakse elektrokeemilise gradiendi loomiseks läbi mitokondriaalse membraani. Seda gradienti kasutatakse fosfaatrühmade ADP-le kinnitumiseks, et luua ATP protsessis, mida nimetatakse oksüdatiivne fosforüülimine, nii nimetatud sellepärast, et elektronide kandjast ahelas elektronkandjaks kaskaadistuvate elektronide ülim aktseptor on hapnik (O2).
Kuna iga NADH annab kolm ATP ja iga FADH2 annab oksüdatiivses fosforüülimisel kaks ATP, see lisab segule (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP. Seega üks glükoosi molekul võib anda kuni 38 ATP eukarüootsetes organismides.