Cara Memetabolisme Glukosa untuk Membuat ATP

Isi

• Apa itu Glukosa?
• Apa itu ATP?
• Respirasi Seluler
• Glikolisis Dini
• Kemudian Glikolisis
• Siklus Krebs
• Rantai Transportasi Elektron

Glukosa, gula enam karbon, adalah "input" mendasar dalam persamaan yang memberdayakan semua kehidupan. Energi dari luar, dengan cara tertentu, diubah menjadi energi untuk sel. Setiap organisme yang hidup, dari sahabat Anda hingga bakteri paling rendah, memiliki sel yang membakar glukosa untuk bahan bakar di tingkat metabolisme akar.

Organisme berbeda dalam hal sel mereka dapat mengekstraksi energi dari glukosa. Dalam semua sel, energi ini dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP).

Karena itu, satu hal semua sel hidup memiliki kesamaan yaitu mereka memetabolisme glukosa untuk membuat ATP. Molekul glukosa tertentu yang memasuki sel bisa dimulai sebagai makan malam steak, sebagai mangsa binatang buas, sebagai materi tanaman atau sebagai sesuatu yang lain.

Apapun, berbagai proses pencernaan dan biokimiawi telah memecah semua molekul multi-karbon dalam zat apa pun yang dicerna organisme untuk dipupuk gula monosakarida yang memasuki jalur metabolisme seluler.

Apa itu Glukosa?

Secara kimia, glukosa adalah a heksosa Gula, hex menjadi awalan Yunani untuk "enam," jumlah atom karbon dalam glukosa. Rumus molekulnya adalah C₆H₁₂HAI₆, memberikan berat molekul 180 gram per mol.

Glukosa juga a monosakarida dalam hal ini adalah gula yang hanya mencakup satu unit dasar, atau monomer. Fruktosa adalah contoh lain dari monosakarida sukrosa, atau gula meja (fruktosa plus glukosa), laktosa (glukosa ditambah galaktosa) dan maltosa (glukosa ditambah glukosa) adalah disakarida.

Perhatikan bahwa perbandingan atom karbon, hidrogen, dan oksigen dalam glukosa adalah 1: 2: 1. Semua karbohidrat, pada kenyataannya, menunjukkan rasio yang sama ini, dan formula molekulnya semuanya adalah bentuk C_nH_2nHAI_n.

Apa itu ATP?

ATP adalah a nukleosida, dalam hal ini adenosin, dengan tiga gugus fosfat yang melekat padanya. Ini sebenarnya membuatnya menjadi nukleotida, sebagai nukleosida adalah a pentosa gula (baik ribosa atau deoksiribosa) dikombinasikan dengan basa nitrogen (mis., adenin, sitosin, guanin, timin atau urasil), sedangkan nukleotida adalah nukleosida dengan satu atau lebih gugus fosfat terpasang. Namun di luar terminologi, hal penting yang perlu diketahui tentang ATP adalah mengandung ATP, adenin, ribosa, dan rantai tiga gugus fosfat (P).

ATP dibuat melalui fosforilasi adenosin difosfat (ADP), dan sebaliknya, ketika ikatan terminal fosfat dalam ATP adalah terhidrolisis, ADP dan P_saya (fosfat anorganik) adalah produknya. ATP dianggap sebagai "mata uang energi" sel karena molekul luar biasa ini digunakan untuk menggerakkan hampir setiap proses metabolisme.

Respirasi Seluler

Respirasi seluler adalah serangkaian jalur metabolisme pada organisme eukariotik yang mengubah glukosa menjadi ATP dan karbon dioksida dengan adanya oksigen, mengeluarkan air dan menghasilkan banyak ATP (36 hingga 38 molekul per molekul glukosa yang diinvestasikan) dalam proses tersebut.

Rumus kimia yang seimbang untuk keseluruhan reaksi bersih, tidak termasuk pembawa elektron dan molekul energi, adalah:

C₆H₁₂HAI₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂HAI

Respirasi seluler sebenarnya mencakup tiga jalur berbeda dan berurutan:

Dua tahap terakhir ini bergantung pada oksigen dan bersama-sama membentuk pernapasan aerobik. Namun, sering dalam diskusi metabolisme eukariotik, glikolisis, meskipun tidak bergantung pada oksigen, dianggap sebagai bagian "pernapasan aerobik" karena hampir semua produk utamanya, piruvat, masuk untuk memasuki dua jalur lainnya.

Glikolisis Dini

Dalam glikolisis, glukosa diubah dalam serangkaian 10 reaksi ke dalam molekul piruvat, dengan a keuntungan bersih dari dua molekul ATP dan dua molekul "pembawa elektron" nicotinamide adenine dinucleotide (NADH). Untuk setiap molekul glukosa yang memasuki proses, dua molekul piruvat diproduksi, karena piruvat memiliki tiga atom karbon untuk glukose enam.

Pada langkah pertama, glukosa difosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat (G6P). Ini membuat glukosa dimetabolisme daripada hanyut keluar melalui membran sel, karena gugus fosfat memberi G6P muatan negatif. Selama beberapa langkah berikutnya, molekul disusun kembali menjadi turunan gula yang berbeda dan kemudian difosforilasi untuk kedua kalinya menjadi fruktosa-1,6-bifosfat.

Langkah-langkah awal glikolisis ini membutuhkan investasi dua ATP karena ini adalah sumber gugus fosfat dalam reaksi fosforilasi.

Kemudian Glikolisis

Fruktosa-1,6-bifosfat terpecah menjadi dua molekul tiga karbon yang berbeda, masing-masing mengandung gugus fosfatnya sendiri; hampir semua dari ini, dengan cepat dikonversi ke yang lain, gliseraldehida-3-fosfat (G3P). Jadi dari titik ini ke depan, semuanya digandakan karena ada dua G3P untuk setiap glukosa "hulu."

Dari titik ini, G3P difosforilasi dalam langkah yang juga menghasilkan NADH dari bentuk teroksidasi NAD +, dan kemudian dua kelompok fosfat diberikan kepada molekul ADP dalam langkah penataan ulang berikutnya untuk menghasilkan dua molekul ATP bersama dengan produk karbon akhir glikolisis, piruvat.

Karena ini terjadi dua kali per molekul glukosa, bagian kedua glikolisis menghasilkan empat ATP untuk a bersih dapatkan dari glikolisis dua ATP (karena dua diperlukan pada awal proses) dan dua NADH.

Siklus Krebs

Dalam reaksi persiapan, setelah piruvat yang dihasilkan dalam glikolisis menemukan jalannya dari sitoplasma ke dalam matriks mitokondria, ia dikonversi terlebih dahulu menjadi asetat (CH₃COOH-) dan CO₂ (produk limbah dalam skenario ini) dan kemudian ke senyawa yang disebut asetil koenzim A, atau asetil KoA. Dalam reaksi ini, NADH dihasilkan. Ini mengatur panggung untuk siklus Krebs.

Rangkaian delapan reaksi ini dinamakan demikian karena salah satu reaktan pada langkah pertama, oksaloasetat, juga merupakan produk pada langkah terakhir. Pekerjaan siklus Krebs adalah sebagai pemasok dan bukan produsen: Ia hanya menghasilkan dua ATP per molekul glukosa, tetapi menyumbang enam NADH lebih banyak dan dua FADH.₂, pembawa elektron lain dan kerabat dekat NADH.

(Perhatikan bahwa ini berarti satu ATP, tiga NADH dan satu FADH₂ per putaran siklus. Untuk setiap glukosa yang memasuki glikolisis, dua molekul asetil KoA memasuki siklus Krebs.)

Rantai Transportasi Elektron

Pada basis per-glukosa, penghitungan energi ke titik ini adalah empat ATP (dua dari glikolisis dan dua dari siklus Krebs), 10 NADH (dua dari glikolisis, dua dari reaksi persiapan dan enam dari siklus Krebs) dan dua FADH₂ dari siklus Krebs. Sementara senyawa karbon dalam siklus Krebs terus berputar di hulu, pembawa elektron bergerak dari matriks mitokondria ke membran mitokondria.

Saat NADH dan FADH₂ melepaskan elektron mereka, ini digunakan untuk membuat gradien elektrokimia melintasi membran mitokondria. Gradien ini digunakan untuk memberi daya pada lampiran gugus fosfat ke ADP untuk membuat ATP dalam proses yang disebut fosforilasi oksidatif, dinamakan demikian karena akseptor akhir elektron yang mengalir dari pembawa elektron ke pembawa elektron dalam rantai adalah oksigen (O₂).

Karena setiap NADH menghasilkan tiga ATP dan masing-masing FADH₂ menghasilkan dua ATP dalam fosforilasi oksidatif, ini menambahkan (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP ke dalam campuran. Jadi satu molekul glukosa dapat menghasilkan hingga 38 ATP pada organisme eukariotik.