การคำนวณ ATP ระหว่างการเกิดออกซิเดชันของกลูโคส การสังเคราะห์ ATP ระหว่างการสลายกลูโคส

ให้เราพิจารณาผลผลิตของพลังงานเคมีในรูปของ ATP ระหว่างการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสในเซลล์สัตว์จนถึง และ .

การสลายไกลโคไลติกของกลูโคสหนึ่งโมเลกุลภายใต้สภาวะแอโรบิกจะให้โมเลกุลไพรูเวตสองโมเลกุล, โมเลกุล NADH สองโมเลกุลและโมเลกุล ATP สองโมเลกุล (กระบวนการทั้งหมดนี้เกิดขึ้นในไซโตซอล):

จากนั้นอิเล็กตรอนสองคู่จากสองโมเลกุลของไซโตซิลิก NADH ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างไกลโคไลซิสโดยกลีเซอราลดีไฮด์ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส (หัวข้อ 15.7) จะถูกถ่ายโอนไปยังไมโตคอนเดรียโดยใช้ระบบกระสวยมาเลต-แอสปาร์เตต ที่นี่พวกมันเข้าสู่ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและถูกส่งต่อไปยังออกซิเจนผ่านชุดพาหะที่ต่อเนื่องกัน กระบวนการนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการออกซิเดชันของโมเลกุล NADH สองตัวอธิบายได้ด้วยสมการต่อไปนี้:

(แน่นอนว่าหากแทนระบบกระสวย malate-aspartate กลีเซอรอลฟอสเฟตจะทำหน้าที่หนึ่ง ดังนั้นไม่ใช่สามโมเลกุล แต่จะมีการสร้างโมเลกุล ATP เพียงสองโมเลกุลสำหรับแต่ละโมเลกุลของ NADH)

ตอนนี้เราสามารถเขียน สมการที่สมบูรณ์ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของไพรูเวต 2 โมเลกุลด้วยการก่อตัวของ acetyl-CoA 2 โมเลกุลและ 2 โมเลกุลในไมโทคอนเดรีย ผลจากปฏิกิริยาออกซิเดชันนี้ ทำให้เกิดโมเลกุล NADH สองโมเลกุลขึ้น ซึ่งจะถ่ายโอนอิเล็กตรอนสองตัวผ่านห่วงโซ่ทางเดินหายใจไปยังออกซิเจน ซึ่งมาพร้อมกับการสังเคราะห์ ATP สามโมเลกุลสำหรับแต่ละคู่ของอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอน:

ให้เราเขียนสมการสำหรับการเกิดออกซิเดชันของ acetyl-CoA สองโมเลกุลผ่านวัฏจักรกรดซิตริกและสำหรับออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชัน ควบคู่กับการถ่ายโอนไปยังออกซิเจนของอิเล็กตรอนที่แยกออกจากไอโซซิเตรต -คีโตกลูตาเรต และมาเลต: ในกรณีนี้ สาม โมเลกุล ATP ถูกสร้างขึ้นสำหรับแต่ละคู่ของอิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายโอน เพิ่มไปยังโมเลกุล ATP สองโมเลกุลที่เกิดขึ้นระหว่างการเกิดออกซิเดชันของซัคซิเนต และอีกสองโมเลกุลที่เกิดจากซัคซินิล-โคเอผ่าน GTP (ข้อ 16.5e):

หากตอนนี้เรารวมสมการทั้งสี่นี้และยกเลิกคำศัพท์ทั่วไป เราจะได้สมการทั้งหมดสำหรับไกลโคไลซิสและการหายใจ:

ดังนั้น สำหรับทุกโมเลกุลของกลูโคสที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างสมบูรณ์ในตับ ไต หรือกล้ามเนื้อหัวใจ กล่าวคือ ที่ซึ่งระบบรถรับส่ง malate-aspartate ทำงาน จะมีการสร้างโมเลกุล ATP สูงสุด 38 โมเลกุล (หากกลีเซอรอลฟอสเฟตทำหน้าที่แทนระบบ malate-aspartate โมเลกุลกลูโคสแต่ละโมเลกุลจะถูกสร้าง ATP ขึ้น 36 โมเลกุล) ผลผลิตพลังงานอิสระตามทฤษฎีที่ ออกซิเดชันที่สมบูรณ์กลูโคสจึงมีค่าเท่ากับสภาวะมาตรฐาน (1.0 M) อย่างไรก็ตาม ในเซลล์ที่ไม่บุบสลาย ประสิทธิภาพของการเปลี่ยนแปลงนี้อาจเกิน 70% เนื่องจากความเข้มข้นของกลูโคสและ ATP ภายในเซลล์ไม่เท่ากันและต่ำกว่า 1.0 M มาก เช่น ความเข้มข้นซึ่งเป็นธรรมเนียมที่ต้องดำเนินการเมื่อคำนวณพลังงานอิสระมาตรฐาน (ดูภาคผนวก 14-2)

ขั้นตอนที่ 1 - การเตรียมการ

โพลิเมอร์ → โมโนเมอร์

ขั้นที่ 2 - ไกลโคไลซิส (ปราศจากออกซิเจน)

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 RO 4 \u003d 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O

เวที - ออกซิเจน

2C 3 H 6 O 3 + 6O 2 + 36ADP + 36 H 3 RO 4 \u003d 6CO 2 +42 H 2 O + 36ATP

สมการสรุป:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2+ 38ADP + 38H 3 RO 4 \u003d 6CO 2 + 44H 2 O + 38ATP

งาน

1) ในกระบวนการไฮโดรไลซิส 972 โมเลกุล ATP ถูกสร้างขึ้น กำหนดจำนวนโมเลกุลของกลูโคสที่ถูกตัดออกและจำนวนโมเลกุลของ ATP ที่เกิดขึ้นจากการสลายตัวของไกลโคไลซิสและออกซิเดชันที่สมบูรณ์ อธิบายคำตอบ

คำตอบ:1) ในระหว่างการไฮโดรไลซิส (ระยะออกซิเจน) โมเลกุลของกลูโคส 36 ATP ถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลดังนั้นจึงเกิดการไฮโดรไลซิส: 972: 36 = 27 โมเลกุลของกลูโคส

2) ระหว่าง glycolysis โมเลกุลกลูโคส 1 โมเลกุลจะถูกแตกออกเป็น 2 โมเลกุล PVC ด้วยการก่อตัวของ ATP 2 โมเลกุล ดังนั้นจำนวนของโมเลกุล ATP คือ: 27 x 2 = 54;

3) ด้วยการเกิดออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุล โมเลกุล ATP 38 โมเลกุลจึงเกิดขึ้น ดังนั้นเมื่อมีการออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของโมเลกุลกลูโคส 27 โมเลกุล 27 x 38 \u003d 1,026 โมเลกุล ATP จึงเกิดขึ้น (หรือ 972 + 54 \u003d 1026)

2) การหมักแบบใดในสองประเภท - แอลกอฮอล์หรือกรดแลคติก - มีประสิทธิภาพมากกว่ากัน คำนวณประสิทธิภาพโดยใช้สูตร:

3) ประสิทธิภาพของการหมักกรดแลคติก:

4) การหมักแอลกอฮอล์มีประสิทธิภาพมากขึ้น

3) กลูโคสสองโมเลกุลผ่านกระบวนการไกลโคไลซิส มีเพียงโมเลกุลเดียวเท่านั้นที่ถูกออกซิไดซ์ กำหนดจำนวนโมเลกุล ATP ที่เกิดขึ้นและโมเลกุลที่ปล่อยออกมา คาร์บอนไดออกไซด์ในนั้น

สารละลาย:

เพื่อแก้ปัญหา เราใช้สมการของขั้นที่ 2 (ไกลโคไลซิส) และขั้นที่ 3 (ออกซิเจน) การเผาผลาญพลังงาน.

ไกลโคไลซิสของกลูโคส 1 โมเลกุลจะสร้าง ATP 2 โมเลกุล และออกซิเดชันได้ 36 ATP

ตามเงื่อนไขของปัญหา กลูโคส 2 โมเลกุลผ่านกระบวนการไกลโคไลซิส: 2∙× 2=4 และมีเพียงโมเลกุลเดียวเท่านั้นที่ถูกออกซิไดซ์

4+36=40 เอทีพี

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นเฉพาะในขั้นตอนที่ 3 โดยมีปฏิกิริยาออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของกลูโคสหนึ่งโมเลกุล 6 CO 2 จะเกิดขึ้น

คำตอบ: 40 เอทีพี; CO 2 .- 6

4) ในกระบวนการไกลโคไลซิส กรดไพรูวิค (PVA) 68 โมเลกุลถูกสร้างขึ้น กำหนดจำนวนโมเลกุลของกลูโคสที่ถูกตัดออกและจำนวนโมเลกุลของ ATP ที่เกิดขึ้นระหว่างการเกิดออกซิเดชันที่สมบูรณ์ อธิบายคำตอบ

คำตอบ:

1) ระหว่าง glycolysis (ขั้นตอนที่ปราศจากออกซิเจนของ catabolism) โมเลกุลกลูโคสหนึ่งตัวจะถูกแยกออกด้วยการก่อตัวของโมเลกุล PVC 2 โมเลกุล ดังนั้น glycolysis จึงเกิดขึ้น: 68: 2 = 34 โมเลกุลของกลูโคส

2) ด้วยการออกซิเดชั่นที่สมบูรณ์ของโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุล 38 โมเลกุล ATP จะเกิดขึ้น (2 โมเลกุลระหว่างไกลโคไลซิสและ 38 โมเลกุลระหว่างไฮโดรไลซิส)

3) ด้วยการออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของโมเลกุลกลูโคส 34 โมเลกุล 34 x 38 = 1292 โมเลกุล ATP จะเกิดขึ้น

5) ในกระบวนการไกลโคไลซิส กรดไพรูวิค (PVA) 112 โมเลกุลถูกสร้างขึ้น มีกี่โมเลกุลของกลูโคสที่ถูกแยกออกและกี่โมเลกุลของ ATP ที่เกิดขึ้นระหว่างการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคสในเซลล์ยูคาริโอตอย่างสมบูรณ์ อธิบายคำตอบ

คำอธิบาย. 1) ในกระบวนการไกลโคไลซิส เมื่อกลูโคส 1 โมเลกุลถูกสลาย กรดไพรูวิก 2 โมเลกุลจะถูกสร้างขึ้นและปล่อยพลังงานออกมา ซึ่งเพียงพอสำหรับการสังเคราะห์ ATP 2 โมเลกุล

2) ถ้ากรดไพรูวิก 112 โมเลกุลเกิดขึ้น ดังนั้น 112: 2 = กลูโคส 56 โมเลกุลจึงเกิดการแตกแยก

3) ด้วยการออกซิเดชั่นที่สมบูรณ์ต่อโมเลกุลของกลูโคส 38 ATP โมเลกุลจะเกิดขึ้น

ดังนั้นด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของโมเลกุลกลูโคส 56 โมเลกุล 38 x 56 \u003d 2128 โมเลกุล ATP จึงเกิดขึ้น

6) ในระหว่างขั้นตอนออกซิเจนของแคแทบอลิซึม โมเลกุล ATP 1368 ถูกสร้างขึ้น กำหนดจำนวนโมเลกุลของกลูโคสที่ถูกตัดออกและจำนวนโมเลกุล ATP ที่เกิดขึ้นจาก glycolysis และออกซิเดชั่นที่สมบูรณ์? อธิบายคำตอบ

คำอธิบาย.

7) ในระหว่างขั้นตอนออกซิเจนของแคแทบอลิซึม โมเลกุล ATP 1368 ถูกสร้างขึ้น กำหนดจำนวนโมเลกุลของกลูโคสที่ถูกตัดออกและจำนวนโมเลกุล ATP ที่เกิดขึ้นจาก glycolysis และออกซิเดชั่นที่สมบูรณ์? อธิบายคำตอบ

คำอธิบาย. 1) ในกระบวนการเผาผลาญพลังงาน ATP 36 โมเลกุลถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุล ดังนั้น 1368: 36 = 38 โมเลกุลของกลูโคสจึงผ่านกระบวนการไกลโคไลซิสและออกซิเดชันอย่างสมบูรณ์

2) ในระหว่างการสลายไกลโคไลซิส กลูโคส 1 โมเลกุลจะถูกแตกออกเป็น 2 โมเลกุล PVC ด้วยการสร้าง ATP 2 โมเลกุล ดังนั้น จำนวนโมเลกุล ATP ที่เกิดขึ้นระหว่างไกลโคไลซิสคือ 38 × 2 = 76

3) ด้วยการออกซิเดชั่นที่สมบูรณ์ของโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุล 38 ATP โมเลกุลจึงเกิดขึ้น ดังนั้นด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่สมบูรณ์ของโมเลกุลกลูโคส 38 โมเลกุล 38 × 38 = 1444 โมเลกุล ATP จึงเกิดขึ้น

8) ในกระบวนการสลายตัว กลูโคส 7 โมลถูกตัดออก ซึ่งมีเพียง 2 โมลเท่านั้นที่ได้รับการแยกออกอย่างสมบูรณ์ (ออกซิเจน) กำหนด:

ก) กรดแลคติคและคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นกี่โมลในกรณีนี้

b) ในกรณีนี้มีการสังเคราะห์ ATP จำนวนโมล;

c) พลังงานและรูปแบบใดที่สะสมอยู่ในโมเลกุล ATP เหล่านี้

d) จำนวนโมลของออกซิเจนที่ใช้ในการออกซิเดชันของกรดแลคติคที่เกิดขึ้น

สารละลาย.

1) จาก 7 โมลของกลูโคส 2 ได้รับความแตกแยกอย่างสมบูรณ์ 5 - ไม่ใช่ครึ่ง (7-2 = 5):

2) เขียนสมการสำหรับการสลายกลูโคส 5 โมลที่ไม่สมบูรณ์ 5C 6 H 12 O 6 + 5 2H 3 PO 4 + 5 2ADP = 5 2C 3 H 6 O 3 + 5 2ATP + 5 2H 2 O;

3) สร้างสมการทั้งหมดสำหรับการสลายกลูโคส 2 โมลอย่างสมบูรณ์:

2С 6 H 12 O 6 + 2 6O 2 +2 38H 3 PO 4 + 2 38ADP = 2 6CO 2 +2 38ATP + 2 6H 2 O + 2 38H 2 O;

4) รวมปริมาณ ATP: (2 38) + (5 2) = 86 โมลของ ATP; 5) กำหนดปริมาณพลังงานในโมเลกุล ATP: 86 40 kJ = 3440 kJ

คำตอบ:

ก) กรดแลคติก 10 โมล, 12 โมล CO 2 ;

b) 86 โมลของ ATP;

ค) 3440 กิโลจูล ในรูปของพลังงาน พันธะเคมีพันธะมาโครเออร์จิคในโมเลกุลเอทีพี

ง) 12 โมล O 2

9) อันเป็นผลมาจากการสลายตัวทำให้เกิดกรดแลคติก 5 โมลและคาร์บอนไดออกไซด์ 27 โมลในเซลล์ กำหนด:

ก) มีการบริโภคกลูโคสทั้งหมดกี่โมล

b) จำนวนของพวกเขาได้รับการแยกที่ไม่สมบูรณ์เท่านั้นและจำนวนการแยกที่สมบูรณ์;

c) ATP สังเคราะห์ได้เท่าใดและสะสมพลังงานเท่าใด

d) จำนวนโมลของออกซิเจนที่ใช้สำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันของกรดแลคติคที่เกิดขึ้น

คำตอบ:

b) 4.5 โมลสมบูรณ์ + 2.5 โมลไม่สมบูรณ์;

c) 176 โมล ATP, 7040 กิโลจูล;

ในบทความนี้เราจะพิจารณาว่ากลูโคสถูกออกซิไดซ์อย่างไร คาร์โบไฮเดรตเป็นสารประกอบประเภทโพลีไฮดรอกซีคาร์บอนิลเช่นเดียวกับอนุพันธ์ของพวกมัน คุณลักษณะเฉพาะ- การปรากฏตัวของกลุ่มอัลดีไฮด์หรือคีโตนและกลุ่มไฮดรอกซิลอย่างน้อยสองกลุ่ม

ตามโครงสร้างคาร์โบไฮเดรตแบ่งออกเป็นโมโนแซ็กคาไรด์, โพลีแซ็กคาไรด์, โอลิโกแซ็กคาไรด์

โมโนแซ็กคาไรด์

โมโนแซ็กคาไรด์เป็นคาร์โบไฮเดรตที่ง่ายที่สุดที่ไม่สามารถไฮโดรไลซ์ได้ ขึ้นอยู่กับกลุ่มที่มีอยู่ในองค์ประกอบ - อัลดีไฮด์หรือคีโตน, อัลโดสจะถูกแยกออก (ซึ่งรวมถึงกาแลคโตส, กลูโคส, ไรโบส) และคีโตส (ไรบูโลส, ฟรุกโตส)

โอลิโกแซ็กคาไรด์

โอลิโกแซ็กคาไรด์เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีส่วนประกอบของโมโนแซ็กคาไรด์ตกค้างสองถึงสิบตัว ซึ่งเชื่อมต่อกันผ่านพันธะไกลโคซิดิก ไดแซ็กคาไรด์ ไตรแซ็กคาไรด์ และอื่นๆ ขึ้นอยู่กับจำนวนโมโนแซ็กคาไรด์ที่เหลือ เกิดอะไรขึ้นเมื่อกลูโคสถูกออกซิไดซ์? นี้จะกล่าวถึงในภายหลัง

โพลีแซคคาไรด์

โพลีแซ็กคาไรด์คือคาร์โบไฮเดรตที่มีโมโนแซ็กคาไรด์ตกค้างมากกว่าสิบตัวที่เชื่อมกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก หากองค์ประกอบของพอลิแซ็กคาไรด์มีโมโนแซ็กคาไรด์ตกค้างเหมือนกัน ก็จะเรียกว่าโฮโมโพลีแซ็กคาไรด์ (เช่น แป้ง) หากสารตกค้างดังกล่าวแตกต่างกันให้ใช้ heteropolysaccharide (เช่น heparin)

ปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคสมีความสำคัญอย่างไร?

หน้าที่ของคาร์โบไฮเดรตในร่างกายมนุษย์

คาร์โบไฮเดรตทำหน้าที่หลักดังต่อไปนี้:

1. พลังงาน. หน้าที่ที่สำคัญที่สุดของคาร์โบไฮเดรตเนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานหลักในร่างกาย อันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันทำให้ความต้องการพลังงานมากกว่าครึ่งหนึ่งของบุคคลพึงพอใจ อันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตหนึ่งกรัม 16.9 กิโลจูลจะถูกปล่อยออกมา
2. จอง. ไกลโคเจนและแป้งเป็นรูปแบบหนึ่งของการสะสมสารอาหาร
3. โครงสร้าง เซลลูโลสและสารประกอบพอลิแซ็กคาไรด์อื่นๆ ก่อตัวเป็นโครงสร้างที่แข็งแกร่งในพืช นอกจากนี้ยังร่วมกับไขมันและโปรตีนเป็นส่วนประกอบของไบโอเมมเบรนของเซลล์ทั้งหมด
4. ป้องกัน แอซิดเฮเทอโรโพลีแซคคาไรด์มีบทบาทเป็นสารหล่อลื่นทางชีวภาพ พวกเขาเรียงพื้นผิวของข้อต่อที่สัมผัสและเสียดสีกัน เยื่อเมือกของจมูก และระบบทางเดินอาหาร
5. ยาต้านการแข็งตัวของเลือด คาร์โบไฮเดรต เช่น เฮพารินมีคุณสมบัติทางชีวภาพที่สำคัญ คือ ป้องกันการแข็งตัวของเลือด
6. คาร์โบไฮเดรตเป็นแหล่งของคาร์บอนที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ไขมัน และกรดนิวคลีอิก

ในกระบวนการคำนวณปฏิกิริยา glycolytic จะต้องคำนึงถึงว่าแต่ละขั้นตอนของขั้นตอนที่สองซ้ำสองครั้ง จากนี้ เราสามารถสรุปได้ว่า ATP 2 โมเลกุลถูกใช้ไปในขั้นตอนแรก และ 4 โมเลกุลของ ATP จะเกิดขึ้นในขั้นตอนที่สองโดยกระบวนการฟอสโฟรีเลชั่นประเภทสารตั้งต้น ซึ่งหมายความว่าจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของโมเลกุลกลูโคสแต่ละโมเลกุล เซลล์จะสะสม ATP สองโมเลกุล

เราได้พิจารณาปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคสด้วยออกซิเจน

เส้นทางออกซิเดชันของกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจน

ปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบแอโรบิกเป็นกระบวนการออกซิเดชันที่พลังงานถูกปลดปล่อยและดำเนินต่อไปเมื่อมีออกซิเจน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรับสุดท้ายของไฮโดรเจนในระบบทางเดินหายใจ ผู้บริจาคคือโคเอนไซม์รูปแบบรีดิวซ์ (FADH2, NADH, NADPH) ซึ่งก่อรูปขึ้นระหว่างปฏิกิริยาขั้นกลางของปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารตั้งต้น

กระบวนการออกซิเดชันของกลูโคสแบบแอโรบิกแบบไดโคโตมัสเป็นเส้นทางหลักของการเผาผลาญกลูโคสในร่างกายมนุษย์ ไกลโคไลซิสชนิดนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในเนื้อเยื่อและอวัยวะทุกส่วนของร่างกายมนุษย์ ผลของปฏิกิริยานี้คือการแยกโมเลกุลของกลูโคสออกเป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกเก็บไว้ใน ATP กระบวนการนี้สามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน:

1. กระบวนการเปลี่ยนโมเลกุลกลูโคสให้เป็นโมเลกุลคู่ของกรดไพรูวิค ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์และเป็นเส้นทางเฉพาะสำหรับการสลายกลูโคส
2. กระบวนการสร้าง acetyl-CoA อันเป็นผลจากปฏิกิริยาออกซิเดทีฟดีคาร์บอกซิเลชันของกรดไพรูวิค ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียระดับเซลล์
3. กระบวนการออกซิเดชั่นของ acetyl-CoA ในวัฏจักรเครบส์ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียระดับเซลล์

ในแต่ละขั้นตอนของกระบวนการนี้ จะมีการสร้างโคเอนไซม์ในรูปแบบที่ลดลง ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์ผ่านคอมเพล็กซ์ของเอนไซม์ในระบบทางเดินหายใจ เป็นผลให้ ATP เกิดขึ้นระหว่างการเกิดออกซิเดชันของกลูโคส

การสร้างโคเอนไซม์

โคเอ็นไซม์ที่เกิดขึ้นในขั้นตอนที่สองและสามของไกลโคไลซิสแบบใช้ออกซิเจนจะถูกออกซิไดซ์โดยตรงในไมโทคอนเดรียของเซลล์ ควบคู่ไปกับสิ่งนี้ NADH ซึ่งก่อตัวขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์ระหว่างปฏิกิริยาของไกลโคไลซิสแบบแอโรบิกระยะแรก ไม่มีความสามารถในการเจาะผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของไมโทคอนเดรีย ไฮโดรเจนถูกถ่ายโอนจาก NADH ของไซโตพลาสซึมไปยังไมโตคอนเดรียของเซลล์ผ่านวัฏจักรกระสวย ในวัฏจักรเหล่านี้สามารถแยกแยะความแตกต่างหลักได้ - malate-aspartate

จากนั้นด้วยความช่วยเหลือของ NADH ของไซโตพลาสซึม ออกซาโลอะซีเตตจะถูกรีดิวซ์เป็นมาเลต ซึ่งจะแทรกซึมเข้าไปในไมโตคอนเดรียของเซลล์และจากนั้นจะถูกออกซิไดซ์เพื่อลด NAD ของไมโทคอนเดรีย Oxaloacetate กลับสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ในรูปของแอสพาเตต

รูปแบบดัดแปลงของไกลโคไลซิส

กระบวนการไกลโคไลซิสอาจมาพร้อมกับการปลดปล่อย 1,3 และ 2,3-ไบฟอสโฟกลีเซอเรตเพิ่มเติม ในเวลาเดียวกัน 2,3-bisphosphoglycerate ภายใต้อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพสามารถกลับสู่กระบวนการไกลโคไลซิส แล้วเปลี่ยนรูปแบบเป็น 3-phosphoglycerate เอนไซม์เหล่านี้มีบทบาทที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น 2,3-biphosphoglycerate ที่พบในฮีโมโกลบิน ส่งเสริมการถ่ายโอนออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อ ในขณะที่ส่งเสริมการแตกตัวและลดความสัมพันธ์ของออกซิเจนและเซลล์เม็ดเลือดแดง

บทสรุป

แบคทีเรียหลายชนิดสามารถเปลี่ยนรูปแบบไกลโคไลซิสไปเป็นของมันได้ ขั้นตอนต่างๆ. ในกรณีนี้ จำนวนทั้งหมดอาจลดลงหรือขั้นตอนเหล่านี้อาจถูกปรับเปลี่ยนอันเป็นผลมาจากการกระทำของสารประกอบเอนไซม์ต่างๆ แอนแอโรบิกบางชนิดมีความสามารถในการย่อยสลายคาร์โบไฮเดรตในรูปแบบอื่นๆ เทอร์โมฟิลส่วนใหญ่มีเอนไซม์ไกลโคไลติกเพียงสองตัว โดยเฉพาะอีโนเลสและไพรูเวตไคเนส

เราตรวจสอบว่าปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคสดำเนินไปอย่างไรในร่างกาย

ควรได้รับการพิจารณา:

• ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับค่าใช้จ่ายหรือการก่อตัวของ ATP และ GTP;
• ปฏิกิริยาทำให้เกิด NADH และ FADH 2 และนำไปใช้;
• เนื่องจากกลูโคสก่อตัวเป็น 2 ไตรโอส สารประกอบทั้งหมดที่เกิดขึ้นภายใต้ปฏิกิริยา GAF-ดีไฮโดรจีเนสจึงเกิดขึ้นในปริมาณสองเท่า (เทียบกับกลูโคส)

การคำนวณ ATP ในการออกซิเดชันแบบไม่ใช้ออกซิเจน

ตำแหน่งของไกลโคไลซิสที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวและการใช้พลังงาน

ในขั้นตอนเตรียมการจะใช้ ATP 2 โมเลกุลในการกระตุ้นกลูโคสซึ่งฟอสเฟตของแต่ละโมเลกุลนั้นอยู่ใน triose - glyceraldehyde phosphate และ dihydroxyacetone phosphate

ขั้นตอนที่สองถัดไปประกอบด้วยโมเลกุลของกลีเซอรอลดีไฮด์ฟอสเฟตสองโมเลกุล ซึ่งแต่ละโมเลกุลจะถูกออกซิไดซ์เป็นไพรูเวตด้วยการก่อตัวของ ATP 2 โมเลกุลในปฏิกิริยาที่เจ็ดและสิบ - ปฏิกิริยาของสารตั้งต้นฟอสโฟรีเลชั่น สรุปได้ว่าระหว่างทางจากกลูโคสเป็นไพรูเวต 2 โมเลกุล ATP ก่อตัวขึ้นในรูปบริสุทธิ์

อย่างไรก็ตาม เราต้องคำนึงถึงปฏิกิริยาที่ห้า glyceraldehyde phosphate dehydrogenase ซึ่ง NADH จะถูกปล่อยออกมา หากเงื่อนไขเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจน ก็จะใช้ในปฏิกิริยาแลคเตตดีไฮโดรจีเนส ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างแลคเตตและไม่มีส่วนร่วมในการผลิตเอทีพี

การคำนวณผลกระทบด้านพลังงานของปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจน

ออกซิเดชันแอโรบิก

ไซต์ออกซิเดชันของกลูโคสที่เกี่ยวข้องกับการสร้างพลังงาน

หากมีออกซิเจนในเซลล์ NADH จากไกลโคไลซิสจะถูกส่งไปยังไมโทคอนเดรีย (ระบบกระสวย) ไปยังกระบวนการออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่น และที่นั่น ออกซิเดชันจะนำมาซึ่งเงินปันผลในรูปของ ATP สามโมเลกุล

ภายใต้สภาวะที่ใช้ออกซิเจน ไพรูเวตที่เกิดขึ้นในไกลโคไลซิสจะถูกแปลงใน PVC-dehydrogenase complex เป็น acetyl-S-CoA ด้วยการก่อตัวของ 1 NADH โมเลกุล

Acetyl-S-CoA เกี่ยวข้องกับ TCA และถูกออกซิไดซ์ ทำให้ได้ NADH 3 โมเลกุล, 1 FADH 2 โมเลกุล, 1 GTP โมเลกุล NADH และ FADH 2 โมเลกุลจะเคลื่อนเข้าสู่ห่วงโซ่ทางเดินหายใจ ซึ่งเมื่อถูกออกซิไดซ์ จะเกิด ATP ทั้งหมด 11 โมเลกุล โดยทั่วไป ในระหว่างการเผาไหม้ของกลุ่มอะซิโตหนึ่งกลุ่มใน TCA จะเกิด ATP 12 โมเลกุล

เมื่อสรุปผลลัพธ์ของการเกิดออกซิเดชันของ "ไกลโคไลติก" และ "ไพรูเวตดีไฮโดรจีเนส" NADH, ATP "ไกลโคไลติก" ผลผลิตพลังงานของ TCA และการคูณทุกอย่างด้วย 2 เราได้ ATP 38 โมเลกุล

เราสามารถกำหนดได้ จำนวนโมเลกุล ATP ทั้งหมดซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการสลายกลูโคส 1 โมเลกุลภายใต้สภาวะที่เหมาะสม
1. ระหว่างไกลโคไลซิส 4 โมเลกุล ATP เกิดขึ้น: 2 โมเลกุล ATP ถูกใช้ในขั้นตอนแรกของกลูโคสฟอสโฟรีเลชั่น ซึ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการไกลโคไลซิส ผลผลิต ATP สุทธิระหว่างไกลโคไลซิสคือ 2 โมเลกุล ATP

2. ในตอนท้าย วงจรกรดซิตริกสร้าง ATP ได้ 1 โมเลกุล อย่างไรก็ตามเนื่องจากน้ำตาลกลูโคส 1 โมเลกุลถูกแบ่งออกเป็นกรดไพรูวิค 2 โมเลกุลซึ่งแต่ละโมเลกุลจะผ่านการหมุนเวียนในวงจร Krebs ทำให้ได้ผลผลิตสุทธิของ ATP ต่อ 1 โมเลกุลของกลูโคสเท่ากับ 2 ATP โมเลกุล

3. ออกซิเดชั่นของกลูโคสอย่างสมบูรณ์อะตอมของไฮโดรเจนทั้งหมด 24 อะตอมเกิดขึ้นจากกระบวนการไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริก 20 อะตอมถูกออกซิไดซ์ตามกลไกเคมีออสโมติกด้วยการปล่อย ATP 3 โมเลกุลสำหรับทุกๆ 2 อะตอมของไฮโดรเจน ผลลัพธ์คือ ATP อีก 30 โมเลกุล

4. สี่อะตอมที่เหลืออยู่ไฮโดรเจนถูกปล่อยออกมาภายใต้อิทธิพลของดีไฮโดรจีเนสและรวมอยู่ในวงจรของการเกิดออกซิเดชันทางเคมีในไมโตคอนเดรียนอกเหนือจากขั้นตอนแรก ปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจน 2 อะตอมจะมาพร้อมกับการผลิต ATP 2 โมเลกุล ทำให้เกิด ATP อีก 4 โมเลกุล

วางมันทั้งหมดเข้าด้วยกัน โมเลกุลที่เกิดเราจะได้ ATP 38 โมเลกุลเป็นปริมาณสูงสุดที่เป็นไปได้เมื่อกลูโคส 1 โมเลกุลถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ดังนั้นจึงสามารถเก็บในรูปของ ATP ได้ 456,000 แคลอรี จาก 686,000 แคลอรีที่ได้จากการออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของกลูโคส 1 กรัม-โมเลกุล ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ได้จากกลไกนี้อยู่ที่ประมาณ 66% พลังงานที่เหลืออีก 34% จะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อนและเซลล์ไม่สามารถใช้เพื่อทำหน้าที่เฉพาะได้

ปล่อยพลังงานจากไกลโคเจน

ต่อเนื่อง ปล่อยพลังงานจากกลูโคสเมื่อเซลล์ไม่ต้องการพลังงาน มันจะเป็นกระบวนการที่สิ้นเปลืองเกินไป ไกลโคไลซิสและปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของอะตอมไฮโดรเจนที่ตามมาจะถูกควบคุมอย่างต่อเนื่องตามความต้องการของเซลล์ในเอทีพี การควบคุมนี้ดำเนินการโดยกลไกการควบคุมที่หลากหลาย ข้อเสนอแนะระหว่างปฏิกิริยาเคมี อิทธิพลที่สำคัญที่สุดของประเภทนี้คือความเข้มข้นของ ADP และ ATP ซึ่งควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในระหว่างกระบวนการแลกเปลี่ยนพลังงาน

หนึ่งใน วิธีที่สำคัญ ที่ช่วยให้ ATP ควบคุมการเผาผลาญพลังงาน คือ การยับยั้งเอนไซม์ phosphofructokinase เอนไซม์นี้รับประกันการก่อตัวของฟรุกโตส-1,6-ไดฟอสเฟต ซึ่งเป็นหนึ่งในระยะเริ่มต้นของไกลโคไลซิส ดังนั้นผลของ ATP ส่วนเกินในเซลล์จะเป็นการยับยั้งหรือหยุดไกลโคไลซิส ซึ่งจะนำไปสู่การยับยั้ง ของการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต ADP (เช่นเดียวกับ AMP) มีผลตรงกันข้ามกับ phosphofructokinase ซึ่งเพิ่มกิจกรรมอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อ ATP ถูกใช้โดยเนื้อเยื่อเพื่อให้พลังงานสำหรับปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่ในเซลล์ สิ่งนี้จะลดการยับยั้งเอนไซม์ฟอสโฟฟรุกโตไคเนส นอกจากนี้ กิจกรรมของมันจะเพิ่มขึ้นควบคู่ไปกับการเพิ่มความเข้มข้นของ ADP เป็นผลให้เกิดกระบวนการ glycolysis ซึ่งนำไปสู่การฟื้นฟู ATP สำรองในเซลล์

อีกวิธีหนึ่ง ไกล่เกลี่ยควบคุมโดยซิเตรตเกิดขึ้นในวงจรกรดซิตริก ไอออนส่วนเกินเหล่านี้ช่วยลดการทำงานของเอนไซม์ฟอสโฟฟรุกโตไคเนสได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งป้องกันไกลโคไลซิสจากการแซงหน้าอัตราการใช้กรดไพรูวิค ซึ่งเกิดขึ้นจากไกลโคไลซิสในวงจรกรดซิตริก

วิธีที่สามโดยใช้ ซึ่งระบบ ATP-ADP-AMPสามารถควบคุมการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตและจัดการการปลดปล่อยพลังงานจากไขมันและโปรตีนได้ดังนี้ กลับไปต่างๆ ปฏิกริยาเคมีซึ่งทำหน้าที่เป็นวิธีปลดปล่อยพลังงาน เราจะเห็นว่าหาก AMP ที่มีอยู่ทั้งหมดถูกแปลงเป็น ATP แล้ว การสร้าง ATP ต่อไปจะเป็นไปไม่ได้ ส่งผลให้กระบวนการใช้สารอาหาร (กลูโคส โปรตีน และไขมัน) เพื่อให้ได้พลังงานในรูปของ ATP ทั้งหมดหยุดลง หลังจากใช้ ATP ที่เกิดขึ้นเป็นแหล่งพลังงานในเซลล์เพื่อให้มีการทำงานทางสรีรวิทยาที่หลากหลายแล้ว ADP และ AMP ที่เพิ่งปรากฏขึ้นใหม่จะเริ่มกระบวนการผลิตพลังงาน ซึ่งในระหว่างนั้น ADP และ AMP จะถูกแปลงเป็น ATP เส้นทางนี้จะคงไว้ซึ่งการอนุรักษ์ ATP สำรองบางอย่างโดยอัตโนมัติ ยกเว้นในกรณีของกิจกรรมของเซลล์ที่รุนแรง เช่น ระหว่างการออกแรงทางกายภาพอย่างหนัก