Innehåll
Alla organismer använder sig av en molekyl som kallas glukos och en process som heter glykolys för att möta några eller alla deras energibehov. För encelliga prokaryota organismer, såsom bakterier, är detta den enda processen som är tillgänglig för att generera ATP (adenosintrifosfat, cellernas "energivaluta").
Eukaryota organismer (djur, växter och svampar) har mer sofistikerade cellulära maskiner och kan få mycket mer ut av en glukosmolekyl - faktiskt över femton gånger så mycket ATP. Detta beror på att dessa celler använder cellulär andning, som i sin helhet är glykolys plus aerob andning.
En reaktion som involverar oxidativ dekarboxylering i cellulär andning kallas broreaktion fungerar som ett behandlingscentrum mellan de strikt anaeroba reaktionerna av glykolys och de två stegen av aerob andning som uppstår i mitokondrierna. Detta brosteg, mer formellt kallad pyruvatoxidation, är således viktigt.
Närmar sig bron: Glykolys
Vid glykolys konverterar en serie av tio reaktioner i cellcytoplasma den sexkoliga sockermolekylen glukos till två molekyler av pyruvat, en tre-kolförening, samtidigt som de producerar totalt två ATP-molekyler. I den första delen av glykolysen, kallad investeringsfasen, behövs faktiskt två ATP för att flytta reaktionerna längs, medan i den andra delen, returfasen, kompenseras detta mer än genom syntes av fyra ATP-molekyler.
Investeringsfas: Glukos har en fosfatgrupp fäst och omorganiseras sedan till en fruktosmolekyl. Denna molekyl har i sin tur en fosfatgrupp tillsatt, och resultatet är en dubbelt fosforylerad fruktosmolekyl. Denna molekyl delas sedan upp och blir två identiska tre-kolmolekyler, var och en med sin egen fosfatgrupp.
Återvändningsfas: Var och en av de två tre-kolmolekylerna har samma öde: Den har en annan fosfatgrupp fäst, och var och en av dessa används för att tillverka ATP från ADP (adenosindifosfat) medan de omarrangeras till en pyruvatmolekyl. Denna fas genererar också en molekyl av NADH från en molekyl av NAD+.
Netto energiutbytet är således 2 ATP per glukos.
Broreaktionen
Broreaktionen, även kallad övergångsreaktion, består av två steg. Den första är dekarboxylering av pyruvat, och den andra är fästningen av vad som lämnas till en molekyl som kallas koenzym A.
Slutet av pyruvatmolekylen är en kol-dubbelbunden till en syreatom och enkelbunden till en hydroxylgrupp (-OH). I praktiken är H-atomen i hydroxylgruppen dissocierad från O-atomen, så denna del av pyruvat kan anses ha en C-atom och två O-atomer. Vid dekarboxylering avlägsnas detta som CO2, eller koldioxid.
Sedan återstoden av pyruvatmolekylen, kallad en acetylgrupp och med formeln CH3C (= O), förenas till koenzym A på den plats som tidigare upptogs av karboxylgruppen av pyruvat. Under processen, NAD+ reduceras till NADH. Per glukosmolekyl är broreaktionen:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
After Bridge: Aerobic Respiration
Krebs Cycle: Krebs-cykelplatsen är i mitokondriell matris (materialet inuti membranen). Här kombinerar acetyl CoA med en fyra-kolmolekyl som kallas oxaloacetat för att skapa en sex-kol-molekyl, citrat. Denna molekyl paras tillbaka till oxaloacetat i en serie steg, börjar cykeln på nytt.
Resultatet är 2 ATP tillsammans med 8 NADH och 2 FADH2 (elektronbärare) för nästa steg.
Elektron transport kedja: Dessa reaktioner inträffar längs det inre mitokondriella membranet, i vilket fyra specialiserade koenzymgrupper, benämnda komplex I till IV, är inbäddade. Dessa använder energin i elektronerna på NADH och FADH2 för att driva ATP-syntes, varvid syre är den slutliga elektronacceptorn.
Resultatet är 32 till 34 ATP, vilket sätter det totala energiutbytet för cellulär andning på 36 till 38 ATP per molekyl glukos.