Съдържание
- Какво е глюкоза?
- Какво е ATP?
- Клетъчно дишане
- Ранна гликолиза
- По-късно гликолиза
- Цикълът на Кребс
- Електронната транспортна верига
Глюкозата, шест въглеродна захар, е основният вход в уравнението, което захранва целия живот. Енергията отвън се преобразува по някакъв начин в енергия за клетката. Всеки организъм, който е жив, от вашия най-добър приятел до най-ниската бактерия, има клетки, които изгарят глюкозата за гориво на кореновото метаболитно ниво.
Организмите се различават по степента, в която техните клетки могат да извличат енергия от глюкоза. Във всички клетки тази енергия е под формата на аденозин трифосфат (ATP).
Следователно едно нещо всички живи клетки имат общо, че метаболизират глюкозата, за да направят АТФ, Дадена молекула глюкоза, която влиза в клетка, може да започне като вечеря с пържоли, като плячка на диво животно, като растителна материя или като нещо друго.
Независимо от това, различни храносмилателни и биохимични процеси разграждат всички много-въглеродни молекули във всякакви вещества, които организмът приема за подхранване до монозахаридната захар, която навлиза в клетъчните метаболитни пътища.
Какво е глюкоза?
Химически, глюкозата е a хексозна захар, магия като гръцки префикс за "шест", броя на въглеродните атоми в глюкозата. Молекулярната му формула е ° С6Н12О6, което му дава молекулно тегло от 180 грама на мол.
Глюкозата също е a монозахарид в това е захар, която включва само една основна единица, или мономер. Фруктоза е друг пример за монозахарид, докато захарозаили трапезна захар (фруктоза плюс глюкоза), лактоза (глюкоза плюс галактоза) и малтоза (глюкоза плюс глюкоза) са дизахариди.
Обърнете внимание, че съотношението на въглеродни, водородни и кислородни атоми в глюкозата е 1: 2: 1. Всъщност всички въглехидрати показват същото съотношение и молекулните им формули са във формата СнН2nОн.
Какво е ATP?
ATP е a нуклеозидни, в случая аденозин, с три фосфатни групи, прикрепени към него. Това всъщност го прави a нуклеотид, тъй като нуклеозид е a пентоза захар (или рибоза или дезоксирибоза) комбинирани с азотна основа (т.е. аденин, цитозин, гуанин, тимин или урацил), докато нуклеотидът е нуклеозид с прикрепена една или повече фосфатни групи. Но освен терминологията, важното за ATP е, че съдържа аденин, рибоза и верига от три фосфатни (Р) групи.
ATP се осъществява чрез фосфорилиране на аденозин дифосфат (ADP) и обратно, когато крайната фосфатна връзка в ATP е хидролизира, ADP и Pаз (неорганичен фосфат) са продуктите. АТФ се счита за "енергийна валута" на клетките, тъй като тази изключителна молекула се използва за захранване на почти всеки метаболитен процес.
Клетъчно дишане
Клетъчно дишане е съвкупността от метаболитни пътища в еукариотните организми, която превръща глюкозата в АТФ и въглеродния диоксид в присъствието на кислород, отделяйки вода и произвеждайки богатство от АТФ (36 до 38 молекули на вложена глюкозна молекула) в процеса.
Балансираната химична формула за общата нетна реакция, с изключение на носителите на електрон и молекулите на енергия, е:
° С6Н12О6 + 6 О2 → 6 CO2 + 6 H2О
Клетъчното дишане всъщност включва три различни и последователни пътя:
Последните два от тези етапи са зависими от кислорода и заедно съставляват аеробно дишане, Често обаче при обсъжданията на еукариотния метаболизъм, гликолизата, макар и да не зависи от кислорода, се счита за част от „аеробното дишане“, тъй като почти целият му основен продукт, т.е. пируват, продължава за влизане в другите два пътя.
Ранна гликолиза
При гликолиза глюкозата се превръща в серия от 10 реакции в молекулата пируват, с a нетна печалба на две молекули АТФ и две молекули на "носителя на електрон" никотинамид аденинов динуклеотид (NADH). За всяка молекула глюкоза, влизаща в процеса, се получават две молекули пируват, тъй като пируватът има три въглеродни атома до шест глюкози.
В първата стъпка глюкозата се фосфорилира, за да стане глюкоза-6-фосфат (G6P). Това се задължава глюкозата да се метаболизира, а не да се оттича обратно през клетъчната мембрана, тъй като фосфатната група дава G6P отрицателен заряд. През следващите няколко стъпки молекулата се пренарежда в различно производно на захарта и след това се фосфорилира втори път, за да стане фруктоза-1,6-бифосфат.
Тези ранни етапи на гликолиза изискват инвестиция на два АТФ, тъй като това е източникът на фосфатните групи в реакциите на фосфорилиране.
По-късно гликолиза
Фруктоза-1,6-бисфосфатът се разделя на две различни три-въглеродни молекули, всяка от които има своя собствена фосфатна група; почти всичко от едното, бързо се преобразува в другото, глицералдехид-3-фосфат (G3P). По този начин оттук нататък всичко се дублира, защото има два G3P за всяка глюкоза "нагоре".
От този момент G3P се фосфорилира на етап, който също произвежда NADH от окислената форма NAD +, след което двете фосфатни групи се предават на молекули ADP в последващи стъпки на пренареждане, за да се получат две молекули АТФ заедно с крайния въглероден продукт на гликолиза, т.е. пируват.
Тъй като това се случва два пъти на молекула глюкоза, втората половина на гликолизата произвежда четири ATP за a нето печалба от гликолиза на два ATP (тъй като две бяха необходими в началото на процеса) и два NADH.
Цикълът на Кребс
В подготвителна реакция, след като пируватът, генериран при гликолиза, намери пътя си от цитоплазмата в митохондриалната матрица, той се превръща първо в ацетат (СН3COOH-) и СО2 (отпадъчен продукт при този сценарий) и след това до съединение, наречено ацетил коензим А, или ацетил CoA, При тази реакция се генерира NADH. Това поставя основата на цикъла на Кребс.
Тази серия от осем реакции е наречена така, защото един от реагентите в първата стъпка, т.е. оксалацетат, също е продуктът в последната стъпка. Задачата на цикъла на Кребс е тази на доставчик, а не на производител: той генерира само два АТФ на глюкозна молекула, но допринася за още шест NADH и два от FADH2, друг носител на електрон и близък роднина на NADH.
(Обърнете внимание, че това означава един ATP, три NADH и един FADH2 на оборот на цикъла, За всяка глюкоза, която влиза в гликолиза, две молекули ацетил CoA влизат в цикъла на Кребс.)
Електронната транспортна верига
На база глюкоза, енергията, равна на тази точка, е четири АТФ (два от гликолиза и два от цикъла на Кребс), 10 NADH (два от гликолиза, два от подготвителната реакция и шест от цикъла на Кребс) и два FADH2 от цикъла на Кребс. Докато въглеродните съединения в цикъла на Кребс продължават да се въртят около течението, електронните носители се движат от митохондриалната матрица към митохондриалната мембрана.
Когато NADH и FADH2 освобождават електроните си, те се използват за създаване на електрохимичен градиент през митохондриалната мембрана. Този градиент се използва за захранване на свързването на фосфатни групи към ADP за създаване на ATP в процес, наречен окислително фосфорилиране, наречен така, тъй като крайният акцептор на електроните, каскадиращи от носител на електрон към носител на електрон във веригата, е кислород (O2).
Защото всеки NADH дава три ATP и всеки FADH2 дава два АТФ при окислително фосфорилиране, това добавя (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP към сместа. По този начин една молекула глюкоза може да доведе до 38 ATP при еукариотни организми.