Westend61/Westend61/GettyImages
Glykolys är den grundläggande biokemiska vägen som omvandlar sockersockret med sex kolatomer till energirika molekyler i praktiskt taget varje levande cell. Tvärs över livets träd – från encelliga bakterier till de största marina däggdjuren – litar celler på denna process för att utvinna användbar energi från glukos.
Hos eukaryoter (djur, växter, protister, svampar) är glykolys det första av tre stadier av cellandning. Hos prokaryoter (bakterier och archaea) är det den enda vägen för glukosoxidation eftersom deras celler saknar de organeller som behövs för fullständig aerob andning.
Den övergripande reaktionen är:
C6H12O6 + 2 NAD + + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH3(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H + + 2 H2O
Denna ekvation visar att en molekyl glukos, två molekyler av den oxiderade elektronbäraren NAD + , adenosindifosfat (ADP) och oorganiskt fosfat (Pi) omvandlas till två pyruvatmolekyler, två ATP, två reducerad NADH, protoner och vatten. Speciellt är syre frånvarande, vilket understryker att glykolys kan ske anaerobt.
Glukos är en monosackarid - ett odelbart socker med formeln CnH2nOn. Det cirkulerar i blodet, lagras som glykogen i lever- och muskelvävnader och mobiliseras under högintensiv träning. Idrottare använder kolhydratladdning för att maximera glykogenlagren i specifika muskelgrupper, vilket förbättrar uthållighet och prestation.
Adenosintrifosfat (ATP) är livets universella energivaluta. Målet med glukosmetabolism är att syntetisera ATP genom att utnyttja den kemiska energi som frigörs när glukosbindningar spjälkas. Under måttlig träning oxiderar kroppen företrädesvis glukos eftersom det ger mer ATP per molekyl än fettsyror.
Enzymer - mycket specifika proteinkatalysatorer - driver de tio reaktionerna av glykolys. Varje enzym, uppkallat efter sitt substrat och slutar på "-as", säkerställer snabb, reglerad omvandling av intermediärer. Till exempel omvandlar fosfoglukosisomeras glukos-6-fosfat till fruktos-6-fosfat.
Glukos kommer in i cellen och fosforyleras till glukos-6-fosfat och fångar det inuti. Det isomeriseras sedan till fruktos-6-fosfat och fosforyleras igen till fruktos-1,6-bisfosfat. Dessa två ATP-förbrukande steg utgör "investeringsfasen" och kostar 2 ATP per glukosmolekyl.
Fruktos-1,6-bisfosfat klyvs i två fragment med tre kol:dihydroxiacetonfosfat (DHAP) och glyceraldehyd-3-fosfat (G3P). DHAP omvandlas snabbt till G3P, så härifrån sker varje reaktion två gånger per glukos.
G3P oxideras till 1,3-difosfoglycerat och överför elektroner till NAD + för att bilda NADH. Efterföljande fosforylering på substratnivå genererar fyra ATP (två per G3P). Efter att ha redovisat den initiala 2 ATP-investeringen är nettoavkastningen 2 ATP per glukos.
Mellanprodukter utvecklas genom 3-fosfoglycerat, 2-fosfoglycerat, fosfoenolpyruvat och slutligen pyruvat.
I eukaryoter kommer pyruvat in i mitokondrier under aeroba förhållanden för att driva Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan, vilket producerar ytterligare ATP. Under hypoxiska eller högintensiva förhållanden reduceras pyruvat till laktat via laktatdehydrogenas, vilket regenererar NAD + och låta glykolysen fortsätta – en process som kallas mjölksyrafermentering.
Aerob andning omfattar Krebs-cykeln (citronsyracykeln) och elektrontransportkedjan (ETC). ETC, som ligger på det inre mitokondriella membranet, driver oxidativ fosforylering och genererar majoriteten av ATP.
Nettoreaktionen för fullständig cellandning är:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2 O + 38 ATP
Av de 38 ATP kommer 2 från glykolys, 2 från Krebs-cykeln och 34 från ETC.
