Conţinutul principal
Biblioteca de biologie
Curs: Biblioteca de biologie > Unitatea 10
Lecția 3: GlicolizaGlicoliză
Glicoliza este primul pas în descompunerea glucozei pentru a extrage energie pentru metabolismul celular. Glicoliza constă dintr-o fază care necesită energie, urmată de o fază de eliberare a energiei
Introducere
Să presupunem că ți-am dat ție o moleculă de glucoză și o moleculă de glucoză i-am dat-o lui Lactobacillus acidophilus- bacteria prietenoasă care transformă laptele în iaurt. Ce ați face voi (tu şi bacteria) cu moleculele voastre de glucoză?
Per ansamblu, metabolizarea glucozei într-una dintre celulele tale ar fi destul de diferită de metabolizarea în Lactobacillus– vezi articolul fermentaţiei pentru mai multe detalii. Cu toate acestea, primii pași ar fi la fel în ambele cazuri: atât tu, cât și bacteria, ar trebui să descompuneți molecula de glucoză în două, prin glicolizăstart superscript, 1, end superscript.
Ce este glicoliza?
Glicoliza este o serie de reacţii care extrag energie din glucoză, prin împărţirea acesteia în două molecule de trei atomi de carbon, numite piruvate. Glicoliza este o cale metabolică antică, însemnând că a evoluat cu mult timp în urmă, și se găsește la marea majoritate a organismelor vii, în ziua de azistart superscript, 2, comma, 3, end superscript.
La organismele care efectuează respiraţie celulară, glicoliza este prima etapă a acestui proces. Cu toate acestea, glicoliza nu are nevoie de oxigen şi multe organisme anaerobe - organisme care nu folosesc oxigenul - au şi ele acest proces.
Trăsăturile glicolizei
GlIcoliza are zece pași și în funcție de interesele tale — și de cursurile pe care le studiezi— poate vrei să știi detaliile acestora. Cu toate acestea, este posibil să cauţi şi o versiune foarte bună a glicolizei, ceva care evidenţiază paşii cheie şi principiile, fără a urmări soarta fiecărui atom. Să începem cu o versiune simplificată a unei asemenea căi.
Glicoliza are loc în citosolul unei celule şi poate fi descompusă în două faze principale: faza care necesită energie, deasupra liniei punctate în imaginea de mai jos, respectiv faza de eliberare a energiei, sub linia punctată.
- Faza care necesită energie. În această fază, molecula de început a glucozei se rearanjează, iar de ea sunt atașate două grupări fosfat. Grupările fosfat produc zaharul modificat – acum numit fructoză-1,6-bifosfat- instabil, permițând divizarea în jumătate și formarea a două zaharuri cu trei compuși fosfați. Deoarece fosfații utilizați în acești pași provin de la start text, A, T, P, end text, se epuizează două molecule de start text, A, T, P, end text.
Zaharurile cu trei atomi de carbon, formate atunci când se descompune zaharul instabil, diferă unul de celălalt. Doar unul - gliceraldehid-3-fosfat - poate intra în următorul pas. Cu toate acestea, zaharul nefavorabil, start text, D, H, A, P, end text, poate fi convertit cu ușurință în cel favorabil, astfel încât ambele să-și parcurgă traseul până la sfârșit.
- Faza de eliberare a energiei. În această fază, fiecare zahar format din trei atomi de carbon este transformat într-o altă moleculă de trei atomi de carbon, piruvat, printr-o serie de reacţii. În aceste reacții, sunt formate două molecule de A, T, P și o moleculă de N, A, D, H. Deoarece această fază are loc de două ori, câte o dată pentru fiecare dintre cele două zaharuri cu trei atomi de carbon, se formează patru molecule de A, T, P și două de N, A, D, H, per ansamblu.
Fiecare reacţie în glicoliză este catalizată de propria enzimă. Cea mai importantă enzimă pentru reglarea glicolizei este fosfofructokinaza, care catalizează formarea moleculei instabile, cu două două grupări fosfat, fructoză-1,6-bifosfatstart superscript, 4, end superscript. Fosfofructokinaza accelerează sau încetinește glicoliza, ca răspuns la nevoile de energie ale celulei.
Per ansamblu, glicoliza transformă o moleculă formată din șase atomi de carbon, în două molecule cu câte trei atomi de carbon. Produsele nete al acestui proces sunt două molecule de start text, A, T, P, end text (4 start text, A, T, P, end text produs minus 2 start text, A, T, P, end text folosit) și două molecule de start text, N, A, D, H, end text.
Etapele detaliate: etapa care necesită energie
Am văzut deja ce se întâmplă, în mare, în timpul fazei de glicoliză care necesită energie. Doi start text, A, T, P, end text sunt utilizați pentru a forma un zahăr instabil cu două grupări fosfat, care apoi se împart pentru a forma două molecule de trei atomi de carbon, care sunt izomerii unul al celuilalt.
În continuare, vom analiza mai în detaliu fiecare pas. Fiecare pas este catalizat de propria enzimă specifică, al cărei nume este indicat sub săgeata de reacţie din diagrama de mai jos.
Pasul 1. Un grup de fosfat este transferat de la start text, A, T, P, end text la glucoză, producând glucoză-6-fosfat. Glucoză-6-fosfat este mai reactivă decât glucoza, iar adăugarea fosfatului captează glucoza în interiorul celulei, deoarece glucoza cu un fosfat nu poate traversa cu ușurință membrana.
Pasul 2. Glucoza-6-fosfat este transformată în izomerul ei, fructoză-6-fosfat.
Pasul 3. Un grup de fosfat este transferat de la start text, A, T, P, end text la fructoză-6-fosfat, producând fructoză-1,6-bifosfat. Această etapă este catalizată de enzima fosfofructokinază, care poate fi reglată pentru a accelera sau încetini calea glicolizei.
Pasul 4. Fructoză-1,6-bifosfat se divide pentru a forma două zaharuri cu trei atomi de carbon: dihidroxiacetonă fosfat (start text, D, H, A, P, end text) și gliceraldehidă-3-fosfat. Aceștia sunt izomerii unul celuilalt, dar numai unul - gliceraldehidă-3-fosfat - poate continua direct în etapele următoare de glicoliză.
Pasul 5. start text, D, H, A, P, end text este transformată în gliceraldehidă-3-fosfat. Cele două molecule se mențin în echilibru, dar echilibrul este „tras” în jos puternic, în schema de mai sus, deoarece se utilizează gliceraldehida-3-fosfat. Astfel, tot start text, D, H, A, P, end text este transformat, în cele din urmă.
Etapele detaliate: etapa de eliberare a energiei
În a doua jumătate a glicolizei, cele trei zaharuri de carbon, formate în prima jumătate a procesului, trec printr-o serie de transformări suplimentare, în cele din urmă transformându-se în piruvat. În acest proces, sunt produse patru molecule de A, T, P împreună cu două molecule de N, A, D, H.
În continuare, vom analiza mai în detaliu reacțiile care duc la aceste produse. Reacţiile prezentate mai jos se produc de două ori pentru fiecare moleculă de glucoză, deoarece glucoza se divide în două molecule de trei atomi de carbon, iar ambele vor continua, în cele din urmă, pe această cale.
Pasul 6. Două jumătăţi de reacţii apar simultan: 1) Gliceraldehidă-3-fosfat (unul dintre cele trei zaharuri de carbon formate în faza iniţială) este oxidat, respectiv 2) start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript este redus la start text, N, A, D, H, end text și start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript. Reacţia generală este exergonică, eliberând energie care este apoi folosită pentru a fosforila molecula, formând 1,3-bifosfoglicerat.
Pasul 7. 1,3-bifosf-glicerat donează una dintre grupările sale de fosfat către start text, A, D, P, end text, creând o moleculă de start text, A, T, P, end text și transformând-o în 3-fosfoglicerat, în acest proces.
Pasul 8. 3-fosfogliceratul este transformat în izomerul său, 2-fosfoglicerat.
Pasul 9. 2-fosfoogliceratul pierde o moleculă de apă, devenind fosfoenolpiruvat (start text, P, E, P, end text). start text, P, E, P, end text este o moleculă instabilă, pregătită să își piardă gruparea de fosfat în pasul final al glicolizei.
Pasul 10. start text, P, E, P, end text își donează cu ușurință gruparea de fosfat pentru start text, A, D, P, end text, creând o a doua moleculă de start text, A, T, P, end text. În caz că îşi pierde fosfatul, start text, P, E, P, end text este convertit în piruvat, produsul final al glicolizei.
Ce se întâmplă cu piruvatul și start text, N, A, D, H, end text?
La sfarsitul glicolizei, am rămas cu doi A, T, P, doi N, A, D, H și două molecule piruvate. Dacă oxigenul este disponibil, piruvatul poate fi descompus (oxidat) până la dioxid de carbon, prin respiraţie celulară, realizând mai multe molecule de A, T, P. Poți afla cum funcționează acest lucru în videoclipuri și articole despre oxidarea piruvatului, ciclul acidului citric și fosforilarea oxidativă.
Ce se întâmplă cu N, A, D, H? Nu poate să stea pur și simplu în celulă, adunându-se. Asta se datorează faptului că celulele au doar un anumit număr de molecule de N, A, D, start superscript, plus, end superscript, care este ciclează înainte și înapoi, între stările oxidate (N, A, D, start superscript, plus, end superscript) și cele reduse (N, A, D, H):
start text, start color #6495ed, N, A, D, end color #6495ed, end text, start superscript, plus, end superscript plus 2, start text, e, end text, start superscript, minus, end superscript plus 2, start text, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text, start superscript, plus, end superscript \rightleftharpoons start text, start color #6495ed, N, A, D, end color #6495ed, end textstart text, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text plus start text, space, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text, start superscript, plus, end superscript
Glicoliza are nevoie de start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript pentru a accepta electronii ca parte a unei reacții specifice. Dacă nu există start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript în jur (deoarece totul este blocat în forma start text, N, A, D, H, end text), această reacţie nu se poate produce şi glicoliza va fi oprită. Deci, toate celulele au nevoie de o modalitate de a transforma start text, N, A, D, H, end text înapoi în start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript, pentru ca procesul de glicoliză să continue.
Există două metode de a realiza acest lucru. Când este prezent oxigenul, N, A, D, H poate să transmită electronii spre lanțul de transport al electronilor, regenerând N, A, D, start superscript, plus, end superscript pentru a fi utilizat, mai apoi, în procesul de glicoliză. (În plus, se produce și A, T, P)
Când oxigenul lipsește, celulele pot folosi alte căi mai simple pentru a regenera start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript. În aceste căi, start text, N, A, D, H, end text donează electronii săi unei molecule primitoare, într-o reacție care nu produce start text, A, T, P, end text dar se regenerează start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript, astfel încât glicoliza poate continua. Acest proces se numește fermentare și poți afla mai multe despre el în videoclipurile despre fermentare.
Fermentarea este o strategie metabolică primară pentru multe bacterii - inclusiv a prietenului nostru din introducere, Lactobacillus acidophilusstart superscript, 1, end superscript. Chiar și unele celule din corpul tău, cum ar fi globulele roșii sanguine, se bazează pe fermentație pentru a-și produce A, T, P.
Vrei să te alături conversației?
Nici o postare încă.