Tartalom
- Glükóz: Meghatározás
- Glükóz, sejttípusok és metabolizmus
- A glikolízis folyamata
- Korai glikolízis
- Később glikolízis
- Glikolízis utáni folyamatok
A glükóz a a celluláris üzemanyag legfőbb forrása minden élőlény számára, a kémiai kötéseiben lévő energiát felhasználva szintetizálásra adenozin-trifoszfát (ATP) különféle összekapcsolt és egymástól függő módon. Amikor ennek a hatszén (azaz a hexóz) cukornak egy molekulája keresztezi egy sejt plazmamembránját, hogy belépjen a citoplazmába, azonnal foszforilált - azaz egy negatív elektromos töltéssel rendelkező foszfátcsoport kapcsolódik a glükózmolekula egy részéhez. Ez nettó negatív töltést eredményez abban, ami azóta a glükóz-6-foszfát- molekula, amely megakadályozza, hogy távozzon a sejtből.
A prokarióták, amelyek magukba foglalják a baktériumok és az archaea doméneket, nem tartalmaznak membránhoz kötött organellákat, ideértve a mitokondriumok hogy benne eukarióták a Krebs-ciklust és az oxigén-függő elektronszállító láncot befogadja. Ennek eredményeként a prokarióták nem vesznek részt az aerob ("oxigénnel") légzésben, hanem szinte teljes energiájukat glikolízissel nyerik, az anaerob folyamat, amely szintén működik az eukarióta sejtekben végzett aerob légzés előtt.
Glükóz: Meghatározás
Mivel a glükóz a biokémiában a legfontosabb molekulák között, és a Föld bolygó életének évfordulóinak talán legfontosabb reakciókészletének kiindulási pontja, ennek a molekulanak a felépítéséről és viselkedéséről röviden beszámolunk.
Más néven dextróz (általában nem biológiai rendszerekre, például kukoricából készült glükózra vonatkoztatva) és vércukor (hivatkozva a biológiai rendszerekre, például orvosi hátrányok esetén), a glükóz hat szénatomszámú molekula a kémiai képlettel C6H12O6. Az emberi vérben a normál glükózkoncentráció körülbelül 100 mg / dL. 100 mg egy tized liter, míg dL liter tizede; ez gramm per liter, és mivel az átlagos embernek körülbelül 4 liter vér van, a legtöbb embernek körülbelül 4 g glükóz van a véráramában bármikor - csupán egy uncia egyhetedje.
A glükózban lévő hat szén (C) atomból öt ül a hat atom gyűrű olyan formában, amelyben a molekula az idő 99,98 százalékát igényli a természetben. A hatodik gyűrűatom egy oxigénatom (O), a hatodik C a Cs gyűrű egyikéhez kapcsolódik az a részeként hidroxi (-CH2OH) csoport. Ez a hidroxil (-OH) csoportnál van szervetlen foszfát A (Pi) kötődik a foszforilezési folyamat során, amely csapdába ejti a molekulát a sejt citoplazmájában.
Glükóz, sejttípusok és metabolizmus
A prokarióták kicsik (túlnyomó többségük egysejtű) és egyszerűek (az egyik sejtnek nincs magja és más membránhoz kötött organellák). Ez megakadályozhatja, hogy a legtöbb szempontból ugyanolyan elegánsak és érdekesek legyenek, mint az eukarióták, de ugyanakkor viszonylag alacsonyak az üzemanyagszükségletüknél is.
Mind a prokarióta, mind az eukarióta esetében a glükolízis az első lépés a glükóz metabolizmusában. A glükóz foszforilációja a sejtekbe való belépéskor, a plazmamembránon keresztül diffúzióval, a glikolízis első lépése, amelyet a következő szakaszban részletesen ismertetünk.
A glikolízis végén a glükózmolekulát két háromszén-piruvát-molekula, az úgynevezett nagy energiájú elektronhordozó nikotinamid-adenin-dinukleotid (NADH) két molekulájának és két ATP-molekula nettó nyereségének előállítására használják.
Ezen a ponton a prokariótákban a piruvát általában fermentációba lép, egy anaerob folyamat, számos különféle variációval, amelyeket hamarosan felfedeznek. Néhány baktérium azonban bizonyos mértékben kifejlesztette az aerob légzés végrehajtásának képességét, és ezeknek nevezik fakultatív anaerobok. Azokat a baktériumokat nevezzük, amelyek csak glikolízissel tudnak energiát nyerni kötelező anaerobok, és ezek közül sokat valójában az oxigén öl meg. Korlátozottan néhány baktérium egyenletes kötelezze az aerobokat, ami azt jelenti, hogy Önhöz hasonlóan abszolút szükség van az oxigénre. Tekintettel arra, hogy a baktériumoknak körülbelül 3,5 milliárd év volt ahhoz, hogy alkalmazkodjanak a Föld változó környezetének igényeihez, nem meglepő, hogy számos alapvető metabolikus túlélési stratégiát vezettek be.
A glikolízis folyamata
A glikolízis 10-et tartalmaz reakciók, amely egy szép, kerek szám, de nem feltétlenül kell megjegyeznie az összes terméket, közbenső terméket és enzimet ezen lépések mindegyikében. Ehelyett, bár ezen apróbb részek szórakoztatóak és hasznosak megismerni, fontosabb, hogy megértsék mit általában a glikolízis során fordul elő, és miért megtörténik (mind az alapfizika, mind a sejt igényei szempontjából).
A glikolízist a következő reakcióban rögzítjük, amely a 10 egyedi reakció összege:
C6H12O6 → 2 ° C3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH
Egyszerűen fogalmazva, a glikolízis során az egyetlen glükózmolekulát két piruvát molekulára bontják, és az út során pár üzemanyagmolekulát és egy pár "üzemanyag előtti" molekulát készítenek. Az ATP a sejtfolyamatokban működő energia közel univerzális pénzneme, míg a NADH, a NAD + vagy nikotinamid-adenin-dinukleotid redukált formája, nagy energiájú elektronhordozóként működik, amely végül ezeket az elektronokat hidrogénionok (H +) formájában adományozza, az oxigénmolekulákhoz a elektronszállítás lánc ban ben aerob anyagcsere, ami sokkal több ATP-t eredményez, mint önmagában a glikolízis.
Korai glikolízis
A glükóz foszforilációja a citoplazmába való belépés után glükóz-6-foszfátot (G-6-P) eredményez. A foszfát az ATP-ből származik, és beépülése a glükózlevelekbe adenozin-difoszfát (ADP) mögött. Mint már említettük, ez csapdába ejti a glükózt a sejtben.
Ezután a G-6-P-t átalakítják fruktóz-6-foszfát- (F-6-P). Ez egy izomerizáció reakció, mert a reaktáns és a termék egymás izomerjei - molekulák, amelyek azonos számú atomtípust tartalmaznak, de eltérő térbeli elrendezéssel. Ebben az esetben a fruktóz gyűrűnek csak öt atomja van. Az enzimet, amely felelős az ilyen típusú zsonglőrművekéért, nevezik foszfoglükóz-izomeráz. (A legtöbb enzim név, bár gyakran nehézkes, legalábbis tökéletesen értelmezhető.)
A glikolízis harmadik reakciójában az F-6-P-t átalakítják fruktóz-1,6-biszfoszfát (F-1,6-BP). Ebben a foszforilációs lépésben a foszfát ismét ATP-ből származik, de ezúttal más szénatomhoz adják hozzá. A felelős enzim foszfofruktokinázt (PFK).
A glikolízis negyedik reakciójában az F-1,6-BP molekulát, amely a foszfátcsoportok kettős adagjának köszönhetően meglehetősen instabil, elbontja az enzim aldoláz a háromszén, egyfoszfát-csoportot hordozó molekulákba glicerildehid-3-foszfát (GAP) és dihidroxi-aceton-foszfát (DHAP). Ezek izomerek, és a DHAP gyorsan módosul GAP-ra a glikolízis ötödik lépése során, az enzim megnyomásával trióz-foszfát-izomeráz (TIM).
Ebben a szakaszban az eredeti glükóz-molekula két azonos háromszénos, egyedileg foszforilált molekulává vált két ATP árán. Ettől a ponttól kezdve a glikolízis minden leírt reakciója kétszer megtörténik minden glükolízis alatt álló glükózmolekula esetében.
Később glikolízis
A glikolízis hatodik reakciójában a GAP-t átalakítják 1,3-biszfoszfoglicerát (1,3-BPG) glicerildehid-3-foszfát-dehidrogenáz. A dehidrogenáz enzimek eltávolítják a hidrogén atomokat (azaz a protonokat). A GAP-tól megszabadult hidrogén kapcsolódik a NAD + molekulához, így NADH-t kap. Mivel a kezdeti glükózmolekula felfelé fordult elő kettő a GAP molekulái, ezt a reakciót követően, kettő A NADH molekuláit elkészítettük.
A hetedik glikolízis reakcióban a korai glikolízis egyik foszforilációs reakciója valójában fordított. Amikor az enzim foszfo-glicerát-kináz eltávolítja a foszfátcsoportot az 1,3-BPG-ből, az eredmény: 3-foszfoglicerát- (3-PG). A két 1,3-BPG-molekulából leválasztott foszfátokat az ADP-hez adják, hogy két ATP-t képezzenek. Ez azt jelenti, hogy az első és a harmadik lépésben "kölcsönvett" két ATP "visszaad" a hetedik reakcióban.
A nyolcadik lépésben a 3-PG-t átalakítják 2-foszfoglicerát (2-PG) készítette foszfoglicerát mutáz, amely az egyik fennmaradó foszfátcsoportot más szénatomra változtatja. A mutáz abban különbözik az izomeráztól, hogy működése kevésbé nehéz; ahelyett, hogy a molekula szerkezetét átszerveznék, pusztán az egyik oldalsó csoportját egy új helyre tolják el, és az egész gerincét, gyűrűjét stb.
A glikolízis kilencedik reakciójában a 2-PG-t átalakítják foszfoenolpiruvát (PEP) enoláz. Az enol egy szén-szén kettős kötésű vegyület, amelyben a szénatomok szintén egy hidroxilcsoporthoz kapcsolódnak.
Végül, a glikolízis tizedik és utolsó reakciójában a PEP az enzimnek köszönhetően piruváttá alakul piruvát-kináz. A két PEP-ből eltávolított foszfátcsoportokat az ADP-molekulákhoz kapcsolják, két ATP-t és két piruvátot kapva, amelyek képlete: (C3H4O3) vagy (CH3) CO (COOH). Így egyetlen glükózmolekula kezdeti, anaerob feldolgozásakor két piruvát, két ATP és két NADH molekula származik.
Glikolízis utáni folyamatok
A glükóznak a sejtekbe való belépésével végül előállított piruvát a két út egyikét veheti igénybe. Ha a sejt prokarióta, vagy ha a sejt eukarióta, de átmenetileg több tüzelőanyagot igényel, mint amennyit önmagában csak az aerob légzés képes biztosítani (mint például az izomsejtekben a kemény testmozgás során, például énekléskor vagy emelő súlyoknál), a piruvát belép az erjedési útba. Ha a sejt eukarióta és energiaigénye jellemző, akkor a piruvátot a mitokondriumok belsejében mozgatja, és részt vesz a Krebs-ciklus: