Kandungan
- Glukosa: Definisi
- Glukosa, Jenis Sel dan Metabolisme
- Proses Glikolisis
- Glikolisis awal
- Kemudian Glikolisis
- Proses Pasca Glikolisis
Glukosa adalah sumber utama bahan bakar selular untuk semua makhluk hidup, dengan tenaga dalam ikatan kimianya digunakan untuk mensintesiskan adenosine triphosphate (ATP) dalam pelbagai cara yang saling berkaitan dan saling bergantung. Apabila molekul gula enam karbon (iaitu, heksosa) melintasi membran plasma sel dari luar untuk memasukkan sitoplasma, ia segera phosphorylated - iaitu, kumpulan fosfat, yang membawa cas elektrik negatif, dilampirkan pada bahagian molekul glukosa. Ini menghasilkan caj negatif bersih pada apa yang kemudian menjadi a glukosa-6-fosfat molekul, yang menghalangnya daripada meninggalkan sel.
Prokariot, yang termasuk domain Bakteria dan Archaea, tidak mempunyai organel membran membran, termasuk mitokondria bahawa dalam eukariot menganjurkan kitaran Krebs dan rangkaian pengangkutan elektron yang bergantung kepada oksigen. Akibatnya, prokariot tidak mengambil bahagian dalam pernafasan aerobik ("dengan oksigen"), sebaliknya menghasilkan hampir semua tenaga mereka daripada glikolisis, proses anaerobik yang juga beroperasi sebelum pernafasan aerobik yang dilakukan dalam sel eukariotik.
Glukosa: Definisi
Oleh kerana glukosa adalah antara molekul paling penting dalam biokimia, dan merupakan titik permulaan kemungkinan set reaksi paling penting dalam sejarah kehidupan di planet Bumi, perbincangan ringkas tentang struktur dan kelakuan molekul ini adalah teratur.
Juga dikenali sebagai dextrose (biasanya merujuk kepada sistem bukan biologi, seperti glukosa yang dibuat daripada jagung) dan gula darah (merujuk kepada sistem biologi, contohnya, dalam konteks perubatan), glukosa adalah molekul enam karbon dengan formula kimia C6H12O6. Dalam darah manusia, kepekatan normal glukosa adalah kira-kira 100 mg / dL. 100 mg adalah sepersepuluh gram, manakala dL adalah sepersepuluh liter satu liter; ini berfungsi untuk gram seliter, dan sejak orang biasa mempunyai kira-kira 4 liter darah, kebanyakan orang mempunyai kira-kira 4 g glukosa dalam aliran darah mereka pada bila-bila masa - hanya kira-kira satu pertujuh daripada satu ons.
Lima daripada enam atom karbon (C) dalam glukosa duduk di cincin enam atom membentuk molekul yang menganggap 99.98 peratus masa dalam keadaan. Atom cincin keenam adalah oksigen (O), dengan C keenam melekat pada salah satu cincin C sebagai sebahagian daripada a hidroksimetil (-CH2OH) kumpulan. Ia berada di kumpulan hidroksil (-OH) itu fosfat bukan organik (Pi) dilampirkan semasa proses fosforilasi yang menjejakkan molekul dalam sitoplasma sel.
Glukosa, Jenis Sel dan Metabolisme
Prokariot adalah kecil (majoriti besar adalah uniselular) dan mudah (satu sel yang kebanyakannya tidak mempunyai nukleus dan organel yang membran lain). Ini boleh membuat mereka tidak begitu elegan dan menarik dalam kebanyakan cara sebagai eukariota, tetapi ia juga mengekalkan keperluan bahan api mereka secara relatif rendah.
Dalam kedua-dua prokariota dan eukariota, glikolisis adalah langkah pertama dalam metabolisme glukosa. Fosforilasi glukosa apabila memasuki sel dengan meresap melintang membran plasma adalah langkah pertama dalam glikolisis, yang diterangkan secara terperinci dalam seksyen berikutnya.
Pada akhir glikolisis, molekul glukosa telah digunakan untuk menghasilkan dua molekul pyruvate tiga-karbon, dua molekul pengangkut elektron tenaga tinggi yang dinamakan nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), dan keuntungan bersih dua molekul ATP.
Pada masa ini, dalam prokariota, piruvat biasanya memasuki penapaian, proses anaerobik dengan beberapa variasi yang berbeza yang akan diterokai tidak lama lagi. Tetapi sesetengah bakteria telah berkembang keupayaan untuk menjalankan pernafasan aerobik hingga tahap tertentu dan dipanggil anaerobes fakultatif. Bakteria yang boleh mendapat tenaga hanya dari glikolisis dipanggil mewajibkan anaerobes, dan kebanyakannya sebenarnya dibunuh oleh oksigen. Beberapa bakteria terhad sahaja mewajibkan aerob, bermakna bahawa, seperti anda, mereka mempunyai keperluan mutlak untuk oksigen. Memandangkan bakteria mempunyai kira-kira 3.5 bilion tahun untuk menyesuaikan diri dengan permintaan persekitaran peralihan Bumi, tidaklah menghairankan bahawa mereka telah memerintahkan pelbagai strategi survival metabolik asas.
Proses Glikolisis
Glikolisis termasuk 10 reaksi, yang merupakan nombor bulat yang baik, tetapi anda tidak semestinya perlu menghafal semua produk, perantaraan dan enzim dalam semua langkah ini. Sebaliknya, sementara beberapa minutiae ini menyeronokkan dan bermanfaat untuk diketahui, lebih penting untuk mendapat rasa apa berlaku dalam glycolysis secara keseluruhan, dan kenapa ia berlaku (dari segi fizik asas dan keperluan sel).
Glikolisis ditangkap dalam tindak balas berikut, iaitu jumlah 10 tindakbalas individu:
C6H12O6 → 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH
Dalam bahasa Inggeris biasa, dalam glikolisis, satu molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul piruvat, dan di sepanjang jalan, beberapa molekul bahan api dan sepasang molekul "pre-fuel" dibuat. ATP adalah mata wang hampir sejagat untuk tenaga dalam proses selular, sedangkan NADH, bentuk dikurangkan NAD + atau nikotinamide adenine dinucleotide, berfungsi sebagai pembawa elektron tenaga tinggi yang akhirnya mendermakan elektron tersebut, dalam bentuk ion hidrogen (H +), kepada molekul oksigen pada akhir rantaian pengangkutan elektron dalam metabolisme aerobik, menyebabkan lebih banyak ATP daripada glikolisis sahaja boleh membekalkan.
Glikolisis awal
Fosforilasi glukosa selepas masuk ke dalam sitoplasma menghasilkan glukosa-6-fosfat (G-6-P). Fosfat berasal dari ATP dan penggabungannya ke dalam daun glukosa adenosine diphosphate (ADP) di belakang. Seperti yang dinyatakan, glukosa perangkap ini dalam sel.
Seterusnya, G-6-P ditukar kepada fruktosa-6-fosfat (F-6-P). Ini adalah isomerization tindak balas, kerana reaktan dan produk adalah isomer antara satu sama lain - molekul dengan jumlah yang sama setiap jenis atom, tetapi dengan susunan ruang yang berlainan. Dalam kes ini, cincin fruktosa hanya mempunyai lima atom. Enzim yang bertanggungjawab untuk tindakan juggling atom seperti ini dipanggil isomerase fosfoglucosa. (Kebanyakan nama enzim, walaupun sering rumit, sekurang-kurangnya masuk akal.)
Dalam tindak balas glikolisis ketiga, F-6-P ditukar kepada fruktosa-1,6-bisphosphate (F-1,6-BP). Dalam langkah fosforilasi ini, fosfat sekali lagi datang dari ATP, tetapi kali ini ia ditambah kepada atom karbon yang berbeza. Enzim yang bertanggungjawab adalah phosphofructokinase (PFK).
Dalam tindak balas glikolisis yang keempat, molekul F-1,6-BP, yang agak tidak stabil kerana dos ganda kumpulan fosfat, dipecahkan oleh enzim aldolase ke dalam molekul tiga-karbon, tunggal-fosfat-kumpulan-membawa gliseraldehyde 3-fosfat (GAP) dan dihydroxyacetone phosphate (DHAP). Ini adalah isomer, dan DHAP dengan cepat ditukarkan kepada GAP dalam langkah kelima glycolysis menggunakan tolakan dari enzim tesis isomerase fosfat (TIM).
Pada tahap ini, molekul glukosa asal telah menjadi dua molekul tiga-karbon yang sama, satu-satunya molekul fosforilasi, dengan kos dua ATP. Dari sudut ini ke hadapan, setiap tindak balas glikolisis diterangkan dua kali untuk setiap molekul glukosa yang menjalani glikolisis.
Kemudian Glikolisis
Dalam tindak balas glikolisis keenam, GAP ditukar kepada 1,3-bisphosphoglycerate (1,3-BPG) di bawah pengaruh glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase. Enzim dehidrogenase membuang atom hidrogen (iaitu, proton). Hidrogen yang dibebaskan daripada GAP menjadi terikat pada molekul NAD +, menghasilkan NADH. Kerana molekul awal hulu glukosa telah menimbulkan dua molekul GAP, selepas reaksi ini, dua molekul NADH telah dicipta.
Dalam tindak balas glikolisis ketujuh, salah satu tindak balas fosforilasi glikolisis awal adalah, pada dasarnya, dibalikkan. Apabila enzim itu kinase phosphoglycerate membuang kumpulan fosfat dari 1,3-BPG, hasilnya adalah 3-phosphoglycerate (3-PG). Fosfat yang telah dilucutkan dari dua molekul 1,3-BPG dilampirkan kepada ADP untuk membentuk dua ATP. Ini bermakna bahawa kedua-dua ATP "dipinjam" dalam langkah satu dan tiga "dikembalikan" dalam reaksi ketujuh.
Dalam langkah lapan, 3-PG ditukar kepada 2-phosphoglycerate (2-PG) oleh mutasi phosphoglycerate, yang mengalihkan kumpulan fosfat yang tersisa kepada atom karbon yang berbeza. Mutase berbeza dari isomerase kerana ia kurang berat dalam tindakannya; dan bukannya menyusun semula struktur molekul, mereka hanya mengalihkan satu kumpulan sampingannya ke tempat yang baru, meninggalkan tulang belakang keseluruhan, cincin, dan sebagainya.
Dalam tindak balas glikolisis kesembilan, 2-PG ditukar kepada phosphoenolpyruvate (PEP) di bawah tindakan enolase. Enol adalah sebatian dengan ikatan rangkap karbon-karbon di mana salah satu karbon juga terikat kepada kumpulan hidroksil.
Akhirnya, reaksi kesepuluh dan terakhir glikolisis, PEP diubah menjadi pyruvate berkat enzim pyruvate kinase. Kumpulan fosfat yang dikeluarkan dari dua PEP dilampirkan pada molekul ADP, menghasilkan dua ATP dan dua pyruvate, formulanya ialah (C3H4O3) atau (CH3) CO (COOH). Oleh itu, pemprosesan anaerobik awal satu molekul glukosa menghasilkan dua piruvat, dua ATP dan dua molekul NADH.
Proses Pasca Glikolisis
Piruvat yang akhirnya dihasilkan oleh kemasukan glukosa ke dalam sel boleh mengambil satu daripada dua laluan. Sekiranya sel prokariotik, atau jika sel adalah eukariotik tetapi sementara memerlukan lebih banyak bahan bakar daripada respirasi aerobik sahaja yang boleh disediakan (seperti misalnya, sel-sel otot semasa latihan fizikal keras seperti menyanyi atau mengangkat berat), pyruvate memasuki laluan penapaian. Jika sel adalah eukariotik dan keperluan tenaganya adalah tipikal, ia bergerak di dalam piruvat dalam mitokondria dan mengambil bahagian dalam Kitaran Krebs: