Conţinut
- Glucoză: definiție
- Glucoză, tipuri de celule și metabolism
- Procesul glicolizei
- Glicoliză timpurie
- Ulterior Glicoliza
- Procese post-glicoliză
Glucoza este sursa finală de combustibil celular pentru toate lucrurile vii, cu energia din legăturile sale chimice fiind folosită pentru a sintetiza adenozina trifosfat (ATP) în diferite moduri interconectate și interdependente. Atunci când o moleculă din acest zahăr cu șase atomi de carbon (adică hexoză) traversează membrana plasmatică a unei celule din exterior pentru a intra în citoplasmă, este imediat fosforilat - adică un grup de fosfați, care poartă o sarcină electrică negativă, este atașat la o parte a moleculei de glucoză. Aceasta duce la o taxă negativă netă pentru ceea ce a devenit apoi un glucoză-6-fosfat moleculă, care îl împiedică să părăsească celula.
Procariotele, care includ domeniile Bacteria și Archaea, nu au organele legate de membrană, inclusiv mitocondriile că în eucariotelor găzduiește ciclul Krebs și lanțul de transport al electronilor dependenți de oxigen. În consecință, procariotele nu participă la respirația aerobă („cu oxigen”), derivând în schimb aproape toată energia lor din glicoliză, procesul anaerobic care funcționează și înaintea respirației aerobe efectuate în celulele eucariote.
Glucoză: definiție
Întrucât glucoza este printre moleculele cele mai vitale din biochimie și este punctul de plecare al celui mai important set de reacții din analele vieții de pe planeta Pământ, o scurtă discuție a structurii și comportamentului acestei molecule este în ordine.
De asemenea cunoscut ca si dextroză (de obicei în referire la sisteme non-biologice, cum ar fi glucoza obținută din porumb) și zahăr din sânge (cu referire la sisteme biologice, de exemplu, în contra medicale), glucoza este o moleculă de șase carbon cu formula chimică C6H12O6. În sângele uman, concentrația normală de glucoză este de aproximativ 100 mg / dL. 100 mg este o zecime de gram, în timp ce un dL este o zecime de litru; acest lucru se ridică la un gram pe litru și, deoarece persoana obișnuită are aproximativ 4 litri de sânge, majoritatea oamenilor au în fiecare moment aproximativ 4 g de glucoză - doar aproximativ o șapte parte dintr-o uncie.
Cinci dintre cei șase atomi de carbon (C) din glucoză stau în inel cu șase atomi formă prin care molecula presupune 99,98 la sută din timp în natură. Al șaselea atom de inel este un oxigen (O), cu al șaselea C atașat unuia dintre inelele C ca parte a hidroximetil (-CH2OH) grup. Este la grupa hidroxil (-OH) care fosfat anorganic (Pi) este atașat în timpul procesului de fosforilare care captează molecula din citoplasma celulară.
Glucoză, tipuri de celule și metabolism
Procariotele sunt mici (majoritatea covârșitoare sunt unicelulare) și simple (cea mai mare parte dintre ele are lipsa unui nucleu și a altor organule legate de membrană). Acest lucru le poate împiedica să fie la fel de elegante și interesante în majoritatea modurilor ca eucariote, dar le menține, de asemenea, necesarul de combustibil relativ redus.
Atât în procariote, cât și în eucariote, glicoliza este primul pas în metabolismul glucozei. Fosforilarea glucozei la intrarea sa într-o celulă prin difuzarea în membrana plasmatică este primul pas în glicoliză, care este descris în detaliu într-o secțiune ulterioară.
La sfârșitul glicolizei, molecula de glucoză a fost utilizată pentru a genera două molecule de piruvat cu trei carbon, două molecule ale așa-numitei transportor de electroni cu mare energie nicotinamidă adenină dinucleotidă (NADH) și un câștig net de două molecule ATP.
În acest moment, în procariote, piruvatul intră de obicei în fermentație, un proces anaerob cu o serie de variații diferite care vor fi explorate în curând. Dar unele bacterii au evoluat capacitatea de a efectua respirația aerobă într-o oarecare măsură și sunt numite anaerobe facultative. Se numesc bacterii care pot obține energie numai din glicoliză obligă anaerobiiși multe dintre acestea sunt de fapt ucise de oxigen. Puține bacterii sunt limitate obligă aerobii, ceea ce înseamnă că, la fel ca tine, au o cerință absolută de oxigen. Având în vedere că bacteriile au avut aproximativ 3,5 miliarde de ani pentru a se adapta cerințelor mediului în schimbare a Pământului, nu ar trebui să fie surprinzător faptul că au comandat o serie de strategii de supraviețuire metabolică de bază.
Procesul glicolizei
Glicoliza include 10 reacții, care este un număr frumos, rotund, dar nu trebuie neapărat să memorați toate produsele, intermediații și enzimele în toate aceste etape. În schimb, în timp ce unele dintre aceste detalii sunt amuzante și utile de știut, este mai important să dobândești un sentiment ce se întâmplă în general în glicoliză și De ce se întâmplă (atât în ceea ce privește fizica de bază, cât și nevoile celulei).
Glicoliza este capturată în următoarea reacție, care este suma celor 10 reacții individuale ale acesteia:
C6H12O6 → 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH
În engleză simplă, în glicoliză, o singură moleculă de glucoză este divizată în două molecule de piruvat și, pe parcurs, se formează câteva molecule de combustibil și o pereche de molecule „pre-combustibil”. ATP este moneda aproape universală pentru energie în procesele celulare, în timp ce NADH, forma redusă de NAD + sau nicotinamidă adenină dinucleotidă, funcționează ca un purtător de electroni cu energie mare, care în cele din urmă donează acei electroni, sub formă de ioni de hidrogen (H +), la moleculele de oxigen de la capătul lanț de transport de electroni în metabolismul aerob, rezultând mult mai mult ATP decât poate furniza singur glicoliza.
Glicoliză timpurie
Fosforilarea glucozei după intrarea sa în citoplasmă are ca rezultat glucoza-6-fosfat (G-6-P). Fosfatul provine din ATP și încorporarea acestuia în frunzele de glucoză adenozina difosfat (ADP) în urmă. După cum sa menționat, acest lucru captează glucoza în interiorul celulei.
În continuare, G-6-P este convertit în fructoză-6-fosfat (F-6-P). Aceasta este o izomerizare reacție, deoarece reactantul și produsul sunt izomeri unul de celălalt - molecule cu același număr de fiecare tip de atom, dar cu aranjamente spațiale diferite. În acest caz, inelul fructozei are doar cinci atomi. Enzima responsabilă de acest fel de jonglerie atomică este numită fosfoglucoza izomeraza. (Cele mai multe nume enzimatice, deși deseori greoaie, au cel puțin un sens perfect.)
În a treia reacție a glicolizei, F-6-P este transformat în fructoză-1,6-bifosfat (F-1,6-BP). În această etapă de fosforilare, fosfatul provine din nou din ATP, dar de data aceasta este adăugat la un atom de carbon diferit. Enzima responsabilă este fosfofructochinază (PFK).
În a patra reacție a glicolizei, molecula F-1,6-BP, care este destul de instabilă datorită dozei duble de grupări fosfat, este împărțită de enzimă aldolaza în moleculele purtătoare de trei-carbon, cu un singur fosfat-grup gliceraldehidă 3-fosfat (GAP) și fosfat de dihidroxiacetona (DHAP). Acestea sunt izomeri, iar DHAP este convertit rapid în GAP în a cincea etapă a glicolizei, folosind o apăsare din enzimă trifos isomeraza (TIM).
În această etapă, molecula originală de glucoză a devenit două molecule identice cu trei carbonuri, singure fosforilate, cu costul a două ATP. Din acest moment înainte, fiecare reacție descrisă de glicoliză are loc de două ori pentru fiecare moleculă de glucoză supusă glicolizei.
Ulterior Glicoliza
În a șasea reacție a glicolizei, GAP este transformat în 1,3-bisphosphoglycerate (1,3-BPG) sub influența gliceraldehidă 3-fosfat dehidrogenază. Enzimele dehidrogenază elimină atomii de hidrogen (adică protoni). Hidrogenul eliberat de GAP devine atașat la molecula NAD +, obținând NADH. Deoarece molecula inițială de glucoză în amonte a dat naștere la Două molecule de GAP, după această reacție, Două au fost create molecule de NADH.
În a șaptea reacție a glicolizei, una dintre reacțiile de fosforilare ale glicolizei timpurii este, de fapt, inversată. Când enzima fosfoglicratul kinazei elimină o grupare fosfat din 1,3-BPG, rezultatul este 3-fosfoglicerat (3-PG). Fosfatii care au fost dezbrăcați din cele două molecule 1,3-BPG sunt anexate la un ADP pentru a forma doi ATP. Aceasta înseamnă că cele două ATP „împrumutate” în etapele unu și trei sunt „returnate” în a șaptea reacție.
În pasul opt, 3-PG este convertit în 2-fosfoglicerat (2-PG) de fosfoglicratul mutazei, care transferă cea mai rămasă grupă de fosfați către un atom de carbon diferit. O mutază diferă de o izomerază prin faptul că este mai puțin grea în acțiunea sa; în loc să rearanjeze structura unei molecule, ei nu fac decât să schimbe una dintre grupurile sale laterale într-un loc nou, lăsând coloana vertebrală generală, inelul, etc.
În a noua reacție a glicolizei, 2-PG este transformat în fosfoenolpiruvat (PEP) sub acțiunea enolaza. Un enol este un compus cu o legătură dublă carbon-carbon în care unul dintre atomi de carbon este, de asemenea, legat de o grupare hidroxil.
În cele din urmă, a zecea și ultima reacție a glicolizei, PEP este transformată în piruvat datorită enzimei piruvat kinază. Grupele fosfat îndepărtate din cele două PEP sunt atașate la molecule ADP, obținând două ATP și doi piruvat, a căror formulă este (C3H4O3) sau (CH3) CO (COOH). Astfel, procesarea inițială, anaerobă a unei singure molecule de glucoză produce două piruvate, două ATP și două molecule NADH.
Procese post-glicoliză
Piruvatul generat în cele din urmă de intrarea glucozei în celule poate lua una dintre cele două căi. Dacă celula este procariotă sau dacă celula este eucariotă, dar necesită temporar mai mult combustibil decât poate oferi respirația aerobă singură (cum ar fi, de exemplu, celulele musculare în timpul efortului fizic dur, cum ar fi cântarea sau ridicarea greutăților), piruvatul intră pe calea de fermentare. Dacă celula este eucariotă și necesarul de energie este tipic, acesta mută piruvatul în interiorul mitocondriilor și ia parte la Ciclul Krebs: