Mitä tapahtuu, kun glukoosi saapuu soluun?

Sisältö

• Glukoosi: Määritelmä
• Glukoosi, solutyypit ja aineenvaihdunta
• Glycolysis-prosessi
• Varhainen glykolyysi
• Myöhemmin glykolyysi
• Glykolyysin jälkeiset prosessit

Glukoosi on lopullinen solupolttoaineen lähde kaikille eläville olennoille, ja kemiallisissa sidoksissaan olevaa energiaa käytetään syntetisointiin adenosiinitrifosfaatti (ATP) useilla toisiinsa kytketyillä ja toisistaan ​​riippuvilla tavoilla. Kun tämän kuuden hiilen (so. Heksoosi) sokerin molekyyli ylittää solun plasmamembraanin ulkopuolelta sytoplasmaan pääsemiseksi, se on heti fosforyloituja - ts. Fosfaattiryhmä, jolla on negatiivinen sähkövaraus, kiinnittyy osaan glukoosimolekyyliä. Tämä johtaa negatiiviseen nettovaraukseen siitä, josta on sitten tullut glukoosi-6-fosfaatti molekyylin, joka estää sitä poistumasta solusta.

prokaryooteissa, jotka sisältävät bakteeri- ja archaea-domeenit, ei ole kalvoon sitoutuneita organelleja, mukaan lukien mitokondriot että sisään eukaryootit isännöi Krebs-sykliä ja happiriippuvaista elektronin kuljetusketjua. Seurauksena on, että prokaryootit eivät osallistu aerobiseen ("hapen kanssa") hengitykseen, sen sijaan, että ne tuottavat melkein kaiken energiansa glykolyysiin, anaerobiseen prosessiin, joka toimii myös ennen eukaryoottisoluissa suoritettua aerobista hengitystä.

Glukoosi: Määritelmä

Koska glukoosi on biokemian elintärkeimpiä molekyylejä ja on kenties tärkeimmän reaktiojoukon alku Maapallon elämäpäiväkirjoissa, lyhyt keskustelu tämän molekyylin rakenteesta ja käyttäytymisestä on järjestyksessä.

Tunnetaan myös dekstroosi (yleensä viitaten ei-biologisiin järjestelmiin, kuten maissista valmistettuun glukoosiin) ja verensokeri (viitaten biologisiin järjestelmiin, esimerkiksi lääketieteellisissä haitoissa), glukoosi on kuuden hiilen molekyyli, jolla on kemiallinen kaava C₆H₁₂O₆. Ihmisen veressä normaali glukoosipitoisuus on noin 100 mg / dl. 100 mg on kymmenesosa grammaa, kun taas dL on kymmenesosa litrasta; tämä saavuttaa grammaa litrassa, ja koska keskimääräisellä ihmisellä on noin 4 litraa verta, useimpien ihmisten verenkiertoon on milloin tahansa noin 4 g glukoosia - vain noin seitsemäsosa unssista.

Viisi glukoosin kuudesta hiili (C) -atomista istuu kuuden atomin rengas muodossa, jonka molekyyli vie luonnossa 99,98 prosenttia ajasta. Kuudes rengasatomi on happi (O), kuudennen C kiinnittyessä yhteen renkaan Cs osana a hydroksimetyyli (CH₂VAI NIIN) ryhmä. Se on hydroksyyli (-OH) -ryhmässä epäorgaaninen fosfaatti (Pi) kiinnittyy fosforylaatioprosessin aikana, joka vangitsee molekyylin solusytoplasmassa.

Glukoosi, solutyypit ja aineenvaihdunta

Prokaryootit ovat pieniä (ylivoimainen enemmistö yksisoluisia) ja yksinkertaisia ​​(yhdestä solusta puuttuu ydin ja muut kalvoon sitoutuneet organelit). Tämä saattaa estää heitä olemasta yhtä tyylikkäitä ja mielenkiintoisia useimmiten kuin eukaryootit, mutta myös pitää niiden polttoainevaatimukset suhteellisen alhaisina.

Sekä prokaryooteissa että eukaryooteissa glykolyysi on ensimmäinen askel glukoosin metaboliassa. Glukoosin fosforyloituminen sen saapuessa soluun diffundoitumalla plasmamembraanin läpi on glykolyysin ensimmäinen vaihe, jota kuvataan yksityiskohtaisesti seuraavassa osiossa.

Glykolyysin lopussa glukoosimolekyyliä on käytetty tuottamaan kaksi kolmen hiilen pyruvaattimolekyyliä, kaksi niin kutsutun korkean energian elektronikantoaalto-nikotiiniamidi-adeniinidinukleotidin (NADH) molekyyliä ja kahden ATP-molekyylin nettovoitto.

Tässä vaiheessa prokaryooteissa pyruvaatti siirtyy yleensä käymiseen, anaerobiseen prosessiin, jolla on useita erilaisia ​​variaatioita, joita tutkitaan pian. Mutta joillakin bakteereilla on jossain määrin kehittynyt kyky suorittaa aerobista hengitystä, ja niihin kutsutaan fakultatiiviset anaerobit. Bakteereita, jotka voivat saada energiaa vain glykolyysiä, kutsutaan pakottaa anaerobit, ja monet niistä todella tappavat hapen avulla. Rajoitettu määrä bakteereja on tasaisia pakottaa aerobit, mikä tarkoittaa, että heillä, kuten sinäkin, on ehdoton hapen tarve. Ottaen huomioon, että bakteereilla on ollut noin 3,5 miljardia vuotta sopeutua maapallon muuttuvan ympäristön vaatimuksiin, ei pitäisi olla yllättävää, että ne ovat käskeneet joukon perustason metabolisia selviytymisstrategioita.

Glycolysis-prosessi

Glykolyysi sisältää 10 reaktiot, joka on mukava, pyöreä numero, mutta sinun ei tarvitse välttämättä muistaa kaikkia tuotteita, välituotteita ja entsyymejä kaikissa näissä vaiheissa. Sen sijaan, vaikka jotkut näistä yksityiskohdista ovat hauskoja ja hyödyllisiä tietää, on tärkeämpää saada niistä tunne mitä tapahtuu yleisesti glykolyysiä, ja miksi se tapahtuu (sekä fysiikan perustana että solun tarpeissa).

Glykolyysi vangitaan seuraavassa reaktiossa, joka on sen 10 yksittäisen reaktion summa:

C₆H₁₂O₆ → 2 ° C₃H₄O₃ + 2 ATP + 2 NADH

Yksinkertaisesti sanottuna, glykolyysi, yksi glukoosimolekyyli hajotetaan kahteen pyruvaattimolekyyliin, ja matkan varrella tehdään pari polttoainemolekyylejä ja pari "esipolttoainemolekyylejä". ATP on lähes universaalinen valuutta energialle soluprosesseissa, kun taas NADH, NAD +: n tai nikotiiniamidi-adeniinidinukleotidin pelkistetty muoto, toimii suuren energian elektronin kantajana, joka lopulta luovuttaa nämä elektronit vetyionien (H +) muodossa, happimolekyyleihin lopussa elektronin kuljetusketju sisään aerobinen aineenvaihdunta, tuloksena on paljon enemmän ATP: tä kuin pelkästään glykolyysi pystyy toimittamaan.

Varhainen glykolyysi

Glukoosin fosforyloituminen sen tultua sytoplasmaan johtaa glukoosi-6-fosfaattiin (G-6-P). Fosfaatti tulee ATP: stä ja sen sisällyttämisestä glukoosilehdiin adenosiinidifosfaatti (ADP) takana. Kuten huomautettiin, tämä loukkaa glukoosia solussa.

Seuraavaksi G-6-P muunnetaan fruktoosi-6-fosfaatti (F-6-P). Tämä on isomerointi Reaktio, koska reagenssi ja tuote ovat toistensa isomeerejä - molekyylejä, joilla on sama lukumäärä jokaisella atomityypillä, mutta joilla on erilaiset alueelliset järjestelyt. Tässä tapauksessa fruktoosirenkaassa on vain viisi atomia. Entsyymiä, joka vastaa tästä tyyppisestä atomisuunnittelulaitteesta, kutsutaan fosfoglukoosi-isomeraasi. (Useimmilla entsyymienimillä, vaikka ne ovat usein hankalia, on ainakin täydellinen merkitys.)

Glykolysoinnin kolmannessa reaktiossa F-6-P muunnetaan fruktoosi-1,6-bifosfaatin (F-1,6-BP). Tässä fosforylointivaiheessa fosfaatti tulee jälleen ATP: stä, mutta tällä kertaa se lisätään eri hiiliatomiin. Vastuullinen entsyymi on phosphofructokinase (PFK).

Glykolyysin neljännessä reaktiossa entsyymi jakaa F-1,6-BP-molekyylin, joka on melko epävakaa fosfaattiryhmien kaksoisannoksesta johtuen. aldolaasi kolmen hiilen, yksifosfaattiryhmää kuljettaviin molekyyleihin glyseraldehydi-3-fosfaatti (GAP) ja dihydroksiasetonifosfaatti (DHAP). Nämä ovat isomeerejä, ja DHAP muunnetaan nopeasti GAP: ksi glykolyysin viidennessä vaiheessa käyttämällä entsyymin työntämistä trioosifosfaatti-isomeraasi (TIM).

Tässä vaiheessa alkuperäisestä glukoosimolekyylistä on tullut kaksi identtistä kolmen hiilen, yksin fosforyloituneita molekyylejä, kahden ATP: n kustannuksella. Tästä eteenpäin jokainen kuvattu glykolyysireaktio tapahtuu kahdesti jokaiselle glykolyysiin läpikäyvälle glukoosimolekyylille.

Myöhemmin glykolyysi

Glykolyysin kuudennessa reaktiossa GAP muunnetaan 1,3-bisphosphoglycerate (1,3-BPG) vaikutuksen alaisena glyseraldehydi-3-fosfaattidehydrogenaasi. Dehydrogenaasientsyymit poistavat vetyatomeja (ts. Protoneja). GAP: sta vapautunut vety kiinnittyy NAD + -molekyyliin, jolloin saadaan NADH. Koska glukoosin alkuperäinen molekyyli ylävirtaan on aiheuttanut kaksi GAP-molekyylejä tämän reaktion jälkeen, kaksi NADH-molekyylit on luotu.

Seitsemännessä glycolysis-reaktiossa yksi varhaisen glycolysis-fosforylointireaktioista on käytännössä päinvastainen. Kun entsyymi fosfoglyseraattikinaasi poistaa fosfaattiryhmän 1,3-BPG: stä, tulos on 3-fosfo- (3-PG). Fosfaatit, jotka on irrotettu kahdesta 1,3-BPG-molekyylistä, lisätään ADP: hen kahden ATP: n muodostamiseksi. Tämä tarkoittaa, että kaksi ATP: tä, "lainattu" vaiheissa yksi ja 3, "palautetaan" seitsemännessä reaktiossa.

Vaiheessa 8 3-PG muunnetaan 2-fosfo- (2-PG) fosfoglyseraattimutaasi, joka siirtää yhden jäljellä olevan fosfaattiryhmän toiseen hiiliatomiin. Mutaasi eroaa isomeraasista siinä, että sen toiminta on vähemmän raskasta; sen sijaan, että järjestäisivät molekyylin rakennetta, ne vain siirtävät yhden sen sivuryhmistä uuteen kohtaan, jättäen kokonaisen selkärangan, renkaan jne. sellaisena kuin se oli.

Glykolyysin yhdeksännessä reaktiossa 2-PG muunnetaan fosfoenolipuryvaattiin (PEP) toiminnan alla enolaasi. Enoli on yhdiste, jossa on hiili-hiili-kaksoissidos, jossa yksi hiileistä on myös sitoutunut hydroksyyliryhmään.

Lopuksi, glykolyysin kymmenes ja viimeinen reaktio, PEP muuttuu entsyymin ansiosta pyruvaatiksi pyruvaattikinaasi. Kahdesta PEP: stä poistetut fosfaattiryhmät kiinnittyvät ADP-molekyyleihin, jolloin saadaan kaksi ATP: tä ja kaksi pyruvaattia, joiden kaava on (C₃H₄O₃) tai (CH₃) CO (COOH). Siten yhden glukoosimolekyylin alkuperäinen, anaerobinen prosessointi tuottaa kaksi pyruvaattia, kaksi ATP: tä ja kaksi NADH-molekyyliä.

Glykolyysin jälkeiset prosessit

Pluvaatti, joka lopulta syntyy sokerin pääsyn kautta soluihin, voi kulkea yhdellä kahdesta polusta. Jos solu on prokaryoottinen tai jos solu on eukaryoottinen, mutta vaatii väliaikaisesti enemmän polttoainetta kuin pelkästään aerobinen hengitys voi tarjota (kuten esimerkiksi lihassoluissa kovan fyysisen harjoituksen, kuten laulamisen tai nostamisen aikana), pyruvaatti menee käymispolulle. Jos solu on eukaryoottinen ja sen energiantarpeet ovat tyypillisiä, se liikuttaa pyruvaattia mitokondrioiden sisällä ja osallistuu Krebs-sykli: