Kuinka metaboloida glukoosi ATP-muodostumiseksi

Sisältö

• Mikä on glukoosi?
• Mikä on ATP?
• Soluhengitys
• Varhainen glykolyysi
• Myöhemmin glykolyysi
• Krebs-sykli
• Elektronien kuljetusketju

Glukoosi, kuuden hiilen sokeri, on perusta "syöttö" yhtälössä, joka antaa voiman koko elämän. Ulkopuolella oleva energia muutetaan tietyllä tavalla solun energiaksi. Jokaisella elossa olevalla organismilla, parhaimmasta ystävästäsi alhaisimpaan bakteeriin, on soluja, jotka polttavat glukoosia polttoainetta varten juurien metabolisella tasolla.

Organismit eroavat toisistaan ​​siinä suhteessa, kuinka niiden solut voivat poimia energiaa glukoosista. Kaikissa soluissa tämä energia on muodossa adenosiinitrifosfaatti (ATP).

Siksi yksi asia kaikilla elävillä soluilla on yhteistä, että ne metaboloivat glukoosia ATP: n tuottamiseksi. Annettu soluun saapuva glukoosimolekyyli olisi voinut alkaa pihvitarjoiluna, villieläimen saalisena, kasviaineena tai jotain muuta.

Siitä huolimatta, erilaiset ruoansulatus- ja biokemialliset prosessit ovat hajotaneet kaikki monihiiliset molekyylit kaikissa aineissa, joita organismi nauttii ravinnoksi monosakkaridisokeriin, joka tulee solun metabolisiin reitteihin.

Mikä on glukoosi?

Kemiallisesti glukoosi on a heksoosi sokeri, hex on kreikan etuliite "kuudelle", hiiliatomien lukumäärä glukoosissa. Sen molekyylikaava on C₆H₁₂O₆, jolloin sen molekyylipaino oli 180 grammaa moolia kohti.

Glukoosi on myös a monosakkaridi eli sokeri sisältää vain yhden perusyksikön, tai monomeeriä. Fruktoosi on toinen esimerkki monosakkaridista, kun taas sakkaroositai pöytäsokeria (fruktoosi plus glukoosi), laktoosi (glukoosi plus galaktoosi) ja maltoosi (glukoosi plus glukoosi) ovat disakkaridit.

Huomaa, että hiili-, vety- ja happiatomien suhde glukoosissa on 1: 2: 1. Kaikilla hiilihydraateilla on itse asiassa sama suhde, ja niiden molekyylikaavat ovat kaikki muodossa C_nH_2nO_n.

Mikä on ATP?

ATP on nukleosidi, tässä tapauksessa adenosiini, johon on kiinnitetty kolme fosfaattiryhmää. Tämä todella tekee siitä nukleotidin, koska nukleosidi on pentoosi sokeri (joko riboosi tai deoksiriboosiyksikkö) yhdistettynä typpipohjaiseen emäkseen (ts. adeniiniin, sytosiiniin, guaniiniin, tymiiniin tai urasiiliin), kun taas nukleotidi on nukleosidi, johon on kiinnittynyt yksi tai useampi fosfaattiryhmä. Mutta terminologiaa lukuun ottamatta, tärkeä asia tietää ATP: stä on, että se sisältää adeniinia, riboosia ja kolmen fosfaatti (P) -ryhmän ketjun.

ATP tehdään fosforylaatio adenosiinidifosfaatista (ADP), ja päinvastoin, kun terminaalinen fosfaattisidos ATP: ssä on hydrolysoitiin, ADP ja P_minä (epäorgaaninen fosfaatti) ovat tuotteita. ATP: tä pidetään solujen "energiavaluuttana", koska tätä ylimääräistä molekyyliä käytetään voimaan melkein kaikki metaboliset prosessit.

Soluhengitys

Soluhengitys "eukaryoottisissa organismeissa tapahtuva metabolisten reittien joukko, joka muuntaa glukoosin ATP: ksi ja hiilidioksidiksi hapen läsnä ollessa, vapauttaa vettä ja tuottaa runsaasti ATP: tä (36 - 38 molekyyliä sijoitettua glukoosimolekyyliä kohti) prosessissa.

Tasapainoinen kemiallinen kaava kokonaisnettoreaktiolle, lukuun ottamatta elektronikantoaaltoja ja energiamolekyylejä, on:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Soluhengitys sisältää todella kolme erillistä ja peräkkäistä reittiä:

Kaksi jälkimmäistä näistä vaiheista ovat happiriippuvaisia ​​ja muodostavat yhdessä aerobinen hengitys. Usein eukaryoottisen aineenvaihduntaa koskevissa keskusteluissa glykolyysiä, vaikka se ei kuitenkaan riippua happeesta, pidetään osana "aerobista hengitystä", koska melkein koko sen päätuote, pyruvaatti, jatkaa pääsyä kahteen muuhun polkuun.

Varhainen glykolyysi

Glykolyysissä glukoosi muunnetaan 10 reaktion sarjana molekyylin pyruvaatiksi, a kahden ATP-molekyylin nettovoitto ja kaksi "elektronikantoaallon" molekyyliä nikotiiniamidi-adeniinidinukleotidi (NADH). Jokaisesta prosessiin tulevasta glukoosimolekyylistä tuotetaan kaksi pyruvaattimolekyyliä, koska pyruvaatissa on kolme hiiliatomia kuuden glukoosin muodostamiseksi.

Ensimmäisessä vaiheessa glukoosi fosforyloidaan muuttumaan glukoosi-6-fosfaatti (G6P). Tämä sitoutuu glukoosin metaboloitumiseen sen sijaan, että se ajaa takaisin ulos solukalvon läpi, koska fosfaattiryhmä antaa G6P: lle negatiivisen varauksen. Muutaman seuraavan vaiheen aikana molekyyli järjestetään uudelleen erilaiseksi sokerijohdannaiseksi ja fosforyloidaan sitten toisen kerran fruktoosi-1,6-bifosfaatin.

Nämä glykolyysin varhaiset vaiheet vaativat kahden ATP: n sijoituksen, koska tämä on fosfaattiryhmien lähde fosforylointireaktioissa.

Myöhemmin glykolyysi

Fruktoosi-1,6-bisfosfaatti jakaantuu kahteen erilaiseen kolmihiilimolekyyliin, joissa molemmissa on oma fosfaattiryhmä; melkein kaikki näistä, muutetaan nopeasti toisiksi, glyseraldehydi-3-fosfaatti (G3P). Siten tästä eteenpäin kaikki on päällekkäistä, koska jokaisella "ylävirtaan" olevalla glukoosilla on kaksi G3P: tä.

Tästä hetkestä lähtien G3P fosforyloidaan vaiheessa, joka tuottaa myös NADH: ta hapettuneesta NAD + -muodosta, ja sitten nämä kaksi fosfaattiryhmää annetaan ADP-molekyyleille myöhemmissä uudelleenjärjestelyvaiheissa tuottamaan kaksi ATP-molekyyliä yhdessä glykolyysin lopputuotteen kanssa, pyruvaattia.

Koska tämä tapahtuu kahdesti glukoosimolekyyliä kohti, glykolyysiin toinen puoli tuottaa neljä ATP: tä a: lle netto hyöty kahden ATP: n (koska kahta vaadittiin prosessin varhaisessa vaiheessa) ja kahden NADH: n glykolyysistä.

Krebs-sykli

vuonna valmisteleva reaktio, kun glykolyysiin muodostettu pyruvaatti on löytänyt tiensä sytoplasmasta mitokondriaaliseen matriisiin, se muunnetaan ensin asetaatiksi (CH₃COOH-) ja CO₂ (jätetuote tässä skenaariossa) ja sitten yhdisteeksi nimeltä asetyylikoentsyymi Atai asetyyli-CoA. Tässä reaktiossa muodostetaan NADH. Tämä asettaa vaiheen Krebs-syklille.

Tämä kahdeksan reaktion sarja on niin kutsuttu, koska yksi reagensseista ensimmäisessä vaiheessa, oksaaliasetaatiksi, on myös tuote viimeisessä vaiheessa. Krebs-syklin tehtävä on toimittajan eikä valmistajan tehtävä: Se tuottaa vain kaksi ATP: tä glukoosimolekyyliä kohti, mutta myötävaikuttaa kuuteen lisää NADH: ta ja kaksi FADH: ta.₂, toinen elektronikantoaalto ja NADH: n läheinen sukulainen.

(Huomaa, että tämä tarkoittaa yhtä ATP, kolme NADH ja yksi FADH₂ syklin kierrosta kohti. Jokaisesta glykolyysiin tulevasta glukoosista kaksi asetyyli-CoA-molekyyliä saapuu Krebs-sykliin.)

Elektronien kuljetusketju

Glukoosipohjaisesti energian vastaavuus tähän pisteeseen on neljä ATP: tä (kaksi glykoolyysistä ja kaksi Krebs-syklisestä), 10 NADH: ta (kaksi glykolyysiä, kaksi valmistelureaktiosta ja kuusi Krebs-syklisestä) ja kaksi FADH: ta.₂ Krebs-syklistä. Samalla kun Krebs-syklin hiiliyhdisteet pyörivät edelleen ylävirtaan, elektronin kantajat siirtyvät mitokondriaalimatriisista mitokondriaaliseen kalvoon.

Kun NADH ja FADH₂ vapauttavat elektroninsa, näitä käytetään elektrokemiallisen gradientin luomiseen mitokondriaalikalvon poikki. Tätä gradienttia käytetään fosfaattiryhmien kiinnittymisen tehostamiseen ADP: hen ATP: n luomiseksi prosessissa, jota kutsutaan oksidatiivinen fosforylaatio, niin nimeltään siksi, että elektronien kantajasta ketjun elektronikantajaan CSS liittyvien elektronien lopullinen vastaanottaja on happi (O₂).

Koska kukin NADH tuottaa kolme ATP: tä ja kukin FADH: n₂ antaa kaksi ATP: tä hapettavassa fosforyloinnissa, tämä lisää (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP: tä seokseen. Täten yksi glukoosimolekyyli voi tuottaa jopa 38 ATP: tä eukaryoottisissa organismeissa.