תוֹכֶן
ניתן לחלק דברים חיים, שכולם מורכבים מתאים בודדים או יותר, לפרוקריוטים ואוקריוטים.
כמעט כל התאים מסתמכים גלוקוזה לצרכים המטבוליים שלהם, והצעד הראשון בפירוק מולקולה זו הוא סדרת התגובות שנקראת גליקוליזה (תרתי משמע, "פיצול גלוקוז"). ב גליקוליזה, מולקולת גלוקוז בודדת עוברת סדרת תגובות כדי להניב זוג מולקולות פירובט וכמות אנרגיה צנועה בצורה של אדנוזין טריפוספט (ATP).
הטיפול האולטימטיבי במוצרים אלה, לעומת זאת, משתנה בין סוג התא לסוג התא. אורגניזמים פרוקריוטיים אינם משתתפים ב נשימה אירובית. המשמעות היא שפרוקריוטות לא יכולות להשתמש בחמצן מולקולרי (O2). במקום זאת, הפירובה עוברת תסיסה (נשימה אנאירובית).
מקורות מסוימים כוללים גליקוליזה בתהליך של "נשימה תאית" באיקריוטות, מכיוון שהיא קודמת ישירות אירובי נשימה (כלומר מחזור קרבס וזרחן חמצוני בשרשרת ההובלה האלקטרונית). ביתר דיוק, הגליקוליזה עצמה אינה תהליך אירובי פשוט משום שהיא אינה מסתמכת על חמצן ומתרחשת בין אם O או לא2 נמצא.
עם זאת, מכיוון שגליקוליזה היא א תנאי מוקדם של הנשימה אירובית בכך שהיא מספקת פירובט לתגובותיו, טבעי ללמוד על שני המושגים בבת אחת.
מה בדיוק גלוקוז?
גלוקוזה היא סוכר בעל שישה פחמן המשמש כפחמימה יחידה חשובה בביוכימיה האנושית. פחמימות מכילות פחמן (C) ומימן (H) בנוסף לחמצן, ויחס C ל- H בתרכובות אלה הוא תמיד 1: 2.
סוכרים קטנים יותר מפחמימות אחרות, כולל עמילנים ותאית. למעשה, גלוקוז הוא לרוב יחידת משנה חוזרת, או מונומרבמולקולות מורכבות יותר אלה. הגלוקוז עצמו אינו מורכב ממונומרים, וככזה נחשב למונוסכריד ("סוכר אחד").
הנוסחה לגלוקוזה היא C6ח12O6. החלק העיקרי של המולקולה מורכב מטבעת משושה המכילה חמישה מאטומי C ואחד מאטומי ה- O. האטום C השישי והאחרון קיים בשרשרת צדדית עם קבוצת מתיל המכילה הידרוקסיל (-CH2אוה).
מסלול הגליקוליזה
תהליך הגליקוליזה, המתרחש בציטופלסמה של התא, מורכב מעשרה תגובות בודדות.
לרוב אין צורך לזכור את שמות כל מוצרי האנזימים הביניים. אבל, יש לך תחושה איתנה של התמונה הכוללת. זה לא רק מכיוון שגליקוליזה היא אולי התגובה היחידה הרלוונטית ביותר בתולדות החיים על כדור הארץ, אלא גם מכיוון שהצעדים ממחישים יפה מספר אירועים שכיחים בתוך תאים, כולל פעולה של אנזימים במהלך תגובות אקזוטרמיות (חיוביות אנרגטית).
כאשר הגלוקוזה נכנסת לתא, הוא מצורף על ידי האנזים הקסוקינאז ומוחלפת בו זרחן (כלומר, קבוצת פוספטים, לרוב כתוב Pi, מצורפת אליו). זה לוכד את המולקולה בתוך התא על ידי מתן מטען אלקטרוסטטי שלילי.
מולקולה זו מסדרת את עצמה מחדש לצורה זרחתית של פרוקטוזה, שעוברת לאחר מכן צעד זרחן נוסף והופכת לפרוקטוז-1,6-ביספוספט. לאחר מכן מפוצלת מולקולה זו לשתי מולקולות תלת-פחמניות דומות, שאחת מהן הופכת במהירות לשניה ליצירת שתי מולקולות של גליצראלדהיד-3-פוספט.
חומר זה מסודר למולקולה אחרת בעלת זרחן כפול לפני שהוספה המוקדמת של קבוצות פוספט מתהפכת בשלבים לא רצופים. בכל אחד מהשלבים הללו, מולקולה של דיפוספט אדנוזין (ADP) מתרחשת על ידי מתחם האנזים-מצע (שם המבנה שנוצר על ידי כל מולקולה המגיבה והאנזים שמניע את התגובה לקראת השלמתו).
ADP זה מקבל פוספט מכל אחת ממולקולות שלוש הפחמן הקיימות. בסופו של דבר, שתי מולקולות פירובטה יושבות בציטופלזמה, מוכנות לפריסה לכל מסלול שהתא דורש ממנו להיכנס או שהוא מסוגל לארח.
סיכום הגליקוליזה: תשומות ותפוקות
המגיב האמיתי היחיד לגליקוליזה הוא מולקולת גלוקוזה. שתי מולקולות של ATP ו- NAD + (ניקוטין אדנין דינוקלוטייד, נשא אלקטרונים) מוצגות במהלך סדרת התגובות.
לעיתים קרובות תראו את התהליך השלם של הנשימה סלולרית הרשומה עם גלוקוז וחמצן כגורמים המגיבים ופחמן דו חמצני ומים כמוצרים, יחד עם 36 (או 38) ATP. אבל גליקוליזה היא רק סדרת התגובות הראשונה שבסופו של דבר מגיעה למיצוי אירובי של אנרגיה רבה זו מגלוקוזה.
בסך הכל ארבע מולקולות ATP מיוצרים בתגובות הכוללות את מרכיבי השלושת-פחמן של גליקוליזה - שניים במהלך ההמרה של צמד מולקולות 1,3-ביספוספוליצרט לשתי מולקולות של 3-פוספוגליצרט, ושניים במהלך ההמרה של זוג מולקולות פוספנופירוברט לשניים מולקולות פירובטה המייצגות את סוף הגליקוליזה. כל אלה מסונתזים באמצעות זרחן ברמה המצעית, כלומר ה- ATP מגיע מתוספת ישירה של פוספט אנאורגני (Pi) ל- ADP ולא מתהווה כתוצאה מתהליך אחר.
יש צורך בשני ATP בשלב מוקדם של גליקוליזה, תחילה כאשר גלוקוז זרחתי לגלוקוז-6-פוספט ואז שני צעדים אחר כך כאשר פרוקטוז-6-פוספט זרחתי לפרוקטוז-1,6-ביספוספט. לפיכך, הרווח הנקי ב- ATP בגלייקוליזה כתוצאה ממולקולה אחת של גלוקוז העוברת את התהליך הוא שתי מולקולות, שקל לזכור אם אתה משייך אותה למספר מולקולות הפירובט שנוצרו.
בנוסף, במהלך ההמרה של glyceraldehyde-3-phosphate ל- 1,3-bisphosphoglycerate, שתי מולקולות של NAD + מצטמצמות לשתי מולקולות של NADH, כאשר האחרונה משמשת כמקור אנרגיה עקיף מכיוון שהן משתתפות בתגובות של, בין תהליכים אחרים, נשימה אירובית.
בקיצור, אפוא התפוקה הנקייה של הגליקוליזה היא 2 ATP, 2 פירובט ו- 2 NADH. זה בקושי אחד העשרים בכמות ה- ATP המיוצרת בהנשמה אירובית, אך מכיוון שפרוקריוטות הם ככלל קטנים ופחות מורכבים מאוקריוטים, עם דרישות מטבוליות קטנות יותר להתאמה, הם מסוגלים להסתדר למרות זאת פחות מ ערכת אידיאלי.
(דרך נוספת להסתכל על זה, כמובן, היא שהיעדר הנשימה האירובית בחיידקים מנע מהם להתפתח ליצורים גדולים ומגוונים יותר, לפי מה שזה משנה.)
גורל תוצרי הגליקוליזה
בפרוקריוטות, לאחר השלמת מסלול הגליקוליזה, האורגניזם שיחק כמעט בכל קלף מטבולי שיש לו. ניתן לחילוף חומרים של הפירובה עוד יותר ללקטט דרך תסיסה, או נשימה אנאירובית. מטרת התסיסה היא לא לייצר לקטט, אלא לחדש את NAD + מ- NADH כך שניתן להשתמש בו בגליקוליזה.
(שימו לב שהדבר נבדל מתסיסה של אלכוהול, בה מיוצר אתנול מפירובה תחת פעולת שמרים.)
באוקריוטות, רוב הפירובאט נכנס למערכת הצעדים הראשונה בהנשימה אירובית: מחזור קרבס, המכונה גם מחזור החומצה הטריקארבוקסילית (TCA) או מחזור חומצות לימון. זה מתרחש בתוך המיטוכונדריה, שם המיר את הפירווט לתרכובת דו-פחמנית אצטיל קואנזים A (CoA) ופחמן דו חמצני (CO)2).
תפקיד מחזור שמונה שלבים זה הוא לייצר נשאי אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה יותר לתגובות עוקבות - 3 NADH, FADH אחד2 (מופחת פלטין אדרן דיינקלוטייד) ו- GTP אחד (גואנוזין טריפוספט).
כאשר אלה נכנסים לשרשרת הובלת האלקטרונים בממברנה המיטוכונדרית, תהליך הנקרא זרחן חמצוני מעביר את האלקטרונים מהנשאים האנרגיים הגבוהים הללו למולקולות חמצן, והתוצאה הסופית היא ייצור של 36 (או אולי 38) מולקולות ATP למולקולת גלוקוז ". במעלה הזרם. "
היעילות והתפוקה הרבה יותר גדולה של חילוף חומרים אירוביים מסבירה למעשה את כל ההבדלים הבסיסיים כיום בין פרוקריוטות לאוקריוטות, כאשר הקודם הקודם, וסברו שהוליד, את האחרון.