Cum să metabolizați glucoza pentru a face ATP

Conţinut

• Ce este glucoza?
• Ce este ATP?
• Respirație celulară
• Glicoliză timpurie
• Ulterior Glicoliza
• Ciclul Krebs
• Lanțul de transport cu electroni

Glucoza, un zahăr cu șase carbon, este „aportul” fundamental în ecuația care alimentează toată viața. Energia din exterior este, prin anumite mijloace, transformată în energie pentru celulă. Fiecare organism care este în viață, de la cel mai bun prieten al tău până la cea mai mică bacterie, are celule care ard glucoza pentru combustibil la nivelul metabolismului rădăcinii.

Organismele diferă în măsura în care celulele lor pot extrage energie din glucoză. În toate celulele, această energie are forma adenozina trifosfat (ATP).

Prin urmare, un lucru toate celulele vii au în comun faptul că metabolizează glucoza pentru a face ATP. O moleculă dată de glucoză care intră într-o celulă ar fi putut începe ca o cină friptură, ca prada unui animal sălbatic, ca materie vegetală sau ca altceva.

Indiferent, diverse procese digestive și biochimice au descompus toate moleculele multicarbonice în orice substanțe pe care organismul le ingerează pentru hrănire la zahărul monosacharid care intră pe căile metabolice celulare.

Ce este glucoza?

Chimic, glucoza este a hexoză zahăr, hex fiind prefixul grecesc pentru „șase”, numărul de atomi de carbon din glucoză. Formula sa moleculară este C₆H₁₂O₆, oferindu-i o greutate moleculară de 180 de grame pe aluniță.

Glucoza este de asemenea o monozaharidă în aceasta este un zahăr care include o singură unitate fundamentală sau monomer. Fructoză este un alt exemplu de monosacharidă, în timp ce zaharozăsau zahăr de masă (fructoză plus glucoză), lactoză (glucoză plus galactoză) și maltoză (glucoză plus glucoză) sunt dizaharide.

Rețineți că raportul dintre atomii de carbon, hidrogen și oxigen în glucoză este 1: 2: 1. Toți carbohidrații arată, de fapt, același raport, iar formulele lor moleculare sunt toate de forma C_nH_2nO_n.

Ce este ATP?

ATP este un nucleozidic, în acest caz adenozină, cu trei grupe de fosfați atașați la ea. Acest lucru face de fapt un nucleotid, deoarece un nucleozid este a pentoză zahăr (fie riboza sau dezoxiriboză) combinat cu o bază azotată (adică, adenină, citozină, guanină, timină sau uracil), în timp ce un nucleotid este un nucleozid cu una sau mai multe grupări fosfat atașate. Dar terminologia deoparte, importantul de știut despre ATP este că conține adenină, riboză și un lanț de trei grupe fosfat (P).

ATP se face prin intermediul fosforilare de adenozină difosfat (ADP) și, invers, când legătura fosfat terminală în ATP este hidrolizat, ADP și P_eu (fosfat anorganic) sunt produsele. ATP este considerată „moneda energetică” a celulelor, deoarece această moleculă extraordinară este utilizată pentru a alimenta aproape fiecare proces metabolic.

Respirație celulară

Respirație celulară este ansamblul căilor metabolice din organismele eucariote care transformă glucoza în ATP și dioxidul de carbon în prezența oxigenului, eliberând apa și producând o bogăție de ATP (36 - 38 molecule per moleculă de glucoză investită) în proces.

Formula chimică echilibrată pentru reacția netă globală, cu excepția purtătorilor de electroni și a moleculelor de energie, este:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Respirația celulară include de fapt trei căi distincte și secvențiale:

Ultimele două dintre aceste etape sunt dependente de oxigen și alcătuiesc împreună respirație aerobică. Adesea, însă, în discuțiile privind metabolismul eucariot, glicoliza, deși nu depinde de oxigen, este considerată a fi o parte „respirație aerobă”, deoarece aproape tot produsul principal, piruvat, continuă să intre pe celelalte două căi.

Glicoliză timpurie

În glicoliză, glucoza este transformată într-o serie de 10 reacții în moleculă piruvat, cu o câștig net de două molecule de ATP și două molecule ale „purtătorului de electroni” nicotinamidă adenină dinucleotidă (NADH). Pentru fiecare moleculă de glucoză care intră în proces, sunt produse două molecule de piruvat, deoarece piruvatul are trei atomi de carbon, până la șase glucoze.

În prima etapă, glucoza este fosforilată pentru a deveni glucoză-6-fosfat (G6P). Aceasta obligă glucoza să fie metabolizată, mai degrabă decât să se retragă prin membrana celulară, deoarece grupul fosfat dă G6P o încărcătură negativă. În următorii câțiva pași, molecula este rearanjată într-un derivat diferit de zahăr și apoi fosforilată a doua oară pentru a deveni fructoză-1,6-bifosfat.

Aceste etape timpurii ale glicolizei necesită o investiție de două ATP, deoarece aceasta este sursa grupărilor fosfat din reacțiile de fosforilare.

Ulterior Glicoliza

Fructoza-1,6-bifosfat se împarte în două molecule diferite de trei carbon, fiecare purtând propriul său grup fosfat; aproape toate dintre acestea, sunt rapid convertite în cealaltă, gliceraldehid-3-fosfat (G3P). Astfel, din acest moment, totul este duplicat deoarece există două G3P pentru fiecare glucoză „în amonte”.

Din acest punct, G3P este fosforilat într-o etapă care produce, de asemenea, NADH din forma oxidată NAD +, iar apoi cele două grupări fosfat sunt date până la molecule ADP în etapele ulterioare de rearanjare pentru a produce două molecule de ATP împreună cu produsul carbon final al glicolizei, piruvat.

Deoarece acest lucru se întâmplă de două ori pe moleculă de glucoză, a doua jumătate a glicolizei produce patru ATP pentru a net câștig din glicoliza a două ATP (deoarece două au fost necesare la începutul procesului) și a două NADH.

Ciclul Krebs

În reacție pregătitoaredupă ce piruvatul generat în glicoliză își găsește drumul de la citoplasmă în matricea mitocondrială, este transformat mai întâi în acetat (CH₃COOH-) și CO₂ (un produs rezidual în acest scenariu) și apoi la un compus numit coenzima acetilică A, sau acetil CoA. În această reacție, se generează un NADH. Aceasta stabilește etapa pentru ciclul Krebs.

Această serie de opt reacții este numită astfel deoarece unul dintre reactanții din prima etapă, oxaloacetat, este și produsul în ultimul pas. Locul de muncă al ciclului Krebs este cel al unui furnizor și nu al unui producător: generează doar două ATP per moleculă de glucoză, dar contribuie cu încă șase NADH și două din FADH₂, un alt purtător de electroni și o rudă apropiată a NADH.

(Rețineți că asta înseamnă un ATP, trei NADH și un FADH₂ pe rândul ciclului. Pentru fiecare glucoză care intră în glicoliză, două molecule de acetil CoA intră în ciclul Krebs.)

Lanțul de transport cu electroni

Din punct de vedere al glucozei, valoarea energetică până în acest moment este de patru ATP (două din glicoliză și două din ciclul Krebs), 10 NADH (două din glicoliză, două din reacția pregătitoare și șase din ciclul Krebs) și două FADH₂ din ciclul Krebs. În timp ce compușii de carbon din ciclul Krebs continuă să se rotească în amonte, purtătorii de electroni se deplasează de la matricea mitocondrială la membrana mitocondrială.

Când NADH și FADH₂ eliberează electronii lor, aceștia sunt folosiți pentru a crea un gradient electrochimic în întreaga membrană mitocondrială. Acest gradient este utilizat pentru a alimenta grupurile de fosfați la ADP pentru a crea ATP într-un proces numit fosforilare oxidativă, numit astfel deoarece acceptorul final al electronilor care se află în cascadă de la purtătorul de electroni la purtătorul de electroni din lanț este oxigenul (O₂).

Deoarece fiecare NADH produce trei ATP și fiecare FADH₂ produce doi ATP în fosforilare oxidativă, ceea ce adaugă (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP la amestec. Prin urmare o moleculă de glucoză poate produce până la 38 ATP în organismele eucariote.