Kako metabolizirati glukozu kako bi napravili ATP

Sadržaj

• Što je glukoza?
• Što je ATP?
• Stanična respiracija
• Rana glikoliza
• Kasnija glikoliza
• Krebsov ciklus
• Transportni lanac elektrona

Glukoza, šećer s ugljikom, osnovni je "ulaz" u jednadžbi koja djeluje na čitav život. Energija izvana se na neki način pretvara u energiju za stanicu. Svaki živi organizam, od vašeg najboljeg prijatelja do najniže bakterije, ima stanice koje sakupljaju glukozu za gorivo na metaboličkoj razini korijena.

Organizmi se razlikuju u mjeri u kojoj njihove stanice mogu izvući energiju iz glukoze. U svim ćelijama ta je energija u obliku adenozin trifosfat (ATP).

Stoga, jedna stvar sve žive stanice imaju zajedničko to da metaboliziraju glukozu da bi napravili ATP, Davana molekula glukoze koja ulazi u stanicu mogla je započeti kao večera odreska, kao plijen divlje životinje, biljne materije ili kao nešto drugo.

Bez obzira na to, razni probavni i biokemijski procesi razgrađuju sve molekule više ugljika u bilo kojim tvarima koje organizam unosi za prehranu do monosaharidnog šećera koji ulazi u stanične metaboličke putove.

Što je glukoza?

Kemijski je glukoza a heksoza šećer, hex grčki je prefiks za "šest", broj ugljikovih atoma u glukozi. Njegova molekularna formula je C₆H₁₂O₆, što mu daje molekulsku masu od 180 grama po molu.

Glukoza je također a monosaharid u tome je šećer koji uključuje samo jednu temeljnu jedinicu, ili monomera. fruktoza je još jedan primjer monosaharida, dok saharozaili stolni šećer (fruktoza i glukoza), laktoza (glukoza plus galaktoza) i maltoza (glukoza plus glukoza) su disaharidi.

Imajte na umu da je omjer atoma ugljika, vodika i kisika u glukozi 1: 2: 1. Zapravo svi ugljikohidrati pokazuju isti omjer, a njihove molekularne formule su svih oblika C_nH_2nO_n.

Što je ATP?

ATP je a nukleozidni, u ovom slučaju adenozin, na koji su pričvršćene tri fosfatne skupine. To ga zapravo čini a nukleotid, kao nukleozid je pentoza šećer (bilo riboza ili dezoksiriboze) u kombinaciji s dušičnom bazom (tj. adenom, citozinom, gvaninom, timinom ili uracilom), dok je nukleotid nukleozid s jednom ili više fosfatnih skupina. Ali na stranu terminologije, važno o ATP-u je da sadrži adenin, ribozu i lanac od tri fosfatne (P) skupine.

ATP se vrši putem fosforilacija adenozin-difosfata (ADP), i obratno, kada je terminalna veza fosfata u ATP-u hidrolizira, ADP i P_ja (anorganski fosfat) su proizvodi. ATP se smatra "energetskom valutom" stanica jer se ta izvanredna molekula koristi za napajanje gotovo svakog metaboličkog procesa.

Stanična respiracija

Stanično disanje je skup metaboličkih putova u eukariotskim organizmima koji pretvaraju glukozu u ATP i ugljični dioksid u prisutnosti kisika, istiskujući vodu i stvarajući bogatstvo ATP-a (36 do 38 molekula po uloženoj molekuli glukoze) u tom procesu.

Uravnotežena kemijska formula za ukupnu neto reakciju, isključujući nosače elektrona i energetske molekule, je:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Stanično disanje zapravo uključuje tri različita i sekvencijalna putanja:

Posljednja dva od tih stadija ovise o kisiku i zajedno čine aerobno disanje, Međutim, često se u raspravama o eukariotskom metabolizmu glikoliza, iako ne ovisi o kisiku, smatra dijelom "aerobnog disanja", jer je gotovo sav njegov glavni proizvod, piruvat, nastavlja na ulazak na druga dva puta.

Rana glikoliza

U glikolizi se glukoza pretvara u nizu od 10 reakcija u molekulu piruvat, sa a neto dobitak dviju molekula ATP-a i dvije molekule "nosača elektrona" nikotinamid adenin dinukleotid (NADH). Za svaku molekulu glukoze koja ulazi u taj proces nastaju dvije molekule piruvata, jer piruvat ima tri atoma ugljika, a glukoza šest.

U prvom koraku glukoza se fosforilira kako bi postala glukoza-6-fosfata (G6P). Zbog toga se glukoza metabolizira, a ne odlazi natrag kroz staničnu membranu, jer fosfatna skupina daje G6P negativan naboj. Tijekom sljedećih nekoliko koraka, molekula se preuređuje u drugi derivat šećera, a zatim drugi put fosforilira da bi postala fruktoza-1,6-bisfosfat.

Ovi rani koraci glikolize zahtijevaju ulaganje dva ATP-a, jer ovo je izvor fosfatnih skupina u reakcijama fosforilacije.

Kasnija glikoliza

Fruktoza-1,6-bisfosfat se dijeli na dvije različite molekule s tri ugljika, a svaka nosi svoju fosfatnu skupinu; gotovo sve jedno od njih brzo se pretvara u drugo, gliceraldehid-3-fosfat (G3P). Dakle, od ove točke naprijed, sve se duplicira jer postoje dva G3P za svaku glukozu "uzvodno".

Od ove točke, G3P se fosforilira u koraku koji također stvara NADH iz oksidiranog oblika NAD +, a zatim se dvije fosfatne skupine daju molekulama ADP-a u sljedećim fazama preuređenja kako bi nastale dvije molekule ATP-a zajedno s krajnjim ugljikovim produktom glikolize, piruvat.

Budući da se to događa dva puta po molekuli glukoze, druga polovica glikolize stvara četiri ATP za a neto dobitak glikolizom dva ATP-a (jer su u ranom postupku potrebna dva) i dva NADH.

Krebsov ciklus

U pripremna reakcijaNakon što piruvat nastao glikolizom pronađe svoj put iz citoplazme u mitohondrijski matriks, prvo se pretvara u acetat (CH₃COOH-) i CO₂ (otpadni proizvod u ovom scenariju), a zatim na spoj zvan acetil koencim A, ili acetil CoA, U ovoj reakciji nastaje NADH. To postavlja osnovu za Krebsov ciklus.

Ova serija od osam reakcija je tako nazvana jer jedan od reaktanata u prvom koraku, oksalacetat, također je proizvod u posljednjem koraku. Posao Krebsova ciklusa je dobavljač, a ne proizvođač: on stvara samo dva ATP-a po molekuli glukoze, ali doprinosi još šest NADH i dva FADH-a₂, još jedan nosač elektrona i bliski rođak NADH.

(Imajte na umu da to znači jedan ATP, tri NADH i jedan FADH₂ po okretaju ciklusa, Za svaku glukozu koja ulazi u glikolizu, dvije molekule acetil CoA ulaze u Krebsov ciklus.)

Transportni lanac elektrona

Na osnovi glukoze, vrijednost energije do ove točke je četiri ATP (dva iz glikolize i dva iz Krebsova ciklusa), 10 NADH (dva iz glikolize, dva iz pripremne reakcije i šest iz Krebsova ciklusa) i dva FADH₂ iz Krebsova ciklusa. Dok se ugljikovi spojevi u Krebsovom ciklusu i dalje vrte oko uzvodno, nosači elektrona prelaze iz mitohondrijskog matriksa u mitohondrijsku membranu.

Kad NADH i FADH₂ ispuštaju svoje elektrone, oni se koriste za stvaranje elektrokemijskog gradijenta preko mitohondrijske membrane. Ovaj gradijent koristi se za povezivanje fosfatnih skupina na ADP za stvaranje ATP-a u procesu zvanom oksidativne fosforilacije, nazvana tako jer je krajnji akceptor elektrona koji kaskadno prelaze iz nosača elektrona u nosač elektrona u lancu kisik (O₂).

Jer svaki NADH daje tri ATP-a i svaki FADH₂ daje dva ATP-a u oksidacijskoj fosforilaciji, što dodaje (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP u smjesu. Tako jedna molekula glukoze može donijeti do 38 ATP u eukariotskim organizmima.