Av Kevin Beck – Uppdaterad 24 mars 2022

Glukos, ett socker med sex kol, är det universella bränslet som driver varje levande cell. Oavsett om det börjar som en biff, ett bytesdjur eller växtmaterial, förvandlar cellmetabolismen i slutändan glukos till livets energivaluta:adenosintrifosfat (ATP).

Vad är glukos?

Glukos är en hexosmonosackarid (C₆ H₁₂ O₆ 180 g/mol). Den innehåller en enda sockerenhet och dess kol-, väte- och syreatomer har ett förhållande på 1:2:1 – ett mönster som delas av alla kolhydrater (CnH_2n På). Andra monosackarider inkluderar fruktos, medan disackarider som sackaros, laktos och maltos kombinerar två monosackarider.

Vad är ATP?

ATP är en nukleotid som består av adenosin (adenin + ribos) bunden till tre fosfatgrupper. Det produceras genom att fosforylera adenosindifosfat (ADP). När ATP:s terminala fosfatbindning hydrolyseras frigörs ADP och oorganiskt fosfat (Pi). Denna högenergibindning gör ATP till den primära energibäraren för nästan alla cellulära processer.

Cellulär andning

Cellulär andning är den serie av vägar som omvandlar glukos till ATP, koldioxid och vatten i närvaro av syre. Den övergripande stökiometrin är:

C₆ H₁₂ O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂ O

Tre sekventiella steg stödjer denna process:

• Glykolys – cytoplasmatisk nedbrytning av glukos till två pyruvatmolekyler, vilket ger ett netto av två ATP och två NADH.
• Krebs-cykeln (TCA) – en mitokondriell matrisloop som oxiderar acetyl-CoA till CO₂ , genererar en ATP, tre NADH och en FADH₂ per varv.
• Electron Transport Chain (ETC) – placerad på det inre mitokondriella membranet använder den elektroner från NADH och FADH₂ för att generera mest ATP via oxidativ fosforylering.

Glykolys är obligatoriskt för alla celler; Krebs-cykeln och ETC kräver syre och är därför en del av aerob andning.

Tidig glykolys

Glukos fosforyleras först till glukos-6-fosfat (G6P), vilket binder det till metabolism. Efterföljande omarrangemang och en andra fosforylering producerar fruktos-1,6-bisfosfat. Dessa första steg förbrukar två ATP-molekyler, som senare återvinns.

Senare glykolys

Fruktos-1,6-bisfosfat delas i två tre-kolenheter och bildar slutligen två molekyler av glyceraldehyd-3-fosfat (G3P). Varje G3P genomgår oxidation för att producera NADH och omvandlas sedan till pyruvat, vilket genererar två ATP per G3P. Eftersom två G3P uppstår från varje glukos, ger den senare fasen fyra ATP och två NADH, vilket ger en nettovinst på två ATP och två NADH för hela den glykolytiska vägen.

Krebs-cykeln

Pyruvat går in i mitokondrien och omvandlas till acetyl-CoA och frigör en CO₂ och generering av en NADH. Två acetyl-CoA-molekyler per glukosmatning in i Krebs-cykeln i åtta steg, som producerar en ATP, tre NADH och en FADH₂ per varv. Således, per glukos, bidrar cykeln med två ATP, sex NADH och två FADH₂ .

Electron Transport Chain

Elektronbärare som producerats i tidigare skeden skjuter elektroner till ETC, vilket skapar en protongradient över det inre mitokondriella membranet. Oxidativ fosforylering använder denna gradient för att fosforylera ADP, vilket ger ATP. Varje NADH ger ungefär tre ATP och varje FADH₂ ger cirka två ATP. Med tio NADH och två FADH₂ per glukos genererar ETC 34 ATP, som, i kombination med de 4 ATP som producerats tidigare, totalt uppgår till 38 ATP per glukosmolekyl i eukaryota celler.

Att förstå dessa vägar framhäver hur varje levande cell utnyttjar glukos för att driva livets otaliga funktioner.