Kandungan
Perkara hidup, yang semuanya terdiri daripada satu atau lebih sel individu, boleh dibahagikan kepada prokariota dan eukariota.
Hampir semua sel bergantung glukosa untuk keperluan metabolik mereka, dan langkah pertama dalam pecahan molekul ini adalah siri tindak balas yang dipanggil glikolisis (secara literal, "pemecahan glukosa"). Dalam glikolisis, molekul glukosa tunggal menjalani satu siri tindak balas untuk menghasilkan sepasang molekul pyruvate dan jumlah tenaga yang sederhana dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP).
Walau bagaimanapun, pengendalian produk-produk ini berbeza-beza dari jenis sel ke jenis sel. Organisme prokariotik tidak terlibat respirasi aerobik. Ini bermakna bahawa prokariot tidak dapat menggunakan oksigen molekul (O2). Sebaliknya, pyruvate mengalami masalah penapaian (respirasi anaerobik).
Sesetengah sumber termasuk glikolisis dalam proses "pernafasan sel" dalam eukariot, kerana ia secara langsung mendahului aerobik pernafasan (iaitu, kitaran Krebs dan fosforilasi oksidatif dalam rantai pengangkutan elektron). Lebih tegas, glikolisis itu sendiri bukan proses aerobik semata-mata kerana ia tidak bergantung kepada oksigen dan berlaku sama ada atau tidak O2 hadir.
Walau bagaimanapun, sejak glikolisis adalah a prasyarat daripada pernafasan aerobik kerana ia membekalkan pyruvate untuk reaksi daripadanya, adalah semulajadi untuk mempelajari kedua-dua konsep sekaligus.
Apa Tepatnya Glukosa?
Glukosa adalah gula enam karbohidrat yang berfungsi sebagai karbohidrat tunggal yang paling penting dalam biokimia manusia. Karbohidrat mengandungi karbon (C) dan hidrogen (H) sebagai tambahan kepada oksigen, dan nisbah C hingga H dalam sebatian ini sentiasa 1: 2.
Gula adalah lebih kecil daripada karbohidrat lain, termasuk pati dan selulosa. Malah, glukosa sering merupakan subunit yang berulang, atau monomer, dalam molekul yang lebih kompleks ini. Glukosa sendiri tidak terdiri daripada monomer, dan oleh itu dianggap sebagai monosakarida ("satu gula").
Formula untuk glukosa adalah C6H12O6. Bahagian utama molekul terdiri daripada gelang heksagon yang mengandungi lima atom C dan salah satu atom O. Atom C keenam dan terakhir wujud dalam rantaian sampingan dengan kumpulan metil yang mengandungi hidroksil (-CH2OH).
Laluan Glikolisis
Proses glikolisis, yang berlaku dalam sitoplasma sel, terdiri daripada 10 reaksi individu.
Biasanya tidak perlu mengingati nama-nama semua produk perantaraan dan enzim. Tetapi, mempunyai gambaran keseluruhan gambaran berguna. Ini bukan sahaja kerana glikolisis mungkin merupakan tindak balas yang paling relevan dalam sejarah kehidupan di Bumi, tetapi juga kerana langkah-langkahnya menggambarkan beberapa kejadian umum dalam sel, termasuk tindakan enzim semasa tindak balas eksotermik (energik yang menguntungkan).
Apabila glukosa memasuki sel, ia disumbangkan oleh enzim hexokinase dan fosforilasi (iaitu, kumpulan fosfat, sering ditulis Pi, dilampirkan kepadanya). Ini merangkumi molekul di dalam sel dengan menghidupkannya dengan caj elektrostatik negatif.
Molekul ini menyusun semula dirinya menjadi bentuk fosforilasi fruktosa, yang kemudian mengalami satu lagi langkah fosforilasi dan menjadi fruktosa-1,6-bisphosphate. Molekul ini kemudiannya dipecah menjadi dua molekul tiga karbon yang sama, salah satunya dengan cepat berubah menjadi yang lain untuk menghasilkan dua molekul gliseraldehid-3-fosfat.
Bahan ini disusun semula ke dalam satu lagi molekul fosforilasi ganda sebelum penambahan awal kumpulan fosfat dibalikkan dalam langkah bukan berturut-turut. Dalam setiap langkah ini, molekul adenosin difosfat (ADP) berlaku oleh kompleks enzim-substrat (nama untuk struktur yang dibentuk oleh molekul apa yang bertindak balas dan enzim yang menghasilkan reaksi terhadap penyelesaian).
ADP ini menerima fosfat dari setiap molekul tiga karbon yang hadir. Akhirnya, dua molekul piruvat duduk di sitoplasma, siap untuk digunakan ke jalur apa pun sel memerlukannya masuk atau mampu menjadi tuan rumah.
Ringkasan Glikolisis: Input dan Output
Satu-satunya reaktan glikolisis adalah molekul glukosa. Dua molekul setiap ATP dan NAD + (nikotinamide adenine dinucleotide, pembawa elektron) diperkenalkan semasa siri tindak balas.
Anda sering akan melihat proses lengkap pernafasan sel yang disenaraikan dengan glukosa dan oksigen sebagai reaktan dan karbon dioksida dan air sebagai produk, bersama 36 (atau 38) ATP. Tetapi glikolisis hanyalah siri tindak balas pertama yang akhirnya memuncak dalam pengambilan aerobik tenaga yang banyak ini daripada glukosa.
Sejumlah empat molekul ATP dihasilkan dalam tindak balas yang melibatkan komponen tiga-karbon glikolisis - dua semasa penukaran pasangan molekul 1,3-bisphosphoglycerate kepada dua molekul 3-phosphoglycerate, dan dua semasa penukaran sepasang molekul fosfoenolpyruvate kepada dua molekul piruvat mewakili akhir glikolisis. Ini semua disintesis melalui fosforilasi peringkat substrat, yang bermaksud bahawa ATP berasal dari penambahan langsung fosfat anorganik (Pi) kepada ADP daripada dibentuk sebagai akibat daripada proses lain.
Dua ATP diperlukan awal di dalam glikolisis, terlebih dahulu apabila glukosa fosforilasi ke glukosa-6-fosfat, dan kemudian dua langkah kemudian apabila fruktosa-6-fosfat difositori dengan fruktosa-1,6-bisphosphate. Oleh itu, keuntungan bersih dalam ATP dalam glikolisis sebagai hasil satu molekul glukosa yang menjalani proses itu adalah dua molekul, yang mudah diingat jika anda mengaitkannya dengan jumlah molekul piruvat yang dihasilkan.
Di samping itu, semasa penukaran gliseraldehid-3-fosfat kepada 1,3-bisphosphoglycerate, dua molekul NAD + dikurangkan kepada dua molekul NADH, dengan yang terakhir berfungsi sebagai sumber tenaga tidak langsung kerana mereka mengambil bahagian dalam tindak balas, antara proses lain, pernafasan aerobik.
Pendek kata, hasil bersih glikolisis adalah 2 ATP, 2 piruvat dan 2 NADH. Ini hanya satu-dua puluh jumlah ATP yang dihasilkan dalam pernafasan aerobik, tetapi kerana prokariot adalah sebagai peraturan yang jauh lebih kecil dan kurang kompleks daripada eukariot, dengan permintaan metabolik yang lebih kecil untuk dipadankan, mereka dapat memperoleh walaupun ini kurang daripada skim -ideal.
(Cara lain untuk melihat ini, tentu saja, bahawa kekurangan respirasi aerobik dalam bakteria telah membuat mereka tidak berubah menjadi makhluk yang lebih besar, lebih beragam, untuk apa yang penting.)
Nasib Produk Glikolisis
Dalam prokariot, apabila jalur glikolisis selesai, organisma telah memainkan hampir setiap kad metabolik yang ada. Piruvat boleh dimetabolisme lebih lanjut untuk laktat melalui penapaian, atau respirasi anaerob. Tujuan fermentasi bukan untuk menghasilkan laktat, tetapi untuk meresmikan NAD + dari NADH supaya dapat digunakan dalam glikolisis.
(Perhatikan bahawa ini berbeza daripada penapaian alkohol, di mana etanol dihasilkan daripada piruvat di bawah tindakan yis.)
Dalam eukariota, sebahagian besar piruvat memasuki set langkah pertama dalam pernafasan aerobik: kitaran Krebs, juga dikenali sebagai kitaran asid tricarboxylic (TCA) atau kitaran asid sitrik. Ini berlaku di dalam mitokondria, di mana piruvat ditukarkan ke dalam dua-karbon senyawa asetil coenzyme A (CoA) dan karbon dioksida (CO2).
Peranan kitaran lapan langkah ini adalah untuk menghasilkan lebih banyak pembawa elektron tenaga tinggi untuk reaksi seterusnya - 3 NADH, satu FADH2 (mengurangkan flavin adenine dinucleotide) dan satu GTP (guanosine triphosphate).
Apabila ini memasuki rantaian pengangkutan elektron pada membran mitokondria, satu proses yang dipanggil fosforilasi oksidatif mengalihkan elektron dari pembawa tenaga tinggi ini ke molekul oksigen, dengan hasil akhirnya menghasilkan 36 (atau mungkin 38) molekul ATP setiap molekul glukosa " hulu. "
Kecekapan yang jauh lebih besar dan hasil metabolisme aerobik menerangkan pada asasnya semua perbezaan asas hari ini antara prokariot dan eukariota, dengan yang terdahulu, dan dipercayai telah menimbulkan, kepada yang terakhir.