Cara Memetabolisme Glukosa untuk Membuat ATP

Kandungan

• Apakah Glukosa?
• Apakah ATP?
• Pernafasan Selular
• Glikolisis awal
• Kemudian Glikolisis
• Kitaran Krebs
• Rangkaian Pengangkutan Elektron

Glukosa, gula enam-karbon, adalah "input" asas dalam persamaan yang menguasai seluruh kehidupan. Tenaga dari luar adalah, dengan cara tertentu, ditukar kepada tenaga untuk sel. Setiap organisma yang hidup, dari rakan terbaik anda ke bakteria paling rendah, mempunyai sel yang membakar glukosa untuk bahan bakar pada tahap metabolik akar.

Organisma berbeza-beza di mana sel mereka boleh mengeluarkan tenaga daripada glukosa. Dalam semua sel, tenaga ini adalah dalam bentuk adenosine triphosphate (ATP).

Oleh itu, satu perkara semua sel hidup mempunyai persamaan ialah mereka memetabolisme glukosa untuk menjadikan ATP. Molekul glukosa yang diberikan memasuki sel boleh dimulakan sebagai makan malam stik, sebagai mangsa binatang liar, sebagai pokok tumbuhan atau sebagai sesuatu yang lain.

Walau apa pun, pelbagai proses pencernaan dan biokimia telah merosakkan semua molekul berbilang karbon dalam apa jua bahan yang menyembuhkan organisme untuk makanan kepada gula monosakarida yang memasuki jalur metabolik selular.

Apakah Glukosa?

Secara kimia, glukosa adalah a hexose gula, hex sebagai awalan Yunani untuk "enam," bilangan atom karbon dalam glukosa. Rumusan molekulnya ialah C₆H₁₂O₆, memberikannya berat molekul sebanyak 180 gram setiap mol.

Glukosa juga a monosakarida di dalamnya adalah gula yang merangkumi hanya satu unit asas, atau monomer. Fruktosa adalah satu lagi contoh monosakarida, sementara sukrosa, atau gula jadual (fruktosa ditambah glukosa), laktosa (glukosa ditambah galaktosa) dan maltose (glukosa ditambah glukosa) adalah disaccharides.

Perhatikan bahawa nisbah karbon, hidrogen dan atom oksigen dalam glukosa ialah 1: 2: 1. Semua karbohidrat, sebenarnya, menunjukkan nisbah yang sama, dan formula molekul mereka adalah semua bentuk C_nH_2nO_n.

Apakah ATP?

ATP adalah a nukleosida, dalam kes ini adenosin, dengan tiga kumpulan fosfat yang dilampirkan padanya. Ini sebenarnya menjadikannya a nukleotida, sebagai nukleosida adalah a pentose gula (sama ada ribose atau deoxyribosedigabungkan dengan asas nitrogen (iaitu, adenin, sitosin, guanin, timin atau uracil), manakala nukleotida adalah nukleosida dengan satu atau lebih kumpulan fosfat yang dilampirkan. Tetapi terminologi mengetepikan, perkara penting yang perlu diketahui mengenai ATP ialah ia mengandungi adenine, ribose dan rantai tiga kumpulan fosfat (P).

ATP dibuat melalui fosforilasi daripada adenosin difosfat (ADP), dan sebaliknya, apabila ikatan fosfat terminal dalam ATP adalah dihidrolisiskan, ADP dan P_i (fosfat bukan organik) adalah produk. ATP dianggap "mata wang tenaga" sel kerana molekul luar biasa ini digunakan untuk menguasai hampir semua proses metabolik.

Pernafasan Selular

Pernafasan selular adalah satu set jalur metabolik dalam organisma eukariotik yang menukarkan glukosa kepada ATP dan karbon dioksida dengan kehadiran oksigen, memberi air dan menghasilkan kekayaan ATP (36 hingga 38 molekul per molekul glukosa yang dilaburkan) dalam proses tersebut.

Rumusan kimia seimbang untuk reaksi bersih keseluruhan, tidak termasuk pembawa elektron dan molekul tenaga, adalah:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Pernafasan selular sebenarnya termasuk tiga laluan yang berbeza dan berurutan:

Kedua-dua peringkat terakhir ini bergantung kepada oksigen dan bersama-sama membentuk respirasi aerobik. Walau bagaimanapun, dalam perbincangan mengenai metabolisme eukariotik, glikolisis, walaupun ia tidak bergantung kepada oksigen, dianggap sebagai "pernafasan aerobik" kerana hampir semua produk utamanya, piruvat, pergi untuk memasuki dua laluan lain.

Glikolisis awal

Dalam glikolisis, glukosa ditukar dalam siri 10 reaksi ke dalam piruvat molekul, dengan a keuntungan bersih dua molekul ATP dan dua molekul "pembawa elektron" nikotinamide adenine dinucleotide (NADH). Bagi setiap molekul glukosa yang memasuki proses itu, dua molekul piruvat dihasilkan, kerana piruvat mempunyai tiga atom karbon untuk glukosa enam.

Dalam langkah pertama, glukosa menjadi fosforilasi untuk menjadi glukosa-6-fosfat (G6P). Ini melakukan glukosa untuk dimetabolisme dan bukannya melayang keluar melalui membran sel, kerana kumpulan fosfat memberikan G6P caj negatif. Dalam beberapa langkah yang akan datang, molekul disusun semula menjadi turunan gula yang berbeza dan kemudian dimodelkan untuk kedua kalinya untuk menjadi fruktosa-1,6-bisphosphate.

Langkah awal glikolisis memerlukan pelaburan dua ATP kerana ini adalah sumber kumpulan fosfat dalam tindak balas fosforilasi.

Kemudian Glikolisis

Fruktosa-1,6-bisphosphate terbahagi kepada dua molekul tiga-karbon berbeza, masing-masing mempunyai kumpulan fosfat sendiri; hampir semua daripada ini, dengan cepat ditukar kepada yang lain, gliseraldehid-3-fosfat (G3P). Oleh itu dari sudut ini ke hadapan, segala-galanya diduplikasi kerana terdapat dua G3P bagi setiap glukosa "hulu."

Dari titik ini, G3P di fosforilasi dalam satu langkah yang juga menghasilkan NADH dari bentuk teroksida NAD +, dan kemudian dua kumpulan fosfat diberikan kepada molekul ADP dalam langkah penyusunan semula berikutnya untuk menghasilkan dua molekul ATP bersama dengan produk karbon akhir glikolisis, piruvat.

Oleh kerana ini berlaku dua kali ganda bagi setiap molekul glukosa, separuh kedua glikolisis menghasilkan empat ATP untuk a bersih keuntungan dari glikolisis dua ATP (sejak dua diperlukan awal dalam proses) dan dua NADH.

Kitaran Krebs

Di dalam reaksi persediaan, selepas piruvat yang dihasilkan dalam glikolisis mendapati jalannya dari sitoplasma ke dalam matriks mitokondria, ia ditukarkan terlebih dahulu kepada asetat (CH₃COOH-) dan CO₂ (produk sisa dalam senario ini) dan kemudian ke sebatian yang dipanggil acetyl coenzyme A, atau acetyl CoA. Dalam tindak balas ini, NADH dihasilkan. Ini menetapkan peringkat untuk kitaran Krebs.

Siri lapan reaksi ini dinamakan begitu kerana salah satu reaktan dalam langkah pertama, oksaloasetat, juga merupakan produk dalam langkah terakhir. Tugas kitaran Krebs adalah pembekal bukannya pengeluar: Ia menghasilkan hanya dua ATP setiap molekul glukosa, tetapi menyumbang enam NADH dan dua FADH₂, pembawa elektron lain dan saudara terdekat NADH.

(Perhatikan bahawa ini bermakna satu ATP, tiga NADH dan satu FADH₂ setiap pusingan kitaran. Bagi setiap glukosa yang memasuki glikolisis, dua molekul asetil CoA memasuki kitaran Krebs.)

Rangkaian Pengangkutan Elektron

Pada asas per-glukosa, tenaga tally ke titik ini adalah empat ATP (dua dari glikolisis dan dua dari kitaran Krebs), 10 NADH (dua dari glikolisis, dua dari reaksi persediaan dan enam dari kitaran Krebs) dan dua FADH₂ dari kitaran Krebs. Senyawa karbon dalam kitaran Krebs terus berputar di hulu, pembawa elektron berpindah dari matriks mitokondria ke membran mitokondria.

Apabila NADH dan FADH₂ melepaskan elektron mereka, ini digunakan untuk mencipta kecerunan elektrokimia merentas membran mitokondria. Kecerunan ini digunakan untuk menggerakkan kumpulan fosfat ke ADP untuk menghasilkan ATP dalam proses yang dipanggil fosforilasi oksidatif, dinamakan demikian kerana penerima akhir elektron yang melelong dari pembawa elektron ke pembawa elektron dalam rantai adalah oksigen (O₂).

Kerana setiap NADH menghasilkan tiga ATP dan setiap FADH₂ menghasilkan dua ATP dalam fosforilasi oksidatif, ini menambahkan (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP ke campuran. Oleh itu satu molekul glukosa boleh menghasilkan sehingga 38 ATP dalam organisma eukariotik.