Obsah
- Glukóza: definícia
- Glukóza, typy buniek a metabolizmus
- Proces glykolýzy
- Skorá glykolýza
- Neskôr glykolýza
- Postupy po glykolýze
Glukóza je konečný zdroj palivového paliva pre všetky živé veci, pričom energia v jej chemických väzbách sa používa na syntézu adenosintrifosfátu (ATP) rôznymi vzájomne prepojenými a vzájomne závislými spôsobmi. Keď molekula tohto šesťuhlíkového (tj. Hexózového) cukru prechádza zvonka plazmatickú membránu bunky a vstupuje do cytoplazmy, je okamžite fosforylovaný - to znamená, že k časti molekuly glukózy je pripojená fosfátová skupina, ktorá nesie záporný elektrický náboj. To vedie k čistému negatívnemu poplatku za to, čo sa potom stalo glukóza-6-fosfát molekula, ktorá mu bráni opustiť bunku.
prokaryotes, ktoré zahŕňajú domény baktérií a Archaea, nemajú organely viazané na membránu vrátane mitochondrie to v eukaryota hosťuje Krebsov cyklus a kyslíkový závislý transportný reťazec elektrónov. Výsledkom je, že prokaryoty sa nezúčastňujú aeróbneho („kyslíkového“) dýchania, namiesto toho získavajú takmer všetku svoju energiu z glykolýzy, anaeróbneho procesu, ktorý funguje aj pred aeróbnym dýchaním uskutočňovaným v eukaryotických bunkách.
Glukóza: definícia
Pretože glukóza patrí medzi najdôležitejšie molekuly v biochémii a je východiskovým bodom snáď najdôležitejšej skupiny reakcií v análech života na planéte Zem, je v poriadku krátka diskusia o štruktúre a správaní sa tejto molekuly.
Taktiež známy ako dextróza (zvyčajne vo vzťahu k nebiologickým systémom, ako je glukóza vyrobená z kukurice) a krvný cukor (vo vzťahu k biologickým systémom, napr. v lekárskom prostredí) je glukóza molekula so šiestimi atómami uhlíka s chemickým vzorcom C6H12O6, V ľudskej krvi je normálna koncentrácia glukózy asi 100 mg / dl. 100 mg je desatina gramu, zatiaľ čo dl je jedna desatina litra; toto funguje na gram na liter a keďže priemerný človek má asi 4 litre krvi, väčšina ľudí má v krvi v krvi vždy asi 4 g glukózy - iba asi jednu sedminu unce.
Päť zo šiestich atómov uhlíka (C) v glukóze sedí v šesť-atómový kruh forma, ktorá predpokladá 99,98 percent času v prírode. Šiestym atómom kruhu je atóm kyslíka (O), pričom šiesty atóm uhlíka je pripojený k jednému z kruhových atómov uhlíka ako súčasť a hydroxymetyl (CH2OH) skupina, Je to na hydroxylovej (-OH) skupine anorganický fosfát (Pi) je pripojený počas procesu fosforylácie, ktorý zachytáva molekulu v cytoplazme buniek.
Glukóza, typy buniek a metabolizmus
Prokaryoty sú malé (prevažná väčšina sú jednobunkové) a jednoduché (jedna bunka, ktorá väčšina z nich nemá jadro a ďalšie organely viazané na membránu). To im môže zabrániť, aby boli vo väčšine ohľadoch rovnako elegantné a zaujímavé ako eukaryoty, ale tiež relatívne nízke požiadavky na palivo.
V prokaryotoch aj v eukaryotoch je glykolýza prvým krokom v metabolizme glukózy, Fosforylácia glukózy po jej vstupe do bunky difúziou cez plazmatickú membránu je prvým krokom pri glykolýze, ktorý je podrobne opísaný v nasledujúcej časti.
Na konci glykolýzy sa molekula glukózy použila na vytvorenie dvoch molekúl pyruvátu s tromi atómami uhlíka, dvoch molekúl tzv. Vysokoenergetického elektrónového nosiča nikotínamid adenín dinukleotidu (NADH) a čistý zisk dvoch molekúl ATP.
V tomto bode, v prokaryotoch, pyruvát obyčajne vstupuje do fermentácie, anaeróbny proces s množstvom rôznych variácií, ktoré sa v krátkom čase preskúmajú. Niektoré baktérie si však do určitej miery vyvinuli schopnosť vykonávať aeróbne dýchanie a nazývajú sa fakultatívne anaeróby, Baktérie, ktoré môžu odvodzovať energiu iba z glykolýzy, sa nazývajú zaviazať anaeróbova mnohé z nich sú vlastne usmrtené kyslíkom. Len pár baktérií je párnych povinný aerobes, čo znamená, že rovnako ako vy, aj oni majú absolútnu požiadavku na kyslík. Vzhľadom na to, že baktérie mali približne 3,5 miliardy rokov na to, aby sa prispôsobili požiadavkám prostredia, ktoré presúva Zem, nemalo by byť prekvapujúce, že ovládali celý rad základných stratégií prežitia v metabolizme.
Proces glykolýzy
Glykolýza zahŕňa 10 reakcie, čo je pekné, okrúhle číslo, ale vo všetkých týchto krokoch si nemusíte pamätať všetky produkty, medziprodukty a enzýmy. Namiesto toho, zatiaľ čo niektoré z týchto markantov sú zábavné a užitočné vedieť, ich dôležitejšie je získať pocit čo celkovo sa vyskytuje pri glykolýze a prečo stáva sa to (v zmysle základnej fyziky aj potrieb bunky).
Glykolýza sa zachytáva v nasledujúcej reakcii, ktorá je súčtom 10 jednotlivých reakcií:
C6H12O6 → 2 ° C3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH
V jednoduchej angličtine je pri glykolýze jediná molekula glukózy rozdelená na dve molekuly pyruvátu a pozdĺž cesty sa vytvorí pár molekúl paliva a pár molekúl „predbežného paliva“. ATP je takmer univerzálna mena energie v bunkových procesoch, zatiaľ čo NADH, znížená forma NAD + alebo nikotínamid adenín dinukleotidu, funguje ako vysokoenergetický elektrónový nosič, ktorý tieto elektróny nakoniec daruje vo forme vodíkových iónov (H +), na molekuly kyslíka na konci transportný reťazec elektrónov v aeróbny metabolizmus, čo vedie k oveľa väčšiemu množstvu ATP, ako dokáže dodávať iba glykolýza.
Skorá glykolýza
Fosforylácia glukózy po jej vstupe do cytoplazmy vedie k glukóze-6-fosfátu (G-6-P). Fosfát pochádza z ATP a jeho inkorporácia do glukózových listov adenozín difosfát (ADP). Ako už bolo uvedené, zachytáva glukózu vo vnútri bunky.
Ďalej sa G-6-P prevedie na fruktóza-6-fosfát (F-6-P). Toto je izomerizácia reakcia, pretože reaktant a produkt sú navzájom izoméry - molekuly s rovnakým počtom každého typu atómu, ale s rôznym priestorovým usporiadaním. V tomto prípade má kruh fruktózy iba päť atómov. Enzým zodpovedný za tento druh atómového žonglovania sa nazýva fosfoglukóza izomeráza, (Väčšina názvov enzýmov, hoci sú často ťažkopádne, aspoň dáva zmysel.)
V tretej reakcii glykolýzy sa F-6-P prevedie na fruktóza-1,6-bisfosfát (F-1,6-BP). V tomto kroku fosforylácie fosfát opäť pochádza z ATP, ale tentoraz sa pridáva k inému atómu uhlíka. Zodpovedný enzým je fosfofruktokináza (PFK).
Pri štvrtej reakcii glykolýzy je molekula F-1,6-BP, ktorá je vďaka svojej dvojnásobnej dávke fosfátových skupín dosť nestabilná, štiepená enzýmom. aldolázy do molekúl nesúcich jednu fosfátovú skupinu s tromi atómami uhlíka glyceraldehyd 3-fosfát (GAP) a dihydroxyaceton fosfát (DHAP). Sú to izoméry a DHAP sa rýchlo premieňa na GAP v piatom kroku glykolýzy s použitím tlaku z enzýmu. trióza fosfát izomeráza (TIM).
V tomto štádiu sa pôvodná molekula glukózy stala dvoma identickými tromi atómami uhlíka, jednoducho fosforylovanými molekulami, za cenu dvoch ATP. Od tohto momentu sa každá opísaná reakcia glykolýzy vyskytuje dvakrát pre každú molekulu glukózy podstupujúcu glykolýzu.
Neskôr glykolýza
V šiestej reakcii glykolýzy sa GAP prevedie na 1,3-bisfosfoglycerát (1,3-BPG) pod vplyvom glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenáza, Enzýmy dehydrogenázy odstraňujú atómy vodíka (t. J. Protóny). Vodík zbavený GAP sa naviaže na molekulu NAD +, čím sa získa NADH. Pretože počiatočná molekula glukózy v protismere dala vzniknúť dva molekuly GAP, po tejto reakcii, dva boli vytvorené molekuly NADH.
Pri siedmej glykolýze je v skutočnosti jedna z fosforylačných reakcií skorej glykolýzy zvrátená. Keď enzým fosfoglycerátkináza odstráni fosfátovú skupinu z 1,3-BPG, výsledkom je 3-fosfoglycerát (3-PG). Fosfáty, ktoré boli odstránené z dvoch 1,3-BPG molekúl, sú pripojené k ADP za vzniku dvoch ATP. To znamená, že dva ATP „požičané“ v prvom a treťom kroku sa „vrátia“ v siedmej reakcii.
V kroku 8 sa 3-PG prevedie na 2-fosfoglycerát (2-PG) autorom fosfoglycerát mutáza, ktorý privádza jednu zostávajúcu fosfátovú skupinu na iný atóm uhlíka. Mutáza sa líši od izomerázy tým, že je pri svojom pôsobení menej náročná; namiesto preskupenia štruktúry molekuly iba presúvajú jednu zo svojich postranných skupín na nové miesto a ponechávajú celkovú kostru, kruh atď.
V deviatej reakcii glykolýzy sa 2-PG prevedie na fosfoenolpyruvát (PEP) v rámci akcie enoláza, Enol je zlúčenina s dvojitou väzbou uhlík-uhlík, v ktorej je jeden z atómov uhlíka viazaný tiež na hydroxylovú skupinu.
Nakoniec, desiata a posledná reakcia glykolýzy, sa PEP vďaka enzýmu transformuje na pyruvát. pyruvátkináza, Fosfátové skupiny odstránené z dvoch PEP sú naviazané na molekuly ADP, poskytujú dva ATP a dva pyruvát, ktorého vzorec je (C3H4O3) alebo (CH3) CO (COOH), Počiatočné anaeróbne spracovanie jednej molekuly glukózy poskytuje dva pyruvát, dva ATP a dve NADH molekuly.
Postupy po glykolýze
Pyruvát nakoniec generovaný vstupom glukózy do buniek môže mať jednu z dvoch ciest. Ak je bunka prokaryotická alebo ak je eukaryotická, ale dočasne vyžaduje viac paliva, ako dokáže poskytnúť aeróbne dýchanie (napríklad v svalových bunkách počas tvrdého fyzického cvičenia, ako je spev alebo zdvíhanie závaží), pyruvát vstupuje do fermentačnej dráhy. Ak je bunka eukaryotická a jej energetické požiadavky sú typické, pohybuje pyruvát vo vnútri mitochondrií a zúčastňuje sa na Krebsov cyklus: