Innehåll
- Glukos: Definition
- Glukos, celltyper och metabolism
- Processen för glykolys
- Tidig glykolys
- Senare glykolys
- Processer efter glykolys
Glukos är den ultimata källan till mobilbränsle för alla levande saker, med energin i dess kemiska bindningar som används för att syntetisera adenosintrifosfat (ATP) på olika sammanhängande och beroende av varandra. När en molekyl av detta sexkol (dvs hexos) socker korsar plasmamembranet från en cell från utsidan för att komma in i cytoplasma, är det omedelbart fosforylerad - det vill säga en fosfatgrupp, som har en negativ elektrisk laddning, är fäst vid en del av glukosmolekylen. Detta resulterar i en negativ negativ nettokostnad för vad som sedan har blivit glukos-6-fosfat molekyl, som förhindrar att den lämnar cellen.
prokaryoter, som inkluderar bakterier och Archaea-domäner, har inte membranbundna organeller, inklusive mitokondrier att i eukaryoter värd för Krebs-cykeln och den syreberoende elektrontransportkedjan. Som ett resultat deltar prokaryoter inte i aerob respiration ("med syre"), utan kommer nästan all sin energi från glykolys, den anaeroba processen som också fungerar i förväg för den aeroba andningen som utförs i eukaryota celler.
Glukos: Definition
Eftersom glukos är en av de mest vitala molekylerna i biokemi, och är utgångspunkten för den kanske mest vitala reaktionen i livets annaler på planeten Jorden, är en kort diskussion om denna molekyls struktur och beteende i ordning.
Också känd som glukos (vanligtvis med hänvisning till icke-biologiska system, såsom glukos tillverkad av majs) och blodsocker (med hänvisning till biologiska system, t.ex. i medicinska nackdelar), är glukos en sexkolfmolekyl med den kemiska formeln C6H12O6. I humant blod är den normala koncentrationen av glukos cirka 100 mg / dL. 100 mg är en tiondel av ett gram, medan en dL är en tiondel av en liter; detta fungerar till ett gram per liter, och eftersom den genomsnittliga personen har cirka 4 liter blod, har de flesta cirka 4 g glukos när som helst - bara ungefär en sjunde av en uns.
Fem av de sex kolatomerna (C) i glukos sitter i sexatomring bilda att molekylen antar 99,98 procent av tiden i naturen. Den sjätte ringatomen är en syre (O), med den sjätte C fäst vid en av ringen Cs som en del av a hydroximetyl (-CH2ÅH) grupp. Det är i hydroxylgruppen (-OH) som oorganiskt fosfat (Pi) är fäst under fosforyleringsprocessen som fångar molekylen i cellcytoplasma.
Glukos, celltyper och metabolism
Prokaryoter är små (den överväldigande majoriteten är unicellulära) och enkla (den cell som de flesta av dem har saknar en kärna och andra membranbundna organeller). Detta kan hålla dem från att vara lika eleganta och intressanta på de flesta sätt som eukaryoter, men det håller också deras bränslekrav relativt låga.
I både prokaryoter och eukaryoter är glykolys det första steget i metabolismen av glukos. Fosforyleringen av glukos när den kommer in i en cell genom att diffundera över plasmamembranet är det första steget i glykolys, vilket beskrivs i detalj i en efterföljande sektion.
I slutet av glykolysen har glukosmolekylen använts för att generera två tre-kol-pyruvatmolekyler, två molekyler av den så kallade högenergi-elektronbäraren nikotinamid adenindinukleotid (NADH) och en nettovinst av två ATP-molekyler.
Vid denna punkt, i prokaryoter, går pyruvat vanligtvis in i jäsning, en anaerob process med ett antal olika variationer som kommer att utforskas inom kort. Men vissa bakterier har utvecklat förmågan att utföra aerob andning i viss utsträckning och kallas fakultativa anaerober. Bakterier som bara kan hämta energi från glykolys kallas obligatoriska anaeroberoch många av dessa dödas faktiskt av syre. Ett fåtal bakterier är jämnt obligatoriska aerobes, vilket betyder att de, precis som du, har ett absolut krav på syre. Med tanke på att bakterier har haft cirka 3,5 miljarder år för att anpassa sig till kraven från jordens växlande miljö, borde det inte vara förvånande att de har kommit över en rad grundläggande metaboliska överlevnadsstrategier.
Processen för glykolys
Glykolys inkluderar 10 reaktioner, vilket är ett trevligt, runt nummer, men du behöver inte nödvändigtvis memorera alla produkter, mellanprodukter och enzymer i alla dessa steg. Istället, medan vissa av dessa detaljer är roliga och användbara att veta, är det viktigare att få en känsla av Vad händer i glykolys totalt sett, och Varför det händer (både vad gäller grundfysik och cellens behov).
Glykolys fångas upp i följande reaktion, vilket är summan av dess 10 individuella reaktioner:
C6H12O6 → 2 C.3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH
På vanlig engelska, i glykolys, bryts en enda glukosmolekyl upp i två pyruvatmolekyler, och längs vägen tillverkas ett par bränslemolekyler och ett par "förbränslemolekyler". ATP är den nästan universella valutan för energi i cellulära processer, medan NADH, den reducerade formen av NAD + eller nikotinamidadenininuklotid, fungerar som en högenergi-elektronbärare som slutligen donerar dessa elektroner, i form av vätejoner (H +), till syremolekyler i slutet av elektron transport kedja i aerob metabolism, vilket resulterar i mycket mer ATP än glykolys enbart kan leverera.
Tidig glykolys
Fosforylering av glukos efter dess inträde i cytoplasma resulterar i glukos-6-fosfat (G-6-P). Fosfatet kommer från ATP och dess införlivande i glukosblad adenosindifosfat (ADP) bakom. Som noterats fångar detta glukos i cellen.
Därefter konverteras G-6-P till fruktos-6-fosfat (F-6-P). Detta är en isomerisering reaktion, eftersom reaktanten och produkten är isomerer av varandra - molekyler med samma antal för varje typ av atom, men med olika rumsliga arrangemang. I detta fall har ringen av fruktos bara fem atomer. Det enzym som är ansvarigt för denna slags atomjuggelverk kallas fosfoglukosisomeras. (De flesta enzymnamn, medan de ofta besvärliga, åtminstone är perfekta.)
I den tredje glykolysreaktionen omvandlas F-6-P till fruktos-1,6-bisfosfat (F-1,6-BP). I detta fosforyleringssteg kommer fosfatet återigen från ATP, men den här gången läggs det till en annan kolatom. Det ansvariga enzymet är fosfofruktokinas (PFK).
I den fjärde reaktionen med glykolys delas F-1,6-BP-molekylen, som är ganska instabil på grund av dess dubbla dos fosfatgrupper, av enzymet aldolas i de tre-kol-, enkelfosfatgruppbärande molekylerna glyceraldehyd 3-fosfat (GAP) och dihydroxiacetonfosfat (DHAP). Dessa är isomerer och DHAP omvandlas snabbt till GAP i det femte steget av glykolys med hjälp av en push från enzymet triosfosfatisomeras (TIM).
I detta skede har den ursprungliga glukosmolekylen blivit två identiska tre-kol, enbart fosforylerade molekyler, till bekostnad av två ATP. Från denna punkt framåt sker varje beskriven reaktion av glykolys två gånger för varje glukosmolekyl som genomgår glykolys.
Senare glykolys
I den sjätte reaktionen med glykolys omvandlas GAP till 1,3-bisfosfoglycerat (1,3-BPG) under påverkan av glyceraldehyd 3-fosfatdehydrogenas. Dehydrogenas-enzymer avlägsnar väteatomer (dvs protoner). Vätet som frigörs från GAP blir bundet till NAD + -molekylen, vilket ger NADH. Eftersom den initiala glukosmolekylen uppströms har gett upphov till två molekyler av GAP, efter denna reaktion, två molekyler av NADH har skapats.
I den sjunde glykolysreaktionen är en av fosforyleringsreaktionerna i tidig glykolys omvänd. När enzymet fosfoglyceratkinas tar bort en fosfatgrupp från 1,3-BPG, resultatet är 3-fosfoglycerat (3-PG). Fosfaterna som har strippats från de två 1,3-BPG-molekylerna läggs till en ADP för att bilda två ATP. Detta innebär att de två ATP "lånade" i steg ett och tre "returneras" i den sjunde reaktionen.
I steg åtta konverteras 3-PG till 2-fosfoglycerat (2-PG) av fosfoglyceratmutas, som skickar den återstående fosfatgruppen till en annan kolatom. Ett mutas skiljer sig från ett isomeras genom att det är mindre kraftigt i sin verkan; snarare än att omorganisera strukturen för en molekyl, flyttar de bara en av dess sidogrupper till en ny plats, och lämnar den övergripande ryggraden, ringen osv. som det var.
I den nionde reaktionen av glykolys omvandlas 2-PG till fosfoenolpyruvat (PEP) under åtgärden av enolas. En enol är en förening med en kol-kol-dubbelbindning i vilken ett av kolerna också är bundet till en hydroxylgrupp.
Slutligen, den tionde och sista reaktionen av glykolys, PEP omvandlas till pyruvat tack vare enzymet pyruvat-kinas. Fosfatgrupperna som avlägsnats från de två PEP är bundna till ADP-molekyler, vilket ger två ATP och två pyruvat, vars formel är (C3H4O3) eller (CH3) CO (COOH). Således ger den initiala, anaeroba bearbetningen av en enda molekyl glukos två pyruvat, två ATP och två NADH-molekyler.
Processer efter glykolys
Pyruvat som till slut genereras genom införandet av glukos i celler kan ta en av två vägar. Om cellen är prokaryot, eller om cellen är eukaryot men tillfälligt kräver mer bränsle än aerob andning ensam kan ge (som i till exempel muskelceller under hård fysisk träning som att sjunga eller lyfta vikter) kommer pyruvat in i jäsningsvägen. Om cellen är eukaryot och dess energibehov är typiska, flyttar den pyruvat inuti mitokondrierna och deltar i Krebs cykel: