Содержание
- Глюкоза: определение
- Глюкоза, типы клеток и метаболизм
- Процесс гликолиза
- Ранний гликолиз
- Поздний гликолиз
- Процессы после гликолиза
Глюкоза является основной источник клеточного топлива для всего живого, с энергией в его химических связях, используемых для синтеза аденозинтрифосфат (ATP) различными взаимосвязанными и взаимозависимыми способами. Когда молекула этого шестиуглеродного (т.е. гексозного) сахара пересекает плазматическую мембрану клетки извне, чтобы проникнуть в цитоплазму, это немедленно фосфорилируется То есть фосфатная группа, которая несет отрицательный электрический заряд, присоединена к части молекулы глюкозы. Это приводит к чистому отрицательному заряду на том, что затем стало глюкозо-6-фосфат молекула, которая мешает ему покинуть клетку.
Прокариоты, которые включают домены бактерий и архей, не имеют мембраносвязанных органелл, включая митохондрии что в эукариоты хозяин цикла Кребса и кислород-зависимой цепи транспорта электронов. В результате, прокариоты не участвуют в аэробном («с кислородом») дыхании, вместо этого получают почти всю свою энергию от гликолиза, анаэробного процесса, который также действует до аэробного дыхания, осуществляемого в эукариотических клетках.
Глюкоза: определение
Поскольку глюкоза является одной из наиболее важных молекул в биохимии и является отправной точкой, возможно, самой важной последовательности реакций в анналах жизни на планете Земля, необходимо короткое обсуждение структуры и поведения этой молекулы.
Также известен как декстроза (обычно это относится к небиологическим системам, таким как глюкоза из кукурузы) и сахар в крови (в отношении биологических систем, например, в медицинских минусах), глюкоза представляет собой шестиуглеродную молекулу с химической формулой С6ЧАС12О6, В крови человека нормальная концентрация глюкозы составляет около 100 мг / дл. 100 мг - это десятая часть грамма, а дл - одна десятая литра; это получается до грамма на литр, и, поскольку средний человек имеет около 4 литров крови, у большинства людей в любой момент в крови находится около 4 г глюкозы - всего около одной седьмой унции.
Пять из шести атомов углерода (С) в глюкозе находятся в шестиатомное кольцо Форма, которую молекула занимает 99,98 процента времени в природе. Шестой кольцевой атом представляет собой кислород (О), причем шестой С присоединен к одному из колец С как часть гидроксиметил (-CH2ОЙ) группа, Именно по гидроксильной (-ОН) группе неорганический фосфат (Pi) присоединяется во время процесса фосфорилирования, который удерживает молекулу в цитоплазме клетки.
Глюкоза, типы клеток и метаболизм
Прокариоты являются маленькими (подавляющее большинство одноклеточными) и простыми (в одной клетке большинства из них нет ядра и других мембраносвязанных органелл). Это может помешать им быть такими же элегантными и интересными во многих отношениях, как и эукариотам, но при этом сравнительно низкими потребностями в топливе.
Как у прокариот, так и у эукариот гликолиз является первой стадией метаболизма глюкозы., Фосфорилирование глюкозы при ее поступлении в клетку путем диффузии через плазматическую мембрану является первым этапом гликолиза, который подробно описан в следующем разделе.
В конце гликолиза молекула глюкозы была использована для генерации двух трехуглеродных пируватных молекул, двух молекул так называемого высокоэнергетического электронного носителя никотинамидадениндинуклеотида (NADH) и суммарного усиления двух молекул АТФ.
В этот момент у прокариот пируват обычно вступает в ферментацию, анаэробный процесс с рядом различных вариаций, которые вскоре будут исследованы. Но некоторые бактерии развили способность выполнять аэробное дыхание в некоторой степени и называются факультативные анаэробы, Бактерии, которые могут получать энергию только из гликолиза, называются обязать анаэробови многие из них на самом деле убиты кислородом. Ограниченное количество бактерий даже облигатные аэробыЭто означает, что, как и вы, они имеют абсолютную потребность в кислороде. Учитывая, что у бактерий было около 3,5 миллиардов лет, чтобы приспособиться к требованиям изменяющейся окружающей среды Земли, не должно быть удивительным, что они разработали ряд базовых стратегий метаболического выживания.
Процесс гликолиза
Гликолиз включает 10 реакцииЭто хорошее круглое число, но вам не обязательно запоминать все продукты, промежуточные продукты и ферменты на всех этих этапах. Вместо этого, хотя некоторые из этих подробностей забавны и полезны для понимания, более важно обрести чувство что происходит в гликолизе в целом, и Почему это происходит (с точки зрения как базовой физики, так и потребностей клетки).
Гликолиз захватывается в следующей реакции, которая является суммой его 10 отдельных реакций:
С6ЧАС12О6 → 2 C3ЧАС4О3 + 2 АТФ + 2 НАД
Говоря простым языком, при гликолизе одна молекула глюкозы разбивается на две молекулы пирувата, и по ходу дела получается пара молекул топлива и пара молекул «предварительного топлива». АТФ является почти универсальной валютой для энергии в клеточных процессах, в то время как NADH, восстановленная форма NAD + или никотинамидадениндинуклеотида, функционирует в качестве высокоэнергетического электронного носителя, который в конечном итоге жертвует эти электроны в виде ионов водорода (H +), к молекулам кислорода в конце цепь переноса электронов в аэробный метаболизм, что приводит к гораздо большему количеству АТФ, чем один гликолиз.
Ранний гликолиз
Фосфорилирование глюкозы после ее попадания в цитоплазму приводит к глюкозо-6-фосфату (G-6-P). Фосфат поступает из АТФ и его включение в листья глюкозы аденозин дифосфат (ADP) позади. Как уже отмечалось, это задерживает глюкозу внутри клетки.
Затем G-6-P преобразуется в фруктозо-6-фосфат (Р-6-Р). Это изомеризация реакция, потому что реагент и продукт являются изомерами друг друга - молекулы с одинаковым числом атомов каждого типа, но с различным пространственным расположением. В этом случае кольцо фруктозы имеет только пять атомов. Фермент, ответственный за этот акт атомного жонглирования, называется фосфоглюкозоизомераза, (Большинство названий ферментов, хотя и часто громоздки, по крайней мере, имеют смысл.)
В третьей реакции гликолиза F-6-P превращается в фруктозо-1,6-бисфосфат (F-1,6-ВР). На этой стадии фосфорилирования фосфат снова поступает из АТФ, но на этот раз он добавляется к другому атому углерода. Ответственный за фермент фосфофруктокиназа (ПФК).
В четвертой реакции гликолиза молекула F-1,6-BP, которая довольно нестабильна из-за двойной дозы фосфатных групп, расщепляется ферментом альдолаз в молекулы с тремя углеродными, несущими одну фосфатную группу глицеральдегид 3-фосфат (GAP) и дигидроксиацетонфосфат (DHAP). Это изомеры, и DHAP быстро превращается в GAP на пятой стадии гликолиза, используя толчок от фермента триозофосфатизомераза (ТИМ).
На этой стадии исходная молекула глюкозы стала двумя идентичными трехуглеродными, однократно фосфорилированными молекулами, за счет двух АТФ. С этого момента каждая описанная реакция гликолиза происходит дважды для каждой молекулы глюкозы, подвергающейся гликолизу.
Поздний гликолиз
В шестой реакции гликолиза GAP превращается в 1,3-bisphosphoglycerate (1,3-БПГ) под влиянием глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, Ферменты дегидрогеназы удаляют атомы водорода (то есть протоны). Водород, освобожденный от GAP, присоединяется к молекуле NAD +, образуя NADH. Поскольку исходная молекула глюкозы вверх по течению дала начало два молекулы GAP, после этой реакции, два молекулы НАДН были созданы.
В седьмой реакции гликолиза одна из реакций фосфорилирования раннего гликолиза, по сути, является обращенной. Когда фермент фосфоглицерат киназа удаляет фосфатную группу из 1,3-BPG, в результате 3-фосфоглицерат (3-PG). Фосфаты, которые были удалены из двух молекул 1,3-БПГ, добавляются в АДФ с образованием двух АТФ. Это означает, что два АТФ «заимствованы» на первом и третьем этапах «возвращены» в седьмой реакции.
На восьмом этапе 3-PG преобразуется в 2-фосфоглицерат (2-PG) фосфоглицерат мутазы, который перемещает одну оставшуюся фосфатную группу к другому атому углерода. Мутаза отличается от изомеразы тем, что она менее жестка в своем действии; вместо того, чтобы перестраивать структуру молекулы, они просто перемещают одну из ее боковых групп в новое место, оставляя общую основу, кольцо и т. д., как это было.
В девятой реакции гликолиза 2-PG превращается в фосфоэнолпируват (ПКП) под действием енолаза, Энол представляет собой соединение с двойной углерод-углеродной связью, в котором один из атомов углерода также связан с гидроксильной группой.
Наконец, десятая и последняя реакция гликолиза, PEP превращается в пируват благодаря ферменту пируваткиназа, Фосфатные группы, удаленные из двух PEP, присоединяются к молекулам ADP, образуя два ATP и два пирувата, формула которых (C3ЧАС4О3) или же (СН3) СО (СООН), Таким образом, первоначальная анаэробная обработка одной молекулы глюкозы дает два пирувата, две молекулы АТФ и две молекулы НАДН.
Процессы после гликолиза
Пируват, в конечном итоге образующийся при поступлении глюкозы в клетки, может идти одним из двух путей. Если клетка прокариотическая, или если клетка эукариотическая, но временно требует большего количества топлива, чем может обеспечить только аэробное дыхание (как, например, в мышечных клетках во время тяжелых физических упражнений, таких как пение или поднятие тяжестей), пируват вступает в путь ферментации. Если клетка эукариотическая и ее энергетические потребности типичны, она перемещает пируват внутрь митохондрий и участвует в Цикл Кребса: