Glikoz bir hücreye girdiğinde ne olur?

İçerik

• Glikoz: Tanım
• Glukoz, Hücre Tipleri ve Metabolizma
• Glikoliz Süreci
• Erken Glikoliz
• Daha sonra Glikoliz
• Glikoliz Sonrası İşlemler

Glikoz nihai hücresel yakıt kaynağı Tüm canlılar için, kimyasal bağlarındaki enerji ile sentez yapmak için kullanılır. adenozin trifosfat (ATP) çeşitli birbirine bağlı ve birbirine bağımlı şekillerde. Bu altı karbonlu (yani heksoz) şekerin bir molekülü sitoplazmaya girmek için bir hücrenin plazma zarını dışarıdan geçtiğinde, hemen fosforile - yani, negatif bir elektrik yükü taşıyan bir fosfat grubu, glikoz molekülünün bir kısmına bağlanır. Bu, daha sonra ne hale geldiği konusunda net bir negatif yüke neden olur. glükoz-6-fosfat molekülü, hücreden ayrılmasını önler.

ProkaryotlarBakterileri ve Archaea alanlarını içeren, dahil olmak üzere zara bağlı organellere sahip değildir. mitokondri içinde ökaryotlar Krebs döngüsünü ve oksijene bağlı elektron taşıma zincirini barındırır. Sonuç olarak, prokaryotlar aerobik ("oksijenli") solunumlara katılmazlar, bunun yerine enerjilerinin neredeyse tamamını glikolizden türetirler, ökaryotik hücrelerde gerçekleştirilen aerobik solunumun öncesinde de çalışan anaerobik proses.

Glikoz: Tanım

Glikoz biyokimyadaki en hayati moleküller arasında olduğundan ve belki de Dünya gezegenindeki yaşamın yıllıklarında en hayati reaksiyon dizisinin başlangıç ​​noktası olduğu için, bu molekülün yapısının ve davranışının kısa bir tartışması düzendedir.

Ayrıca şöyle bilinir üzüm şekeri (genellikle mısırdan yapılan glikoz gibi biyolojik olmayan sistemlere atıfta bulunarak) ve kan şekeri (örneğin tıbbi açıdan biyolojik sistemlere atıfta bulunulduğunda), glikoz kimyasal formülü olan altı karbonlu bir moleküldür C₆'H₁₂Ö₆. İnsan kanında normal glukoz konsantrasyonu yaklaşık 100 mg / dL'dir. 100 mg bir gramın onda biri, dL bir litrenin onda biri; bu, litre başına bir grama kadardır ve ortalama bir insan yaklaşık 4 litre kan içerdiğinden, çoğu insan herhangi bir zamanda kan dolaşımında yaklaşık 4 g glikoza sahiptir - bir onsun sadece yedide biri kadar.

Glikozdaki altı karbon (C) atomundan beşi altı atomlu halka molekülün doğada zamanın yüzde 99.98'ini üstlendiğini gösterir. Altıncı halka atomu bir oksijendir (O), altıncı halka bir Cn halkasının birine bağlanır. hidroksimetil (-CH₂OH) grup. Bu hidroksil (-OH) grubunda inorganik fosfat (Pi), molekülü hücre sitoplazmasında tutan fosforilasyon işlemi sırasında eklenir.

Glukoz, Hücre Tipleri ve Metabolizma

Prokaryotlar küçüktür (ezici çoğunluğu tek hücrelidir) ve basittir (çoğunda bir hücre çekirdeğe ve diğer zara bağlı organellerden yoksundur). Bu, ökaryotlar gibi birçok yönden zarif ve ilgi çekici olmalarını engelleyebilir, ancak yakıt gereksinimlerini nispeten düşük tutar.

Hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda glikoliz, glukoz metabolizmasında ilk adımdır. Plazma zarı boyunca yayılarak bir hücreye girdikten sonra glikozun fosforilasyonu, daha sonraki bir bölümde ayrıntılı olarak tarif edilen glikolizde ilk adımdır.

Glikolizin sonunda, glikoz molekülü iki üç karbonlu piruvat molekülü, yüksek enerjili elektron taşıyıcı nikotinamid adenin dinükleotidinin (NADH) iki molekülü ve iki ATP molekülünün net bir kazanımını üretmek için kullanılmıştır.

Bu noktada, prokaryotlarda piruvat, genellikle, kısa bir süre içinde keşfedilecek olan çeşitli varyasyonları olan anaerobik bir işlem olan fermantasyona girer. Ancak bazı bakteriler bir dereceye kadar aerobik solunum gerçekleştirme yeteneğini geliştirmiştir ve buna denir. fakültatif anaeroblar. Sadece glikolizden enerji elde edebilen bakteri denir anaerobların sorumluluğuve bunların çoğu aslında oksijen tarafından öldürülüyor. Sınırlı birkaç bakteri bile zorunlu aeroblaryani, sizin gibi, oksijen için mutlak bir gereksinime sahip oldukları anlamına gelir. Bakterilerin, Dünya'nın değişen ortamının taleplerine adapte olmak için yaklaşık 3.5 milyar yıl olduğu göz önüne alındığında, bir dizi temel metabolik hayatta kalma stratejisine komuta ettikleri şaşırtıcı olmamalıdır.

Glikoliz Süreci

Glikoliz 10 içerir reaksiyonlarıgüzel, yuvarlak bir sayıdır, ancak tüm bu aşamalardaki tüm ürünleri, ara ürünleri ve enzimleri ezberlemeniz gerekmez. Bunun yerine, bu minutelerin bazıları bilmek eğlenceli ve faydalı olsa da, bir anlam kazanması daha önemlidir. ne genel olarak glikolizde olur ve neden gerçekleşir (hem temel fizik hem de hücrenin ihtiyaçları açısından).

Glikoliz, 10 ayrı reaksiyonunun toplamı olan aşağıdaki reaksiyonda yakalanır:

C₆'H₁₂Ö₆ → 2 C₃'H₄Ö₃ + 2 ATP + 2 NADH

Sade İngilizcede, glikolizde, tek bir glikoz molekülü iki piruvat molekülüne bölünür ve bu sırada bir çift yakıt molekülü ve bir çift "ön yakıt" molekülü yapılır. ATP, hücresel işlemlerde enerji için evrensel bir para birimidir, oysa NADH, indirgenmiş NAD + veya nikotinamid adenin dinükleotidi biçimidir, NADH, indirgenmiş NAD + veya nikotinamid adenin dinükleotidi olarak, hidrojen iyonları (H +) biçiminde bu elektronları bağışlayan yüksek enerjili bir elektron taşıyıcısı olarak işlev görür, sonunda oksijen moleküllerine elektron taşıma zinciri içinde aerobik metabolizma, sonuçta, sadece glikolizin sağlayabileceğinden çok daha fazla ATP elde edilir.

Erken Glikoliz

Glikozun sitoplazmaya girmesinden sonra fosforilasyonu glukoz-6-fosfat (G-6-P) ile sonuçlanır. Fosfat ATP'den geliyor ve bunun glikoz yapraklarına katılması adenozin difosfat (ADP) arkasında. Belirtildiği gibi, bu hücre içindeki glikozu hapseder.

Sonra, G-6-P dönüştürülür fruktoz-6-fosfat (F-6-P). Bu bir izomerizasyon tepkime, çünkü tepkime maddesi ve ürün birbirlerinin izomerleridir - her atom tipinde aynı sayıda bulunan, ancak farklı mekansal düzenlemelere sahip olan moleküller. Bu durumda, fruktoz halkası sadece beş atoma sahiptir. Bu atomik hokkabazlık hareketinden sorumlu olan enzime denir fosfoglukoz izomerazı. (Enzim adları, çoğu zaman hantal olsa da, en azından mükemmel anlamlıdır.)

Glikolizin üçüncü reaksiyonunda, F-6-P, früktoz-1,6-bisfosfat (F-1,6-BP). Bu fosforilasyon aşamasında, fosfat tekrar ATP'den gelir, ancak bu sefer farklı bir karbon atomuna eklenir. Sorumlu enzim fosfofrüktokinaz (PFK).

Glikolizin dördüncü reaksiyonunda, çift doz fosfat grupları nedeniyle oldukça kararsız olan F-1,6-BP molekülü, enzim tarafından ayrılır. aldolaz üç karbonlu, tek fosfatlı grup taşıyan moleküller içerisine gliseraldehit 3-fosfat (GAP) ve dihidroksiaseton fosfat (DHAP). Bunlar izomerlerdir ve DHAP, enzimden bir itme kullanarak glikolizin beşinci basamağında hızla GAP'a dönüştürülür. trioz fosfat izomeraz (TİM).

Bu aşamada, orijinal glikoz molekülü, iki ATP pahasına iki özdeş üç karbonlu, tek başına fosforlanmış molekül haline gelmiştir. Bu noktadan itibaren, tarif edilen her bir glikoliz reaksiyonu, glikolize giren her glikoz molekülü için iki kez meydana gelir.

Daha sonra Glikoliz

Glikolizin altıncı reaksiyonunda, GAP, 1,3-bifosfogliserat (1,3-BPG) etkisi altında gliseraldehit 3-fosfat dehidrojenaz. Dehidrojenaz enzimleri, hidrojen atomlarını (yani protonları) uzaklaştırır. GAP'tan serbest kalan hidrojen, NADH verecek şekilde NAD + molekülüne bağlanır. Çünkü başlangıçtaki glikozun ilk molekülü yükselişe geçti. iki bu reaksiyondan sonra GAP molekülleri, iki NADH molekülleri yaratılmıştır.

Yedinci glikoliz reaksiyonunda, erken glikolizin fosforilasyon reaksiyonlarından biri aslında tersine çevrilir. Ne zaman enzim fosfogliserat kinaz bir fosfat grubunu 1,3-BPG'den uzaklaştırır, sonuç 3-fosfogliserat (3-PG). İki 1,3-BPG molekülünden sıyrılan fosfatlar, iki ATP oluşturmak için bir ADP'ye eklenir. Bu, iki ATP'nin bir ve üç adımda "ödünç alındığı" anlamına gelir ve yedinci reaksiyonda "geri verilir".

Sekizinci adımda, 3-PG dönüştürülür 2-fosfogliserat (2-PG) tarafından fosfogliserat mutazıkalan kalan fosfat grubunu farklı bir karbon atomuna koyar. Bir mutaz, eyleminde daha az elle taşınması nedeniyle bir izomerazdan farklıdır; Bir molekülün yapısını yeniden düzenlemek yerine, sadece yan gruplarından birini yeni bir noktaya kaydırırlar, böylece genel omurgayı, halkayı, vs. olduğu gibi bırakırlar.

Dokuzuncu glikoliz reaksiyonunda, 2-PG, fosfoenolpıruvat (PEP) eylemi altında enaloz. Bir enol, karbonlardan birinin aynı zamanda bir hidroksil grubuna bağlandığı bir karbon-karbon çift bağına sahip bir bileşiktir.

Son olarak, onuncu ve son glikoliz reaksiyonu olan PEP, enzim sayesinde piruvat haline dönüşür. piruvat kinaz. İki PEP'den uzaklaştırılan fosfat grupları, ADP moleküllerine bağlanır ve bu formül iki ATP ve iki piruvat verir; (C₃'H₄Ö₃) veya (CH₃) C (COOH). Böylece, tek bir glikoz molekülünün başlangıçtaki anaerobik işlenmesi iki piruvat, iki ATP ve iki NADH molekülü verir.

Glikoliz Sonrası İşlemler

Sonuçta, hücrelere glikozun girmesiyle üretilen piruvat, iki yoldan birini alabilir. Hücre prokaryotik ise veya hücre ökaryotik ise ancak geçici olarak aerobik solunumun sağlayabildiğinden daha fazla yakıt gerektirirse (örneğin, şarkı söyleme veya ağırlık kaldırma gibi sert fiziksel egzersiz sırasında kas hücrelerinde olduğu gibi), piruvat fermantasyon yoluna girer. Hücre ökaryotik ise ve enerji gereksinimleri tipikse, piruvatı mitokondri içinde hareket ettirir ve Krebs döngüsü: