Шта се догађа када глукоза уђе у ћелију?

Садржај

• Глукоза: Дефиниција
• Глукоза, типови ћелија и метаболизам
• Процес гликолизе
• Рана гликолиза
• Каснија гликолиза
• Поступци гликолизе

Глукоза је та крајњи извор ћелијског горива за сва жива бића, при чему се енергија у његовим хемијским везама користи за синтезу аденозин трифосфат (АТП) на различите међусобно повезане и међузависне начине. Када молекул овог шесто-угљеног (тј. Хексозног) шећера пређе плазма мембрану ћелије споља и уђе у цитоплазму фосфорилиран - то јест, фосфатна група која носи негативан електрични набој прикључена је на део молекула глукозе. То резултира нето негативном накнадом за оно што је тада постало глукоза-6-фосфат молекул, који спречава да напусти ћелију.

Прокариоти, који укључују домене бактерија и Арцхаеа, немају органеле везане мембраном, укључујући митохондрије да у еукариоти домаћин Кребсовог циклуса и транспортног ланца електрона који зависи од кисеоника. Као резултат тога, прокариоти не учествују у аеробном („са кисеоником“) дисању, уместо да готово сву енергију црпе из гликолизе, анаеробног процеса који такође делује пре аеробног дисања спроведеног у еукариотским ћелијама.

Глукоза: Дефиниција

Како је глукоза међу највиталнијим молекулама у биохемији, и полазиште је можда највиталнијег скупа реакција у аналозима живота на планети Земљи, у реду је кратка расправа о структури и понашању овог молекула.

Такође познат као декстроза (обично се односи на небиолошке системе, као што је глукоза направљена од кукуруза) и шећер у крви (у односу на биолошке системе, нпр. у медицинским производима), глукоза је шесто-угљенични молекул са хемијском формулом Ц₆Х₁₂О₆. У људској крви је нормална концентрација глукозе око 100 мг / дЛ. 100 мг је десетина грама, док је дЛ једна десетина литре; ово делује на грам по литру, а пошто просечан човек има око 4 литре крви, већина људи има око 4 г глукозе у свом крвотоку у било ком тренутку - само око једне седме унце.

Пет од шест атома угљеника (Ц) у глукози сједи у прстен са шест атома формирају да молекул у природи заузима 99,98 одсто времена. Шести атом прстена је кисеоник (О), са шестим Ц је прикључен на један од Ц прстена као део а хидроксиметил (-ЦХ₂ОХ) група. Управо је хидроксилна (-ОХ) група та неоргански фосфат (Пи) је везан током процеса фосфорилације који заробљава молекул у ћелијској цитоплазми.

Глукоза, типови ћелија и метаболизам

Прокариоти су мали (велика већина је једноћелијска) и једноставна (у једној ћелији већина њих нема нуклеус и остале мембрана везане органеле). Ово може да им онемогући да буду елегантни и занимљиви на већину начина као еукариоти, али исто тако одржава њихове потребе за горивом релативно ниским.

И прокариоти и еукариоти гликолиза је први корак у метаболизму глукозе. Фосфорилација глукозе приликом њеног уласка у ћелију дифузијом кроз плазма мембрану је први корак гликолизе који је детаљно описан у наредном одељку.

На крају гликолизе, молекул глукозе је коришћен за генерисање два молекула три угљеника пирувата, два молекула такозваног високоенергетског носача електрона никотинамид аденин динуклеотид (НАДХ) и нето добитак од два молекула АТП.

У овом тренутку, у прокариотима, пируват обично улази у ферментацију, анаеробни процес са бројем различитих варијација које ће се ускоро истражити. Али неке бактерије су до неке мере развиле способност да спроведу аеробно дисање и тако су позване факултативни анаероби. Позване су бактерије које могу добити енергију само из гликолизе обвезати анаеробе, а многе од њих су заправо убијене кисеоником. Ограничени број бактерија је уједначен облигати аероби, што значи да, попут вас, имају апсолутни захтев за кисеоником. С обзиром на то да је бактеријама било потребно око 3,5 милијарде година да се прилагоде захтевима животне средине која се помера, не треба чудити да су заповедале низ основних метаболичких стратегија преживљавања.

Процес гликолизе

Гликолиза укључује 10 реакције, што је леп, округли број, али не морате нужно да запамтите све производе, интермедијаре и ензиме у свим овим корацима. Уместо тога, иако је неки од ових детаља забаван и користан за знати, важније је стећи осећај Шта дешава се у укупној гликолизи и зашто дешава се (како у погледу основне физике, тако и потреба ћелије).

Гликолиза је обухваћена следећом реакцијом, што је збир његових 10 појединачних реакција:

Ц₆Х₁₂О₆ → 2 Ц₃Х₄О₃ + 2 АТП + 2 НАДХ

У обичном енглеском језику, у гликолизи, један молекул глукозе је разбијен на два молекула пирувата, а уз то се прави пар молекула горива и пар молекула „пре горива“. АТП је скоро универзална валута енергије у ћелијским процесима, док НАДХ, редуковани облик НАД + или никотинамид аденин динуклеотида, делује као високоенергетски носач електрона који на крају донира те електроне у облику јона водоника (Х +), до молекула кисеоника на крају ланац транспорта електрона ин аеробни метаболизам, што доводи до много више АТП-а него што само гликолиза може да обезбеди.

Рана гликолиза

Фосфорилација глукозе након њеног уласка у цитоплазму резултира добијањем глукозе-6-фосфата (Г-6-П). Фосфат долази из АТП-а и његове уградње у лишће глукозе аденозин-дифосфат (АДП) иза. Као што је примећено, ова замка глукозе унутар ћелије.

Затим се Г-6-П претвара у фруктоза-6-фосфат (Ф-6-П). Ово је изомеризација реакција, јер су реактант и производ једни другима изомери - молекули са истим бројем сваке врсте атома, али са различитим просторним распоредом. У овом случају, прстен фруктозе има само пет атома. Назива се ензим одговоран за овај врста атомског жонглирања фосфоглукоза изомераза. (Већина имена ензима, иако су често незграпна, у најмању руку имају савршен смисао.)

У трећој реакцији гликолизе, Ф-6-П се претвара у фруктоза-1,6-бисфосфат (Ф-1,6-БП). У овом кораку фосфорилације, фосфат поново долази из АТП-а, али овог пута се додаје другом атому угљеника. Одговорни ензим је фосхофруктокиназа (ПФК).

У четвртој реакцији гликолизе, молекул Ф-1,6-БП, који је прилично нестабилан захваљујући својој двострукој дози фосфатних група, дели се ензимом алдолаза у молекуле који носе три угљеника, једну фосфатну групу глицералдехид 3-фосфат (ГАП) и дихидроксиацетон фосфат (ДХАП). То су изомери, и ДХАП се брзо претвара у ГАП у петом кораку гликолизе користећи притисак ензима триозна фосфатна изомераза (ТИМ)

У овој фази, оригинални молекул глукозе је постао два идентична тро-угљеника, појединачно фосфорилирана молекула, по цени два АТП. Од овог тренутка надаље, свака описана реакција гликолизе догађа се два пута за сваки молекул глукозе који је подвргнут гликолизи.

Каснија гликолиза

У шестој реакцији гликолизе ГАП се претвара у 1,3-бисфосфоглицерат (1,3-БПГ) под утицајем глицералдехид 3-фосфат дехидрогеназа. Ензими дехидрогеназе уклањају атоме водоника (тј. Протоне). Водоник ослобођен од ГАП-а постаје везан за НАД + молекул, дајући НАДХ. Зато што је иницијални молекул глукозе узводно дао два молекуле ГАП-а, после ове реакције, два створени су молекули НАДХ.

У седмој реакцији гликолизе, једна од реакција фосфорилације ране гликолизе је у ствари обрнута. Када ензим фосфоглицерат киназа уклања фосфатну групу из 1,3-БПГ, резултат је 3-фосфоглицерат (3-ПГ). Фосфати који су одузети из два молекула 1,3-БПГ се додају у АДП да би формирали два АТП. То значи да су два АТП-а „позајмљена“ у корацима један и три „враћена“ у седмој реакцији.

У кораку осам, 3-ПГ се претвара у 2-фосфоглицерат (2-ПГ) од фосфоглицератна мутаза, који једну преосталу групу фосфата пребацује на други атом угљеника. Мутаза се од изомеразе разликује по томе што је мање тешка у свом деловању; уместо да преуређују структуру молекула, они само премештају једну од његових бочних група на ново место, остављајући укупну кичму, прстен итд. онакву каква је била.

У деветој реакцији гликолизе, 2-ПГ се претвара у фосфоенолпируват (ПЕП) под акцијом енолаза. Енол је једињење са двоструком везом угљеник-угљеник у коме је један од угљеника такође везан за хидроксилну групу.

Коначно, десета и последња реакција гликолизе, ПЕП се трансформише у пируват захваљујући ензиму пируват киназа. Фосфатне групе уклоњене из два ПЕП су везане за молекуле АДП, дајући два АТП и два пирувата, чија је формула (Ц₃Х₄О₃) или (ЦХ₃ЦО (ЦООХ). Тако почетна, анаеробна обрада једног молекула глукозе даје два пирувата, два АТП и два НАДХ молекула.

Поступци гликолизе

Пируват на крају генерисан уласком глукозе у ћелије може потрајати један од два пута. Ако је ћелија прокариотска, или ако је ћелија еукариотска, али привремено захтева више горива него што само аеробно дисање може да обезбеди (као на пример, мишићне ћелије током напорних физичких вежби као што су певање или дизање тегова), пируват улази у ферментациони пут. Ако је ћелија еукариотска и њене енергетске потребе су типичне, она помера пируват унутар митохондрија и учествује у Кребсов циклус: