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포도당은 셀룰러 연료의 궁극적 인 원천 화학 결합의 에너지가 합성에 사용되는 모든 생명체를 위해 아데노신 삼인산 다양한 상호 연결 및 상호 의존적 인 방식으로 (ATP). 이 6 개의 탄소 (즉, 헥 소스) 당의 분자가 외부에서 세포의 원형질막을 가로 질러 세포질에 들어가면 바로 인산화 즉, 음전하를 운반하는 인산기가 포도당 분자의 일부에 부착되어 있습니다. 결과적으로 무엇이 되었는가에 대한 순 음전하 포도당 -6- 인산 분자가 세포를 떠나는 것을 막습니다.
원핵 생물박테리아 및 Archaea 도메인을 포함하여에는 다음을 포함하여 막 결합 소기관이 없습니다. 미토콘드리아 그 안에 진핵 생물 Krebs주기와 산소 의존성 전자 수송 사슬을 호스팅하십시오. 결과적으로, 원핵 생물은 호기성 ( "산소와 함께") 호흡에 참여하지 않고, 진핵 세포에서 수행 된 호기성 호흡에 앞서 작동하는 혐기성 과정 인 당분 해로부터 거의 모든 에너지를 유도합니다.
포도당 : 정의
포도당은 생화학에서 가장 중요한 분자 중 하나이며 지구상에서 생명의 연대기에서 아마도 가장 중요한 반응 세트의 출발점 이므로이 분자의 구조와 행동에 대한 간단한 논의가 순서대로 이루어집니다.
또한 ~으로 알려진 포도당 (일반적으로 옥수수로 만든 포도당과 같은 비 생물학적 시스템과 관련하여) 혈당 (의료상의 단점과 같은 생물학적 시스템과 관련하여) 포도당은 화학식을 갖는 6- 탄소 분자입니다 씨6H12영형6. 사람 혈액에서 포도당의 정상 농도는 약 100mg / dL입니다. 100mg은 1 그램이고, dL은 1/10 리터입니다. 이것은 1 리터당 1 그램으로 효과가 있으며, 평균적인 사람은 약 4 리터의 혈액을 가지고 있기 때문에 대부분의 사람들은 혈류에 약 4g의 포도당을 가지고 있습니다.
포도당에있는 6 개의 탄소 (C) 원자 중 5 개는 여섯 원자 반지 분자가 자연에서 시간의 99.98 %를 가정한다는 형태. 제 6 고리 원자는 산소 (O)이며, 제 6 C는 고리 C 중 하나에 부착되어 하이드 록시 메틸 (-CH2오) 그룹. 하이드 록실 (-OH) 그룹은 무기 인산염 (Pi)는 세포질에서 분자를 포획하는 인산화 과정 동안 부착된다.
포도당, 세포 유형 및 대사
원핵 생물은 작고 (압도적 인 대다수는 단세포 임) 단순합니다 (대부분의 세포에는 핵과 다른 막 결합 소기관이 없습니다). 이것은 진핵 생물만큼 우아하고 흥미롭지 않게 할 수 있지만 연료 요구량을 상대적으로 낮게 유지합니다.
원핵 생물과 진핵 생물 모두에서, 당분 해는 포도당 대사의 첫 번째 단계입니다. 혈장 막을 가로 질러 확산함으로써 세포로 유입 될 때 포도당의 인산화는 해당 섹션의 첫 번째 단계이며, 이는 후속 섹션에서 상세히 설명된다.
해당 과정의 마지막에, 포도당 분자는 2 개의 3 개의 탄소 피루 베이트 분자, 소위 고 에너지 전자 운반체 니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오티드 (NADH)의 2 개의 분자, 및 2 개의 ATP 분자의 순 이득을 생성하는데 사용되었다.
이 시점에서, 원핵 생물에서 피루 베이트는 일반적으로 발효에 들어가고, 곧 발견 될 다양한 변형이있는 혐기성 과정입니다. 그러나 일부 박테리아는 호기성 호흡을 어느 정도까지 수행하는 능력을 발전 시켜서 기능성 혐기성. 해당 작용에서만 에너지를 추출 할 수있는 박테리아를 혐기성 혐기이 중 다수는 실제로 산소에 의해 죽습니다. 제한된 수의 박테리아는 에어 로브 의무즉, 귀하와 마찬가지로 산소가 절대적으로 필요합니다. 박테리아가 지구 이동 환경의 요구에 적응하는 데 약 35 억 년이 걸린다는 점을 감안할 때, 박테리아가 다양한 기본 대사 생존 전략을 명령했다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
당분 해 과정
당분 해에는 10이 포함됩니다 반응좋은 반올림이지만 이러한 모든 단계에서 모든 제품, 중간체 및 효소를 반드시 기억할 필요는 없습니다. 대신,이 축소의 일부는 재미 있고 유용하지만, 감각을 얻는 것이 더 중요합니다. 뭐 전체적으로 해당 과정에서 발생하며 왜 그것은 (기본 물리학과 셀의 요구 측면에서) 발생합니다.
당분 해는 10 번의 개별 반응의 합인 다음 반응에서 포착됩니다.
씨6H12영형6 → 2 C3H4영형3 + 2 ATP + 2 NADH
평범한 영어에서는, 해당 과정에서 단일 포도당 분자가 두 개의 피루 베이트 분자로 분리되고, 그 과정에서 두 개의 연료 분자와 한 쌍의 "연료 전"분자가 만들어집니다. ATP는 세포 과정에서 에너지에 대한 거의 보편적 인 통화 인 반면 NADH는 NAD + 또는 니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오티드의 환원 형태 인 NADH가 궁극적으로 전자를 수소 이온 (H +) 형태로 제공하는 고 에너지 전자 운반체 역할을합니다. 끝에 산소 분자에 전자 수송 사슬 ...에서 호기성 대사, 당분 해만으로 공급할 수있는 것보다 훨씬 더 많은 ATP가 발생합니다.
초기 당분 해
세포질로 들어간 후 포도당의 인산화는 포도당 -6- 포스페이트 (G-6-P)를 초래합니다. 인산염은 ATP에서 유래하며 포도당으로의 결합 아데노신 디 포스페이트 뒤에 (ADP). 언급 한 바와 같이, 이것은 세포 내에서 포도당을 포획한다.
다음으로, G-6-P는 과당 -6 인산염 (F-6-P). 이것은 이성질체 화 반응물과 생성물은 서로의 이성질체이기 때문에 각 유형의 원자는 동일하지만 공간 배열이 다른 분자이다. 이 경우 과당의 고리에는 5 개의 원자 만 있습니다. 이 원자 저글링 행위를 담당하는 효소를 포스 포 글루코스 이소 머라 제. (대부분 번거롭지 만 대부분의 효소 이름은 적어도 완벽하게 이해됩니다.)
해당 과정의 세 번째 반응에서 F-6-P는 과당 -1,6- 비스 인산 (F-1,6-BP). 이 인산화 단계에서, 인산염은 다시 ATP에서 나오지만 이번에는 다른 탄소 원자에 첨가됩니다. 담당 효소는 포스 포프 룩 토키나 제 (PFK).
해당 작용의 네 번째 반응에서, 이중 복용량의 인산기 때문에 상당히 불안정한 F-1,6-BP 분자는 효소에 의해 분리됩니다 알 돌라 제 3 탄소 단일 포스페이트 그룹 운반 분자로 글리 세르 알데히드 3- 인산 (GAP) 및 디 하이드 록시 아세톤 포스페이트 (DHAP). 이들은 이성질체이며 효소로부터의 푸시를 사용하여 당화의 다섯 번째 단계에서 DHAP가 GAP로 빠르게 전환됩니다. 트리 오스 포스페이트 이성 질화 효소 (TIM).
이 단계에서, 원래의 포도당 분자는 2 개의 ATP를 희생시키면서, 2 개의 동일한 3 개의 탄소, 단독으로 인산화 된 분자가되었다. 이 시점부터, 각각의 기술 된 해당 분해 반응은 해당 분해를 겪는 모든 포도당 분자에 대해 두 번 발생합니다.
나중에 당분 해
해당 과정의 6 번째 반응에서 GAP는 1,3- 비스 포스 포 글리세 레이트 (1,3-BPG)의 영향을 받음 글리 세르 알데히드 3- 포스페이트 탈수소 효소. 탈수소 효소 효소는 수소 원자 (즉, 양성자)를 제거한다. GAP로부터 유리 된 수소는 NAD + 분자에 부착되어 NADH를 생성한다. 포도당 상류의 초기 분자는 두 이 반응 후 GAP 분자, 두 NADH의 분자가 생성되었습니다.
일곱 번째 당분 해 반응에서, 초기 당분 해의 인산화 반응 중 하나는 사실상 역전된다. 효소가 포스 포 글리세 레이트 키나제 1,3-BPG에서 인산기를 제거하면 결과는 3- 포스 포 글리세 레이트 (3-PG). 2 개의 1,3-BPG 분자로부터 제거 된 포스페이트는 ADP에 첨가되어 2 개의 ATP를 형성한다. 이는 1 단계와 3 단계에서 "차용 된"2 개의 ATP가 7 번째 반응에서 "복귀"되었음을 의미합니다.
8 단계에서 3-PG는 2- 포스 포 글리세 레이트 에 의해 (2-PG) 포스 포 글리세 레이트 뮤 타제나머지 인산기를 다른 탄소 원자로 이동시킵니다. 뮤타 아제는 이성 질화 효소와는 달리 작용이 덜 무거 우며; 분자의 구조를 재정렬하는 대신, 측쇄 그룹 중 하나를 새로운 지점으로 이동시켜 전체 백본, 고리 등을 그대로 둡니다.
해당 과정의 아홉 번째 반응에서 2-PG는 포스 포에 놀 피루 베이트 (PEP)의 행동에 따라 에 놀라 제. 에놀은 탄소 중 하나가 또한 히드 록 실기에 결합 된 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물이다.
마지막으로, 당분 해의 10 번째 및 마지막 반응 인 PEP는 효소 덕분에 피루 베이트로 변환됩니다 피루브산 키나아제. 2 개의 PEP로부터 제거 된 포스페이트 기는 ADP 분자에 부착되어, 2 개의 ATP 및 2 개의 피루 베이트를 생성하며, ( 씨3H4영형3) 또는 (CH3) CO (COOH). 따라서, 단일 분자 글루코스의 초기 혐기성 처리는 2 개의 피루 베이트, 2 개의 ATP 및 2 개의 NADH 분자를 생성한다.
당분 해 과정
포도당이 세포로 들어가서 궁극적으로 생성 된 피루 베이트는 두 가지 경로 중 하나를 취할 수 있습니다. 세포가 원핵 세포이거나, 세포가 진핵 세포이지만 호기성 호흡만으로 제공 할 수있는 것보다 일시적으로 더 많은 연료를 필요로하는 경우 (예를 들어, 노래 또는 리프팅과 같은 단단한 신체 운동에서 근육 세포에서와 같이) 피루 베이트는 발효 경로로 들어갑니다. 세포가 진핵 세포이고 에너지 요구 사항이 전형적인 경우, 피루브산을 미토콘드리아 내부로 옮기고 크렙스 사이클: