NộI Dung
- Glucose là gì?
- ATP là gì?
- Hô hấp tế bào
- Glycolysis sớm
- Glycolysis sau này
- Chu trình Krebs
- Chuỗi vận chuyển điện tử
Glucose, một loại đường sáu carbon, là "đầu vào" cơ bản trong phương trình cung cấp năng lượng cho tất cả sự sống. Năng lượng từ bên ngoài, bằng một cách nào đó, được chuyển đổi thành năng lượng cho tế bào. Mọi sinh vật còn sống, từ người bạn thân nhất của bạn đến vi khuẩn thấp nhất, đều có các tế bào đốt cháy glucose làm nhiên liệu ở mức độ trao đổi chất gốc.
Các sinh vật khác nhau trong phạm vi mà các tế bào của chúng có thể trích xuất năng lượng từ glucose. Trong tất cả các tế bào, năng lượng này ở dạng adenosine triphosphate (ATP).
Do đó, một điều Tất cả các tế bào sống đều có điểm chung là chúng chuyển hóa glucose để tạo ATP. Một phân tử glucose nhất định đi vào một tế bào có thể đã bắt đầu như một bữa tối bít tết, như con mồi của động vật hoang dã, như thực vật hoặc như một thứ khác.
Bất kể, các quá trình tiêu hóa và sinh hóa khác nhau đã phá vỡ tất cả các phân tử đa carbon trong bất kỳ chất nào mà sinh vật ăn vào để nuôi dưỡng đường monosacarit đi vào con đường trao đổi chất của tế bào.
Glucose là gì?
Về mặt hóa học, glucose là một hexose Đường, lục giác là tiền tố Hy Lạp cho "sáu", số lượng nguyên tử carbon trong glucose. Công thức phân tử của nó là C6H12Ôi6, cho nó trọng lượng phân tử 180 gram mỗi mol.
Glucose cũng là một monosacarit trong đó là một loại đường chỉ bao gồm một đơn vị cơ bản, hoặc monome. Fructose là một ví dụ khác của một monosacarit, trong khi sucrosehoặc đường ăn (fructose cộng với glucose), đường sữa (glucose cộng với galactose) và maltose (glucose cộng với glucose) là disacarit.
Lưu ý rằng tỷ lệ các nguyên tử carbon, hydro và oxy trong glucose là 1: 2: 1. Trên thực tế, tất cả các carbohydrate đều cho thấy tỷ lệ này và các công thức phân tử của chúng đều có dạng Cviết sai rồiH2nÔiviết sai rồi.
ATP là gì?
ATP là một nucleoside, trong trường hợp này là adenosine, với ba nhóm phosphate gắn vào nó. Điều này thực sự làm cho nó một nucleotide, như một nucleoside là một pentose đường (một trong hai ribose hoặc là deoxyribose) kết hợp với một cơ sở chứa nitơ (tức là adenine, cytosine, guanine, thymine hoặc uracil), trong khi nucleotide là một nucleoside có gắn một hoặc nhiều nhóm phosphate. Nhưng thuật ngữ sang một bên, điều quan trọng cần biết về ATP là nó có chứa adenine, ribose và một chuỗi ba nhóm phosphate (P).
ATP được thực hiện thông qua phosphoryl hóa của adenosine diphosphate (ADP) và ngược lại, khi liên kết phốt phát cuối cùng trong ATP là thủy phân, ADP và PTôi (phốt phát vô cơ) là các sản phẩm. ATP được coi là "tiền tệ năng lượng" của các tế bào vì phân tử phi thường này được sử dụng để cung cấp năng lượng cho hầu hết mọi quá trình trao đổi chất.
Hô hấp tế bào
Hô hấp tế bào là tập hợp các con đường trao đổi chất ở sinh vật nhân thực chuyển đổi glucose thành ATP và carbon dioxide khi có oxy, tạo ra nước và tạo ra vô số ATP (36 đến 38 phân tử trên mỗi phân tử glucose được đầu tư) trong quá trình này.
Công thức hóa học cân bằng cho phản ứng mạng tổng thể, ngoại trừ các chất mang điện tử và các phân tử năng lượng, là:
C6H12Ôi6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2Ôi
Hô hấp tế bào thực sự bao gồm ba con đường riêng biệt và tuần tự:
Hai giai đoạn sau là phụ thuộc oxy và cùng nhau tạo nên hô hấp hiếu khí. Tuy nhiên, thông thường, trong các cuộc thảo luận về chuyển hóa nhân thực, glycolysis, mặc dù nó không phụ thuộc vào oxy, được coi là một phần của "hô hấp hiếu khí" bởi vì hầu hết tất cả các sản phẩm chính của nó, pyruvate, tiếp tục đi vào hai con đường khác.
Glycolysis sớm
Trong glycolysis, glucose được chuyển đổi trong một chuỗi 10 phản ứng thành pyruvate phân tử, với một mức tăng ròng của hai phân tử ATP và hai phân tử của "chất mang điện tử" nicotinamide adenine dinucleotide (NADH). Đối với mỗi phân tử glucose tham gia vào quá trình, hai phân tử pyruvate được tạo ra, vì pyruvate có ba nguyên tử carbon để glucose sáu.
Trong bước đầu tiên, glucose được phosphoryl hóa để trở thành glucose-6-phosphate (G6P). Điều này cam kết glucose được chuyển hóa thay vì trôi ngược ra khỏi màng tế bào, bởi vì nhóm phốt phát mang lại cho G6P một điện tích âm. Trong vài bước tiếp theo, phân tử được sắp xếp lại thành một dẫn xuất đường khác và sau đó được phosphoryl hóa lần thứ hai để trở thành fructose-1,6-bisphosphate.
Những bước đầu tiên của quá trình đường phân đòi hỏi phải đầu tư hai ATP vì đây là nguồn gốc của các nhóm phốt phát trong các phản ứng phosphoryl hóa.
Glycolysis sau này
Fructose-1,6-bisphosphate phân tách thành hai phân tử ba carbon khác nhau, mỗi phân tử mang nhóm photphat riêng; hầu hết tất cả những thứ này, nhanh chóng được chuyển đổi sang cái khác, glyceraldehyd-3-phosphate (G3P). Do đó, từ thời điểm này trở đi, mọi thứ đều được nhân đôi vì có hai G3P cho mỗi glucose "ngược dòng".
Từ thời điểm này, G3P được phosphoryl hóa trong một bước cũng tạo ra NADH từ dạng NAD + bị oxy hóa, và sau đó hai nhóm phosphate được cung cấp cho các phân tử ADP trong các bước sắp xếp lại tiếp theo để tạo ra hai phân tử ATP cùng với sản phẩm carbon cuối cùng là glycolysis, pyruvate.
Vì điều này xảy ra hai lần trên mỗi phân tử glucose, nửa sau của glycolysis tạo ra bốn ATP cho một mạng lưới thu được từ glycolysis của hai ATP (vì hai được yêu cầu sớm trong quá trình) và hai NADH.
Chu trình Krebs
bên trong phản ứng chuẩn bị, sau khi pyruvate được tạo ra trong glycolysis tìm đường đi từ tế bào chất vào ma trận ty thể, nó được chuyển đổi đầu tiên thành acetate (CH3COOH-) và CO2 (một sản phẩm thải trong kịch bản này) và sau đó đến một hợp chất gọi là acetyl coenzyme A, hoặc là acetyl CoA. Trong phản ứng này, một NADH được tạo ra. Điều này đặt ra giai đoạn cho chu trình Krebs.
Chuỗi tám phản ứng này được đặt tên như vậy bởi vì một trong những chất phản ứng trong bước đầu tiên, oxaloacetate, cũng là sản phẩm trong bước cuối cùng. Công việc của chu trình Krebs là của một nhà cung cấp chứ không phải nhà sản xuất: Nó chỉ tạo ra hai ATP cho mỗi phân tử glucose, nhưng đóng góp thêm sáu NADH và hai FADH2, một chất mang điện tử khác và họ hàng gần của NADH.
(Lưu ý rằng điều này có nghĩa là một ATP, ba NADH và một FADH2 mỗi lượt của chu kỳ. Đối với mỗi glucose đi vào quá trình đường phân, hai phân tử acetyl CoA sẽ vào chu trình Krebs.)
Chuỗi vận chuyển điện tử
Trên cơ sở per-glucose, năng lượng kiểm đếm đến thời điểm này là bốn ATP (hai từ glycolysis và hai từ chu trình Krebs), 10 NADH (hai từ glycolysis, hai từ phản ứng chuẩn bị và sáu từ chu trình Krebs) và hai FADH2 từ chu trình Krebs. Trong khi các hợp chất carbon trong chu trình Krebs tiếp tục quay vòng ngược dòng, các chất mang điện tử di chuyển từ ma trận ty thể sang màng ty thể.
Khi NADH và FADH2 giải phóng các electron của chúng, chúng được sử dụng để tạo ra một gradient điện hóa trên màng ty thể. Độ dốc này được sử dụng để cấp nguồn cho sự gắn kết của các nhóm phốt phát với ADP để tạo ATP trong một quy trình gọi là oxy hóa phosphoryl, được đặt tên như vậy bởi vì người chấp nhận cuối cùng của các electron xếp tầng từ chất mang điện tử đến chất mang điện tử trong chuỗi là oxy (O2).
Bởi vì mỗi NADH mang lại ba ATP và mỗi FADH2 thu được hai ATP trong quá trình phosphoryl oxy hóa, điều này thêm (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP vào hỗn hợp. Do vậy một phân tử glucose có thể mang lại tới 38 ATP trong sinh vật nhân chuẩn.