Maklumat

Bolehkah tumbuhan menghasilkan dua molekul ATP dari glikolisis?


Oleh kerana 2 ATP digunakan untuk menukar glukosa menjadi gliseraldehid 3-fosfat dalam glikolisis, bolehkah tanaman memotong langkah pelaburan ATP ini kerana mereka menghasilkan gliseraldehid 3-fosfat secara langsung dari kitaran Calvin?

Sekiranya ya, apakah hasil akhir ATP.

Sekiranya tidak, mengapa tidak?


  • Tumbuhan menghasilkan ATP dalam 'reaksi ringan' fotosintesis.

  • Tujuan kitaran Calvin ('reaksi gelap') adalah untuk menghasilkan glukosa, yang dengannya kegunaan sebahagian daripada ini ATP untuk memberikan tenaga untuk membuat ikatan karbon-karbon.

  • Glycolyis dalam fungsi tumbuhan untuk menghasilkan ATP dari karbohidrat rizab dll. apabila ATP tidak tersedia dari fotosintesis, atau dalam tisu, yang tidak mempunyai ATP yang mencukupi dari fotosintesis.

Oleh itu, soalan ini tidak masuk akal secara fisiologi †, kerana berdasarkan pada salah faham mengenai tujuan reaksi metabolik yang berbeza pada tumbuhan. Jawapannya bukanlah bahawa ia tidak boleh berlaku, tetapi tidak akan berlaku - mekanisme pengawalseliaan yang menghalang laluan berbasikal yang tidak berguna akan mula beroperasi.

Analog Adalah serupa dengan mengatakan bahawa hati dapat melakukan glukoneogenesis, dan juga dapat menghasilkan 3-fosfat gliseraldehid. Begitu juga hati boleh memintas langkah ini ...


Pernafasan pada Tumbuhan: Respirasi Sel, Glikolisis, Fermentasi dan Nasib Asid Piruvik dalam Pernafasan Aerobik (Untuk CBSE, ICSE, IAS, NET, NRA 2022)

Bahan Doorsteptutor untuk KVPY / Stream-SA Biology disediakan oleh pakar subjek utama dunia: soalan yang diselesaikan sepenuhnya dengan penjelasan langkah demi langkah- praktikkan jalan menuju kejayaan.

Pernafasan sel adalah pemecahan glukosa enzimatik (C6H12O6) dengan adanya oksigen (seperti glukosa, asid amino dan asid lemak) untuk menghasilkan CO2, air dan tenaga selular (ATP). Ia berlaku di dalam sel dan tisu.


Hasil ATP

Dalam sel eukariotik, proses pernafasan sel dapat memetabolisme satu molekul glukosa menjadi 30 hingga 32 ATP. Proses glikolisis hanya menghasilkan dua ATP, sementara selebihnya dihasilkan semasa rantai pengangkutan elektron. Jelas, rantai pengangkutan elektron jauh lebih efisien, tetapi hanya dapat dilakukan dengan adanya oksigen.

Gambar: Pernafasan sel dalam sel eukariotik: Glikolisis di bahagian kiri ilustrasi ini dapat dilihat menghasilkan 2 molekul ATP, sementara bahagian Rantai Pengangkutan Elektron di kanan atas akan menghasilkan 30-32 molekul ATP yang tersisa di bawah kehadiran oksigen.

Bilangan molekul ATP yang dihasilkan melalui katabolisme glukosa boleh berbeza-beza. Sebagai contoh, bilangan ion hidrogen kompleks rantai pengangkutan elektron dapat mengepam melalui membran berbeza antara spesies. Punca varians lain berlaku semasa penghantaran elektron melintasi membran mitokondria. NADH yang dihasilkan dari glikolisis tidak dapat memasuki mitokondria dengan mudah. Oleh itu, elektron diambil di bahagian dalam mitokondria oleh NAD + atau FAD +. Molekul FAD + ini dapat mengangkut ion yang lebih sedikit akibatnya, lebih sedikit molekul ATP dihasilkan apabila FAD + bertindak sebagai pembawa. NAD + digunakan sebagai pengangkut elektron di hati, dan FAD + bertindak di otak.

Gambar: Adenosin trifosfat: ATP adalah sumber tenaga utama dalam banyak organisma hidup.

Faktor lain yang mempengaruhi penghasilan molekul ATP yang dihasilkan dari glukosa adalah hakikat bahawa sebatian perantaraan dalam laluan ini digunakan untuk tujuan lain. Katabolisme glukosa menghubungkan dengan jalan yang membina atau memecah semua sebatian biokimia lain dalam sel, tetapi hasilnya tidak selalu ideal. Contohnya, gula selain glukosa dimasukkan ke dalam jalur glikolitik untuk pengambilan tenaga. Lebih-lebih lagi, gula lima karbon yang membentuk asid nukleik terbuat dari perantaraan dalam glikolisis. Asid amino tidak penting tertentu boleh dibuat dari perantaraan kedua glikolisis dan kitaran asid sitrik. Lipid, seperti kolesterol dan trigliserida, juga dibuat dari perantaraan di jalur ini, dan kedua-dua asid amino dan trigliserida dipecah untuk tenaga melalui jalur ini. Secara keseluruhan, dalam sistem hidup, jalur katabolisme glukosa ini mengekstrak sekitar 34 peratus tenaga yang terdapat dalam glukosa.


Aduan DMCA

Sekiranya anda percaya bahawa kandungan yang tersedia melalui Laman Web (seperti yang ditentukan dalam Syarat Perkhidmatan kami) melanggar satu atau lebih hak cipta anda, harap maklumkan kepada kami dengan memberikan pemberitahuan bertulis ("Pemberitahuan Pelanggaran") yang mengandungi maklumat yang dijelaskan di bawah ini kepada yang ditentukan ejen yang disenaraikan di bawah. Sekiranya Varsity Tutor mengambil tindakan sebagai tindak balas terhadap Pemberitahuan Pelanggaran, ia akan berusaha dengan niat baik untuk menghubungi pihak yang menyediakan kandungan tersebut melalui alamat e-mel terbaru, jika ada, yang diberikan oleh pihak tersebut kepada Varsity Tutor.

Pemberitahuan Pelanggaran Anda boleh dikemukakan kepada pihak yang menyediakan kandungan tersebut atau kepada pihak ketiga seperti ChillingEffects.org.

Harap maklum bahawa anda akan bertanggungjawab atas ganti rugi (termasuk kos dan yuran pengacara) jika anda secara salah menyatakan bahawa produk atau aktiviti melanggar hak cipta anda. Oleh itu, jika anda tidak pasti kandungan yang terdapat di atau dihubungkan oleh Laman Web melanggar hak cipta anda, anda harus mempertimbangkan untuk menghubungi pengacara terlebih dahulu.

Ikuti langkah-langkah ini untuk mengemukakan notis:

Anda mesti memasukkan perkara berikut:

Tanda tangan fizikal atau elektronik pemilik hak cipta atau orang yang diberi kuasa untuk bertindak bagi pihaknya Pengenalan hak cipta yang didakwa telah dilanggar Keterangan mengenai sifat dan lokasi sebenar kandungan yang anda tuntut untuk melanggar hak cipta anda, cukup perincian untuk membolehkan Varsity Tutor mencari dan mengenal pasti kandungan itu secara positif. Contohnya, kami memerlukan pautan ke soalan tertentu (bukan hanya nama soalan) yang mengandungi kandungan dan keterangan bahagian tertentu dari soalan - gambar, pautan, teks, dll - aduan anda merujuk kepada nama, alamat, nombor telefon dan alamat e-mel anda dan pernyataan oleh anda: (a) bahawa anda percaya dengan niat baik bahawa penggunaan kandungan yang anda tuntut melanggar hak cipta anda adalah tidak dibenarkan oleh undang-undang, atau oleh pemilik hak cipta atau ejen pemilik tersebut (b) bahawa semua maklumat yang terkandung dalam Pemberitahuan Pelanggaran anda adalah tepat, dan (c) di bawah hukuman sumpah palsu, bahawa anda sama ada pemilik hak cipta atau orang yang diberi kuasa untuk bertindak bagi pihaknya.

Hantarkan aduan anda kepada ejen kami di:

Pengajar Charles Cohn Varsity LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
Louis, MO 63105


Kekuatan Motif Pernafasan dan Proton

Pernafasan adalah salah satu cara utama sel memperoleh tenaga berguna untuk meningkatkan aktiviti sel.

Objektif Pembelajaran

Huraikan peranan daya motif proton dalam pernafasan

Pengambilan Utama

Perkara utama

  • Reaksi yang terlibat dalam pernafasan adalah reaksi katabolik, yang memecahkan molekul besar menjadi yang lebih kecil, melepaskan tenaga dalam proses ketika mereka memutuskan ikatan tenaga tinggi.
  • Pernafasan aerobik memerlukan oksigen untuk menghasilkan tenaga (ATP).
  • Metabolisme aerobik sehingga 15 kali lebih berkesan daripada metabolisme anaerob (yang menghasilkan dua molekul ATP per satu molekul glukosa).
  • Dengan bantuan enzim yang didorong oleh solar bakteriorhodopsin, beberapa bakteria membuat kecerunan proton dengan mengepam proton dari persekitaran.

Syarat Utama

  • eksotermik: membebaskan tenaga dalam bentuk haba
  • redoks: proses terbalik di mana satu tindak balas adalah pengoksidaan dan sebaliknya adalah pengurangan

Pernafasan Selular

Pernafasan sel adalah sekumpulan reaksi metabolik dan proses yang berlaku di dalam sel organisma untuk menukar tenaga biokimia dari nutrien menjadi adenosin trifosfat (ATP). Reaksi yang terlibat dalam pernafasan ini dianggap sebagai tindak balas katabolik yang melepaskan tenaga kerana molekul yang lebih besar dipecah menjadi yang lebih kecil dan ikatan tenaga tinggi dipecahkan. Pernafasan adalah salah satu cara utama sel memperoleh tenaga berguna untuk meningkatkan aktiviti sel.

Gambaran Keseluruhan Respirasi Selular: Gambarajah respirasi sel termasuk glikolisis, kitaran Krebs (kitaran asid sitrik AKA), dan rantai pengangkutan elektron.

Secara kimia, pernafasan sel dianggap sebagai reaksi redoks eksotermik. Reaksi keseluruhan dipecah menjadi lebih kecil apabila berlaku di dalam badan. Sebilangan besar tindak balas yang lebih kecil ini adalah reaksi redoks itu sendiri. Walaupun secara teknikal, pernafasan sel adalah reaksi pembakaran, ia tidak menyerupai reaksi ketika berlaku di sel hidup. Ini kerana ia berlaku dalam banyak langkah yang berasingan. Walaupun reaksi keseluruhan adalah reaksi pembakaran, tidak ada reaksi tunggal yang menyusunnya adalah reaksi pembakaran.

Reaksi Aerobik dan Anaerobik

Reaksi aerobik memerlukan oksigen untuk penjanaan ATP. Walaupun karbohidrat, lemak dan protein dapat digunakan sebagai reaktan, kaedah yang disukai adalah proses glikolisis. Semasa glikolisis, piruvat terbentuk dari metabolisme glukosa. Semasa keadaan aerobik, piruvat memasuki mitokondria untuk dioksidakan sepenuhnya oleh kitaran Krebs. Produk kitaran Krebs merangkumi tenaga dalam bentuk ATP (melalui fosforilasi tahap substrat), NADH, dan FADH2.

Reaksi yang dipermudahkan adalah seperti berikut:

ΔG negatif menunjukkan bahawa tindak balas boleh berlaku secara spontan.

Metabolisme aerobik sehingga 15 kali lebih berkesan daripada metabolisme anaerob, yang menghasilkan dua molekul ATP per satu molekul glukosa. Kedua-dua jenis metabolisme berkongsi jalan awal glikolisis, tetapi metabolisme aerobik berterusan dengan kitaran Krebs dan fosforilasi oksidatif. Dalam sel eukariotik, tindak balas pasca-glikolitik berlaku di mitokondria, sementara pada sel prokariotik, reaksi ini berlaku di sitoplasma.

Manusia menggunakan prokariota: Ini adalah gambar mikroskopik Bacillus subtilis (ATCC 6633) dengan pewarnaan gram pembesaran: 1.000. Struktur bujur dan tidak berwarna adalah spora.

Glikolisis

Glikolisis berlaku di sitosol, tidak memerlukan oksigen, dan oleh itu dapat berfungsi dalam keadaan anaerob. Proses mengubah satu molekul glukosa menjadi dua molekul piruvat, menghasilkan tenaga dalam bentuk dua molekul bersih ATP. Empat molekul ATP per glukosa sebenarnya dihasilkan, tetapi dua molekul tersebut digunakan sebagai sebahagian daripada fasa persediaan. Fosforilasi awal glukosa diperlukan untuk menstabilkan molekul untuk pembelahan menjadi dua piruvat. Semasa fasa pembayaran glikolisis, empat kumpulan fosfat dipindahkan ke ADP oleh fosforilasi tahap substrat untuk membuat empat ATP, dan dua NADH dihasilkan ketika piruvat dioksidakan. Reaksi keseluruhan dapat dinyatakan dengan cara ini:

Glukosa + 2 NAD + + 2 Pi + 2 ADP → 2 piruvat + 2 NADH + 2 ATP + 2 H + + 2 H2O + panas

Bermula dengan glukosa, satu ATP digunakan untuk menyumbangkan fosfat kepada glukosa untuk menghasilkan glukosa 6-fosfat. Dengan bantuan glikogen fosforilase, glikogen dapat berubah menjadi glukosa 6-fosfat juga. Semasa metabolisme tenaga, glukosa 6-fosfat berubah menjadi 6-fosfat fruktosa. Dengan bantuan fosfofruktokinase, ATP tambahan dapat digunakan untuk mengubah fosforilat fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1, 6-difosfat. Fruktosa 1, 6-difosfat kemudian terbelah menjadi dua molekul fosforilasi dengan tiga rantai karbon yang kemudiannya merosot menjadi piruvat.

Membuat Kecerunan Proton

Beberapa archaea, yang paling terkenal adalah halobacteria, membuat kecerunan proton dengan mengepam proton dari persekitaran. Mereka dapat melakukan ini dengan bantuan enzim yang didorong oleh solar bakteriorhodopsin, yang digunakan untuk mendorong enzim motor molekul ATP synthase untuk membuat perubahan konformasi yang diperlukan untuk mensintesis ATP. Dengan menjalankan ATP synthase secara terbalik, kecerunan proton juga dibuat oleh bakteria dan digunakan untuk menggerakkan flagella. F1FO ATP synthase adalah enzim yang boleh diterbalikkan. ATP dalam kuantiti yang cukup besar menyebabkannya mewujudkan kecerunan proton transmembran. Ini digunakan oleh fermentasi bakteria, yang kekurangan rantai pengangkutan elektron, dan yang menghidrolisis ATP untuk membuat kecerunan proton. Bakteria menggunakan kecerunan ini untuk flagella dan pengangkutan nutrien ke dalam sel. Dalam bakteria pernafasan dalam keadaan fisiologi, sintase ATP, secara umum, berjalan ke arah yang bertentangan. Ini mewujudkan ATP semasa menggunakan daya motif proton yang dibuat oleh rantai pengangkutan elektron sebagai sumber tenaga. Keseluruhan proses menghasilkan tenaga dengan cara ini disebut sebagai fosforilasi oksidatif.


Aduan DMCA

Sekiranya anda percaya bahawa kandungan yang tersedia melalui Laman Web (seperti yang ditentukan dalam Syarat Perkhidmatan kami) melanggar satu atau lebih hak cipta anda, harap maklumkan kepada kami dengan memberikan pemberitahuan bertulis ("Pemberitahuan Pelanggaran") yang mengandungi maklumat yang dijelaskan di bawah ini kepada yang ditentukan ejen yang disenaraikan di bawah. Sekiranya Varsity Tutor mengambil tindakan sebagai tindak balas terhadap Pemberitahuan Pelanggaran, ia akan berusaha dengan niat baik untuk menghubungi pihak yang menyediakan kandungan tersebut melalui alamat e-mel terbaru, jika ada, yang diberikan oleh pihak tersebut kepada Varsity Tutor.

Pemberitahuan Pelanggaran Anda boleh dikemukakan kepada pihak yang menyediakan kandungan tersebut atau kepada pihak ketiga seperti ChillingEffects.org.

Harap maklum bahawa anda akan bertanggungjawab atas ganti rugi (termasuk kos dan yuran pengacara) jika anda secara salah menyatakan bahawa produk atau aktiviti melanggar hak cipta anda. Oleh itu, jika anda tidak pasti kandungan yang terdapat di atau dihubungkan oleh Laman Web melanggar hak cipta anda, anda harus mempertimbangkan untuk menghubungi pengacara terlebih dahulu.

Ikuti langkah-langkah ini untuk mengemukakan notis:

Anda mesti memasukkan perkara berikut:

Tanda tangan fizikal atau elektronik pemilik hak cipta atau orang yang diberi kuasa untuk bertindak bagi pihaknya Pengenalan hak cipta yang didakwa telah dilanggar Keterangan mengenai sifat dan lokasi sebenar kandungan yang anda tuntut untuk melanggar hak cipta anda, cukup perincian untuk membolehkan Varsity Tutor mencari dan mengenal pasti kandungan itu secara positif. Contohnya, kami memerlukan pautan ke soalan tertentu (bukan hanya nama soalan) yang mengandungi kandungan dan keterangan bahagian tertentu dari soalan - gambar, pautan, teks, dll - aduan anda merujuk kepada nama, alamat, nombor telefon dan alamat e-mel anda dan pernyataan oleh anda: (a) bahawa anda percaya dengan niat baik bahawa penggunaan kandungan yang anda tuntut melanggar hak cipta anda adalah tidak dibenarkan oleh undang-undang, atau oleh pemilik hak cipta atau ejen pemilik tersebut (b) bahawa semua maklumat yang terkandung dalam Pemberitahuan Pelanggaran anda adalah tepat, dan (c) di bawah hukuman sumpah palsu, bahawa anda sama ada pemilik hak cipta atau orang yang diberi kuasa untuk bertindak bagi pihaknya.

Hantarkan aduan anda kepada ejen kami di:

Pengajar Charles Cohn Varsity LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
Louis, MO 63105


Pengeluaran ATP dalam Pernafasan

Ringkasan pernafasan untuk melihat berapa banyak ATP dibuat dari setiap molekul glukosa. ATP dibuat dengan dua cara yang berbeza:

  • Beberapa molekul ATP dibuat secara langsung oleh enzim dalam glikolisis atau kitaran Krebs. Ini disebut fosforilasi tahap substrat (kerana ADP difosforilasi untuk membentuk ATP).
  • Sebilangan besar molekul ATP dibuat oleh enzim sintase ATP dalam rantai pernafasan. Oleh kerana ini memerlukan oksigen, ia disebut fosforilasi oksidatif. Para saintis belum mengetahui dengan tepat berapa banyak proton yang dipam dalam rantai pernafasan, tetapi anggaran semasa adalah: 10 proton yang dipam oleh NADH 6 oleh FADH dan 4 proton yang diperlukan oleh ATP synthase untuk membuat satu molekul ATP. Ini bermaksud bahawa setiap NADH dapat membuat 2.5 ATP (10/4) dan setiap FADH dapat membuat 1.5 ATP (6/4).

Dua molekul ATP digunakan pada awal glikolisis untuk memfosforilasi glukosa, dan ini mesti dikurangkan dari jumlah keseluruhan.

Jadual di bawah adalah "akaun ATP" untuk respirasi aerobik, dan menunjukkan bahawa 32 molekul ATP dibuat untuk setiap molekul glukosa yang digunakan dalam respirasi aerobik. Ini adalah hasil maksimum yang mungkin sering dibuat kurang ATP, bergantung pada keadaan. Pernafasan anaerob hanya menghasilkan 2 molekul ATP dari dua baris pertama.

Bahan lain juga boleh digunakan untuk membuat ATP. Tentu glikogen adalah sumber utama glukosa pada manusia.

Trigliserida dipecah menjadi asid lemak dan gliserol, yang keduanya memasuki Kitaran Krebs. Molekul trigliserida khas mungkin menghasilkan 50 molekul asetil CoA, menghasilkan 500 molekul ATP. Lemak adalah simpanan tenaga yang sangat baik, menghasilkan 2.5 kali lebih banyak ATP setiap g jisim kering daripada karbohidrat. Protein biasanya tidak digunakan untuk membuat ATP, tetapi dalam keadaan kelaparan mereka dapat dipecah dan digunakan dalam pernafasan.

Mereka pertama kali dipecah menjadi asid amino, yang diubah menjadi metabolit piruvat dan Krebs Cycle dan kemudian digunakan untuk membuat ATP.


Esei Biologi Kitaran Pernafasan dan Fotosintesis

Mengikut sukatan pelajaran dan pengajar, tugasan Minggu 3 adalah untuk menerangkan tahap respirasi sel dan fotosintesis serta interaksi dan saling ketergantungan mereka termasuk bahan mentah, produk, dan jumlah ATP atau glukosa yang dihasilkan pada setiap fasa. Ini menghubungkan ke organel tertentu di dalam sel eukariotik dan menjelaskan bukan sahaja pentingnya tetapi juga pentingnya proses ini dan interaksi sikliknya dengan evolusi dan kepelbagaian kehidupan.

Respirasi sel dan fotosintesis adalah dua proses utama yang dilakukan oleh kebanyakan organisma hidup untuk mendapatkan tenaga berfungsi dari alam semula jadi. Walaupun fotosintesis dilakukan oleh kebanyakan tumbuhan yang dapat membuat makanan sendiri, kebanyakan haiwan mencapai keperluan tenaga mereka melalui pernafasan sel. Reaksi Bergantung Cahaya dan Reaksi Bebas Cahaya atau Kitaran Calvin adalah peringkat tindak balas kimia semasa proses fotosintesis.

Semasa tindak balas cahaya tenaga suria diubah menjadi tenaga kimia. Tahap kedua adalah ketika sintesis (Calvin Cycle) menggunakan tenaga dari tindak balas cahaya dan mengubah CO2 yang diambil dari atmosfer menjadi gula. Kitaran Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk mengubah tiga molekul CO2 menjadi satu molekul gula 3-karbon. Tumbuhan kemudian boleh menggunakan gula kecil ini untuk membuat gula yang lebih besar seperti glukosa dan sebatian organik lain. Peranan utama tindak balas cahaya adalah untuk mengisi stroma dengan ATP dan NADPH (akseptor elektron, memberikan daya pengurangan) yang diperlukan untuk kitaran Calvin. Semasa proses ini, O2 dilepaskan sebagai produk sampingan dan air terbelah. Selanjutnya, semasa proses fotofosforilasi, tindak balas cahaya menghasilkan ATP melalui chemiosmosis. Tenaga kimia ditukarkan dengan permulaan tenaga cahaya, membentuk dua sebatian ATP dan NADPH.

Menurut Simon, Reece, & Dickey (2013), Melvin Calvin yang, bersama-sama dengan rakan-rakannya, bekerja keras dengan banyak langkah pada tahun 1940-an, sehingga kitaran Calvin dinamakan. Permulaan kitaran dimulakan dengan penggabungan CO2 menjadi molekul organik. Proses fiksasi karbon ini melibatkan pengurangan termasuk elektron yang dihantar oleh NADPH.

Oleh kerana & quotATP dari reaksi cahaya mempengaruhi bahagian kitaran Calvin, kitaran Calvin inilah yang menghasilkan gula, dengan bantuan ATP dan NADPH dari reaksi cahaya & quot (Kitaran Calvin The Nonlight Requiring Reaction, 2013). Fasa metabolik kitaran Calvin kadang-kadang disebut sebagai reaksi bebas cahaya, kerana tidak ada langkah yang memerlukan cahaya secara langsung.

Bahan mentah untuk laluan anabolik dan bahan bakar untuk pernafasan disediakan ketika Karbohidrat berbentuk sukrosa disakarida melalui urat ke sel-sel bukan fotosintetik (Simon, Reece, & amp Dickey, 2013), dan pembentukan selulosa polisakarida ekstraselular. Selulosa adalah molekul organik yang paling banyak dan mungkin planet ini, serta bahan utama dinding sel dalam tumbuh-tumbuhan.

Yang menjadikan fotosintesis penting adalah ketika tenaga memasuki kloroplas ketika cahaya matahari menjadi gudang sebagai tenaga kimia di dalam kombinasi berasaskan karbon. Gula yang dihasilkan dalam kloroplas menyediakan tumbuhan dengan tenaga kimia dan kerangka karbon untuk membuat semua molekul organik utama sel. Fotosintesis menghasilkan lebih daripada 500 bilion metrik tan karbohidrat dan merupakan kaedah terpenting di bumi. Ia juga bertanggungjawab dan bertanggungjawab terhadap kejadian oksigen di atmosfera kita.

Respirasi sel adalah proses di mana tenaga kimia molekul & quotfood & quot dilepaskan dan sebahagiannya diambil dalam kaedah ATP (BioCoach Activity, 2013). Glukosa yang merupakan gula diperlukan untuk memberi tenaga kepada proses ini dan ia adalah aerobik (oksigen ada) atau anaerobik (kekurangan oksigen). Sepanjang kajian minggu ini, kami mengetahui bahawa & pernafasan sel quotaerobik biasanya berlaku pada sel eukariotik dan proses yang terlibat berlaku dalam struktur kecil di dalam sel yang dikenali sebagai mitokondria & quot (Simon, Reece, & amp Dickey, 2013). Jenis pernafasan ini memungkinkan pembuatan kaedah tenaga biokimia yang disebut adenosin trifosfat (ATP).

Glikolisis yang merupakan langkah awal bermula di sitoplasma sel zat gel yang diisi dalam sel yang terletak organel, di luar mitokondria dan sebelum pernafasan sel aerobik dapat berlaku. Sel yang ada mencapai produk molekul gula dan melakukan pernafasan sel untuk membuat molekul ATP. Beberapa menggunakan oksigen dan yang lain tidak. Proses ini melibatkan sekumpulan tindak balas kimia untuk mengubah

Terdapat dua peringkat yang terlibat semasa proses pemecahan molekul glukosa respirasi aerobik dan glikolisis. Kira-kira separuh daripada bahan organik digunakan sebagai tenaga untuk pernafasan sel dalam mitokondria tumbuhan. Menurut Simon, Reece, & amp; Dickey (2013), & quot; respirasi selular bermula pada tahap glikolisis di sitoplasma sel, dan menghasilkan 2 molekul berasaskan karbon yang disebut piruvat, dan 2 molekul ATP & quot (Simon, Reece, & amp Dickey, 2013). Semasa peringkat ini, tidak ada penglibatan oksigen.

Glikolisis memerlukan pelaburan awal sebanyak 2 molekul ATP. Ini dipanggil fosforilasi. Menambah fosfat terminal 2 molekul ATP menstabilkan glukosa dan menjadikan tenaga yang ada terkurung dalam ikatannya.

Dua analogi yang terlintas di sini adalah menyalakan lilin sebelum dapat mengeluarkan panas dan cahaya atau menendang memulakan motosikal berkuasa petrol. Lysis adalah langkah seterusnya. Gula enam karbon terfosforilasi dipisahkan oleh enzim menjadi dua tiga molekul karbon PGAL. Setiap PGAL kemudian dioksidakan secara serentak menjadi PGA.

Pengoksidaan dalam kes ini adalah penyingkiran hidrogen. Ion hidrogen dikeluarkan dan ditambahkan ke pembawa ion NAD + untuk membentuk dua molekul NADH. Tenaga yang cukup dikeluarkan di sini untuk menghasilkan ATP dari setiap pengoksidaan PGAL. Akhir sekali setiap PGA ditukar menjadi asid piruvik. Ini melibatkan penyahfosforilasi. Setiap PGA menyumbangkan fosfatnya kepada ADP untuk menghasilkan ATP yang boleh digunakan. Keuntungan tenaga bersih adalah 2 ATP. Sebanyak 4 ATP dihasilkan tetapi 2 ATP dikurniakan pada awalnya.

Proses Respirasi Aerobik berlaku dalam konfigurasi tertentu di dalam mitokondria, dan menggunakan produk glikolisis untuk mengeluarkan tenaga, bersama dengan CO2 dan air sebagai hasil sekunder dari reaksi tersebut. Tenaga bebas ini disimpan dalam kaedah molekul ATP. Biasanya, sejumlah 38 molekul ATP dicipta.

Tindak balas pautan adalah peringkat pertama pernafasan aerobik. Ini berlaku di mitokondria di eukariota. Reaksi pautan adalah relay antara glikolisis dan serangkaian tindak balas yang memerlukan hasil tinggi ATP yang disebut kitaran Krebs. Tindak balas pautan bermula dengan dekarboksilasi piruvat. Molekul CO2 dikeluarkan. Produk yang terbentuk adalah kumpulan asetil dua karbon yang bertindak balas dengan koenzim A (Perlu disebutkan bahawa ini adalah turunan dari Vitamin B5, sistein dan ATP.) Untuk membentuk Acetyl Co-A.

Proses dekarboksilasi juga melibatkan pengoksidaan. Ion hidrogen dikeluarkan, seperti dalam glikolisis, untuk membentuk NADH / H +. Dalam metabolisme lipid, pengoksidaan rantai asid lemak juga mengakibatkan pembentukan dua serpihan atom karbon (asetil) yang kemudian melalui kitaran Krebs. Rantai asid lemak dapat menghasilkan beberapa kumpulan asetil 2C. Inilah sebabnya mengapa lemak dapat menghasilkan dua kali ganda jumlah tenaga sebagai karbohidrat atau protein. Asid amino mula-mula dihidupkan, dan kemudian memasuki kitaran Krebs mengikut pelbagai radikalnya.

Dalam input mentah untuk kitaran Krebs adalah kumpulan 2 karbon Asetil. Keseimbangan karbon dipulihkan kerana pada dua tahap dalam kitaran molekul CO2 dilepaskan. Seperti dalam glikolisis pengoksidaan adalah ciri utama. Selama beberapa langkah sepanjang ion hidrogen dikeluarkan. pengangkutan hidrogen oleh molekul pembawa adalah kunci untuk menghasilkan hasil tinggi ATP. Pada permulaan kitaran Krebs kumpulan asetil 2C bergabung dengan molekul 4C yang tinggal pada akhir kitaran untuk menghasilkan asid sitrik 6C.

Terdapat dua putaran kitaran Krebs untuk setiap input glukosa 6C. Tambahan pula, semasa mengira kemungkinan hasil ATP bersih, dua reaksi pautan dan Glikolisis mesti dipertimbangkan. Terdapat kemungkinan hasil 38 molekul ATP dari pemecahan satu molekul glukosa dalam pernafasan aerobik. Ringkasnya, glukosa adalah molekul stabil yang besar dengan banyak tenaga kimia yang terperangkap dalam ikatannya. Mudah membebaskan tenaga ini dengan letupan, katakanlah, dengan pembakaran tetapi ia akan merosakkan sel, dan sebahagian besar tenaga akan hilang sebagai haba yang tidak berguna. Biokimia kompleks pernafasan sel telah berkembang untuk memperoleh serangkaian langkah-langkah enzim yang dikendalikan, lembut dan bertahap sebanyak mungkin tenaga kimia untuk membuat ATP (dari ADP dan P).

Tenaga yang mungkin untuk membuat ATP dimungkinkan oleh rantai pengangkutan elektron. Rantai ini terdiri daripada rangkaian pembawa koenzim pendek, yang disatukan dalam kista mitokondria yang bermula dengan NAD + dan berakhir pada O2. Hanya di hujung biokimia kompleks ini, oksigen yang kita hirup digunakan.

Setiap kali elektron teruja dikeluarkan dari proton yang berkaitan dan diturunkan rantai tenaga berpotensi yang cukup diekstrak untuk menghasilkan 3 molekul ATP. Dalam kes FAD, pembawa kedua dalam rantai dan pada tahap tenaga yang sedikit lebih rendah dan sedikit lebih elektronegatif daripada NAD +, hanya 2 ATP yang dihasilkan.

Chemiosmosis menerangkan dengan tepat bagaimana ATP dihasilkan dari rantai pengangkutan elektron. Enzim yang mengawal langkah dalam rantai, yang tertanam di membran crista, sebenarnya adalah pam proton. Mereka menggunakan tenaga dari laluan elektron teruja untuk mengubah bentuknya dan mengepam H + yang tidak berbentuk dari matriks mitokondria yang mengandungi semua jentera kitaran Krebs ke ruang antara membran. Proton berkumpul di sini dan pH dikesan lebih rendah daripada di matriks.

Pengumpulan proton di ruang antara membran mewujudkan kecerunan kepekatan yang ketara. Molekul pembawa elektron dan enzim pengepam protein yang berkaitan digabungkan dengan sintase ATP pada membran dalaman mitokondria crista. ATP synthase memanfaatkan kecerunan kepekatan proton. Kerana proton berkelajuan dari kepekatan tinggi ke rendah, melalui saluran terbuka sintase ATP, tenaga mereka dimanfaatkan untuk membuat ATP dari ADP dan P. Hanya pada ketika ini proton generik bergabung dengan elektron generik, yang sebelumnya diangkut oleh rantai, ke membentuk H2O pernafasan dengan oksigen, elektronegatif utama dan paling pembawa.

Cristae adalah petak dalaman yang dibentuk oleh membran dalaman mitokondria. Mereka dipenuhi protein, termasuk sintase ATP dan pelbagai sitokrom. Permukaan maksimum untuk tindak balas kimia berlaku adalah dalam mitokondria. Ini membolehkan pernafasan selular (respirasi aerobik kerana mitokondria memerlukan oksigen) berlaku.

Cristae sangat meningkatkan luas permukaan di mana tindak balas yang disebutkan di atas berlaku. Sekiranya mereka tidak hadir, membran dalam akan dikurangkan menjadi bentuk sfera tunggal, dan dengan permukaan reaksi yang kurang tersedia, kecekapan reaksi juga akan berkurang. Oleh itu, cristae adalah keperluan untuk mitokondria berfungsi dengan berkesan Fotosintesis dan pernafasan pada dasarnya sama, tetapi berlaku secara terbalik. Dalam istilah paling mudah, mereka saling melengkapi di seluruh persekitaran. Dalam fotosintesis, karbon dioksida dan air menghasilkan glukosa dan oksigen. Oleh itu, glukosa dan oksigen menghasilkan karbon dioksida dan air melalui proses pernafasan.

Fotosintesis adalah satu-satunya kaedah penyimpanan tenaga suria penting di Bumi dan bukan sahaja menjadi asas bagi semua makanan kita, tetapi juga aset tenaga manusia yang paling tinggi. Terdapat petunjuk bahawa fotosintesis adalah proses lama yang dirancang tidak lama setelah asal usul kehidupan dan telah berubah melalui jalan pelbagai aspek untuk mewujudkan penyampaian jenis organisma dan metabolisme fotosintesis yang terdapat pada masa ini (Blankenship, 2002

Manusia bergantung pada tumbuhan untuk mendapatkan oksigen, tumbuhan menghasilkan glukosa (gula) yang membantu dalam hidup dan tumbuh, begitu juga kita mengeluarkan karbon dioksida. oleh itu, tumbuhan memerlukan tenaga yang sihat untuk menghasilkan glukosa untuk menghasilkan oksigen yang bergantung kepada manusia untuk hidup, pada dasarnya, tanpa fotosintesis, manusia tidak akan ada,

Lebih dari 3 bilion tahun yang lalu, perkembangan fotosintesis berlaku pada bakteria. Walaupun oksigen molekul (O2) muncul di udara, organisma yang dapat menggunakan O2 untuk respirasi memulai evolusi mereka, dan pernafasan quotaerobik menjadi kaedah metabolisme yang berlaku di antara bakteria dan archaea tertentu. Sel eukariotik berkembang di suatu tempat di antara satu dan dua bilion tahun yang lalu. Sel eukariotik nampaknya naik dari sel prokariotik, terutama di luar Archaea.

Sudah tentu, terdapat banyak perbandingan dalam biologi molekul archaea moden dan eukariota. Walau bagaimanapun, asal-usul organel eukariotik, khususnya kloroplas dan mitokondria, diperjelas oleh hubungan evolusi antara sel-sel nukleus asli dan bakteria pernafasan dan fotosintetik tertentu, yang menyebabkan pertumbuhan organel ini dan peledakan yang berkaitan dengan banyaknya eukariotik.


Gambaran Keseluruhan Respirasi Selular

Rajah 1. Molekul bertenaga tinggi: ATP dan NADH. Panel atas menggambarkan hidrolisis ATP ke ADP. Tenaga bebas standard tindak balas ini adalah

7.3 kcal / mol. Panel bawah menggambarkan pengurangan NAD + menjadi NADH + H +.

Semua sel memerlukan sedikit sumber tenaga untuk menjalankan fungsi normalnya. Tenaga dalam sel biasanya disimpan dalam bentuk ikatan kimia. Dalam beberapa tutorial seterusnya, anda akan belajar laluan metabolik (laluan tindak balas kimia dalam sel), termasuk laluan katabolik, yang menerangkan reaksi yang memecah molekul, dan laluan anabolik, yang menggambarkan tindak balas yang membina molekul. Selalunya laluan katabolik melepaskan tenaga apabila ikatan kimia terputus, sedangkan jalur anabolik mungkin memerlukan tenaga untuk membentuk ikatan kimia. Dalam sel tumbuhan, tenaga berasal dari cahaya matahari dan digunakan dalam jalur anabolik untuk mensintesis gula sederhana. Gula ini boleh disimpan dan digunakan kemudian di jalan anabolik atau katabolik. Dalam sel haiwan, tenaga berasal dari katabolisme makro molekul yang dimakan seperti pati dan lemak dari organisma lain (mis. Hamburger yang anda makan untuk makan tengah hari). Makromolekul besar dikatabolisme menjadi gula sederhana dan blok bangunan lain, membebaskan tenaga sepanjang perjalanan. Tenaga ini ditangkap dalam bentuk dua jenis molekul tenaga tinggi: ATP dan pembawa elektron.

Tutorial ini menerangkan katabolisme glukosa, gula sederhana yang paling biasa terdapat pada haiwan dan tumbuhan. Ingatlah dari tutorial sebelumnya (Properties of Macromolecules II: Nucleic Acids, Polysaccharides and Lipids), glukosa terdapat pada glikogen dan kanji. Katabolisme lengkap glukosa menjadi CO2 dan H2O disebut sebagai pernafasan selular kerana memerlukan oksigen. Tindak balas bersih untuk pernafasan sel adalah C6H12O6 + 6O2 - & gt 6CO2 + 6H2O + 38ATP. Katabolisme glukosa berlaku melalui rangkaian tindak balas pengoksidaan. Ingat dari Biologi 110 bahawa pengoksidaanmolekul melibatkan penyingkiran elektron. Pengoksidaan molekul organik berlaku dengan penyingkiran elektron dan proton (H +). Dalam tindak balas biologi, tindak balas pengoksidaan digabungkan dengan a pengurangan tindak balas (penambahan elektron dan proton) sehingga satu molekul teroksidasi dan yang lain dikurangkan. Dalam katabolisme glukosa, gula teroksidasi dalam tindak balas yang digabungkan dengan pengurangan pembawa elektron yang paling biasa, nikotinamida adenin dinukleotida (NAD +), (Rajah 1). Sebagai contoh, dalam tindak balas berikut: malate + NAD + - & gt oxaloacetate + NADH + H +, malate teroksidasi dan NAD- & gtis dikurangkan. Pernafasan selular berlaku secara bertahap, pada mulanya menghasilkan banyak molekul pembawa elektron berkurang (NADH dan FADH2). Pembawa elektron berkurang ini akhirnya akan teroksidasi dalam mitokondria dalam proses yang dikaitkan dengan sintesis ATP. Hanya pada langkah terakhir ini, oksigen sebenarnya digunakan. Pembawa elektron yang berkurang menyumbangkan elektron mereka ke rantai pengangkutan elektron, dan akhirnya, oksigen dikurangkan untuk menghasilkan air. Langkah terakhir pernafasan sel ini menghasilkan jumlah tenaga terbesar, dalam bentuk ATP.

Terdapat empat peringkat pernafasan selular yang berbeza: glikolisis, pengoksidaan glukosa kepada gula tiga karbon piruvat pengoksidaan piruvat, pengoksidaan piruvat ke asetil koenzim A (asetil CoA) yang kitaran asid sitrik(juga disebut sebagai kitaran Kreb atau kitaran TCA), pengoksidaan lengkap asetil CoA dan akhirnya, pengoksidaan pembawa elektron berkurang yang berkaitan dengan sintesis ATP. Tiga peringkat pertama (glikolisis, pengoksidaan piruvat dan kitaran asid sitrik) akan dijelaskan dalam tutorial ini. Sebagai tambahan, kami akan mempertimbangkan proses fermentasi, yang berlaku dengan ketiadaan oksigen, di mana piruvat dikurangkan dan pelbagai produk sampingan dihasilkan. Langkah terakhir respirasi sel, pengoksidaan pembawa elektron yang berkaitan dengan sintesis ATP, akan dibahas dalam tutorial seterusnya.


7.2 Glikolisis

Pada akhir bahagian ini, anda akan dapat melakukan perkara berikut:

  • Huraikan hasil keseluruhan dari segi molekul yang dihasilkan semasa pecahan kimia glukosa oleh glikolisis
  • Bandingkan output glikolisis dari segi molekul ATP dan molekul NADH yang dihasilkan

Seperti yang telah anda baca, hampir semua tenaga yang digunakan oleh sel hidup datang kepada mereka dalam ikatan glukosa gula. Glikolisis adalah langkah pertama dalam pemecahan glukosa untuk mengekstrak tenaga untuk metabolisme sel. Sebenarnya, hampir semua organisma hidup melakukan glikolisis sebagai sebahagian daripada metabolisme mereka. Prosesnya tidak menggunakan oksigen secara langsung dan oleh itu disebut sebagai anaerobik. Glikolisis berlaku di sitoplasma kedua-dua sel prokariotik dan eukariotik. Glukosa memasuki sel heterotrofik dengan dua cara. Salah satu kaedah adalah melalui pengangkutan aktif sekunder di mana pengangkutan berlaku terhadap kecerunan kepekatan glukosa. Mekanisme lain menggunakan sekumpulan protein integral yang disebut protein GLUT, juga dikenal sebagai protein transporter glukosa. Pengangkut ini membantu penyebaran glukosa yang difasilitasi.

Glikolisis bermula dengan struktur berbentuk cincin enam karbon satu molekul glukosa tunggal dan berakhir dengan dua molekul gula tiga karbon yang disebut piruvat. Glikolisis terdiri daripada dua fasa yang berbeza. Bahagian pertama jalur glikolisis memerangkap molekul glukosa di dalam sel dan menggunakan tenaga untuk mengubahnya sehingga molekul gula enam karbon dapat dibahagi secara merata menjadi dua molekul tiga karbon. Bahagian kedua glikolisis mengeluarkan tenaga dari molekul dan menyimpannya dalam bentuk ATP dan NADH — ingat: ini adalah bentuk NAD yang dikurangkan.

Separuh Pertama Glikolisis (Langkah Memerlukan Tenaga)

Langkah 1. Langkah pertama dalam glikolisis (Gambar 7.6) dikatalisis oleh heksokinase, enzim dengan kekhususan luas yang menjadi pemangkin fosforilasi gula enam karbon. Hexokinase phosphorylates glukosa menggunakan ATP sebagai sumber fosfat, menghasilkan glukosa-6-fosfat, bentuk glukosa yang lebih reaktif. Tindak balas ini menghalang molekul glukosa yang terfosforilasi terus berinteraksi dengan protein GLUT, dan ia tidak lagi dapat meninggalkan sel kerana fosfat bermuatan negatif tidak akan membenarkannya melintasi bahagian dalam hidrofobik membran plasma.

Langkah 2. Pada langkah kedua glikolisis, isomerase mengubah glukosa-6-fosfat menjadi salah satu isomernya, fruktosa-6-fosfat (isomer ini mempunyai fosfat yang terpasang di lokasi karbon keenam cincin). Isomerase adalah enzim yang menjadi pemangkin penukaran molekul menjadi salah satu isomernya. (Perubahan ini dari fosfoglukosa menjadi fosfofruktosa memungkinkan akhirnya pemisahan gula menjadi dua molekul tiga karbon.)

Langkah 3. Langkah ketiga adalah fosforilasi fruktosa-6-fosfat, dikatalisis oleh enzim fosfofruktokinase. Molekul ATP kedua menyumbangkan fosfat bertenaga tinggi untuk fruktosa-6-fosfat, menghasilkan fruktosa-1,6-bisphosfat. Di jalan ini, fosfofruktokinase adalah enzim yang membatasi kadar. Ia aktif apabila kepekatan ADP tinggi tetapi kurang aktif ketika tahap ADP rendah dan kepekatan ATP tinggi. Oleh itu, jika ada ATP "mencukupi" dalam sistem, jalannya menjadi perlahan. Ini adalah jenis penghambatan produk akhir, kerana ATP adalah produk akhir katabolisme glukosa.

Langkah 4. Fosfat tenaga tinggi yang baru ditambahkan seterusnya menstabilkan fruktosa-1,6-bifosfat. Langkah keempat dalam glikolisis menggunakan enzim, aldolase, untuk membelah fruktosa-1,6-bifosfat menjadi dua isomer tiga-karbon: dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehid-3-fosfat.

Langkah 5. Pada langkah kelima, isomerase mengubah dihydroxyacetone-phosphate menjadi isomernya, glyceraldehyde-3-fosfat. Oleh itu, laluan akan diteruskan dengan dua molekul gliseraldehid-3-fosfat. Pada titik ini, terdapat pelaburan tenaga bersih dari dua molekul ATP dalam pemecahan satu molekul glukosa.

Separuh Kedua Glikolisis (Langkah Membebaskan Tenaga)

Setakat ini, glikolisis telah menelan sel dua molekul ATP dan menghasilkan dua molekul gula kecil, tiga karbon. Both of these molecules will proceed through the second half of the pathway, and sufficient energy will be extracted to pay back the two ATP molecules used as an initial investment and produce a profit for the cell of two additional ATP molecules and two even higher-energy NADH molecules.

Langkah 6. The sixth step in glycolysis (Figure 7.7) oxidizes the sugar (glyceraldehyde-3-phosphate), extracting high-energy electrons, which are picked up by the electron carrier NAD + , producing NADH. The sugar is then phosphorylated by the addition of a second phosphate group, producing 1,3-bisphosphoglycerate. Note that the second phosphate group does not require another ATP molecule.

Here again is a potential limiting factor for this pathway. The continuation of the reaction depends upon the availability of the oxidized form of the electron carrier, NAD + . Thus, NADH must be continuously oxidized back into NAD + in order to keep this step going. If NAD + is not available, the second half of glycolysis slows down or stops. If oxygen is available in the system, the NADH will be oxidized readily, though indirectly, and the high-energy electrons from the hydrogen released in this process will be used to produce ATP. In an environment without oxygen, an alternate pathway (fermentation) can provide the oxidation of NADH to NAD + .

Langkah 7. In the seventh step, catalyzed by phosphoglycerate kinase (an enzyme named for the reverse reaction), 1,3-bisphosphoglycerate donates a high-energy phosphate to ADP, forming one molecule of ATP. (This is an example of substrate-level phosphorylation.) A carbonyl group on the 1,3-bisphosphoglycerate is oxidized to a carboxyl group, and 3-phosphoglycerate is formed.

Langkah 8. In the eighth step, the remaining phosphate group in 3-phosphoglycerate moves from the third carbon to the second carbon, producing 2-phosphoglycerate (an isomer of 3-phosphoglycerate). The enzyme catalyzing this step is a mutase (isomerase).

Langkah 9. Enolase catalyzes the ninth step. This enzyme causes 2-phosphoglycerate to lose water from its structure this is a dehydration reaction, resulting in the formation of a double bond that increases the potential energy in the remaining phosphate bond and produces phosphoenolpyruvate (PEP).

Langkah 10. The last step in glycolysis is catalyzed by the enzyme pyruvate kinase (the enzyme in this case is named for the reverse reaction of pyruvate’s conversion into PEP) and results in the production of a second ATP molecule by substrate-level phosphorylation and the compound pyruvic acid (or its salt form, pyruvate). Many enzymes in enzymatic pathways are named for the reverse reactions, since the enzyme can catalyze both forward and reverse reactions (these may have been described initially by the reverse reaction that takes place in vitro, under nonphysiological conditions).

Pautan ke Pembelajaran

Gain a better understanding of the breakdown of glucose by glycolysis by visiting this site to see the process in action.

Outcomes of Glycolysis

Glycolysis begins with glucose and produces two pyruvate molecules, four new ATP molecules, and two molecules of NADH. (Note: two ATP molecules are used in the first half of the pathway to prepare the six-carbon ring for cleavage, so the cell has a net gain of two ATP molecules and two NADH molecules for its use). Sekiranya sel tidak dapat memetabolisme molekul piruvat lebih jauh, ia hanya akan mengambil dua molekul ATP dari satu molekul glukosa. Mature mammalian red blood cells do not have mitochondria and thus are not capable of aerobic respiration —the process in which organisms convert energy in the presence of oxygen—and glycolysis is their sole source of ATP. If glycolysis is interrupted, these cells lose their ability to maintain their sodium-potassium pumps, and eventually, they die.

The last step in glycolysis will not occur if pyruvate kinase, the enzyme that catalyzes the formation of pyruvate, is not available in sufficient quantities. In this situation, the entire glycolysis pathway will proceed, but only two ATP molecules will be made in the second half. Thus, pyruvate kinase is a rate-limiting enzyme for glycolysis.

Sebagai Amazon Associate, kami memperoleh hasil dari pembelian yang layak.

Ingin memetik, berkongsi, atau mengubahsuai buku ini? Buku ini adalah Creative Commons Attribution License 4.0 dan anda mesti mengaitkan OpenStax.

    Sekiranya anda mengedarkan semula keseluruhan atau sebahagian buku ini dalam format cetakan, maka anda mesti memasukkan pada setiap halaman fizikal atribusi berikut:

  • Gunakan maklumat di bawah untuk menghasilkan petikan. Kami mengesyorkan menggunakan alat petikan seperti ini.
    • Authors: Mary Ann Clark, Matthew Douglas, Jung Choi
    • Penerbit / laman web: OpenStax
    • Book title: Biology 2e
    • Publication date: Mar 28, 2018
    • Lokasi: Houston, Texas
    • Book URL: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • Section URL: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/7-2-glycolysis

    © Jan 7, 2021 OpenStax. Kandungan buku teks yang dihasilkan oleh OpenStax dilesenkan di bawah lesen Creative Commons Attribution License 4.0. Nama OpenStax, logo OpenStax, sampul buku OpenStax, nama OpenStax CNX, dan logo OpenStax CNX tidak tertakluk kepada lesen Creative Commons dan tidak boleh diterbitkan semula tanpa persetujuan bertulis terlebih dahulu dari Universiti Rice.


    Plant Life

    The simple sugar glucose is generally considered the starting point for looking at glycolysis and fermentation. Glucose is a simple carbohydrate, consisting of carbon, hydrogen, and oxygen.

    Most glucose is produced by plants organisms that cannot photosynthesize must obtain glucose (or more complex carbohydrates) from their surroundings. Animals obtain food molecules by eating. Simpler forms of life, such as bacteria and yeast, simply absorb their food from their environment.


    Breaking Chemical Bonds

    The energy in glucose is locked up in the chemical bonds that hold the molecule together. The process of glycolysis breaks these chemical bonds in a series of carefully controlled chemical reactions. Each reaction can be greatly accelerated by the appropriate enzyme.Generally, cells have sufficient quantities of the necessary enzymes present at all times.

    Each chemical step is regulated by either the amount of raw materials present or the amount of finished product. If the raw materials are in short supply, the rate of reaction will be slow. Also, if the finished products build up to a high concentration, the reaction will slow down.

    The energy of the chemical bonds in glucose must be released gradually. During most of the chemical steps, small amounts of energy are released. The amount of energy released is often not enough to perform significant biological work, in which case it is simply wasted as heat.

    The energy released during some steps, however, is captured in the special high-energy bond of adenosine triphosphate (ATP). ATP is one of the most important of the short-term energy storage molecules in cells and is a coenzyme for many important chemical reactions.

    Adenosine Triphosphate

    ATP belongs to a class of organic molecules known as nucleotides. It has an important role in the energy reactions in the cell. The term “triphosphate” indicates that there are three phosphate groups attached to the base molecule. The last two of these phosphates are held by a special kind of chemical bond known as a high-energy bond.

    It takes a greater amount of energy to form one of these bonds than to form the normal kinds of bonds that hold the atoms of other molecules together. When this bond is broken, a large amount of energy is released and is available to the cell to do work.

    Examples of such work are production of heat, synthesis of complex molecules, and movement of molecules across a membrane. When energy is required in a cell, the third phosphate of ATP is released. While the third phosphate group is routinely split off to release energy, the second one is rarely split off in cellular reactions.

    The cell must maintain a supply of ATP by means of the reverse reaction. The energy required for this reaction may come from fermentation when oxygen is unavailable. When oxygen is available, other components of cellular respiration are used, which include the Krebs cycle and electron transport.

    Energy from glycolysis is used to make ATP by two different processes. During glycolysis the glucose molecules are each split into two smaller molecules. The initial glucose molecules contain six carbon atoms each. Each molecule of glucose produces two molecules of pyruvic acid, and each pyruvic acidmolecule contains three carbon atoms.

    During glycolysis, energy is released from the bonds of glucose molecules and is used to join free phosphate ions (also called inorganic phosphate or Pi) with molecules of adenosine diphosphate (ADP) to make ATP. This type of ATP synthesis is called substrate-level phosphorylation.

    As a by-product, however, electrons are also stripped from glucose. These electrons are immediately trapped and held by another very important molecule, the electron carrier nicotinamide adenine dinucleotide (NAD).

    By convention, the empty electron carrier is denoted as NAD + . When the molecule is carrying a pair of electrons, it is denoted as NADH, since the molecule also picks up a hydrogen nucleus, or proton. The electrons held by NADH represent potential energy.

    In the presence of oxygen, these electrons can be passed to the electron transport system to make ADP by oxidative phosphorylation, while at the same time regenerating NAD + , which is required to maintain glycolysis. This second process for making ATP results in about eight times as much ATP per glucose molecule than from substrate-level phosphorylation in glycolysis.

    Because fermentation is carried out in the absence of oxygen, this process cannot be used. Instead, the NADH must be relieved of its electrons by an alternative process. The NAD + regeneration mechanism varies according to the type of organism.

    Glucose molecules are relatively stable and do not split readily. For glucose molecules to split, they must be energized by the addition of two phosphate groups to each glucose molecule from two ATP molecules. The third phosphate from each ATP molecule is transferred, along with its high-energy bond.

    Therefore, the initial steps of glycolysis actually use ATP, depleting some of the cell’s energy stores. Once glucose is energized, it readily splits under the influence of the appropriate enzyme. Each half of the glucose molecule then attaches another phosphate group from the cell’s pool of Pi.

    In a series of reactions, each half of the glucose molecule generates two ATP molecules by substrate-level phosphorylation. Therefore, glycolysis results in a net gain of two molecules of ATP per molecule of glucose. At the end of glycolysis there are two three-carbon molecules of pyruvate left over for each original glucose molecule.

    Penapaian

    Under aerobic conditions, further energy from the chemical bonds of pyruvic acid is harvested by the Krebs cycle and electron transport system. When oxygen is not available (anaerobic conditions), however, the electrons must be removed from the NADH to regenerate NAD + .

    While there are many ways of accomplishing this, the most common methods are alcoholic fermentation, as observed in yeast, where the end products are ethyl alcohol and carbon dioxide, and lactic acid fermentation, as observed in the muscles of a mammal during strenuous physical exercise. In any event, no further energy is gained for the cell.

    In yeast cells cultured in the absence of oxygen, a carbon atom and two oxygen atoms are first split from pyruvic acid, releasing a molecule of carbon dioxide (CO2). This CO2 gas is responsible for the bubbles that make bread rise and the carbonation in champagne.


    The remainder of each pyruvic acid molecule then receives a pair of electrons from NADH, producing a molecule of ethyl alcohol (ethanol). The alcohol evaporates from bread when it is baked but is retained for its mildly euphoric effect in alcoholic beverages.

    As far as the yeast is concerned, the alcohol is only produced as away of regenerating NAD + . It is not a desirable product and will eventually kill the yeast cells. Most yeast cells cannot tolerate an alcohol concentration greater than about 12 percent.

    Cellular respiration is the process by which organisms harvest usable energy in the form of ATP molecules from food molecules. Fermentation is the form of respiration used when oxygen is not available.

    Fermentation is much less efficient than aerobic cellular respiration. Fermentation harvests only two molecules of ATP for every glucose molecule used. Aerobic respiration reaps a yield of more than thirty molecules of ATP.

    Additionally, the typical products of fermentation, alcohol or lactic acid, are toxic to the organism producing them. Most forms of life will resort to fermentation only when oxygen is absent or in short supply. These are described as facultative anaerobes.

    While higher forms of life, such as animals, can obtain energy by fermentation for short periods, they enter an oxygen debt, which must eventually be repaid. The yield of two molecules of ATP for each glucose molecule used is simply not enough to sustain their high demand for energy.

    A few simple forms of life, mostly bacteria, rely solely on fermentation for their source of ATP. To some of these, oxygen is actually poisonous. These are described as obligate anaerobes, and they are only found under the completely anaerobic conditions of the deeper layers of mud in saltwater and freshwater marshes.