Какво се случва, когато глюкозата влиза в клетка?

Съдържание

• Глюкоза: Определение
• Глюкоза, типове клетки и метаболизъм
• Процесът на гликолиза
• Ранна гликолиза
• По-късно гликолиза
• Постгликолизични процеси

Глюкозата е тази краен източник на клетъчно гориво за всички живи същества, като енергията в неговите химически връзки се използва за синтез аденозин трифосфат (ATP) по различни взаимосвързани и взаимозависими начини. Когато молекула от тази шест въглеродна (т.е. хексозна) захар преминава плазмената мембрана на клетка отвън, за да влезе в цитоплазмата, тя е незабавно фосфорилиран - тоест фосфатна група, която носи отрицателен електрически заряд, е прикрепена към част от молекулата на глюкозата. Това води до нетна отрицателна такса върху това, което след това е станало a глюкоза-6-фосфат молекула, което му пречи да напусне клетката.

Прокариоти, които включват домейни бактерии и археи, нямат свързани с мембрана органели, включително митохондриите че в еукариоти домакин на цикъла на Кребс и транспортната верига на електрон зависима от кислорода. В резултат прокариотите не участват в аеробно ("с кислород") дишане, вместо това черпят почти цялата си енергия от гликолиза, анаеробният процес, който също действа преди аеробното дишане, осъществявано в еукариотичните клетки.

Глюкоза: Определение

Тъй като глюкозата е сред най-жизненоважните молекули в биохимията и е отправна точка на може би най-жизненоважният набор от реакции в аналите на живота на планетата Земя, кратка дискусия за структурата и поведението на тази молекула е в ред.

Също известен като декстроза (обикновено във връзка с небиологични системи, като глюкоза, произведена от царевица) и кръвна захар (по отношение на биологични системи, например, в медицински съставки), глюкозата е шест въглеродна молекула с химическата формула ° С₆Н₁₂О₆, В човешката кръв нормалната концентрация на глюкоза е около 100 mg / dL. 100 mg е десета от грам, докато dL е една десета от литър; това се постига до грам на литър и тъй като средният човек има около 4 литра кръв, повечето хора имат около 4 г глюкоза в кръвния си поток по всяко време - само около една седма от унция.

Пет от шестте въглеродни (С) атома в глюкозата седят в шест-атомен пръстен образуват, че молекулата заема 99,98 процента от времето в природата. Атомът на шестия пръстен е кислород (O), като шестият С е прикрепен към един от пръстените Cs като част от a хидроксиметил (-CH₂OH) група, Това е от хидроксилната (-ОН) група неорганичен фосфат (Pi) е прикрепен по време на процеса на фосфорилиране, който улавя молекулата в клетъчната цитоплазма.

Глюкоза, типове клетки и метаболизъм

Прокариотите са малки (преобладаващото мнозинство са едноклетъчни) и прости (една клетка повечето от тях нямат ядро ​​и други органели, свързани с мембрана). Това може да ги попречи да бъдат толкова елегантни и интересни по повечето начини като еукариотите, но също така поддържат изискванията им за гориво сравнително ниски.

И при прокариотите, и при еукариотите гликолизата е първата стъпка в метаболизма на глюкозата, Фосфорилирането на глюкоза при навлизането й в клетка чрез дифузия през плазмената мембрана е първата стъпка в гликолизата, която е подробно описана в следващ раздел.

В края на гликолизата, глюкозната молекула е използвана за генериране на две три въглеродни пируватни молекули, две молекули на така наречения високоенергиен електронен носител никотинамид аденинов динуклеотид (NADH) и нетна печалба от две молекули АТФ.

На този етап при прокариотите пируватът обикновено влиза във ферментация, анаеробен процес с редица различни вариации, които ще бъдат изследвани скоро. Но някои бактерии са еволюирали до известна степен способността да извършват аеробно дишане и са наречени факултативни анаероби, Наричат ​​се бактерии, които могат да черпят енергия само от гликолиза облигационни анаеробии много от тях всъщност са убити от кислород. Ограничени няколко бактерии са равномерни облигационни аероби, което означава, че като вас те имат абсолютно изискване за кислород. Като се има предвид, че бактериите са имали около 3,5 милиарда години, за да се адаптират към нуждите на изместващата се среда на Земята, не трябва да е изненадващо, че те са заповядали редица основни метаболитни стратегии за оцеляване.

Процесът на гликолиза

Гликолизата включва 10 реакции, което е хубаво, кръгло число, но не е задължително да запаметявате всички продукти, междинни продукти и ензими във всички тези стъпки. Вместо това, докато някои от тези подробности са забавни и полезни да знаете, по-важното е да придобиете усещане за Какво се случва при гликолиза като цяло, и защо случва се (както по отношение на основната физика, така и на нуждите на клетката).

Гликолизата се улавя в следната реакция, която е сумата от 10-те й индивидуални реакции:

° С₆Н₁₂О₆ → 2 С₃Н₄О₃ + 2 ATP + 2 NADH

На обикновен английски език, при гликолиза, една молекула глюкоза се разделя на две пируватни молекули, а по пътя се правят няколко молекули гориво и двойка молекули "предварително гориво". ATP е почти универсалната валута за енергия в клетъчните процеси, докато NADH, редуцираната форма на NAD + или никотинамид аденин динуклеотид, функционира като високоенергиен носител на електрон, който в крайна сметка дарява тези електрони под формата на водородни йони (H +), до молекулите на кислорода в края на електронна транспортна верига в аеробен метаболизъм, което води до много повече АТФ, отколкото гликолизата сама може да осигури.

Ранна гликолиза

Фосфорилирането на глюкоза след влизането й в цитоплазмата води до глюкозо-6-фосфат (G-6-P). Фосфатът идва от ATP и неговото включване в листата на глюкозата аденозин дифосфат (ADP) отзад. Както бе отбелязано, това улавя глюкозата в клетката.

След това G-6-P се преобразува в фруктоза-6-фосфат (F-6-P). Това е изомеризация реакция, защото реагентът и продуктът са изомери един на друг - молекули с еднакъв брой от всеки тип атом, но с различна пространствена подредба. В този случай пръстенът с фруктоза има само пет атома. Нарича се ензимът, отговорен за този вид атомно жонглиране фосфоглюкоза изомераза, (Повечето имена на ензими, макар и често тромави, поне имат перфектен смисъл.)

В третата реакция на гликолиза, F-6-P се превръща в фруктоза-1,6-бифосфат (F-1,6-BP). В този етап на фосфорилиране фосфатът отново идва от АТФ, но този път се добавя към различен въглероден атом. Ензимът отговорен е фосфорцитокиназа (PFK).

При четвъртата реакция на гликолиза, молекулата F-1,6-BP, която е доста нестабилна поради двойната си доза фосфатни групи, се разделя от ензима алдолаза в три въглеродни молекули, носещи единична фосфат глицералдехид 3-фосфат (GAP) и дихидроксиацетон фосфат (DHAP). Това са изомери и DHAP бързо се превръща в GAP в петия етап на гликолизата с помощта на натискане от ензима триозна фосфатна изомераза (TIM).

На този етап първоначалната глюкозна молекула се е превърнала в две еднакви три-въглеродни, едновременно фосфорилирани молекули, с цената на две АТФ. От този момент нататък всяка описана реакция на гликолиза протича два пъти за всяка глюкозна молекула, подложена на гликолиза.

По-късно гликолиза

В шестата реакция на гликолиза GAP се превръща в 1,3-bisphosphoglycerate (1,3-BPG) под влияние на глицералдехид 3-фосфат дехидрогеназа, Ензимите на дехидрогеназа премахват водородните атоми (т.е. протоните). Водородът, освободен от GAP, се свързва с NAD + молекулата, като се получава NADH. Защото първоначалната молекула на глюкозата нагоре е довела до две молекули на GAP, след тази реакция, две молекули на NADH са създадени.

В седмата реакция на гликолиза, една от реакциите на фосфорилиране на ранната гликолиза на практика е обърната. Когато ензимът фосфоглицерат киназа премахва фосфатна група от 1,3-BPG, резултатът е 3-фосфоглицерат (3-PG). Фосфатите, които са отстранени от двете 1,3-BPG молекули, се прибавят към ADP, за да образуват две АТФ. Това означава, че двата ATP, „заети“ в стъпки първа и три, се „връщат“ в седмата реакция.

В стъпка осма 3-PG се преобразува в 2-фосфоглицерат (2-PG) от фосфоглицератна мутаза, който сова едната останала фосфатна група до различен въглероден атом. Мутазата се различава от изомеразата по това, че е по-малко тежка при действието си; вместо да пренареждат структурата на молекулата, те просто изместват една от страничните й групи на ново място, оставяйки цялостния гръбнак, пръстен и т.н., както е било.

В деветата реакция на гликолиза, 2-PG се превръща в фосфоенолпируватни (PEP) под действието на енолаза, Енолът е съединение с двойна връзка въглерод-въглерод, в което един от въглеродите също е свързан с хидроксилна група.

Накрая, десетата и последна реакция на гликолиза, PEP се трансформира в пируват благодарение на ензима пируват киназа, Фосфатните групи, отстранени от двата PEP, са прикрепени към молекули ADP, като се получават два АТФ и два пирувата, чиято формула е ( ° С₃Н₄О₃) или (СН₃) CO (СООН), По този начин при първоначалната анаеробна обработка на една молекула глюкоза се получават две пирувати, две ATP и две NADH молекули.

Постгликолизични процеси

В крайна сметка пируватът, генериран от навлизането на глюкоза в клетките, може да поеме по един от двата пътя. Ако клетката е прокариотна или ако клетката е еукариотна, но временно се нуждае от повече гориво, отколкото само аеробното дишане може да осигури (като например мускулните клетки по време на твърди физически упражнения като пеене или повдигане на тежести), пируватът навлиза в пътя на ферментацията. Ако клетката е еукариотна и нейните енергийни нужди са типични, тя премества пирувата вътре в митохондриите и участва в Цикъл на Кребс: