Ako metabolizovať glukózu na ATP

Obsah

• Čo je to glukóza?
• Čo je ATP?
• Bunkové dýchanie
• Skorá glykolýza
• Neskôr glykolýza
• Krebsov cyklus
• Elektrónový dopravný reťazec

Glukóza, šesť uhlíkový cukor, je základným „vstupom“ do rovnice, ktorá poháňa celý život. Energia zvonka sa nejakým spôsobom premieňa na energiu pre bunku. Každý živý organizmus, od vášho najlepšieho priateľa po najnižšiu baktériu, má bunky, ktoré spaľujú glukózu ako palivo na koreňovej metabolickej úrovni.

Organizmy sa líšia v rozsahu, v akom môžu ich bunky extrahovať energiu z glukózy. Vo všetkých bunkách má táto energia formu adenosintrifosfátu (ATP).

Preto jedna vec všetky živé bunky majú spoločné to, že metabolizujú glukózu na ATP, Daná molekula glukózy, ktorá vstupuje do bunky, sa mohla začať ako večere steak, ako korisť divého zvieraťa, ako rastlinná hmota alebo ako niečo iné.

Bez ohľadu na to, rôzne tráviace a biochemické procesy štiepili všetky molekuly s viacerými atómami uhlíka v akýchkoľvek látkach, ktoré organizmus zaujíma o výživu monosacharidového cukru, ktorý vstupuje do bunkových metabolických dráh.

Čo je to glukóza?

Chemicky je glukóza a hexózy cukor, hex je grécka predpona pre „šesť“, počet atómov uhlíka v glukóze. Jeho molekulový vzorec je C₆H₁₂O₆s molekulovou hmotnosťou 180 gramov na mol.

Glukóza je tiež monosacharid - ide o cukor, ktorý obsahuje iba jednu základnú jednotku alebo - monoméru. fruktóza je ďalším príkladom monosacharidu sacharózaalebo stolový cukor (fruktóza plus glukóza), laktóza (glukóza plus galaktóza) a sladový cukor (glukóza plus glukóza) sú disacharidy.

Všimnite si, že pomer atómov uhlíka, vodíka a kyslíka v glukóze je 1: 2: 1. Všetky uhľohydráty v skutočnosti vykazujú rovnaký pomer a všetky ich molekulové vzorce majú formu C_nH_2nO_n.

Čo je ATP?

ATP je nukleozidv tomto prípade adenozín s tromi fosfátovými skupinami. Toto vlastne robí to nukleotid, pretože nukleozid je a pentose cukor (buď ribóza alebo deoxyribóza) v kombinácii s dusíkatou bázou (t. j. adenínom, cytozínom, guanínom, tymínom alebo uracilom), zatiaľ čo nukleotidom je nukleozid s jednou alebo viacerými naviazanými fosfátovými skupinami. Avšak okrem terminológie je dôležité vedieť o ATP, že obsahuje adenín, ribózu a reťazec troch fosfátových (P) skupín.

ATP sa vyrába prostredníctvom internetu fosforylácie adenozín difosfátu (ADP) a naopak, keď je terminálna fosfátová väzba v ATP hydrolyzuje, ADP a P_ja (anorganický fosfát) sú produkty. ATP sa považuje za „energetickú menu“ buniek, pretože táto mimoriadna molekula sa používa na pohon takmer každého metabolického procesu.

Bunkové dýchanie

Bunkové dýchanie je súbor metabolických ciest v eukaryotických organizmoch, ktoré premieňajú glukózu na ATP a oxid uhličitý v prítomnosti kyslíka, uvoľňujú vodu a produkujú veľké množstvo ATP (36 až 38 molekúl na investovanú molekulu glukózy) v procese.

Vyvážený chemický vzorec pre celkovú reakciu siete, s výnimkou elektrónových nosičov a energetických molekúl, je:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Bunkové dýchanie v skutočnosti zahŕňa tri odlišné a postupné dráhy:

Posledné dva z týchto stupňov sú závislé od kyslíka a spolu tvoria aeróbne dýchanie, V diskusiách o eukaryotickom metabolizme sa však glykolýza, hoci nezávisí od kyslíka, často považuje za súčasť „aeróbneho dýchania“, pretože takmer všetky jej hlavné produkty, pyruvát, pokračuje vo vstupe na ďalšie dve cesty.

Skorá glykolýza

Pri glykolýze sa glukóza premieňa v sérii 10 reakcií na molekulu pyruvátu pomocou a čistý zisk dvoch molekúl ATP a dve molekuly „elektrónového nosiča“ nikotínamid adenín dinukleotid (NADH). Pre každú molekulu glukózy vstupujúcu do procesu sa vyrábajú dve molekuly pyruvátu, pretože pyruvát má tri atómy uhlíka na glukózu šesť.

V prvom kroku sa glukóza fosforyluje, aby sa stala glukóza-6-fosfát (G6P). To zaväzuje, že glukóza sa skôr metabolizuje, než sa vracia späť cez bunkovú membránu, pretože fosfátová skupina dáva G6P záporný náboj. V priebehu niekoľkých nasledujúcich krokov sa molekula preusporiada na iný derivát cukru a druhýkrát sa fosforyluje, aby sa stala fruktóza-1,6-bisfosfát.

Tieto skoré kroky glykolýzy vyžadujú investíciu dvoch ATP, pretože to je zdroj fosfátových skupín vo fosforylačných reakciách.

Neskôr glykolýza

Fruktóza-1,6-bisfosfát sa delí na dve rôzne molekuly s tromi atómami uhlíka, z ktorých každá nesie svoju vlastnú fosfátovú skupinu; takmer všetky z nich sa rýchlo menia na iné, glyceraldehyd-3-fosfát (G3P). Od tohto momentu je teda všetko zdvojené, pretože pre každú glukózu „proti prúdu“ sú dve G3P.

Od tohto bodu je G3P fosforylovaný v kroku, ktorý tiež produkuje NADH z oxidovanej formy NAD +, a potom sa dve fosfátové skupiny dostanú do ADP molekúl v následných preskupovacích krokoch, aby sa vytvorili dve ATP molekuly spolu s koncovým uhlíkovým produktom glykolýzy, pyruvát.

Pretože k tomu dochádza dvakrát na glukózovú molekulu, druhá polovica glykolýzy produkuje štyri ATP pre a netto zisk z glykolýzy dvoch ATP (pretože dva boli potrebné na začiatku procesu) a dvoch NADH.

Krebsov cyklus

V prípravná reakcia, keď pyruvát generovaný v glykolýze nájde cestu z cytoplazmy do mitochondriálnej matrice, najskôr sa prevedie na acetát (CH₃COOH-) a CO₂ (odpadový produkt v tomto scenári) a potom na zlúčeninu s názvom acetyl koenzým Aalebo acetyl CoA, V tejto reakcii sa vytvorí NADH. Toto nastavuje pôdu pre Krebsov cyklus.

Táto séria ôsmich reakcií je pomenovaná preto, že jeden z reaktantov v prvom kroku, oxalacetát, je tiež produktom v poslednom kroku. Úlohou Krebsovho cyklu je skôr dodávateľ, ako výrobca: Generuje iba dva ATP na molekulu glukózy, ale prispieva šiestimi ďalšími NADH a dvomi FADH.₂, ďalší elektrónový nosič a blízky príbuzný NADH.

(Upozorňujeme, že to znamená jeden ATP, tri NADH a jeden FADH₂ za otáčku cyklu, Pre každú glukózu, ktorá vstupuje do glykolýzy, vstupujú do Krebsovho cyklu dve molekuly acetyl CoA.)

Elektrónový dopravný reťazec

Na základe glukózy je energetická bilancia k tomuto bodu štyri ATP (dva z glykolýzy a dva z Krebsovho cyklu), 10 NADH (dva z glykolýzy, dva z prípravnej reakcie a šesť z Krebsovho cyklu) a dva FADH₂ z Krebsovho cyklu. Zatiaľ čo zlúčeniny uhlíka v Krebsovom cykle sa ďalej točia okolo proti smeru prúdenia, elektrónové nosiče sa pohybujú z mitochondriálnej matrice na mitochondriálnu membránu.

Keď NADH a FADH₂ Uvoľňujú svoje elektróny, používajú sa na vytvorenie elektrochemického gradientu cez mitochondriálnu membránu. Tento gradient sa používa na napájanie pripojenia fosfátových skupín k ADP na vytvorenie ATP v procese nazývanom Oxidačná fosforylácia, takto pomenované, pretože konečným akceptorom elektrónov kaskádujúcich z elektrónového nosiča na elektrónový nosič v reťazci je kyslík (O₂).

Pretože každý NADH poskytuje tri ATP a každý FADH₂ poskytuje dva ATP v oxidačnej fosforylácii, čím sa k zmesi pridá (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP. teda jedna molekula glukózy môže poskytnúť až 38 ATP v eukaryotických organizmoch.