Innehåll
- Vad är glukos?
- Vad är ATP?
- Cellandningen
- Tidig glykolys
- Senare glykolys
- Krebs-cykeln
- Elektrontransportkedjan
Glukos, ett sexkolsocker, är den grundläggande "input" i ekvationen som driver hela livet. Energi från utsidan konverteras på något sätt till energi för cellen. Varje organism som lever, från din bästa vän till den lägsta bakterien, har celler som bränner glukos för bränsle på rotmetabolismnivån.
Organismer skiljer sig i den grad deras celler kan utvinna energi från glukos. I alla celler är denna energi i form av adenosintrifosfat (ATP).
Därför en sak alla levande celler har gemensamt är att de metaboliserar glukos för att göra ATP. En given glukosmolekyl som kommer in i en cell kunde ha börjat som en biffmiddag, som ett vilddjurets byte, som växtmaterial eller som något annat.
Oavsett, olika matsmältnings- och biokemiska processer har nedbrytat alla multikolmolekyler i vilka ämnen organism intar för näring till monosackaridsocker som kommer in i cellulära metaboliska vägar.
Vad är glukos?
Kemiskt sett är glukos a hexos socker, hex är det grekiska prefixet för "sex", antalet kolatomer i glukos. Dess molekylformel är C6H12O6, vilket ger den en molekylvikt av 180 gram per mol.
Glukos är också en monosackarid i det är ett socker som endast innehåller en grundläggande enhet, eller monomer. Fruktos är ett annat exempel på en monosackarid sackaroseller bordsocker (fruktos plus glukos), laktos (glukos plus galaktos) och maltos (glukos plus glukos) är disackarider.
Observera att förhållandet mellan kol, väte och syreatomer i glukos är 1: 2: 1. Alla kolhydrater visar faktiskt samma förhållande, och deras molekylformler är alla av formen CnH2nOn.
Vad är ATP?
ATP är en nukleosid, i detta fall adenosin, med tre fosfatgrupper fästa vid det. Detta gör det faktiskt till en nukleotid, eftersom en nukleosid är en pentos socker (antingen ribos eller deoxiribos) kombinerad med en kvävebas (dvs adenin, cytosin, guanin, tymin eller uracil), medan en nukleotid är en nukleosid med en eller flera fosfatgrupper fästa. Men terminologin åt sidan är det viktiga att veta om ATP att det innehåller adenin, ribos och en kedja med tre fosfatgrupper.
ATP görs via fosforylering av adenosindifosfat (ADP), och omvänt, när den terminala fosfatbindningen i ATP är hydrolyseras, ADP och Pjag (oorganiskt fosfat) är produkterna. ATP betraktas som cellernas "energivaluta" eftersom denna extraordinära molekyl används för att driva nästan varje metabolisk process.
Cellandningen
Cellandningen är uppsättningen metaboliska vägar i eukaryota organismer som omvandlar glukos till ATP och koldioxid i närvaro av syre, avger vatten och producerar en mängd ATP (36 till 38 molekyler per investerad glukosmolekyl) i processen.
Den balanserade kemiska formeln för den totala nettoreaktionen, exklusive elektronbärare och energimolekyler, är:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Cellulär andning innehåller faktiskt tre distinkta och sekventiella vägar:
De två senare av dessa steg är syreberoende och utgör tillsammans aerob andning. I diskussioner om eukaryotisk metabolism anses emellertid ofta glykolys, även om det inte är beroende av syre, vara en del av "aerob andning" eftersom nästan hela dess huvudprodukt, pyruvat, fortsätter att gå in i de andra två vägarna.
Tidig glykolys
Vid glykolys omvandlas glukos i en serie av 10 reaktioner till molekylen pyruvat, med en nettovinst av två molekyler ATP och två molekyler från "elektronbäraren" nikotinamid adenindinukleotid (NADH). För varje molekyl glukos som kommer in i processen produceras två molekyler av pyruvat, eftersom pyruvat har tre kolatomer till glukos sex.
I det första steget fosforyleras glukos för att bli glukos-6-fosfat (G6P). Detta förbinder glukosen att metaboliseras snarare än att driva ut igen genom cellmembranet, eftersom fosfatgruppen ger G6P en negativ laddning. Under de kommande stegen omorganiseras molekylen till ett annat sockerderivat och fosforyleras sedan en andra gång för att bli fruktos-1,6-bisfosfat.
Dessa tidiga glykolyssteg kräver en investering av två ATP eftersom detta är källan till fosfatgrupperna i fosforyleringsreaktionerna.
Senare glykolys
Fruktos-1,6-bisfosfat delas upp i två olika tre-kolmolekyler, var och en bär sin egen fosfatgrupp; nästan alla en av dessa omvandlas snabbt till den andra, glyceraldehyd-3-fosfat (G3P). Alltså från denna punkt framåt dupliceras allt eftersom det finns två G3P för varje glukos "uppströms".
Från denna punkt fosforyleras G3P i ett steg som också producerar NADH från den oxiderade formen NAD +, och sedan överlämnas de två fosfatgrupperna till ADP-molekyler i efterföljande omorganiseringssteg för att producera två ATP-molekyler tillsammans med slutkolprodukten av glykolys, pyruvat.
Eftersom detta händer två gånger per glukosmolekyl, producerar den andra halvan av glykolys fyra ATP för a netto vinst från glykolys av två ATP (eftersom två krävdes tidigt i processen) och två NADH.
Krebs-cykeln
I förberedande reaktionefter det att pyruvat genererat i glykolys hittar sin väg från cytoplasma in i mitokondrial matris omvandlas den först till acetat (CH)3COOH-) och CO2 (en avfallsprodukt i detta scenario) och sedan till en förening som heter acetylkoenzym A, eller acetyl CoA. I denna reaktion genereras en NADH. Detta sätter scenen för Krebs-cykeln.
Denna serie med åtta reaktioner heter så på grund av att en av reaktanterna i det första steget, oxaloacetat, är också produkten i det sista steget. Jobbet med Krebs-cykeln är en leverantör snarare än en tillverkare: Den genererar bara två ATP per glukosmolekyl, men bidrar med sex fler NADH och två av FADH2, en annan elektronbärare och en nära släkting till NADH.
(Observera att detta betyder en ATP, tre NADH och en FADH2 per varv av cykeln. För varje glukos som går in i glykolys, kommer två molekyler av acetyl CoA in i Krebs-cykeln.)
Elektrontransportkedjan
Per glukosbasis är energinivån till denna punkt fyra ATP (två från glykolys och två från Krebs-cykeln), 10 NADH (två från glykolys, två från den förberedande reaktionen och sex från Krebs-cykeln) och två FADH2 från Krebs-cykeln. Medan kolföreningarna i Krebs-cykeln fortsätter att snurra runt uppströms, rör sig elektronbärarna från mitokondriell matris till mitokondriell membran.
När NADH och FADH2 släpper sina elektroner, dessa används för att skapa en elektrokemisk gradient över mitokondriell membran. Denna lutning används för att driva fästningen av fosfatgrupper till ADP för att skapa ATP i en process som kallas oxidativ fosforylering, så kallad eftersom den ultimata acceptorn för elektronerna som kaskaderar från elektronbärare till elektronbärare i kedjan är syre (O2).
Eftersom varje NADH ger tre ATP och varje FADH2 ger två ATP i oxidativ fosforylering, detta lägger till (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP till blandningen. Således en molekyl glukos kan ge upp till 38 ATP i eukaryota organismer.