Contenuto
- Che cosa è esattamente il glucosio?
- La via della glicolisi
- Riepilogo della glicolisi: input e output
- Il destino dei prodotti della glicolisi
Gli esseri viventi, che consistono tutti in una o più singole cellule, possono essere divisi in procarioti ed eucarioti.
Praticamente tutte le celle si affidano glucosio per i loro bisogni metabolici, e il primo passo nella scomposizione di questa molecola è la serie di reazioni chiamate glicolisi (letteralmente "scissione del glucosio"). Nella glicolisi, una singola molecola di glucosio subisce una serie di reazioni per produrre una coppia di molecole di piruvato e una modesta quantità di energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP).
Il trattamento finale di questi prodotti, tuttavia, varia da tipo di cella a tipo di cella. Gli organismi procariotici non partecipano respirazione aerobica. Ciò significa che i procarioti non possono fare uso di ossigeno molecolare (O2). Invece, il piruvato subisce fermentazione (respirazione anaerobica).
Alcune fonti includono la glicolisi nel processo di "respirazione cellulare" negli eucarioti, perché precede direttamente aerobico respirazione (cioè il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa nella catena di trasporto degli elettroni). Più rigorosamente, la glicolisi stessa non è un processo aerobico semplicemente perché non si basa sull'ossigeno e si verifica indipendentemente dal fatto che O2 è presente.
Tuttavia, poiché la glicolisi è a necessario della respirazione aerobica in quanto fornisce piruvato per le sue reazioni, è naturale conoscere entrambi i concetti contemporaneamente.
Che cosa è esattamente il glucosio?
Il glucosio è uno zucchero a sei atomi di carbonio che funge da singolo carboidrato più importante nella biochimica umana. I carboidrati contengono carbonio (C) e idrogeno (H) oltre all'ossigeno e il rapporto tra C e H in questi composti è invariabilmente 1: 2.
Gli zuccheri sono più piccoli di altri carboidrati, inclusi amidi e cellulosa. In effetti, il glucosio è spesso una subunità ripetuta, o monomero, in queste molecole più complesse. Il glucosio stesso non è costituito da monomeri e come tale è considerato un monosaccaride ("uno zucchero").
La formula per il glucosio è C6H12O6. La parte principale della molecola è costituita da un anello esagonale contenente cinque atomi di carbonio e uno di atomi di carbonio. Il sesto e ultimo atomo di C esiste in una catena laterale con un gruppo metilico contenente idrossile (-CH2OH).
La via della glicolisi
Il processo di glicolisi, che si svolge nel citoplasma cellulare, consiste in 10 reazioni individuali.
Di solito non è necessario ricordare i nomi di tutti i prodotti e gli enzimi intermedi. Ma è utile avere un solido senso del quadro generale. Questo non solo perché la glicolisi è forse la singola reazione più rilevante nella storia della vita sulla Terra, ma anche perché i passaggi illustrano bene un numero di eventi comuni all'interno delle cellule, inclusa l'azione degli enzimi durante le reazioni esotermiche (energicamente favorevoli).
Quando il glucosio entra in una cellula, viene accostato dall'enzima esocinasi e fosforilato (cioè un gruppo fosfato, spesso scritto Pi, vi viene aggiunto). Questo intrappola la molecola all'interno della cellula dotandola di una carica elettrostatica negativa.
Questa molecola si riorganizza in una forma fosforilata di fruttosio, che subisce quindi un'altra fase di fosforilazione e diventa fruttosio-1,6-bisfosfato. Questa molecola viene quindi suddivisa in due molecole simili a tre atomi di carbonio, una delle quali viene rapidamente trasformata nell'altra per produrre due molecole di gliceraldeide-3-fosfato.
Questa sostanza viene riorganizzata in un'altra molecola doppiamente fosforilata prima che l'aggiunta precoce di gruppi fosfatici venga invertita in fasi non consecutive. In ciascuna di queste fasi, una molecola di adenosina difosfato (ADP) si presenta dal complesso enzimatico-substrato (il nome per la struttura formata da qualunque molecola stia reagendo e l'enzima che induce la reazione al completamento).
Questo ADP accetta un fosfato da ciascuna delle tre molecole di carbonio presenti. Alla fine, due molecole di piruvato siedono nel citoplasma, pronte per essere dispiegate in qualunque percorso la cellula le richieda di entrare o sia in grado di ospitare.
Riepilogo della glicolisi: input e output
L'unico vero reagente della glicolisi è una molecola di glucosio. Durante la serie di reazioni vengono introdotte due molecole ciascuna di ATP e NAD + (nicotinamide adenina dinucleotide, un vettore di elettroni).
Vedrai spesso il processo completo di respirazione cellulare elencato con glucosio e ossigeno come reagenti e anidride carbonica e acqua come prodotti, insieme a 36 (o 38) ATP. Ma la glicolisi è solo la prima serie di reazioni che alla fine culmina nell'estrazione aerobica di tanta energia dal glucosio.
Un totale di quattro molecole di ATP sono prodotti nelle reazioni che coinvolgono i componenti a tre carboni della glicolisi - due durante la conversione della coppia di molecole 1,3-bisfosfoglicerate in due molecole di 3-fosfoglicerato, e due durante la conversione di una coppia di molecole di fosfoenolpiruvato in due molecole di piruvato che rappresentano la fine della glicolisi. Questi sono tutti sintetizzati attraverso la fosforilazione a livello di substrato, il che significa che l'ATP proviene dall'aggiunta diretta di fosfato inorganico (Pi) all'ADP anziché essere formato come conseguenza di qualche altro processo.
Sono necessari due ATP all'inizio della glicolisi, prima quando il glucosio è fosforilato in glucosio-6-fosfato, e poi due passaggi dopo quando il fruttosio-6-fosfato è fosforilato in fruttosio-1,6-bisfosfato. Pertanto, il guadagno netto di ATP nella glicolisi come risultato di una molecola di glucosio che subisce il processo è di due molecole, che è facile da ricordare se lo si associa al numero di molecole di piruvato create.
Inoltre, durante la conversione di gliceraldeide-3-fosfato in 1,3-bisfosfoglicerato, due molecole di NAD + vengono ridotte a due molecole di NADH, con quest'ultima che funge da fonte indiretta di energia perché partecipano alle reazioni di, tra altri processi, respirazione aerobica.
In breve, la resa netta della glicolisi è quindi 2 ATP, 2 piruvato e 2 NADH. Questo è appena il ventesimo della quantità di ATP prodotta nella respirazione aerobica, ma poiché i procarioti sono di regola molto più piccoli e meno complessi degli eucarioti, con minori esigenze metaboliche da abbinare, sono in grado di cavarsela nonostante questo meno di schema ideale.
(Un altro modo di vedere questo, ovviamente, è che la mancanza di respirazione aerobica nei batteri ha impedito loro di evolversi in creature più grandi e diverse, per ciò che conta.)
Il destino dei prodotti della glicolisi
Nei procarioti, una volta completata la via della glicolisi, l'organismo ha giocato quasi tutte le carte metaboliche che ha. Il piruvato può essere ulteriormente metabolizzato in lattato tramite fermentazioneo respirazione anaerobica. Lo scopo della fermentazione non è di produrre lattato, ma di rigenerare NAD + da NADH in modo che possa essere utilizzato nella glicolisi.
(Si noti che questo è distinto dalla fermentazione alcolica, in cui l'etanolo viene prodotto dal piruvato sotto l'azione del lievito.)
Negli eucarioti, la maggior parte del piruvato entra nella prima serie di passaggi nella respirazione aerobica: il ciclo di Krebs, chiamato anche ciclo dell'acido tricarbossilico (TCA) o ciclo dell'acido citrico. Ciò si verifica all'interno dei mitocondri, dove il piruvato viene convertito nel composto di due carboni acetil coenzima A (CoA) e anidride carbonica (CO2).
Il ruolo di questo ciclo in otto fasi è quello di produrre più portatori di elettroni ad alta energia per le reazioni successive: 3 NADH, un FADH2 (ridotto flavin adenina dinucleotide) e un GTP (guanosina trifosfato).
Quando questi entrano nella catena di trasporto degli elettroni sulla membrana mitocondriale, un processo chiamato fosforilazione ossidativa sposta gli elettroni da questi vettori ad alta energia a molecole di ossigeno, con il risultato finale di produrre 36 (o forse 38) molecole di ATP per molecola di glucosio " a monte."
L'efficienza e la resa di gran lunga maggiori del metabolismo aerobico spiegano essenzialmente tutte le differenze di base oggi tra procarioti ed eucarioti, con il primo che si ritiene abbia dato origine a quest'ultimo.