Obsah
Všetky organizmy využívajú molekulu zvanú glukóza a nazýva sa proces glykolýza na uspokojenie niektorých alebo všetkých svojich energetických potrieb. Pre prokaryotické organizmy s jednou bunkou, ako sú baktérie, je to jediný postup, ktorý je k dispozícii na generovanie ATP (adenozíntrifosfát, „energetická mena“ buniek).
Eukaryotické organizmy (zvieratá, rastliny a huby) majú sofistikovanejšie bunkové mechanizmy a dokážu získať oveľa viac z molekuly glukózy - v skutočnosti je to viac ako pätnásťnásobné množstvo ATP. Je to preto, že tieto bunky využívajú bunkové dýchanie, ktoré ako celok je glykolýza plus aeróbne dýchanie.
Reakcia zahŕňajúca oxidačná dekarboxylácia pri bunkovom dýchaní nazývanom premosťovacia reakcia slúži ako spracovateľské centrum medzi prísne anaeróbnymi reakciami glykolýzy a dvoma krokmi aeróbneho dýchania, ktoré sa vyskytujú v mitochondriách. Toto mostíkové štádium, formálne nazývané oxidáciou pyruvátu, je teda nevyhnutné.
Blížiaci sa k mostu: Glykolýza
Pri glykolýze, rad desiatich reakcií v bunkovej cytoplazme premieňa glukózu zo šiestich uhlíkových molekúl na dve molekuly pyruvátu, zlúčeniny s tromi atómami uhlíka, zatiaľ čo produkuje celkom dve molekuly ATP. V prvej časti glykolýzy, nazývanej investičná fáza, sú v skutočnosti potrebné dva ATP, aby sa reakcie pohli ďalej, zatiaľ čo v druhej časti, vo fáze návratu, je to viac ako kompenzované syntézou štyroch molekúl ATP.
Investičná fáza: Glukóza má naviazanú fosfátovú skupinu a potom je preusporiadaná na fruktózovú molekulu. Táto molekula má pridanú fosfátovú skupinu a výsledkom je dvojnásobne fosforylovaná fruktózová molekula. Táto molekula sa potom rozdelí a stáva sa dvoma identickými tromi atómami uhlíka, každá s vlastnou fosfátovou skupinou.
Fáza návratu: Každá z týchto dvoch troch uhlíkových molekúl má rovnaký osud: Má pripojenú ďalšiu fosfátovú skupinu a každá z nich sa používa na výrobu ATP z ADP (adenozín difosfát), pričom sa preskupuje na molekulu pyruvátu. Táto fáza tiež vytvára molekulu NADH z molekuly NAD+.
Čistý energetický výťažok je teda 2 ATP na glukózu.
Mostná reakcia
Reakcia mosta, nazývaná tiež prechodná reakcia, pozostáva z dvoch krokov. Prvý z nich je dekarboxylácie pyruvát a druhým je pripojenie toho, čo zostáva na molekule zvanej koenzým A.
Koniec molekuly pyruvátu je uhlík, ktorý je viazaný na atóm kyslíka a je viazaný na hydroxylovú skupinu (-OH). V praxi je atóm vodíka v hydroxylovej skupine disociovaný od atómu kyslíka, takže táto časť pyruvátu sa môže považovať za metódu s jedným atómom uhlíka a dvoma atómami kyslíka. Pri dekarboxylácii sa toto odstráni ako CO2alebo oxid uhličitý.
Potom zvyšok pyruvátovej molekuly, ktorý sa nazýva acetylová skupina a má vzorec CH3C (= O) sa stáva spojeným s koenzýmom A na mieste predtým obsadenom karboxylovou skupinou pyruvátu. V procese, NAD+ sa redukuje na NADH. Na molekulu glukózy je mostíková reakcia:
2 CH3C (= 0) C (0) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= 0) CoA + 2 NADH
Po moste: Aeróbne dýchanie
Krebsov cyklus: Poloha Krebsovho cyklu je v mitochondriálnej matrici (materiál vo vnútri membrán). V tomto prípade sa acetyl CoA kombinuje so štyrmi atómami uhlíka nazývanými oxaloacetát, čím sa vytvorí citrátová molekula so šiestimi atómami uhlíka. Táto molekula sa v niekoľkých krokoch spracuje späť na oxaloacetát, pričom cyklus sa znova začína.
Výsledkom sú 2 ATP spolu s 8 NADH a 2 FADH2 (elektrónové nosiče) pre ďalší krok.
Elektrónový dopravný reťazec: Tieto reakcie sa vyskytujú pozdĺž vnútornej mitochondriálnej membrány, v ktorej sú zabudované štyri špecializované koenzýmové skupiny s názvom komplex I až IV. Tieto využívajú energiu v elektrónoch na NADH a FADH2 na riadenie syntézy ATP, pričom kyslík je konečný akceptor elektrónov.
Výsledkom je 32 až 34 ATP, čo dáva celkový energetický výťažok bunkovej respirácie na 36 až 38 ATP na molekulu glukózy.