Inhoud
- Wat is glucose precies?
- The Glycolysis Pathway
- Samenvatting van glycolyse: ingangen en uitgangen
- Het lot van de producten van glycolyse
Levende dingen, die allemaal bestaan uit een of meer individuele cellen, kunnen worden onderverdeeld in prokaryoten en eukaryoten.
Vrijwel alle cellen vertrouwen op glucose voor hun metabolische behoeften, en de eerste stap in de afbraak van dit molecuul is de reeks reacties genoemd glycolyse (letterlijk "glucose-splitsing"). Bij glycolyse ondergaat een enkel glucosemolecuul een reeks reacties om een paar pyruvaatmoleculen en een bescheiden hoeveelheid energie op te leveren in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP).
De uiteindelijke verwerking van deze producten varieert echter van celtype tot celtype. Prokaryotische organismen nemen niet deel aan aërobe ademhaling. Dit betekent dat prokaryoten geen gebruik kunnen maken van moleculaire zuurstof (O2). In plaats daarvan ondergaat het pyruvaat fermentatie (anaërobe ademhaling).
Sommige bronnen omvatten glycolyse in het proces van "cellulaire ademhaling" in eukaryoten, omdat dit direct voorafgaat aerobic ademhaling (d.w.z. de Krebs-cyclus en oxidatieve fosforylering in de elektronentransportketen). Om precies te zijn, glycolyse zelf is geen aëroob proces, simpelweg omdat het niet afhankelijk is van zuurstof en optreedt al dan niet O2 is aanwezig.
Omdat glycolyse echter een is voorwaarde van aërobe ademhaling in die zin dat het pyruvaat levert voor de reacties daarvan, het is natuurlijk om beide concepten tegelijkertijd te leren.
Wat is glucose precies?
Glucose is een suiker met zes koolstofatomen die dient als het belangrijkste enkelvoudige koolhydraat in de menselijke biochemie. Koolhydraten bevatten naast zuurstof koolstof (C) en waterstof (H), en de verhouding van C tot H in deze verbindingen is altijd 1: 2.
Suikers zijn kleiner dan andere koolhydraten, inclusief zetmeel en cellulose. In feite is glucose vaak een herhalende subeenheid, of monomeer, in deze meer complexe moleculen. Glucose zelf bestaat niet uit monomeren en wordt als zodanig beschouwd als een monosacharide ("één suiker").
De formule voor glucose is C6H12O6. Het hoofdgedeelte van het molecuul bestaat uit een zeshoekige ring met vijf van de C-atomen en een van de O-atomen. Het zesde en laatste C-atoom bestaat in een zijketen met een hydroxyl-bevattende methylgroep (-CH2OH).
The Glycolysis Pathway
Het proces van glycolyse, dat plaatsvindt in het celcytoplasma, bestaat uit 10 individuele reacties.
Het is meestal niet nodig om de namen van alle tussenproducten en enzymen te onthouden. Maar het is handig om een goed beeld te hebben van het totaalbeeld. Dit is niet alleen omdat glycolyse misschien de meest relevante reactie in de geschiedenis van het leven op aarde is, maar ook omdat de stappen een aantal veel voorkomende gebeurtenissen in cellen illustreren, waaronder de werking van enzymen tijdens exotherme (energetisch gunstige) reacties.
Wanneer glucose een cel binnenkomt, wordt het aangesproken door het enzym hexokinase en gefosforyleerd (dat wil zeggen dat een fosfaatgroep, vaak geschreven Pi, eraan wordt toegevoegd). Dit houdt het molecuul vast in de cel door het een negatieve elektrostatische lading te geven.
Dit molecuul herschikt zichzelf in een gefosforyleerde vorm van fructose, die vervolgens een andere fosforyleringsstap ondergaat en fructose-1,6-bisfosfaat wordt. Dit molecuul wordt vervolgens gesplitst in twee vergelijkbare drie-koolstofmoleculen, waarvan de ene snel wordt omgezet in de andere om twee moleculen glyceraldehyde-3-fosfaat op te leveren.
Deze stof wordt herschikt in een ander dubbel gefosforyleerd molecuul voordat de vroege toevoeging van fosfaatgroepen in niet-opeenvolgende stappen wordt omgekeerd. In elk van deze stappen gebeurt een molecuul adenosinedifosfaat (ADP) door het enzym-substraatcomplex (de naam voor de structuur die wordt gevormd door welk molecuul dan ook reageert en het enzym dat de reactie aanzet tot voltooiing).
Dit ADP accepteert een fosfaat van elk van de aanwezige drie koolstofmoleculen. Uiteindelijk zitten er twee pyruvaatmoleculen in het cytoplasma, klaar voor inzet op elk pad dat de cel nodig heeft om te betreden of in staat is om te hosten.
Samenvatting van glycolyse: ingangen en uitgangen
De enige echte reactant van glycolyse is een glucosemolecule. Twee moleculen van ATP en NAD + (nicotinamide adenine dinucleotide, een elektrondrager) worden geïntroduceerd tijdens de reeks reacties.
U zult vaak het volledige proces van cellulaire ademhaling zien vermeld met glucose en zuurstof als de reactanten en kooldioxide en water als de producten, samen met 36 (of 38) ATP. Maar glycolyse is slechts de eerste reeks reacties die uiteindelijk culmineert in de aerobe extractie van zoveel energie uit glucose.
Een totaal van vier ATP-moleculen worden geproduceerd in de reacties waarbij de drie koolstofcomponenten van glycolyse betrokken zijn - twee tijdens de conversie van het paar 1,3-bisfosfoglyceraatmoleculen in twee moleculen van 3-fosfoglyceraat, en twee tijdens de conversie van een paar fosfoenolpyruvaatmoleculen in de twee pyruvaatmoleculen die het einde van glycolyse vertegenwoordigen. Deze worden allemaal gesynthetiseerd via fosforylering op substraatniveau, wat betekent dat de ATP afkomstig is van de directe toevoeging van anorganisch fosfaat (Pi) aan ADP in plaats van te worden gevormd als gevolg van een ander proces.
Twee ATP zijn vroeg in glycolyse nodig, eerst wanneer glucose wordt gefosforyleerd tot glucose-6-fosfaat, en vervolgens twee stappen later wanneer fructose-6-fosfaat wordt gefosforyleerd tot fructose-1,6-bisfosfaat. De netto winst in ATP in glycolyse als gevolg van het ondergaan van één glucosemolecuul is dus twee moleculen, wat gemakkelijk te onthouden is als u het associeert met het aantal gecreëerde pyruvaatmoleculen.
Bovendien worden tijdens de omzetting van glyceraldehyde-3-fosfaat in 1,3-bisfosfoglyceraat twee moleculen van NAD + gereduceerd tot twee moleculen van NADH, waarbij de laatste dient als een indirecte energiebron omdat ze deelnemen aan de reacties van onder andere andere processen, aerobe ademhaling.
Kortom, de netto opbrengst van glycolyse is daarom 2 ATP, 2 pyruvaat en 2 NADH. Dit is amper een twintigste van de hoeveelheid ATP die wordt geproduceerd bij aerobe ademhaling, maar omdat prokaryoten in de regel veel kleiner en minder complex zijn dan eukaryoten, met kleinere metabole eisen om aan te passen, zijn ze toch in staat om rond te komen ideaal schema.
(Een andere manier om hiernaar te kijken is natuurlijk dat het gebrek aan aërobe ademhaling in bacteriën ervoor heeft gezorgd dat ze zich niet hebben ontwikkeld tot grotere, meer diverse wezens, voor wat het belangrijk maakt.)
Het lot van de producten van glycolyse
In prokaryoten heeft het organisme, zodra het glycolysepad is voltooid, bijna elke metabole kaart gespeeld die het heeft. Het pyruvaat kan verder worden gemetaboliseerd via lactaat fermentatieof anaërobe ademhaling. Het doel van fermentatie is niet om lactaat te produceren, maar om NAD + uit NADH te regenereren, zodat het kan worden gebruikt in glycolyse.
(Merk op dat dit verschilt van alcoholfermentatie, waarbij ethanol wordt geproduceerd uit pyruvaat onder invloed van gist.)
In eukaryoten komt het grootste deel van het pyruvaat in de eerste reeks stappen in aërobe ademhaling: de Krebs-cyclus, ook wel de tricarbonzuur (TCA) -cyclus of de citroenzuurcyclus genoemd. Dit gebeurt binnen de mitochondriën, waar het pyruvaat wordt omgezet in de twee-koolstofverbinding acetylco-enzym A (CoA) en kooldioxide (CO2).
De rol van deze achtstappencyclus is het produceren van meer hoog-energetische elektronendragers voor volgende reacties - 3 NADH, één FADH2 (gereduceerd flavine adenine dinucleotide) en één GTP (guanosine trifosfaat).
Wanneer deze de elektronentransportketen op het mitochondriale membraan binnenkomen, verschuift een proces genaamd oxidatieve fosforylering de elektronen van deze energiedragers naar zuurstofmoleculen, met als eindresultaat de productie van 36 (of mogelijk 38) ATP-moleculen per glucosemolecule " stroomopwaarts."
De veel grotere efficiëntie en opbrengst van aëroob metabolisme verklaart in wezen alle basisverschillen vandaag tussen prokaryoten en eukaryoten, waarvan de eerste daaraan voorafging en waarvan werd aangenomen dat deze de oorzaak was.