Как метаболизировать глюкозу, чтобы сделать АТФ

Содержание

• Что такое глюкоза?
• Что такое АТФ?
• Клеточное дыхание
• Ранний гликолиз
• Позднее гликолиз
• Цикл Кребса
• Электронная транспортная цепь

Глюкоза, сахар с шестью углеродами, является фундаментальным «входом» в уравнение, которое питает всю жизнь. Энергия извне некоторым образом преобразуется в энергию для клетки. В каждом живом организме, от вашего лучшего друга до самой низкой бактерии, есть клетки, которые сжигают глюкозу в качестве топлива на уровне метаболизма корней.

Организмы различаются по степени, в которой их клетки могут извлекать энергию из глюкозы. Во всех клетках эта энергия находится в форме аденозинтрифосфат (АТФ).

Поэтому одно Все живые клетки имеют то общее, что они метаболизируют глюкозу, чтобы сделать АТФ, Данная молекула глюкозы, попадающая в клетку, могла начаться как стейк-обед, как добыча дикого животного, растительного вещества или как-то еще.

Независимо от этого, различные пищеварительные и биохимические процессы расщепляют все многоуглеродные молекулы в любых веществах, которые организм усваивает для питания моносахаридному сахару, который входит в клеточные метаболические пути.

Что такое глюкоза?

Химически глюкоза является гексозная сахар, наговор будучи греческим префиксом «шесть», число атомов углерода в глюкозе. Его молекулярная формула С₆ЧАС₁₂О₆, придавая ему молекулярную массу 180 грамм на моль.

Глюкоза также является моносахарид в том, что это сахар, который включает только одну фундаментальную единицу, или мономер. фруктоза является еще одним примером моносахарида, в то время как сахарозаили столовый сахар (фруктоза плюс глюкоза), лактоза (глюкоза плюс галактоза) и мальтоза (глюкоза плюс глюкоза) являются дисахариды.

Обратите внимание, что соотношение атомов углерода, водорода и кислорода в глюкозе составляет 1: 2: 1. Все углеводы, на самом деле, имеют такое же соотношение, и их молекулярные формулы имеют форму C_NЧАС_2nО_N.

Что такое АТФ?

АТФ является нуклеозидв данном случае аденозин с тремя присоединенными к нему фосфатными группами. Это на самом деле делает его нуклеотидв качестве нуклеозида является пентозы сахар (либо рибоза или же дезоксирибоза) в сочетании с азотистым основанием (то есть аденином, цитозином, гуанином, тимином или урацилом), в то время как нуклеотид представляет собой нуклеозид с одной или несколькими присоединенными фосфатными группами. Но помимо терминологии, важно знать, что АТФ содержит аденин, рибозу и цепь из трех фосфатных (P) групп.

АТФ производится через фосфорилирования аденозиндифосфата (АДФ), и наоборот, когда концевая фосфатная связь в АТФ является гидролизованный, ADP и P_я (неорганический фосфат) являются продуктами. АТФ считается «энергетической валютой» клеток, поскольку эта необычная молекула используется для питания почти каждого метаболического процесса.

Клеточное дыхание

Клеточное дыхание представляет собой набор метаболических путей у эукариотических организмов, которые преобразуют глюкозу в АТФ и углекислый газ в присутствии кислорода, выделяя воду и продуцируя большое количество АТФ (от 36 до 38 молекул на каждую вложенную молекулу глюкозы) в процессе.

Сбалансированная химическая формула для общей чистой реакции, исключая электронные носители и молекулы энергии, имеет вид:

С₆ЧАС₁₂О₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 ч₂О

Клеточное дыхание на самом деле включает три отдельных и последовательных пути:

Последние два из этих этапов зависят от кислорода и вместе составляют аэробного дыхания, Однако часто при обсуждении метаболизма эукариот гликолиз, хотя и не зависит от кислорода, считается частью "аэробного дыхания", поскольку почти весь его основной продукт, пируват, продолжает вводить два других пути.

Ранний гликолиз

В гликолизе глюкоза превращается в серии из 10 реакций в молекулу пирувата, с чистый прирост двух молекул АТФ и две молекулы "электронного носителя" никотинамид аденин динуклеотид (НАДН). Для каждой молекулы глюкозы, поступающей в процесс, образуются две молекулы пирувата, так как в пирувате три атома углерода, а у глюкозы шесть.

На первом этапе глюкоза фосфорилируется, чтобы стать глюкозо-6-фосфат (G6P). Это заставляет глюкозу метаболизироваться, а не дрейфовать обратно через клеточную мембрану, потому что фосфатная группа дает G6P отрицательный заряд. В течение следующих нескольких шагов молекула перестраивается в другое производное сахара, а затем фосфорилируется во второй раз, чтобы стать фруктозо-1,6-бисфосфат.

Эти ранние стадии гликолиза требуют вложения двух АТФ, потому что это источник фосфатных групп в реакциях фосфорилирования.

Позднее гликолиз

Фруктоза-1,6-бисфосфат расщепляется на две разные трехуглеродные молекулы, каждая из которых имеет свою собственную фосфатную группу; почти все одно из них быстро превращается в другое, глицеральдегид-3-фосфат (G3P). Таким образом, с этого момента все дублируется, потому что есть два G3P для каждой глюкозы "вверх по течению".

С этой точки зрения G3P фосфорилируется на стадии, которая также продуцирует NADH из окисленной формы NAD +, и затем две фосфатные группы передаются молекулам ADP на последующих стадиях перегруппировки с образованием двух молекул ATP вместе с конечным углеродным продуктом гликолиза, пируват.

Поскольку это происходит дважды на молекулу глюкозы, вторая половина гликолиза производит четыре АТФ для сеть получить от гликолиза два АТФ (так как два были необходимы в начале процесса) и два НАДН.

Цикл Кребса

в подготовительная реакцияпосле того, как пируват, образующийся при гликолизе, попадает из цитоплазмы в митохондриальный матрикс, он сначала превращается в ацетат (CH₃COOH-) и CO₂ (ненужный продукт в этом сценарии), а затем к соединению под названием ацетил коэнзим А, или же ацетил-КоА, В этой реакции, NADH генерируется. Это создает основу для цикла Кребса.

Эта серия из восьми реакций названа так, потому что один из реагентов на первом этапе, оксалоацетаттакже является продуктом на последнем этапе. Целью цикла Кребса является работа поставщика, а не производителя: он генерирует только два АТФ на молекулу глюкозы, но вносит еще шесть NADH и два FADH₂другой носитель электронов и близкий родственник НАДН.

(Обратите внимание, что это означает один АТФ, три NADH и один FADH₂ за оборот цикла, Для каждой глюкозы, которая входит в гликолиз, две молекулы ацетил-КоА входят в цикл Кребса.)

Электронная транспортная цепь

В пересчете на глюкозу количество энергии для этой точки составляет четыре АТФ (два из гликолиза и два из цикла Кребса), 10 NADH (два из гликолиза, два из подготовительной реакции и шесть из цикла Кребса) и два FADH₂ из цикла Кребса. В то время как углеродные соединения в цикле Кребса продолжают вращаться вверх по течению, электронные носители перемещаются из митохондриальной матрицы в митохондриальную мембрану.

Когда NADH и FADH₂ освободить свои электроны, они используются для создания электрохимического градиента через митохондриальную мембрану. Этот градиент используется для питания присоединения фосфатных групп к ADP для создания ATP в процессе, называемом окислительного фосфорилированияназванный так потому, что конечным акцептором электронов, каскадных от электронного носителя к электронному носителю в цепи, является кислород (O₂).

Потому что каждый NADH дает три АТФ и каждый FADH₂ дает два АТФ в окислительном фосфорилировании, это добавляет (10) (3) + (2) (2) = 34 АТФ к смеси. таким образом одна молекула глюкозы может давать до 38 АТФ в эукариотических организмах.