Основно съдържание
Курс: Биология 7-10 клас Общообразователна подготовка > Раздел 3
Урок 10: Катаболитни процеси. Окислително фосфорилиранеГликолиза
Гликолизата е първият етап в разграждането на глюкоза за извличане на енергия за клетъчен метаболизъм. Гликолизата се състои от етап, в който е нужна енергия, последван от етап, в който се освобождава енергия.
Въведение
Предположи, че дадем една молекула глюкоза на теб и една молекула глюкоза на Lactobacillus acidophilus—приятелски настроената бактерия, която превръща млякото в кисело мляко. Какво ще направите ти и бактерията със съответните си глюкозни молекули?
Като цяло метаболизмът на глюкозата в една от клетките ти ще е доста различен от метаболизма ѝ в Lactobacillus—виж статията за ферментация за повече детайли. И все пак първите стъпки ще са едни и същи в двата случая: и ти, и бактерията ще трябва да разделите молекулата глюкоза на две чрез процеса гликолиза .
Какво е гликолиза?
Гликолиза е серия реакции, които извличат енергия от глюкоза, като я разделят на две три-въглеродни молекули, наречени пирувати. Гликолизата е древен метаболитен път, което означава, че е еволюирал преди много време и се наблюдава при повечето организми, които живеят днес .
В организми, които извършват клетъчно дишане, гликолизата е първият етап на този процес. Но гликолизата не изисква кислород и много анаеробни организми – организми, които не използват кислород – също притежават този път.
Какво е най-важно да знаем за гликолизата
Гликолизата има десет стъпки и, в зависимост от интересите ти – и предметите, които учиш – може да искаш да знаеш детайлите на всички от тях. Но може и да търсиш най-важната информация за гликолизата, нещо, което подчертава ключовите стъпки и принципи, без да проследява съдбата на всеки един атом. Нека започнем с опростена версия на пътя, която прави точно това.
Гликолизата се извършва в цитозола на една клетка и може да бъде разделена на две основни фази: изискващата енергия фаза над прекъснатата линия в изображението по-долу и освобождаващата енергия фаза под прекъснатата линия.
- Изискваща енергия фаза. В тази фаза началната молекула на глюкозата бива пренаредена и към нея биват прикачени две фосфатни групи. Фосфатните групи правят нестабилна модифицираната захар – сега това е фруктоза-1,6-бифосфат – което ѝ позволява да се раздели на две и да образува две носещи фосфат три-въглеродни захари. Понеже фосфатите, използвани в тези стъпки, идват от
, две молекули биват използвани.
Три-въглеродните захари, които са образувани, следствие разграждането на нестабилния въглехидрат, са различни един от друг. Само един – глицералдехид-3-фосфат – може да навлезе в следващата стъпка. Но неподходящата захар лесно може да бъде преобърната в подходяща такава, така че в крайна сметка и двете завършват пътя.
- Освобождаваща енергия фаза. В тази фаза всяка три-въглеродна захар бива преобразувана в друга три-въглеродна молекула, пируват, чрез серии от реакции. В тези реакции биват създадени две молекули
и една молекула . Понеже тази фаза протича два пъти, веднъж за всяка от двете три-въглеродни захари, тя създава общо четири и две .
Всяка реакция в гликолизата се катализира от свой собствен ензим. Най-важният ензим за регулация на гликолизата е фосфофруктокиназа, който катализира образуването на нестабилната дву-фосфатна захарна молекула, фруктоза-1,6-бифосфат . Фосфофруктокиназата ускорява или забавя гликолизата в отговор на енергийните нужни на клетката.
Като цяло, гликолизата преобразува една шест-въглеродна молекула глюкоза в две три-въглеродни молекули пируват. Нетните продукти на този процес са две молекули ( произведени използвани) и две молекули .
Детайлни стъпки: Изискваща енергия фаза
Вече видяхме какво най-общо се случва по време на изискващата енергия фаза на гликолизата. Два биват "похарчени", за да образуват една нестабилна захар с две фосфатни групи, която после се разделя, за да образува две три-въглеродни молекули, които са изомери една на друга.
Сега ще разгледаме отделните стъпки в повече детайли. Всяка стъпка бива катализирана от свой собствен специфичен ензим, чието име е посочено под стрелката на реакцията в диаграмата по-долу.
Стъпка 1. Една фосфатна група бива прехвърлена от към глюкоза, създавайки глюкоза-6-фосфат. Глюкоза-6-фосфат е по-реактивна от глюкозата и добавянето на фосфата също задържа глюкозата в клетката, тъй като глюкоза с фосфат не може лесно да премине мембраната.
Стъпка 2. Глюкоза-6-фосфатът се превръща в своя изомер, фруктоза-6-фосфат.
Стъпка 3. Една фосфатна група бива прехвърлена от към фруктоза-6-фосфат, произвеждайки фруктоза-1,6-бифосфат. Тази стъпка е катализирана от ензима фосфофруктокиназа, който може да бъде регулиран да забърза или забави пътя на гликолизата.
Стъпка 4. Фруктоза-1,6-бифосфат се разделя, за да образува две три-въглеродни захари: дихидроксиацетон фосфат ( ) и глицералдехид-3-фосфат. Те са изомери един на друг, но само единият – глицералдехид-3-фосфат – може директно да продължи през следващите стъпки на гликолиза.
Стъпка 5. се преобразува в глицералдехид-3-фосфат. Двете молекули съществуват в равновесие, но равновесието е силно "издърпано" надолу, в схемата на диаграмата по-горе, когато се използва глицералдехид-3-фосфатът. По този начин евентуално се преобразува цялото количество .
Детайлни стъпки: Освобождаваща енергия фаза
Във втората половина на гликолизата три-въглеродните захари, образувани в първата половина на процеса, преминават през серия допълнителни трансформации, които в крайна сметки ги превръщат в пируват. В процеса се произвеждат четири молекули, заедно с две молекули .
Тук ще разгледаме в повече детайли реакциите, които водят до тези продукти. Реакциите, показани по-долу, се случват два пъти за всяка молекула глюкоза, тъй като глюкозата се разделя на две три-въглеродни молекули, и двете от които в крайна сметка ще преминат през пътя.
Стъпка 6. Две половини реакции се случват едновременно: 1) Глицералдехид-3-фосфат (една от три-въглеродните захари, образувани в началната фаза) се окислява, а 2) е редуциран до и . Цялостната реакция е екзогенна, освобождаваща енергия, която после бива използвана, за да фосфорилира молекулата, образувайки 1,3-бифосфоглицерат.
Стъпка 7. 1,3-бифосфоглицератът дарява една от фосфатните си групи на , създавайки една молекула , и в процеса се преобразува в 3-фосфоглицерат.
Стъпка 8. 3-фосфоглицератът се превръща в своя изомер, 2-фосфоглицерат.
Стъпка 9. 2-фосфоглицератът губи една молекула вода и става фосфоенолпируват ( ). е нестабилна молекула, готова да загуби фосфатната си група в последната стъпка на гликолизата.
Стъпка 10. с готовност отдава своята фосфатна група на , като така я прави втора молекула на . Докато губи фосфата си, се преобразува в пируват, крайният продукт на гликолизата.
Какво се случва с пирувата и ?
В края на гликолизата ни остават две молекули , две и две молекули пируват. Ако е наличен кислород, пируватът може да бъде разграден (окислен) чак до въглероден диоксид в клетъчното дишане, създавайки много молекули . Можеш да научиш как работи това във видеата и статиите за пируватно окисляване, цикъл на лимонената киселина и окислително фосфорилиране.
Какво се случва с ? Не може просто да си стои в клетката и да се натрупва. Това е понеже клетките имат само определен брой молекули, които циклират напред-назад между окислено ( ) и редуцирано ( ) състояние:
Гликолизата има нужда от , за да приеме електрони като част от една специфична реакция. Ако няма наоколо (понеже целият е в форма), тази реакция не може да се случи и гликолизата ще спре. Тоест всички клетки имат нужда от начин да преобърнат обратно в , за да продължава гликолизата.
Има два основни начина да се постигне това. Когато е наличен кислород, може да предаде електроните си на електрон-транспортната верига, регенерирайки за използване от гликолизата. (Добавен бонус: няколко са създадени!)
Когато липсва кислород, клетките могат да използват други, по-прости пътища за регенериране на . В тези пътища отдава електроните си на една акцепторна молекула в реакция, която не произвежда , но регенерира , така че гликолизата може да продължи. Този процес е наречен ферментация и можеш да научиш повече за нея във видеата за ферментация.
Ферментацията е основна метаболитна стратегия за много бактерии – включително нашият приятел от въведението, Lactobacillus acidophilus . Дори някои клетки от тялото ти, например червените кръвни клетки, разчитат на ферментация, за да създадат своя .
Искаш ли да се присъединиш към разговора?
Все още няма публикации.