Содержание
Все организмы используют молекулу под названием глюкоза и процесс называется гликолиз удовлетворить некоторые или все их энергетические потребности. Для одноклеточных прокариотических организмов, таких как бактерии, это единственный доступный процесс для генерации АТФ (аденозинтрифосфат, «энергетическая валюта» клеток).
Эукариотические организмы (животные, растения и грибы) обладают более сложным клеточным механизмом и могут получать намного больше из молекулы глюкозы - фактически, в 15 раз больше АТФ. Это потому, что эти клетки используют клеточное дыхание, которое в целом представляет собой гликолиз плюс аэробное дыхание.
Реакция с участием окислительное декарбоксилирование в клеточном дыхании называется реакция моста служит центром обработки между строго анаэробными реакциями гликолиза и двумя этапами аэробного дыхания, которые происходят в митохондриях. Таким образом, эта мостиковая стадия, более формально называемая окислением пирувата, является существенной.
Приближение к мосту: гликолиз
При гликолизе серия из десяти реакций в цитоплазме клетки преобразует молекулу глюкозы из шестиуглеродного сахара в две молекулы пирувата, трехуглеродного соединения, при этом образуется всего две молекулы АТФ. В первой части гликолиза, называемой инвестиционной фазой, фактически необходимы два АТФ для продвижения реакций, в то время как во второй части, обратной фазе, это более чем компенсируется синтезом четырех молекул АТФ.
Инвестиционная фаза: Глюкоза имеет присоединенную фосфатную группу и затем перестраивается в молекулу фруктозы. Эта молекула, в свою очередь, имеет добавленную фосфатную группу, и в результате получается дважды фосфорилированная молекула фруктозы. Затем эта молекула расщепляется и становится двумя идентичными трехуглеродными молекулами, каждая со своей фосфатной группой.
Фаза возврата: Каждая из двух трехуглеродных молекул имеет одну и ту же судьбу: к ней присоединена еще одна фосфатная группа, и каждая из них используется для получения АТФ из АДФ (аденозиндифосфата) при перегруппировке в молекулу пирувата. Эта фаза также генерирует молекулу NADH из молекулы NAD+.
Таким образом, чистый выход энергии составляет 2 АТФ на глюкозу.
Мостовая реакция
Мостовая реакция, также называемая реакция перехода, состоит из двух шагов. Во-первых, это декарбоксилирование пирувата, а второй является присоединение того, что осталось к молекуле под названием кофермент А.
Конец молекулы пирувата представляет собой углерод, связанный двойной связью с атомом кислорода и связанный одной группой с гидроксильной (-ОН) группой. На практике атом H в гидроксильной группе диссоциирован от атома O, поэтому эту часть пирувата можно рассматривать как имеющую один атом C и два атома O. В декарбоксилировании это удаляется как СО2, или же углекислый газ.
Затем остаток молекулы пирувата, называемый ацетильной группой и имеющий формулу СН3C (= O) присоединяется к коферменту A в месте, ранее занятом карбоксильной группой пирувата. В процессе NAD+ сводится к НАДН. На молекулу глюкозы мостиковая реакция:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
После моста: Аэробное дыхание
Цикл Кребса: Местоположение цикла Кребса находится в митохондриальной матрице (материал внутри мембран). Здесь ацетил-КоА соединяется с четырехуглеродной молекулой, называемой оксалоацетатом, чтобы создать шестиуглеродную молекулу, цитрат. Эта молекула восстанавливается до оксалоацетата в несколько этапов, начиная цикл заново.
Результат 2 АТФ вместе с 8 НАДН и 2 FADH2 (электронные носители) для следующего шага.
Электронная транспортная цепь: Эти реакции происходят вдоль внутренней митохондриальной мембраны, в которую встроены четыре специализированные коферментные группы, называемые комплексами I-IV. Они используют энергию электронов на NADH и FADH2 для управления синтезом АТФ, при этом кислород является конечным акцептором электронов.
В результате получается от 32 до 34 АТФ, в результате чего общий выход энергии клеточного дыхания составляет от 36 до 38 АТФ на молекулу глюкозы.