Contente
- Glicose: Definição
- Glicose, tipos de células e metabolismo
- O processo de glicólise
- Glicólise precoce
- Glicólise posterior
- Processos pós-glicólise
A glicose é a fonte final de combustível celular para todos os seres vivos, com a energia em suas ligações químicas sendo usada para sintetizar trifosfato de adenosina (ATP) de várias maneiras interconectadas e interdependentes. Quando uma molécula desse açúcar de seis carbonos (ou seja, hexose) atravessa a membrana plasmática de uma célula do lado de fora para entrar no citoplasma, é imediatamente fosforilado - isto é, um grupo fosfato, que carrega uma carga elétrica negativa, é anexado a parte da molécula de glicose. Isso resulta em uma carga negativa líquida sobre o que se tornou um glicose-6-fosfato molécula, que impede que saia da célula.
Procariontes, que incluem os domínios Bacteria e Archaea, não possuem organelas ligadas à membrana, incluindo a mitocôndria que em eucariotos hospeda o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons dependente de oxigênio. Como resultado, os procariontes não participam da respiração aeróbica ("com oxigênio"), obtendo quase toda sua energia da glicólise, o processo anaeróbico que também opera antes da respiração aeróbia realizada nas células eucarióticas.
Glicose: Definição
Como a glicose está entre as moléculas mais vitais da bioquímica e é o ponto de partida, talvez, do conjunto de reações mais vitais nos anais da vida no planeta Terra, uma breve discussão sobre a estrutura e o comportamento dessa molécula está em ordem.
Também conhecido como dextrose (geralmente em referência a sistemas não biológicos, como glicose feita de milho) e açúcar sanguíneo (em referência a sistemas biológicos, por exemplo, contras médicas), a glicose é uma molécula de seis carbonos com a fórmula química C6H12O6. No sangue humano, a concentração normal de glicose é de cerca de 100 mg / dL. 100 mg é um décimo de grama, enquanto um dL é um décimo de litro; isso resulta em um grama por litro e, como a pessoa média tem cerca de 4 litros de sangue, a maioria das pessoas tem cerca de 4 g de glicose na corrente sanguínea a qualquer momento - apenas cerca de um sétimo de uma onça.
Cinco dos seis átomos de carbono (C) da glicose estão no anel de seis átomos forma que a molécula assume 99,98 por cento do tempo na natureza. O sexto átomo do anel é um oxigênio (O), com o sexto C ligado a um dos anéis Cs como parte de um hidroximetil (-CH2OH) grupo. É no grupo hidroxil (-OH) que fosfato inorgânico (Pi) é ligado durante o processo de fosforilação que prende a molécula no citoplasma celular.
Glicose, tipos de células e metabolismo
Os procariontes são pequenos (a maioria esmagadora são unicelulares) e simples (a célula que a maioria deles possui não possui núcleo e outras organelas ligadas à membrana). Isso pode impedi-los de serem tão elegantes e interessantes na maioria dos aspectos quanto os eucariotos, mas também mantém os requisitos de combustível comparativamente baixos.
Tanto nos procariotas quanto nos eucariotos, a glicólise é o primeiro passo no metabolismo da glicose. A fosforilação da glicose ao entrar na célula pela difusão através da membrana plasmática é o primeiro passo na glicólise, que é descrita em detalhes em uma seção subsequente.
No final da glicólise, a molécula de glicose foi usada para gerar duas moléculas de piruvato de três carbonos, duas moléculas do chamado portador de elétrons de alta energia nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH) e um ganho líquido de duas moléculas de ATP.
Nesse ponto, em procariontes, o piruvato geralmente entra em fermentação, um processo anaeróbico com várias variações diferentes que serão exploradas em breve. Mas algumas bactérias desenvolveram a capacidade de realizar respiração aeróbica até certo ponto e são chamadas Anaeróbios facultativos. Bactérias que só podem derivar energia da glicólise são chamadas obrigar anaeróbios, e muitos deles são realmente mortos pelo oxigênio. Poucas bactérias são limitadas obrigar aeróbicos, o que significa que, como você, eles têm um requisito absoluto de oxigênio. Dado que as bactérias tiveram cerca de 3,5 bilhões de anos para se adaptar às demandas do ambiente instável da Terra, não deveria surpreender que elas tenham comandado uma série de estratégias básicas de sobrevivência metabólica.
O processo de glicólise
A glicólise inclui 10 reações, que é um número bonito e redondo, mas você não precisa necessariamente memorizar todos os produtos, produtos intermediários e enzimas em todas essas etapas. Em vez disso, embora algumas dessas minúcias sejam divertidas e úteis, é mais importante obter um senso de o que acontece na glicólise geral, e porque isso acontece (em termos de física básica e das necessidades da célula).
A glicólise é capturada na reação a seguir, que é a soma de suas 10 reações individuais:
C6H12O6 → 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH
Em inglês simples, na glicólise, uma única molécula de glicose é dividida em duas moléculas de piruvato e, ao longo do caminho, são produzidas duas moléculas de combustível e um par de moléculas "pré-combustível". O ATP é a moeda quase universal da energia nos processos celulares, enquanto o NADH, a forma reduzida de NAD + ou dinucleotídeo de nicotinamida adenina, funciona como um portador de elétrons de alta energia que finalmente doa esses elétrons, na forma de íons hidrogênio (H +), moléculas de oxigênio no final do cadeia de transporte de elétrons no metabolismo aeróbico, resultando em muito mais ATP do que a glicólise sozinha pode fornecer.
Glicólise precoce
A fosforilação da glicose após sua entrada no citoplasma resulta em glicose-6-fosfato (G-6-P). O fosfato provém do ATP e sua incorporação nas folhas de glicose difosfato de adenosina (ADP) para trás. Como observado, isso retém a glicose dentro da célula.
Em seguida, o G-6-P é convertido em frutose-6-fosfato (F-6-P). Isto é um isomerização reação, porque o reagente e o produto são isômeros um do outro - moléculas com o mesmo número de cada tipo de átomo, mas com diferentes arranjos espaciais. Nesse caso, o anel de frutose possui apenas cinco átomos. A enzima responsável por esse tipo de ato de malabarismo atômico é chamada isomerase de fosfoglucose. (A maioria dos nomes de enzimas, embora muitas vezes pesados, pelo menos faz todo o sentido.)
Na terceira reação da glicólise, o F-6-P é convertido em 1,6-bifosfato de frutose (F-1,6-BP). Nesta etapa da fosforilação, o fosfato novamente vem do ATP, mas desta vez é adicionado a um átomo de carbono diferente. A enzima responsável é fosfofructoquinase (PFK).
Na quarta reação da glicólise, a molécula F-1,6-BP, que é bastante instável devido à sua dose dupla de grupos fosfato, é dividida pela enzima aldolase nas moléculas de três átomos de carbono e portadoras de grupo fosfato único gliceraldeído 3-fosfato (GAP) e fosfato de di-hidroxiacetona (DHAP). Estes são isômeros, e o DHAP é rapidamente convertido em GAP no quinto passo da glicólise usando um empurrão da enzima fosfato triose isomerase (TIM).
Nesta fase, a molécula de glicose original tornou-se duas moléculas idênticas de três carbonos, fosforiladas, ao custo de dois ATP. A partir deste ponto, cada reação descrita da glicólise ocorre duas vezes para cada molécula de glicose submetida à glicólise.
Glicólise posterior
Na sexta reação da glicólise, o GAP é convertido em 1,3-bifosfoglicerato (1,3-BPG) sob a influência de gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase. As enzimas desidrogenase removem átomos de hidrogênio (isto é, prótons). O hidrogênio liberado do GAP fica ligado à molécula NAD +, produzindo NADH. Porque a molécula inicial de glicose a montante deu origem a dois moléculas de GAP, após esta reação, dois moléculas de NADH foram criadas.
Na sétima reação da glicólise, uma das reações de fosforilação da glicólise inicial é, de fato, revertida. Quando a enzima fosfoglicerato cinase remove um grupo fosfato do 1,3-BPG, o resultado é 3-fosfoglicerato (3-PG). Os fosfatos que foram retirados das duas moléculas de 1,3-BPG são anexados a um ADP para formar dois ATP. Isso significa que os dois ATP "emprestados" nas etapas um e três são "retornados" na sétima reação.
Na etapa oito, 3-PG é convertido em 2-fosfoglicerato (2-PG) por fosfoglicerato mutase, que transfere o grupo fosfato restante para um átomo de carbono diferente. Uma mutase difere de uma isomerase por ser menos pesada em sua ação; em vez de reorganizar a estrutura de uma molécula, eles simplesmente mudam um de seus grupos laterais para um novo local, deixando a espinha dorsal, o anel etc. como estavam.
Na nona reação da glicólise, o 2-PG é convertido em fosfoenolpiruvato (PEP) sob a ação de enolase. Um enol é um composto com uma ligação dupla carbono-carbono, na qual um dos carbonos também está ligado a um grupo hidroxila.
Finalmente, a décima e última reação da glicólise, a PEP é transformada em piruvato graças à enzima piruvato quinase. Os grupos fosfato removidos das duas PEP são ligados a moléculas de ADP, produzindo dois ATP e dois piruvatos, cuja fórmula é (C3H4O3) ou (CH3) CO (COOH). Assim, o processamento anaeróbico inicial de uma única molécula de glicose produz duas moléculas de piruvato, duas de ATP e duas de NADH.
Processos pós-glicólise
O piruvato, finalmente gerado pela entrada de glicose nas células, pode seguir um de dois caminhos. Se a célula é procariótica, ou se é eucariótica, mas requer temporariamente mais combustível do que a respiração aeróbica sozinha pode fornecer (como, por exemplo, células musculares durante exercícios físicos intensos, como cantar ou levantar pesos), o piruvato entra no caminho da fermentação. Se a célula é eucariótica e suas necessidades energéticas são típicas, ela move o piruvato para dentro das mitocôndrias e participa da ciclo de Krebs: