תוֹכֶן
- מה זה גלוקוז?
- מה זה ATP?
- נשימה סלולרית
- גליקוליזה מוקדמת
- מאוחר יותר גליקוליזה
- מחזור קרבס
- שרשרת הובלות האלקטרונים
הגלוקוזה, סוכר בן שש פחמן, היא ה"קלט "הבסיסי במשוואה שמסמיכה את כל החיים. אנרגיה מבחוץ מומרת, בדרכים מסוימות, לאנרגיה לתא. לכל אורגניזם שחי, מהחבר הכי טוב שלך לחיידק הנמוך ביותר, יש תאים ששורפים גלוקוז לדלק ברמה המטבולית של השורש.
אורגניזמים נבדלים זה מזה עד כמה התאים שלהם יכולים לחלץ אנרגיה מגלוקוזה. בכל התאים אנרגיה זו היא בצורת אדנוזין טרי פוספט (ATP).
לכן, דבר אחד המשותף לכל התאים החיים הוא שהם מטבוליזציה של הגלוקוז ליצירת ATP. מולקולת גלוקוז נתונה שנכנסת לתא יכולה הייתה להתחיל כארוחת סטייק, כטרף של חיית בר, כחומר צמחי או כמשהו אחר.
בלי קשר, תהליכי עיכול וביוכימיה שונים פירקו את כל המולקולות הרב-פחמניות בכל החומרים שהאורגניזם נוטל לצורך הזנה לסוכר המונוסכרידי שנכנס למסלולי חילוף החומרים התאיים.
מה זה גלוקוז?
מבחינה כימית גלוקוז הוא א משושה סוכר, hex בהיותו הקידומת היוונית ל"שישה ", מספר אטומי הפחמן בגלוקוז. הנוסחה המולקולרית שלה היא ג6ח12הו6, נותן לו משקל מולקולרי של 180 גרם לשומה.
גלוקוז הוא גם א מונוסכריד זה סוכר שכולל רק יחידה בסיסית אחת, או מונומר. פרוקטוז היא דוגמא נוספת למונוסכריד סוכרוז, או סוכר שולחן (פרוקטוז פלוס גלוקוז), לקטוז גלוקוז פלוס גלקטוז מלטוז (גלוקוז פלוס גלוקוז) הם דיסכרידים.
שימו לב כי היחס בין אטומי פחמן, מימן וחמצן בגלוקוז הוא 1: 2: 1. למעשה, כל הפחמימות מציגות יחס זהה, והנוסחאות המולקולריות שלהן הן כולן בצורה Cnח2nהוn.
מה זה ATP?
ATP הוא א נוקלאוזידבמקרה זה אדנוזין, עם שלוש קבוצות פוספט צמודות אליו. זה למעשה הופך את זה ל נוקליאוטיד, כמו שגרעין הוא א פנטוזה סוכר (או ריבוז או deoxyribose) בשילוב עם בסיס חנקני (כלומר אדנין, ציטוזין, גואנין, תימין או אורציל), ואילו נוקלאוטיד הוא נוקלאוזיד עם אחת או יותר קבוצות פוספט. אך בצד המינוח, הדבר החשוב לדעת על ATP הוא שהוא מכיל אדנין, ריבוז ושרשרת של שלוש קבוצות פוספט (P).
ATP מתבצע באמצעות זרחן ולהבדיל, כאשר הקשר הפוספט הסופי ב- ATP הוא הידרוליזה, ADP ו- Pאני (פוספט אורגני) הם המוצרים. ATP נחשב ל"מטבע האנרגיה "של התאים שכן מולקולה יוצאת דופן זו משמשת לכוח כמעט בכל תהליך מטבולי.
נשימה סלולרית
נשימה סלולרית היא מערכת המסלול המטבולית באורגניזמים אוקריוטיים הממירה גלוקוז ל- ATP ולפחמן דו חמצני בנוכחות חמצן, מפטירה מים ומייצרת שפע של ATP (36 עד 38 מולקולות לכל מולקולת גלוקוז שהושקעה) בתהליך.
הנוסחה הכימית המאוזנת לתגובת הרשת הכוללת, למעט נשאי אלקטרונים ומולקולות אנרגיה, היא:
ג6ח12הו6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 ח2הו
הנשימה הסלולרית כוללת למעשה שלושה מסלולים ברורים ורצופים:
שני האחרונים בשלבים אלה תלויים בחמצן ויוצרים יחד נשימה אירובית. אולם לעיתים קרובות, בדיונים על חילוף החומרים האוקריוטים, גליקוליזה, אף שהיא אינה תלויה בחמצן, נחשבת לחלק מ"נשימה אירובית "מכיוון שכמעט כל המוצר העיקרי שלה, פירובטה, ממשיך ונכנס לשני המסלולים האחרים.
גליקוליזה מוקדמת
ב גליקוליזה מומר גלוקוז בסדרה של 10 תגובות למולקולת פירובט, עם א רווח נקי של שתי מולקולות של ATP ושתי מולקולות של "נשאת האלקטרונים" ניקוטינאמיד אדנין דינוקלוטיד (NADH). עבור כל מולקולת גלוקוזה שנכנסת לתהליך, נוצרות שתי מולקולות של פירובט, שכן לפירובאט יש שלושה אטומי פחמן לגלוקוזות שש.
בשלב הראשון, גלוקוז הוא זרחן להיות גלוקוז-6-פוספט (G6P). זה מתחייב לבצע חילוף חומרים של הגלוקוז ולא להיסחף החוצה דרך קרום התא, מכיוון שקבוצת הפוספט נותנת ל- G6P מטען שלילי. במהלך השלבים הבאים, המולקולה מסודרת מחדש לנגזרת סוכר אחרת ואז עוברת זרחן בפעם השנייה כדי להפוך פרוקטוז-1,6-ביספוספט.
שלבים מוקדמים אלה של גליקוליזה דורשים השקעה של שני ATP מכיוון שזה המקור לקבוצות הפוספט בתגובות הזרחוב.
מאוחר יותר גליקוליזה
הפרוקטוז-1,6-ביספוספט מתפצל לשתי מולקולות שלוש-פחמן שונות, כאשר כל אחת מהן נושאת קבוצת פוספט משלה; כמעט כל אחד מאלה מומר במהירות לשני, גליצראלדהיד-3-פוספט (G3P). לכן מנקודה זו קדימה, הכל משוכפל מכיוון שיש שני G3P לכל גלוקוז "במעלה הזרם".
מנקודה זו, ה- G3P זרחתי בצורת המייצרת גם NADH מהצורה המחומצנת NAD +, ואז שתי קבוצות הפוספט מוותרות על מולקולות ADP בצעדים מחדש של הסידור לייצור שתי מולקולות ATP יחד עם תוצר הפחמן הסופי של גליקוליזה, פירובטה.
מכיוון שזה קורה פעמיים לכל מולקולת גלוקוזה, המחצית השנייה של הגליקוליזה מייצרת ארבעה ATP עבור א נטו רווח מגליקוליזה של שני ATP (מכיוון ששניים נדרשו בשלב מוקדם של התהליך) ושני NADH.
מחזור קרבס
בתוך ה תגובה מכינהלאחר שהפירוב שנוצר בגלייקוליזה מוצא את דרכו מהציטופלזמה למטריצה המיטוכונדרית, הוא מומר תחילה לאצטט (CH)3COOH-) ו- CO2 (מוצר פסולת בתרחיש זה) ואז למתחם שנקרא אצטיל קואנזים A, או אצטיל CoA. בתגובה זו נוצר NADH. זה קובע את הבמה למחזור קרבס.
סדרה זו של שמונה תגובות נקראת כך מכיוון שאחד המגיבים בשלב הראשון, אוקסלואצטט, הוא גם המוצר בשלב האחרון. תפקידו של מחזור קרבס הוא של ספק ולא של יצרן: הוא מייצר רק שני ATP לכל מולקולת גלוקוז, אך תורם עוד שש NADH ושניים של FADH2, מוביל אלקטרונים נוסף וקרוב משפחה של NADH.
(שימו לב שזה אומר ATP אחד, שלושה NADH ואחד FADH2 לכל סיבוב של המחזור. לכל גלוקוז שנכנס לגליקוליזה, שתי מולקולות של אצטיל CoA נכנסות למחזור קרבס.)
שרשרת הובלות האלקטרונים
על בסיס גלוקוזה, האנרגיה המתקבלת עד לנקודה זו היא ארבעה ATP (שניים מגליקוליזה ושניים ממחזור קרבס), 10 NADH (שניים מגליקוליזה, שניים מתגובת ההכנה ושש ממחזור קרבס) ושני FADH2 ממעגל קרבס. בעוד שתרכובות הפחמן במחזור קרבס ממשיכות להסתובב במעלה הזרם, נשאי האלקטרונים עוברים מהמטריצה המיטוכונדרית אל הממברנה המיטוכונדרית.
כאשר NADH ו- FADH2 משחררים את האלקטרונים שלהם, אלה משמשים ליצירת שיפוע אלקטרוכימי על פני הממברנה המיטוכונדריה. שיפוע זה משמש להפעלת ההתקשרות של קבוצות פוספטים ל- ADP ליצירת ATP בתהליך שנקרא זרחן חמצוני, כך נקרא מכיוון שהמקבל האולטימטיבי של האלקטרונים הנחלשים מנשא אלקטרונים לנשא אלקטרונים בשרשרת הוא חמצן (O2).
מכיוון שכל NADH מניב שלושה ATP וכל FADH2 מניב שני ATP בזרחן חמצוני, זה מוסיף (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP לתערובת. כך מולקולה אחת של גלוקוז יכולה להניב עד 38 ATP באורגניזמים אוקריוטים.