Зміст
- Що таке глюкоза?
- Що таке АТФ?
- Клітинна респірація
- Ранній гліколіз
- Пізніше Гліколіз
- Цикл Кребса
- Електронна транспортна ланцюг
Глюкоза, шестивуглецевий цукор, є основним "вкладом" у рівняння, яке діє на все життя. Енергія ззовні певним чином перетворюється на енергію для клітини. Кожен живий організм, від вашого найкращого друга до найнижчої бактерії, має клітини, які спалюють глюкозу для палива на кореневому метаболічному рівні.
Організми відрізняються тим, наскільки їх клітини можуть отримувати енергію з глюкози. У всіх клітинах ця енергія знаходиться у формі аденозинтрифосфат (АТФ).
Тому одне всі живі клітини мають спільне те, що вони метаболізують глюкозу для отримання АТФ. Дана молекула глюкози, що потрапляє в клітину, могла початися як вечеря зі стейк, як здобич дикої тварини, як рослинна речовина або як щось інше.
Незалежно від того, що різні травні та біохімічні процеси розщеплюють всі багатовуглецеві молекули в будь-яких речовинах, організм потрапляє для харчування до моносахаридного цукру, який потрапляє в клітинні метаболічні шляхи.
Що таке глюкоза?
Хімічно, глюкоза є а гексоза цукор, шестигранний будучи грецьким префіксом "шість", кількість атомів вуглецю в глюкозі. Його молекулярна формула є С6Н12О6, даючи йому молекулярну масу 180 грам на моль.
Глюкоза також є моносахарид це цукор, що включає лише одну основну одиницю, або мономер. Фруктоза є ще одним прикладом моносахариду сахарозаабо столовий цукор (фруктоза плюс глюкоза), лактоза (глюкоза плюс галактоза) та мальтоза (глюкоза плюс глюкоза) є дисахариди.
Зауважимо, що співвідношення атомів вуглецю, водню та кисню у глюкозі дорівнює 1: 2: 1. Фактично, всі вуглеводи мають таке ж співвідношення, і їх молекулярні формули мають вигляд СнН2нОн.
Що таке АТФ?
АТФ - це нуклеозид, в даному випадку аденозин, до нього приєднані три фосфатні групи. Це насправді робить його нуклеотид, як нуклеозид є пентоза цукор (або рибоза або дезоксирибоза) поєднується з азотистою основою (тобто аденіном, цитозином, гуаніном, тиміном або урацилом), тоді як нуклеотид є нуклеозидом з однією або декількома фосфатними групами. Але, крім термінології, важливим, що потрібно знати про АТФ, є те, що він містить аденін, рибозу та ланцюжок з трьох фосфатних (Р) груп.
АТФ здійснюється через фосфорилювання дифосфату аденозину (АДФ), і навпаки, коли кінцева фосфатна зв'язок в АТФ становить гідролізований, АДП та Рi (неорганічний фосфат) - це продукти. АТФ вважається "енергетичною валютою" клітин, оскільки ця надзвичайна молекула використовується для живлення майже кожного метаболічного процесу.
Клітинна респірація
Клітинне дихання це сукупність метаболічних шляхів у еукаріотичних організмів, які перетворюють глюкозу на АТФ та вуглекислий газ у присутності кисню, виділяючи воду та виробляючи багатство АТФ (36 - 38 молекул на кожну вкладену молекулу глюкози).
Збалансована хімічна формула загальної чистої реакції, виключаючи електронні носії та енергетичні молекули, така:
С6Н12О6 + 6 О2 → 6 CO2 + 6 год2О
Клітинне дихання насправді включає три чіткі та послідовні шляхи:
Останні два з цих етапів залежать від кисню і складають разом аеробне дихання. Однак часто в дискусіях про еукаріотичний метаболізм гліколіз, хоча і не залежить від кисню, вважається частиною "аеробного дихання", оскільки майже весь його основний продукт, піруват, продовжує входити на два інші шляхи.
Ранній гліколіз
При гліколізі глюкоза перетворюється в серію з 10 реакцій в молекулу піруват, з a чистий приріст двох молекул АТФ і дві молекули "носія електронів" нікотинамід-аденінудинуклеотид (НАДН). Для кожної молекули глюкози, що надходить у процес, виробляються дві молекули пірувату, оскільки піруват має три атоми вуглецю, а шість глюкозів.
На першому етапі глюкоза фосфорилюється глюкозо-6-фосфат (G6P). Це спричиняє метаболізацію глюкози, а не відплив назад через клітинну мембрану, оскільки фосфатна група дає G6P негативний заряд. Протягом наступних декількох кроків молекула переставляється в інше похідне цукру і потім вдруге фосфорилюється, щоб стати фруктоза-1,6-бісфосфат.
Ці ранні етапи гліколізу потребують вкладення двох АТФ, оскільки це джерело фосфатних груп у реакціях фосфорилювання.
Пізніше Гліколіз
Фруктоза-1,6-бісфосфат розпадається на дві різні три вуглецеві молекули, кожна з яких має власну фосфатну групу; майже все одне з них швидко перетворюється на інше, гліцеральдегід-3-фосфат (G3P). Таким чином, з цього моменту все дублюється, тому що є два G3P для кожної глюкози "вище за течією".
З цього моменту G3P фосфорилюється на етапі, який також виробляє NADH з окисленої форми NAD +, а потім дві фосфатні групи передаються молекулам АДФ на наступних етапах перебудови для отримання двох молекул АТФ разом з кінцевим продуктом вуглецю гліколізу, піруват.
Оскільки це відбувається двічі на одну молекулу глюкози, друга половина гліколізу виробляє чотири АТФ для a сітка виграш від гліколізу двох АТФ (оскільки два були потрібні на початку процесу) та двох НАДГ.
Цикл Кребса
В підготовча реакціяпісля того, як піруват, що утворюється при гліколізі, знаходить свій шлях з цитоплазми в мітохондріальний матрикс, він перетворюється спочатку в ацетат (СН3COOH-) та СО2 (відхідний продукт за цим сценарієм), а потім до сполуки, званої ацетильний кофермент А, або ацетил КоА. У цій реакції утворюється НАДН. Це встановлює етап для циклу Кребса.
Ця серія восьми реакцій названа так, тому що один з реагентів на першому етапі, оксалоацетат, також продукт на останньому кроці. Завдання циклу Кребса - це постачальник, а не виробник: він генерує лише два АТФ на молекулу глюкози, але сприяє ще шість НАДГ та два FADH2, інший носій електронів і близький родич НАДГ.
(Зверніть увагу, що це означає один ATP, три NADH та один FADH2 за оборот циклу. Для кожного глюкози, що надходить у гліколіз, дві молекули ацетилу CoA входять у цикл Кребса.)
Електронна транспортна ланцюг
На основі глюкози енергія, яка дорівнює цій точці, становить чотири АТФ (два з гліколізу та два з циклу Кребса), 10 НАДГ (два з гліколізу, два з підготовчої реакції та шість із циклу Кребса) та два FADH2 з циклу Кребса. Поки вуглецеві сполуки в циклі Кребса продовжують обертатися навколо течії, носії електронів переміщуються від мітохондріальної матриці до мітохондріальної мембрани.
Коли НАДГ і ФАД2 вивільняють свої електрони, вони використовуються для створення електрохімічного градієнта по всій мітохондріальній мембрані. Цей градієнт використовується для живлення приєднання фосфатних груп до АДФ для створення АТФ у процесі, який називається окисне фосфорилювання, названа так, тому що кінцевим акцептором електронів, що каскадують від носія електрона до носія електронів у ланцюзі, є кисень (O2).
Тому що кожен NADH дає три ATP і кожен FADH2 отримує два АТФ в окислювальному фосфорилюванні, це додає (10) (3) + (2) (2) = 34 АТФ до суміші. Таким чином одна молекула глюкози може давати до 38 АТФ в еукаріотичних організмах.