NộI Dung
- Glucose: Định nghĩa
- Glucose, các loại tế bào và chuyển hóa
- Quá trình Glycolysis
- Glycolysis sớm
- Glycolysis sau này
- Quá trình sau Glycolysis
Glucose là nguồn nhiên liệu di động cuối cùng cho tất cả các sinh vật sống, với năng lượng trong các liên kết hóa học của nó được sử dụng để tổng hợp adenosine triphosphate (ATP) theo nhiều cách liên kết và phụ thuộc lẫn nhau. Khi một phân tử của đường sáu carbon này (tức là hexose) đi qua màng plasma của tế bào từ bên ngoài để đi vào tế bào chất, nó sẽ ngay lập tức phosphoryl hóa - đó là, một nhóm phốt phát, mang điện tích âm, được gắn vào một phần của phân tử glucose. Điều này dẫn đến một khoản phí âm cho những gì sau đó đã trở thành một glucose-6-phosphate phân tử, ngăn nó rời khỏi tế bào.
Sinh vật nhân sơ, bao gồm các miền Vi khuẩn và Archaea, không có các bào quan liên kết màng, bao gồm cả ty thể trong đó sinh vật nhân chuẩn tổ chức chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử phụ thuộc oxy. Do đó, prokaryote không tham gia hô hấp hiếu khí ("với oxy"), thay vào đó lấy được gần như toàn bộ năng lượng của chúng từ quá trình glycolysis, quá trình kỵ khí cũng hoạt động trước quá trình hô hấp hiếu khí được thực hiện trong các tế bào nhân chuẩn.
Glucose: Định nghĩa
Vì glucose là một trong những phân tử quan trọng nhất trong hóa sinh và là điểm khởi đầu của một loạt các phản ứng quan trọng nhất trong biên niên sử của sự sống trên hành tinh Trái đất, nên thảo luận ngắn gọn về cấu trúc và hành vi của phân tử này.
Còn được biết là dextrose (thường liên quan đến các hệ thống phi sinh học, chẳng hạn như glucose làm từ ngô) và đường huyết (liên quan đến các hệ thống sinh học, ví dụ, trong khuyết điểm y tế), glucose là một phân tử sáu carbon với công thức hóa học C6H12Ôi6. Trong máu người, nồng độ glucose bình thường là khoảng 100 mg / dL. 100 mg là một phần mười gam, trong khi dL là một phần mười của một lít; điều này đạt đến một gram trên mỗi lít, và vì một người trung bình có khoảng 4 lít máu, hầu hết mọi người có khoảng 4 g glucose trong máu bất cứ lúc nào - chỉ khoảng một phần bảy của một ounce.
Năm trong số sáu nguyên tử carbon (C) trong glucose ngồi trong vòng sáu nguyên tử hình thành rằng phân tử giả định 99,98 phần trăm thời gian trong tự nhiên. Nguyên tử vòng thứ sáu là một oxy (O), với C thứ sáu được gắn vào một trong các vòng C là một phần của hydroxymethyl (-CH2OH) nhóm. Đó là ở nhóm hydroxyl (-OH) chất vô cơ (Pi) được gắn vào trong quá trình phosphoryl hóa bẫy các phân tử trong tế bào chất của tế bào.
Glucose, các loại tế bào và chuyển hóa
Prokaryote là nhỏ (phần lớn áp đảo là đơn bào) và đơn giản (một tế bào hầu hết trong số chúng không có nhân và các bào quan có màng khác). Điều này có thể giữ cho chúng không thanh lịch và thú vị trong hầu hết các cách như sinh vật nhân chuẩn, nhưng nó cũng giữ cho nhu cầu nhiên liệu của chúng tương đối thấp.
Trong cả prokaryote và eukaryote, glycolysis là bước đầu tiên trong quá trình chuyển hóa glucose. Sự phosphoryl hóa glucose khi đi vào tế bào bằng cách khuếch tán qua màng plasma là bước đầu tiên trong quá trình đường phân, được mô tả chi tiết trong phần tiếp theo.
Khi kết thúc quá trình glycolysis, phân tử glucose đã được sử dụng để tạo ra hai phân tử pyruvate ba carbon, hai phân tử được gọi là nicotinamide adenine dinucleotide năng lượng cao (NADH) và tăng hai phân tử ATP.
Tại thời điểm này, ở sinh vật nhân sơ, pyruvate thường bước vào quá trình lên men, một quá trình kỵ khí với một số biến thể khác nhau sẽ được khám phá ngay sau đây. Nhưng một số vi khuẩn đã phát triển khả năng hô hấp hiếu khí ở một mức độ nào đó và được gọi là anaerobes khoa. Vi khuẩn chỉ có thể lấy năng lượng từ glycolysis được gọi là bắt buộc kị khívà nhiều trong số này thực sự bị giết bởi oxy. Một số ít vi khuẩn thậm chí còn aerobes bắt buộc, có nghĩa là, giống như bạn, họ có một yêu cầu tuyệt đối về oxy. Cho rằng vi khuẩn đã có khoảng 3,5 tỷ năm để thích nghi với nhu cầu của môi trường thay đổi Trái đất, không có gì đáng ngạc nhiên khi chúng chỉ huy một loạt các chiến lược sinh tồn trao đổi chất cơ bản.
Quá trình Glycolysis
Glycolysis bao gồm 10 phản ứng, đó là một số tròn, đẹp, nhưng bạn không nhất thiết phải ghi nhớ tất cả các sản phẩm, sản phẩm trung gian và enzyme trong tất cả các bước này. Thay vào đó, trong khi một số chi tiết vụn vặt này rất thú vị và hữu ích để biết, thì điều quan trọng hơn là phải hiểu gì xảy ra trong glycolysis tổng thể, và tại sao nó xảy ra (về cả vật lý cơ bản và nhu cầu của tế bào).
Glycolysis được thu nhận trong phản ứng sau, là tổng của 10 phản ứng riêng lẻ của nó:
C6H12Ôi6 → 2 C3H4Ôi3 + 2 ATP + 2 NADH
Nói một cách dễ hiểu, trong phương pháp glycolysis, một phân tử glucose đơn được phân tách thành hai phân tử pyruvate và trên đường đi, một vài phân tử nhiên liệu và một cặp phân tử "tiền nhiên liệu" được tạo ra. ATP là loại tiền gần như phổ biến cho năng lượng trong các quá trình tế bào, trong khi NADH, dạng khử của NAD + hoặc nicotinamide adenine dinucleotide, hoạt động như một chất mang điện tử năng lượng cao cuối cùng tặng các electron đó, dưới dạng các ion hydro (H +), đến các phân tử oxy ở cuối chuỗi vận chuyển điện tử trong chuyển hóa hiếu khí, dẫn đến ATP nhiều hơn so với glycolysis một mình có thể cung cấp.
Glycolysis sớm
Sự phosphoryl hóa glucose sau khi xâm nhập vào tế bào chất dẫn đến glucose-6-phosphate (G-6-P). Phosphate đến từ ATP và sự kết hợp của nó vào lá glucose adenosine diphosphate (ADP) phía sau. Như đã lưu ý, bẫy này trong glucose của tế bào.
Tiếp theo, G-6-P được chuyển đổi thành fructose-6-phosphate (F-6-P). Đây là đồng phân hóa phản ứng, bởi vì chất phản ứng và sản phẩm là đồng phân của nhau - các phân tử có cùng số lượng của từng loại nguyên tử, nhưng có sự sắp xếp không gian khác nhau. Trong trường hợp này, vòng fructose chỉ có năm nguyên tử. Enzim chịu trách nhiệm cho hành động tung hứng nguyên tử này được gọi là phosphoglucose isomerase. (Hầu hết các tên enzyme, trong khi thường cồng kềnh, ít nhất là có ý nghĩa hoàn hảo.)
Trong phản ứng thứ ba của glycolysis, F-6-P được chuyển đổi thành fructose-1,6-bisphosphate (F-1,6-BP). Trong bước phosphoryl hóa này, một lần nữa phosphate đến từ ATP, nhưng lần này nó được thêm vào một nguyên tử carbon khác. Enzyme chịu trách nhiệm là phosphofurationokinase (PFK).
Trong phản ứng thứ tư của glycolysis, phân tử F-1,6-BP, khá không ổn định do liều nhóm phosphat gấp đôi của nó, bị phân tách bởi enzyme aldolase vào các phân tử mang ba nhóm, đơn photphat glyceraldehyd 3-phosphate (GAP) và dihydroxyacetone (DHAP). Đây là các chất đồng phân và DHAP nhanh chóng được chuyển đổi thành GAP trong bước thứ năm của quá trình glycolysis bằng cách đẩy từ enzyme đồng phân phốt phát (THỜI GIAN).
Ở giai đoạn này, phân tử glucose ban đầu đã trở thành hai phân tử phosphoryl hóa đơn lẻ, giống hệt nhau, với giá của hai ATP. Từ thời điểm này trở đi, mỗi phản ứng mô tả của glycolysis xảy ra hai lần cho mỗi phân tử glucose trải qua quá trình glycolysis.
Glycolysis sau này
Trong phản ứng thứ sáu của glycolysis, GAP được chuyển đổi thành 1,3-bisphosphoglycerate (1,3-BPG) dưới ảnh hưởng của glyceraldehyd 3-phosphate dehydrogenase. Enzym dehydrogenase loại bỏ các nguyên tử hydro (tức là, proton). Hydro được giải phóng khỏi GAP trở nên gắn liền với phân tử NAD +, mang lại NADH. Bởi vì phân tử ban đầu của glucose ngược dòng đã tạo ra hai các phân tử GAP, sau phản ứng này, hai các phân tử của NADH đã được tạo ra.
Trong phản ứng glycolysis thứ bảy, một trong những phản ứng phosphoryl hóa của glycolysis sớm, về hiệu quả, đã đảo ngược. Khi enzyme phosphoglycerate kinase loại bỏ một nhóm phốt phát từ 1,3-BPG, kết quả là 3-phosphoglycerate (3-PG). Các phốt phát đã bị tước khỏi hai phân tử 1,3-BPG được gắn vào một ADP để tạo thành hai ATP. Điều này có nghĩa là hai ATP "mượn" ở bước một và ba được "trả lại" trong phản ứng thứ bảy.
Trong bước tám, 3-PG được chuyển đổi thành 2-phosphoglycerate (2-PG) bởi đột biến phosphoglycerate, đưa một nhóm phốt phát còn lại vào một nguyên tử carbon khác. Một mutase khác với một isomease ở chỗ nó ít nặng tay hơn trong hành động của nó; thay vì sắp xếp lại cấu trúc của một phân tử, họ chỉ đơn thuần chuyển một trong các nhóm bên của nó sang một vị trí mới, để lại toàn bộ xương sống, vòng, v.v.
Trong phản ứng thứ chín của glycolysis, 2-PG được chuyển đổi thành phosphoenolpyruvate (PEP) dưới tác động của enolase. Một enol là một hợp chất có liên kết đôi carbon-carbon, trong đó một trong các nguyên tử cacbon cũng liên kết với một nhóm hydroxyl.
Cuối cùng, phản ứng thứ mười và cuối cùng của glycolysis, PEP được chuyển thành pyruvate nhờ enzyme pyruvate kinase. Các nhóm phốt phát ra từ hai PEP được gắn vào các phân tử ADP, thu được hai ATP và hai pyruvate, công thức của nó là (C3H4Ôi3) hoặc là (CH3) CO (COOH). Do đó, quá trình xử lý kỵ khí ban đầu của một phân tử glucose thu được hai phân tử pyruvate, hai ATP và hai phân tử NADH.
Quá trình sau Glycolysis
Pyruvate cuối cùng được tạo ra bởi sự xâm nhập của glucose vào các tế bào có thể đi theo một trong hai con đường. Nếu tế bào là prokaryotic, hoặc nếu tế bào là sinh vật nhân chuẩn nhưng tạm thời cần nhiều nhiên liệu hơn chỉ có hô hấp hiếu khí (ví dụ như, các tế bào cơ trong quá trình tập luyện thể chất cứng như hát hoặc nâng tạ), pyruvate đi vào con đường lên men. Nếu tế bào là sinh vật nhân chuẩn và các yêu cầu năng lượng của nó là điển hình, nó di chuyển pyruvate bên trong ty thể và tham gia vào chu trình Krebs: