Գլիկոլիզի քննարկման հարցերի օրինակ
Գլիկոլիզը կենտրոնական նյութափոխանակության ուղի է, որը տեղի է ունենում գրեթե բոլոր կենդանի բջիջներում՝ էներգիա արտադրելու համար: Այս գործընթացը բջջային շնչառության առաջին փուլն է, որի ընթացքում գլյուկոզը՝ պարզ ածխաջրածնային մոլեկուլը, քայքայվում է պիրուվիկ թթվի՝ մի շարք քիմիական ռեակցիաների միջոցով, որոնք առաջացնում են ATP (ադենոզինի տրիֆոսֆատ) և NADH: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք գլիկոլիզի հետ կապված մի քանի օրինակելի խնդիրներ՝ այս նյութափոխանակության ուղու հետ կապված գործընթացներն ու հիմնական հասկացությունները հասկանալու համար:
Հարց 1. Ընդհանուր արտադրված ԱԵՖ-ի հաշվարկ
Հարց. Եթե գլիկոլիզի միջոցով քայքայվում է գլյուկոզի մեկ մոլեկուլ, որքա՞ն զուտ ԱԵՖ է առաջանում։
Քննարկում.
Գլիկոլիզը տեղի է ունենում տասը ֆերմենտատիվ փուլով, որոնք գլյուկոզը վերածում են պիրուվիկ թթվի երկու մոլեկուլի: Մի քանի փուլ արտադրում կամ սպառում են ATP և NADH մոլեկուլներ: Մենք կանդրադառնանք գլիկոլիզի ուղու կարևորագույն փուլերին.
1. Նախապատրաստական և էներգետիկ ներդրումների փուլ.
– Գլյուկոզը վերածվում է գլյուկոզա-6-ֆոսֆատի՝ օգտագործելով մեկ ԱԵՖ-ն։
– Գլյուկոզ-6-ֆոսֆատը վերածվում է ֆրուկտոզ-6-ֆոսֆատի, որը հետո վերածվում է ֆրուկտոզ-1,6-բիսֆոսֆատի՝ օգտագործելով ևս մեկ ԱԵՖ։
Այս փուլում ATP-ի ընդհանուր օգտագործումը կազմում է 2 ATP։
2. Բաժանման և էներգիայի կլանման փուլ.
– Ֆրուկտոզ-1,6-բիսֆոսֆատը այնուհետև քայքայվում է երկու տրիոզոֆոսֆատ մոլեկուլների։
– Յուրաքանչյուր տրիոզոֆոսֆատի մոլեկուլ պիրուվատի քայքայման ընթացքում արտադրում է 1 NADH և 2 ATP։
Քանի որ տրիոզոֆոսֆատի երկու մոլեկուլ կա, ընդհանուր ելքը 2 NADH և 4 ATP է։
Գլիկոլիզից ստացված զուտ ATP-ն հաշվարկելու համար՝
– Արտադրված ԱԵՖ՝ 4 ԱԵՖ։
– Օգտագործված ATP՝ 2 ATP։
– զուտ ATP: 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP։
Այսպիսով, գլիկոլիզը գլյուկոզի մոլեկուլում առաջացնում է ընդհանուր առմամբ 2 ԱԵՖ։
Հարց 2. NAD+-ի դերը գլիկոլիզի մեջ
Հարց՝ Բացատրեք NAD+ կոֆակտորի դերը գլիկոլիզի ռեակցիայում:
Քննարկում.
NAD+-ը (նիկոտինամիդ ադենին դինուկլեոտիդ) ծառայում է որպես գլիկոլիզի կարևորագույն էլեկտրոնային ընդունիչ: Գլիկոլիզի վեցերորդ փուլում, որը ներառում է գլիցերալդեհիդ-3-ֆոսֆատ դեհիդրոգենազ ֆերմենտը, NAD+-ն օգտագործվում է գլիցերալդեհիդ-3-ֆոսֆատը 1,3-բիսֆոսֆոգլիցերատի օքսիդացնելու համար: Այս գործընթացը տրիոզ ֆոսֆատի յուրաքանչյուր մոլեկուլի համար NAD+-ի վերականգնումից առաջացնում է մեկ NADH մոլեկուլ, ինչը նշանակում է երկու NADH յուրաքանչյուր գլյուկոզի մոլեկուլի համար:
NAD+-ը կարևոր դեր է խաղում գլիկոլիզի շարունակականությունը պահպանելու գործում՝ տեղափոխելով էլեկտրոններ, որոնք այնուհետև ազդում են էներգիայի ցիկլի օքսիդացման և վերականգնման ռեակցիաների վրա: Առանց NAD+-ի գլիկոլիզը կդադարի էլեկտրոններ ընդունելու համար տոկոֆակտորների բացակայության պատճառով, այդպիսով կանխելով ԱԵՖ-ի առաջացումը:
Հարց 3. Գլյուկոզի փոխակերպումը պիրուվատի
Հարց՝ Գրեք գլիկոլիզի ընթացքում գլյուկոզի պիրուվատի փոխակերպման ընդհանուր քիմիական ռեակցիան։
Քննարկում.
Գլիկոլիզի ընդհանուր քիմիական ռեակցիան, այսինքն՝ մեկ գլյուկոզի մոլեկուլի փոխակերպումը պիրուկաթթվի երկու մոլեկուլի, կարելի է ամփոփել հետևյալ կերպ.
\[ \text{Գլյուկոզ} + 2 \text{NAD}^+ + 2 \text{ADP} + 2 \text{P}_i \rightarrow 2 \text{Պիրուվատ} + 2 \text{NADH} + 2 \text{H}^+ + 2 \text{ATP} + 2 \text{H}_2\text{O} \]
Այս ռեակցիայի ընթացքում մեկ գլյուկոզի մոլեկուլը վերածվում է երկու պիրուվատի մոլեկուլի։ Բացի այդ, երկու NAD+ մոլեկուլները վերականգնվում են երկու NADH մոլեկուլի, և առաջանում են երկու ATP մոլեկուլներ։ Որպես ենթամթերք առաջանում է նաև ջուր։
Հարց 4. Ինչո՞ւ է գլիկոլիզը անաէրոբ ուղի։
Հարց. Ինչո՞ւ է գլիկոլիզը կոչվում անաէրոբ նյութափոխանակության ուղի։
Քննարկում.
Գլիկոլիզը հայտնի է որպես անաէրոբ ուղի, քանի որ այն թթվածին չի պահանջում: Գլիկոլիզի բոլոր ռեակցիաները տեղի են ունենում ցիտոպլազմայում և ներառում են ածխաջրերի մի շարք փոխակերպումներ, որոնք կախված չեն թթվածնի առկայությունից: Սա թույլ է տալիս անաէրոբ օրգանիզմներին կամ թթվածնազուրկ միջավայրերում ապրող օրգանիզմներին էներգիա ստանալ գլիկոլիզի միջոցով:
Չնայած գլիկոլիզի համար թթվածին անհրաժեշտ չէ, գլիկոլիզի ենթամթերքը (պիրուվատը) կարող է մտնել միտոքոնդրիաների այլ աէրոբ ուղիներ, ինչպիսիք են Կրեբսի ցիկլը և էլեկտրոնների փոխադրման շղթան, եթե թթվածինը հասանելի է: Գլիկոլիզն ինքնին կարող է տեղի ունենալ անաէրոբ պայմաններում, օրինակ՝ մկանային բջիջներում ինտենսիվ վարժությունների ժամանակ, երբ թթվածնի մատակարարումը կրճատվում է:
Հարց 5. Էներգիայի ներդրման և վճարման փուլերի միջև տարբերությունը
Հարց՝ Բացատրեք գլիկոլիզի ժամանակ էներգիայի ներդրման և էներգիայի վերադարձման փուլերի միջև եղած տարբերությունը։
Քննարկում.
Գլիկոլիզը բաժանված է երկու հիմնական փուլի՝ էներգիայի ներդրման փուլ և էներգիայի վերադարձման փուլ։
1. Էներգետիկ ներդրումների փուլ.
– Այս փուլում ԱԵՖ-ի տեսքով էներգիան օգտագործվում է գլյուկոզի տրիոզոֆոսֆատի (գլիցերալդեհիդ-3-ֆոսֆատ) երկու մոլեկուլների քայքայման գործընթացը սկսելու համար։
– Նվիրվածությունը շաքարի միջանկյալ նյութերի ֆոսֆորիլացման համար 2 ATP մոլեկուլների ներդրումն է, որը հիմնականում արվում է գլյուկոզի կառուցվածքը ավելի ռեակտիվ դարձնելու համար։
- Այստեղ հիմնական քայլերն են՝
– Գլյուկոզի ֆոսֆորիլացումը՝ գլյուկոզ-6-ֆոսֆատ առաջացնելով։
– ԱԵՖ-ի երկրորդ սպառումը՝ ֆրուկտոզ-1,6-բիսֆոսֆատ արտադրելու համար։
2. Էներգիայի վճարման փուլ.
– Այստեղ տրիոզոֆոսֆատի մոլեկուլները օքսիդացվում և ֆոսֆորիլացվում են՝ ԱԵՖ առաջացնելով։
– Յուրաքանչյուր տրիոզ ֆոսֆատի մոլեկուլ կանցնի մի շարք ռեակցիաների միջով, որոնք կառաջացնեն ընդհանուր առմամբ 2 ԱԵՖ և 1 ՆԱԴՀ (այսինքն՝ երկու տրիոզ մոլեկուլներից ընդհանուր առմամբ 4 ԱԵՖ և 2 ՆԱԴՀ):
– Այս փուլը ոչ միայն փոխարինում է ներդրումային փուլում օգտագործված ATP-ն, այլև առաջացնում է 2 ATP զուտ շահույթ։
Եզրակացություն
Գլիկոլիզը կարևոր և բազմակողմանի նյութափոխանակության ուղի է, որը տեղի է ունենում օրգանիզմների մեծ մասում: Վերը քննարկված օրինակելի խնդիրների միջոցով մենք կարող ենք ավելի խորը հասկանալ, թե ինչպես են գլիկոլիզի ռեակցիաները և բաղադրիչները միասին աշխատում՝ էներգիա արտադրելու համար՝ ATP-ի և NADH-ի տեսքով, ինչպես նաև դրա գործառույթը բջջային նյութափոխանակության համատեքստում: Գլիկոլիզի խորը ըմբռնումը ամուր հիմք է տալիս նյութափոխանակության ուղիների և դրանց կապերի հետագա ուսումնասիրության համար օրգանիզմի ընդհանուր գործառույթի հետ:
