24.2: Kimetaboliki ya kaboni

Malengo ya kujifunza

• Eleza mchakato wa glycolysis
• Eleza njia ya molekuli ya piruvati kupitia mzunguko wa Krebs
• Eleza usafiri wa elektroni kupitia mnyororo wa usafiri wa elektroni
• Eleza mchakato wa uzalishaji wa ATP kupitia phosphorylation ya oxidative
• Kufupisha mchakato wa gluconeogenesis

Karodi ni molekuli za kikaboni linalojumuisha atomi za kaboni, hidrojeni, na Familia ya wanga ni pamoja na sukari rahisi na ngumu. Glucose na fructose ni mifano ya sukari rahisi, na wanga, glycogen, na selulosi ni mifano yote ya sukari tata. Sukari tata pia huitwa polysaccharides na hutengenezwa kwa molekuli nyingi za monosaccharide. Polysaccharides hutumika kama hifadhi ya nishati (kwa mfano, wanga na glycogen) na kama vipengele vya kimuundo (kwa mfano, chitini katika wadudu na selulosi katika mimea).

Wakati wa digestion, wanga huvunjika kuwa sukari rahisi, mumunyifu ambayo inaweza kusafirishwa kwenye ukuta wa matumbo ndani ya mfumo wa mzunguko ili kusafirishwa katika mwili wote. Digestion ya kabohaidreti huanza kinywa na hatua ya amylase ya salivary juu ya wanga na kuishia na monosaccharides kuwa kufyonzwa katika epithelium ya utumbo mdogo. Mara baada ya monosaccharides kufyonzwa ni kusafirishwa kwa tishu, mchakato wa kupumua kwa seli huanza (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Sehemu hii itazingatia kwanza glycolysis, mchakato ambapo glucose ya monosaccharide imeoksidishwa, ikitoa nishati iliyohifadhiwa katika vifungo vyake ili kuzalisha ATP.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kupumua kwa seli. Upumuaji wa seli huoksidisha molekuli za glucose kupitia glycolysis, mzunguko wa Krebs, na phosphorylation ya oksidi ili kuzalisha ATP.

Glycolysis

Glucose ni chanzo cha nishati cha urahisi zaidi cha mwili. Baada ya michakato ya utumbo kuvunja polysaccharides chini katika monosaccharides, ikiwa ni pamoja na glucose, monosaccharides ni kusafirishwa katika ukuta wa utumbo mdogo na katika mfumo wa mzunguko, ambayo husafirisha yao kwa ini. Katika ini, hepatocytes ama kupitisha glucose kupitia mfumo wa mzunguko au kuhifadhi glucose ziada kama glycogen. Seli katika mwili huchukua glucose inayozunguka kwa kukabiliana na insulini na, kwa njia ya mfululizo wa athari inayoitwa glycolysis, kuhamisha baadhi ya nishati katika glucose kwa ADP ili kuunda ATP (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Hatua ya mwisho katika glycolysis inazalisha pyruvati ya bidhaa.

Glycolysis huanza na phosphorylation ya glucose na hexokinase kuunda glucose-6-phosphate. Hatua hii inatumia ATP moja, ambayo ni wafadhili wa kundi la phosphate. Chini ya hatua ya phosphofructokinase, glucose-6-phosphate inabadilishwa kuwa fructose-6-phosphate. Kwa hatua hii, ATP ya pili hutoa kundi lake la phosphate, na kutengeneza fructose-1,6-bisphosphate. Hii sukari sita kaboni ni mgawanyiko kuunda mbili phosphorylated molekuli tatu-kaboni, glyceraldehyde-3-phosphate na dihydroxyacetone phosphate, ambayo ni wote waongofu katika glyceraldehyde-3- Glyceraldehyde-3-phosphate ni zaidi phosphorylated na makundi walichangia na phosphate dihidrojeni sasa katika kiini kuunda tatu-carbon molekuli 1,3-bisphosphoglycerate. Nishati ya mmenyuko huu hutoka kwa oxidation ya (kuondolewa kwa elektroni kutoka) glyceraldehyde-3-phosphate. Katika mfululizo wa athari inayoongoza kwa piruvati, vikundi viwili vya phosphate vinahamishiwa kwenye ADPs mbili ili kuunda ATP mbili. Hivyo, glycolysis hutumia ATP mbili lakini huzalisha ATP nne, ikitoa faida halisi ya ATP mbili na molekuli mbili za piruvati. Katika uwepo wa oksijeni, piruvati inaendelea kwenye mzunguko wa Krebs (pia huitwa mzunguko wa asidi ya citric au mzunguko wa asidi ya tricarboxylic (TCA), ambapo nishati ya ziada hutolewa na kupitishwa.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Glycolysis Overview. Wakati wa awamu ya kuteketeza nishati ya glycolysis, ATP mbili hutumiwa, kuhamisha phosphates mbili kwenye molekuli ya glucose. Molekuli ya glucose kisha hugawanyika katika misombo miwili ya kaboni, kila iliyo na phosphate. Wakati wa awamu ya pili, phosphate ya ziada imeongezwa kwa kila moja ya misombo ya kaboni tatu. Nishati ya mmenyuko huu endergonic hutolewa na kuondolewa (oxidation) ya elektroni mbili kutoka kila kiwanja cha kaboni tatu. Wakati wa awamu ya kutolewa kwa nishati, phosphates huondolewa kwenye misombo yote ya kaboni tatu na kutumika kuzalisha molekuli nne za ATP.

Tazama video hii ili ujifunze kuhusu glycolysis.

Glycolysis inaweza kugawanywa katika awamu mbili: kuteketeza nishati (pia huitwa kemikali priming) na kujitoa nishati. Awamu ya kwanza ni awamu ya kuteketeza nishati, hivyo inahitaji molekuli mbili za ATP kuanza majibu kwa kila molekuli ya glucose. Hata hivyo, mwisho wa mmenyuko hutoa ATP nne, na kusababisha faida halisi ya molekuli mbili za nishati za ATP.

Glycolysis inaweza kuelezwa kama equation ifuatayo:

Glucose + 2ATP ⁺ 2NAD + 4ADP + 2P _i → 2 Piruvati + 4ATP + 2NADH + 2H ⁺

Equation hii inasema kwamba glucose, pamoja na ATP (chanzo cha nishati), NAD ⁺ (coenzyme ambayo hutumika kama kukubali elektroni), na phosphate isokaboni, huvunja katika molekuli mbili za piruvati, kuzalisha molekuli nne za ATP-kwa mavuno halisi ya ATP mbili-na coenzymes mbili zenye NADH. NADH inayozalishwa katika mchakato huu itatumika baadaye kuzalisha ATP katika mitochondria. Muhimu, mwishoni mwa mchakato huu, molekuli moja ya glucose huzalisha molekuli mbili za piruvati, molekuli mbili za ATP za juu, na molekuli mbili za NADH zinazobeba elektroni.

Majadiliano yafuatayo ya glycolysis ni pamoja na enzymes zinazohusika na athari. Wakati glucose inapoingia kiini, hexokinase ya enzyme (au glucokinase, katika ini) inaongeza haraka phosphate ili kuibadilisha kuwa glucose-6-phosphate. Kinase ni aina ya enzyme inayoongeza molekuli ya phosphate kwenye substrate (katika kesi hii, glucose, lakini inaweza kuwa kweli kwa molekuli nyingine pia). Hatua hii ya uongofu inahitaji ATP moja na kimsingi mitego ya glucose katika seli, kuzuia kupita nyuma kupitia utando wa plasma, hivyo kuruhusu glycolysis kuendelea. Pia inafanya kazi ili kudumisha gradient ya mkusanyiko na viwango vya juu vya glucose katika damu kuliko katika tishu. Kwa kuanzisha gradient hii ya ukolezi, glucose katika damu itaweza kuingia kutoka eneo la ukolezi wa juu (damu) katika eneo la ukolezi mdogo (tishu) ili kutumika au kuhifadhiwa. Hexokinase hupatikana karibu kila tishu katika mwili. Glucokinase, kwa upande mwingine, inaonyeshwa katika tishu zinazofanya kazi wakati viwango vya damu ya glucose ni vya juu, kama vile ini. Hexokinase ina mshikamano mkubwa wa glucose kuliko glucokinase na kwa hiyo ina uwezo wa kubadilisha glucose kwa kiwango cha kasi zaidi kuliko glucokinase. Hii ni muhimu wakati viwango vya glucose ni ndogo sana katika mwili, kwa vile inaruhusu glucose kusafiri kwa upendeleo kwa tishu hizo zinazohitaji zaidi.

Katika hatua inayofuata ya awamu ya kwanza ya glycolysis, enzyme glucose-6-phosphate isomerase hubadilisha glucose-6-phosphate katika fructose-6-phosphate. Kama glucose, fructose pia ni sukari sita iliyo na kaboni. Enzyme phosphofructokinase-1 kisha anaongeza phosphate moja zaidi kubadilisha fructose-6-phosphate katika fructose-1-6-bisphosphate, mwingine sukari sita kaboni, kwa kutumia mwingine ATP molekuli. Aldolase kisha huvunja fructose-1-6-bisphosphate katika molekuli mbili tatu za kaboni, glyceraldehyde-3-phosphate na phosphate dihydroxyacetone. Triosephosphate isomerase enzyme kisha waongofu dihydroxyacetone phosphate katika pili glyceraldehydrohyde- Kwa hiyo, mwishoni mwa awamu hii ya kemikali au ya kuteketeza nishati, molekuli moja ya glucose imevunjwa katika molekuli mbili za glyceraldehyde-3-phosphate.

Awamu ya pili ya glycolysis, awamu ya kutoa nishati, inajenga nishati ambayo ni bidhaa ya glycolysis. Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase waongofu kila tatu-carbon glyceraldehyde-3-phosphate zinazozalishwa wakati wa awamu ya nishati ya kuteketeza katika 1,3-bisph Mmenyuko huu hutoa elektroni ambayo kisha inachukuliwa na NAD ⁺ ili kuunda molekuli ya NADH. NADH ni molekuli ya juu-nishati, kama ATP, lakini tofauti na ATP, haitumiwi kama sarafu ya nishati na kiini. Kwa sababu kuna molekuli mbili za glyceraldehyde-3-phosphate, molekuli mbili za NADH zinatengenezwa wakati wa hatua hii. Kila 1,3-bisphosphoglycerate hatimaye deposphorylated (yaani, phosphate ni kuondolewa) na phosphoglycerate kinase katika 3-phosphoglycerate. Kila phosphate iliyotolewa katika mmenyuko huu inaweza kubadilisha molekuli moja ya ADP kwenye molekuli moja ya juu ya nishati ya ATP, na kusababisha faida ya molekuli mbili za ATP.

Enzyme phosphoglycerate mutase kisha waongofu molekuli 3-phosphoglycerate katika 2-phosphoglycerate. Enolase enzyme kisha vitendo juu ya molekuli 2-phosphoglycerate kubadili yao katika molekuli phosphoenolpyruvate. Hatua ya mwisho ya glycolysis inahusisha dephosphorylation ya molekuli mbili za fosphoenolpiruvati na kinase ya piruvati ili kuunda molekuli mbili za piruvati na molekuli mbili za ATP.

Kwa muhtasari, molekuli moja ya glucose hupungua katika molekuli mbili za piruvati, na hujenga molekuli mbili za ATP na molekuli mbili za NADH na glycolysis. Kwa hiyo, glycolysis inazalisha nishati kwa seli na inajenga molekuli za piruvati ambazo zinaweza kusindika zaidi kupitia mzunguko wa Aerobic Krebs (pia huitwa mzunguko wa asidi ya citric au mzunguko wa asidi ya tricarboxylic); waongofu kuwa asidi lactic au pombe (katika chachu) na fermentation; au kutumika baadaye kwa ajili ya awali ya glucose kupitia gluconeogenesis.

Kupumua Anaerobic

Wakati oksijeni ni mdogo au haipo, piruvati huingia njia ya anaerobic. Katika athari hizi, pyruvate inaweza kubadilishwa kuwa asidi lactic. Mbali na kuzalisha ATP ya ziada, njia hii hutumikia kuweka mkusanyiko wa piruvati chini hivyo glycolysis inaendelea, na inaoksidisha NADH ndani ya NAD ^{+ inayohitajika} kwa glycolysis. Katika mmenyuko huu, asidi lactic inachukua nafasi ya oksijeni kama mpokeaji wa mwisho wa elektroni. Kupumua kwa anaerobic hutokea katika seli nyingi za mwili wakati oksijeni ni mdogo au mitochondria haipo au isiyo ya kazi. Kwa mfano, kwa sababu erythrocytes (seli nyekundu za damu) hazina mitochondria, zinapaswa kuzalisha ATP yao kutoka kupumua kwa anaerobic. Hii ni njia bora ya uzalishaji wa ATP kwa muda mfupi, kuanzia sekunde hadi dakika chache. Asidi ya lactic zinazozalishwa huenea ndani ya plasma na hutolewa kwenye ini, ambako inabadilishwa tena kuwa piruvati au glucose kupitia mzunguko wa Cori. Vile vile, wakati mtu anapofanya mazoezi, misuli hutumia ATP kwa kasi zaidi kuliko oksijeni inaweza kutolewa kwao. Wanategemea glycolysis na uzalishaji wa asidi lactic kwa uzalishaji wa haraka wa ATP.

Aerobic kupumua

Mbele ya oksijeni, piruvati inaweza kuingia mzunguko wa Krebs ambapo nishati ya ziada hutolewa kama elektroni zinahamishwa kutoka piruvati kwa receptors NAD ⁺, Pato la Taifa, na FAD, na dioksidi kaboni kuwa “bidhaa taka” (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). NADH na FADH ₂ hupitisha elektroni kwenye mnyororo wa usafiri wa elektroni, ambayo hutumia nishati iliyohamishwa kuzalisha ATP. Kama hatua ya mwisho katika mnyororo wa usafiri wa elektroni, oksijeni ni mpokeaji wa elektroni wa terminal na hujenga maji ndani ya mitochondria.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Aerobic dhidi ya kupumua Anaerobic. Mchakato wa kupumua anaerobic hubadilisha glucose katika molekuli mbili za lactate kwa kutokuwepo kwa oksijeni au ndani ya erythrocytes ambazo hazina mitochondria. Wakati wa kupumua kwa aerobic, glucose ni oxidized katika molekuli mbili piruvati.

Mzunguko wa Krebs/Mzunguko wa Citric Acid/Mzunguko wa Asidi ya Tric

Molekuli piruvati yanayotokana wakati wa glycolysis ni kusafirishwa katika utando wa mitochondrial ndani ya tumbo ndani ya mitochondrial, ambapo wao ni metabolized na Enzymes katika njia inayoitwa mzunguko wa Krebs (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Mzunguko wa Krebs pia huitwa mzunguko wa asidi ya citric au mzunguko wa asidi ya tricarboxylic (TCA). Wakati wa mzunguko wa Krebs, molekuli za juu-nishati, ikiwa ni pamoja na ATP, NADH, na FADH ₂, zinaundwa. NADH na FADH ₂ halafu hupita elektroni kupitia mnyororo wa usafiri wa elektroni katika mitochondria ili kuzalisha molekuli zaidi za ATP.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Mzunguko wa Krebs. Wakati wa mzunguko wa Krebs, kila piruvati ambayo huzalishwa na glycolysis inabadilishwa kuwa molekuli mbili za carbon acetyl CoA. CoA ya acetyl inachukuliwa kwa njia ya mzunguko na hutoa nishati ya juu ya NADH, FADH ₂, na ATP molekuli.

Tazama uhuishaji huu ili uangalie mzunguko wa Krebs.

Tatu-carbon piruvati molekuli yanayotokana wakati wa glycolysis hatua kutoka cytoplasm katika tumbo mitochondrial, ambapo ni waongofu na enzyme piruvati dehydrogenase katika mbili carbon acetyl coenzyme A (acetyl CoA) molekuli. Mmenyuko huu ni mmenyuko wa decarboxylation ya oxidative. Inabadilisha piruvati ya kaboni tatu kuwa molekuli mbili za kaboni asetili CoA, ikitoa dioksidi kaboni na kuhamisha elektroni mbili zinazochanganya na NAD ⁺ ili kuunda NADH. Acetyl CoA inaingia mzunguko wa Krebs kwa kuchanganya na molekuli nne za kaboni, oxaloacetate, kuunda citrate ya molekuli ya kaboni sita, au asidi ya citric, wakati huo huo ikitoa molekuli ya coenzyme A.

Molekuli ya citrate ya kaboni sita inabadilishwa kwa molekuli ya kaboni tano na kisha molekuli ya kaboni nne, inayoishia na oxaloacetate, mwanzo wa mzunguko. Njiani, kila molekuli ya citrate itazalisha ATP moja, moja FADH ₂, na NADH tatu. FADH ₂ na NADH wataingia mfumo wa fosforasi ya oxidative iko kwenye membrane ya ndani ya mitochondrial. Aidha, mzunguko wa Krebs hutoa vifaa vya kuanzia kutengeneza na kuvunja protini na mafuta.

Kuanza mzunguko wa Krebs, synthase ya citrate inachanganya acetyl CoA na oxaloacetate kuunda molekuli sita ya citrate ya kaboni; CoA hutolewa baadaye na inaweza kuchanganya na molekuli nyingine ya piruvati ili kuanza mzunguko tena. Enzyme ya aconitase inabadilisha citrate kuwa isocitrate. Katika hatua mbili mfululizo wa decarboxylation oxidative, molekuli mbili za CO ₂ na mbili NADH molekuli huzalishwa wakati isocitrate dehydrogenase inabadilisha isocitrate katika tano kaboni α-ketoglutarate, ambayo ni kisha kichocheo na kubadilishwa kuwa nne kaboni succinyl COA na α-ketoglutarate dehydrogenase. Enzyme succinyl CoA dehydrogenase kisha waongofu succinyl CoA katika succinate na hufanya high-nishati molekuli GTP, ambayo uhamisho nishati yake kwa ADP kuzalisha ATP. Succinate dehydrogenase kisha waongofu succinate katika fumarate, kutengeneza molekuli ya FADH ₂. Fumarase kisha waongofu fumarate katika malate, ambayo malate dehydrogenase kisha waongofu nyuma katika oxaloacetate wakati kupunguza NAD ⁺ kwa NADH. Oxaloacetate ni tayari kuchanganya na CoA ijayo ya acetyl kuanza mzunguko wa Krebs tena (angalia Mchoro\(\PageIndex{4}\)). Kwa kila upande wa mzunguko, NADH tatu, ATP moja (kupitia GTP), na moja FADH ₂ huundwa. Kila kaboni ya piruvati inabadilishwa kuwa CO ₂, ambayo hutolewa kama byproduct ya kupumua (aerobic) kupumua.

Phosphorylation ya oxidative na Chain ya Usafiri wa Electron

Mlolongo wa usafiri wa elektroni (ETC) hutumia NADH na FADH ₂ zinazozalishwa na mzunguko wa Krebs kuzalisha ATP. Electroni kutoka NADH na FADH ₂ huhamishwa kupitia complexes za protini zilizoingia ndani ya utando wa mitochondrial na mfululizo wa athari za enzymatic. Mlolongo wa usafiri wa elektroni una mfululizo wa complexes nne za enzyme (Complex I — Complex IV) na coenzymes mbili (ubiquinone na saitokromu c), ambazo hufanya kazi kama flygbolag za elektroni na pampu za protoni zinazotumiwa kuhamisha H ⁺ ions katika nafasi kati ya utando wa ndani na nje wa mitochondrial (Kielelezo \(\PageIndex{5}\)). ETC inaunganisha uhamisho wa elektroni kati ya wafadhili (kama NADH) na mpokeaji wa elektroni (kama O ₂) na uhamisho wa protoni (H ⁺ ions) kwenye utando wa ndani wa mitochondrial, kuwezesha mchakato wa fosforasi ya oksidi. Katika uwepo wa oksijeni, nishati hupitishwa, hatua kwa hatua, kwa njia ya flygbolag za elektroni kukusanya hatua kwa hatua nishati zinazohitajika kuunganisha phosphate kwa ADP na kuzalisha ATP. Jukumu la oksijeni ya Masi, O ₂, ni kama mpokeaji wa elektroni wa terminal kwa ETC. Hii inamaanisha kwamba mara tu elektroni zimepita kupitia ETC nzima, zinapaswa kupitishwa kwa mwingine, molekuli tofauti. Elektroni hizi, O ₂, na H ⁺ ions kutoka tumbo huchanganya kuunda molekuli mpya za maji. Hii ndiyo msingi wa haja yako ya kupumua kwa oksijeni. Bila oksijeni, elektroni inapita kupitia ETC hukoma.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Electron Usafiri Chain. Mlolongo wa usafiri wa elektroni ni mfululizo wa flygbolag za elektroni na pampu za ioni zinazotumiwa kupiga H ⁺ ioni nje ya tumbo la ndani la mitochondrial.

Tazama video hii ili ujifunze kuhusu mlolongo wa usafiri wa elektroni.

Electroni zilizotolewa kutoka NADH na FADH _{2 zinapitishwa} kando ya mnyororo na kila flygbolag, ambazo hupunguzwa wakati wanapopokea elektroni na vioksidishaji wakati wa kupitisha kwa carrier inayofuata. Kila moja ya athari hizi hutoa kiasi kidogo cha nishati, ambayo hutumiwa kupiga H ⁺ ions kwenye membrane ya ndani. Mkusanyiko wa protoni hizi katika nafasi kati ya membrane hujenga gradient ya proton kwa heshima na tumbo la mitochondrial.

Pia iliyoingia ndani ya membrane ya ndani ya mitochondrial ni tata ya ajabu ya protini pore inayoitwa ATP synthase. Kwa ufanisi, ni turbine inayotumiwa na mtiririko wa H ⁺ ions kwenye utando wa ndani chini ya gradient na ndani ya tumbo la mitochondrial. Kama H ⁺ ions hupitia ngumu, shimoni la tata linazunguka. Mzunguko huu itawezesha sehemu nyingine za ATP synthase kuhamasisha ADP na P _i kujenga ATP. Katika uhasibu kwa jumla ya ATP zinazozalishwa kwa molekuli ya glucose kupitia kupumua aerobic, ni muhimu kukumbuka pointi zifuatazo:

• Net ya ATP mbili huzalishwa kwa njia ya glycolysis (nne zinazozalishwa na mbili zinazotumiwa wakati wa hatua ya kuteketeza nishati). Hata hivyo, ATP hizi mbili hutumiwa kwa kusafirisha NADH zinazozalishwa wakati wa glycolysis kutoka cytoplasm ndani ya mitochondria. Kwa hiyo, uzalishaji wavu wa ATP wakati wa glycolysis ni sifuri.
• Katika awamu zote baada ya glycolysis, idadi ya ATP, NADH, na FADH ₂ zinazozalishwa lazima iongezwe na mbili kutafakari jinsi kila molekuli ya glucose inazalisha molekuli mbili za piruvati.
• Katika ETC, karibu ATP tatu huzalishwa kwa kila NADH iliyooksidishwa. Hata hivyo, ATP mbili tu huzalishwa kwa kila FADH ₂ iliyooksidishwa. Electroni kutoka FADH ₂ huzalisha ATP chini, kwa sababu huanza kwa kiwango cha chini katika ETC (Complex II) ikilinganishwa na elektroni kutoka NADH (Complex I) (tazama Kielelezo\(\PageIndex{5}\)).

Kwa hiyo, kwa kila molekuli ya glucose inayoingia kupumua kwa aerobic, jumla ya ATP 36 huzalishwa (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Kimetaboliki ya kaboni Kimetaboliki ya kabohaidre inahusisha glycolysis, mzunguko wa Krebs, na mnyororo wa usafiri

Gluconeogenesis

Gluconeogenesis ni awali ya molekuli mpya ya glucose kutoka piruvati, lactate, glycerol, au amino asidi alanine au glutamine. Utaratibu huu unafanyika hasa katika ini wakati wa glucose ya chini, yaani, chini ya hali ya kufunga, njaa, na vyakula vya chini vya kabohaidreti. Kwa hiyo, swali linaweza kuinuliwa kwa nini mwili ungeunda kitu ambacho kimetumia kiasi cha jitihada za kuvunja? Viungo vingine muhimu, ikiwa ni pamoja na ubongo, vinaweza kutumia glucose tu kama chanzo cha nishati; kwa hiyo, ni muhimu kwamba mwili uendelee kiwango cha chini cha ukolezi wa damu ya glucose. Wakati mkusanyiko wa damu ya glucose iko chini ya hatua hiyo fulani, glucose mpya hutengenezwa na ini ili kuongeza mkusanyiko wa damu kwa kawaida.

Gluconeogenesis sio tu reverse ya glycolysis. Kuna tofauti muhimu (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)). Pyruvate ni nyenzo ya kawaida ya kuanzia kwa gluconeogenesis. Kwanza, piruvati inabadilishwa kuwa oxaloacetate. Oxaloacetate kisha hutumika kama substrate kwa enzyme phosphoenolpiruvate carboxykinase (PEPCK), ambayo inabadilisha oxaloacetate katika phosphoenolpiruvati (PEP). Kutoka hatua hii, gluconeogenesis ni karibu kinyume cha glycolysis. PEP inabadilishwa tena kuwa 2-phosphoglycerate, ambayo inabadilishwa kuwa 3-phosphoglycerate. Kisha, 3-phosphoglycerate inabadilishwa kuwa 1,3 bisphosphoglycerate na kisha kuwa glyceraldehyde-3-phosphate. Mbili molekuli ya glyceraldehyde-3-phosphate kisha kuchanganya na kuunda fructose-1-6-bisphosphate, ambayo ni waongofu katika fructose 6-phosphate na kisha katika glucose-6-phosphate. Hatimaye, mfululizo wa athari huzalisha glucose yenyewe. Katika gluconeogenesis (ikilinganishwa na glycolysis) enzyme hexokinase kubadilishwa na glucose-6-phosphatase, na enzyme phosphofructokinase-1 ni kubadilishwa na fructose-1,6-bisphosphatase. Hii husaidia kiini kudhibiti glycolysis na gluconeogenesis kwa kujitegemea.

Kama itajadiliwa kama sehemu ya lipolysis, mafuta yanaweza kuvunjwa ndani ya glycerol, ambayo inaweza kuwa phosphorylated kuunda dihydroxyacetone phosphate au DHAP. DHAP inaweza kuingia njia ya glycolytic au kutumika na ini kama substrate kwa gluconeogenesis.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Gluconeogenesis. Gluconeogenesis ni awali ya glucose kutoka piruvati, lactate, glycerol, alanine, au glutamate.

KUZEEKA NA...

Kiwango cha Metabolic ya Mwili

Kiwango cha metabolic ya mwili wa binadamu hupungua karibu asilimia 2 kwa muongo baada ya umri wa miaka 30. Mabadiliko katika utungaji wa mwili, ikiwa ni pamoja na kupunguzwa kwa misuli ya konda, huwajibika kwa kupungua kwa hili. Hasara kubwa zaidi ya misuli ya misuli, na kupungua kwa kiwango cha metabolic, hutokea kati ya umri wa miaka 50 na 70. Kupoteza kwa misuli ya misuli ni sawa na nguvu zilizopunguzwa, ambayo huelekea kuzuia wazee kutoka kushiriki katika shughuli za kutosha za kimwili. Hii inasababisha mfumo wa maoni mazuri ambapo shughuli za kimwili zilizopunguzwa husababisha kupoteza misuli zaidi, kupunguza zaidi kimetaboliki.

Kuna mambo kadhaa ambayo yanaweza kufanywa ili kusaidia kuzuia kupungua kwa ujumla katika kimetaboliki na kupambana nyuma dhidi ya asili ya mzunguko wa kupungua haya. Hizi ni pamoja na kula kifungua kinywa, kula milo ndogo mara kwa mara, kuteketeza mengi ya protini konda, maji ya kunywa kubaki hidrati, kutumia (ikiwa ni pamoja na mafunzo ya nguvu), na kupata usingizi wa kutosha. Hatua hizi zinaweza kusaidia kuweka viwango vya nishati kutoka kuacha na kukabiliana na hamu ya kuongezeka kwa matumizi ya kalori kutokana na vitafunio vingi. Wakati mikakati hii si uhakika wa kudumisha kimetaboliki, hawana kusaidia kuzuia kupoteza misuli na inaweza kuongeza viwango vya nishati. Wataalam wengine pia wanapendekeza kuepuka sukari, ambayo inaweza kusababisha kuhifadhi mafuta ya ziada. Spicy vyakula na chai ya kijani inaweza pia kuwa na manufaa. Kwa sababu stress activates cortisol kutolewa, na cortisol kupungua kimetaboliki, kuepuka dhiki, au angalau kufanya mazoezi mbinu utulivu, pia inaweza kusaidia.

Sura ya Mapitio

Enzymes metabolic kuchochea athari catabolic kwamba kuvunja wanga zilizomo katika chakula. Nishati iliyotolewa hutumiwa kuimarisha seli na mifumo inayounda mwili wako. Nishati ya ziada au isiyoweza kutumika huhifadhiwa kama mafuta au glycogen kwa matumizi ya baadaye. Kimetaboliki ya kimetaboliki huanza kinywa, ambapo amylase ya salivary ya enzyme huanza kuvunja sukari tata katika monosaccharides. Hizi zinaweza kusafirishwa kwenye utando wa tumbo ndani ya damu na kisha kwa tishu za mwili. Katika seli, glucose, sukari ya kaboni sita, inachukuliwa kupitia mlolongo wa athari katika sukari ndogo, na nishati iliyohifadhiwa ndani ya molekuli hutolewa. Hatua ya kwanza ya carbohydrate catabolism ni glycolysis, ambayo hutoa piruvati, NADH, na ATP. Chini ya hali ya anaerobic, piruvati inaweza kubadilishwa kuwa lactate ili kuweka glycolysis kufanya kazi. Chini ya hali ya aerobic, piruvati huingia mzunguko wa Krebs, pia huitwa mzunguko wa asidi ya citric au mzunguko wa asidi ya tricarboxylic. Mbali na ATP, mzunguko wa Krebs hutoa molekuli za nishati ya juu ya FADH ₂ na NADH, ambayo hutoa elektroni kwenye mchakato wa fosforasi ya oxidative ambayo huzalisha molekuli nyingi za ATP za nishati. Kwa kila molekuli ya glucose ambayo inachukuliwa katika glycolysis, wavu wa ATP 36 unaweza kuundwa na kupumua kwa aerobic.

Chini ya hali ya anaerobic, uzalishaji wa ATP ni mdogo kwa yale yanayotokana na glycolysis. Wakati jumla ya ATP nne zinazalishwa na glycolysis, mbili zinahitajika kuanza glycolysis, kwa hiyo kuna mavuno halisi ya molekuli mbili za ATP.

Katika hali ya glucose ya chini, kama vile kufunga, njaa, au vyakula vya chini vya kabohaidreti, glucose inaweza kuunganishwa kutoka lactate, piruvati, glycerol, alanine, au glutamate. Utaratibu huu, unaoitwa gluconeogenesis, ni karibu kinyume cha glycolysis na hutumikia kuunda molekuli ya glucose kwa viungo vinavyotegemea glucose, kama vile ubongo, wakati viwango vya glucose huanguka chini ya kawaida.

Mapitio ya Maswali

Swali: Glycolysis matokeo katika uzalishaji wa molekuli mbili ________ kutoka molekuli moja ya glucose. Kutokuwepo kwa ________, bidhaa ya mwisho ya glycolysis ni ________.

A. acetyl CoA, piruvate, lactate

B. ATP, kaboni, piruvati

C. pyruvate, oksijeni, lactate

D. piruvate, kaboni, acetyl CoA

Jibu: C

Swali: Mzunguko wa Krebs hubadilisha ________ kupitia mzunguko wa athari. Katika mchakato, ATP, ________, na ________ huzalishwa.

A. acetyl Coa; FAD, NA

B. acetyl CoA; FADH ₂; NADH

C. piruvate; NAD; FADH ₂

D. piruvati; oksijeni; oxaloacetate

Jibu: B

Swali: Njia ipi inazalisha molekuli nyingi za ATP?

A. fermentation lactic asidi

B. mzunguko wa Krebs

C. mzunguko wa usafiri wa elektroni

D. glycolysis

Jibu: C

Swali: Kupumua kwa seli za Aerobic husababisha uzalishaji wa bidhaa hizi mbili.

A. NADH na FADH ₂

B. ATP na piruvati

C. ATP na glucose

D. ATP na H ₂ O

Jibu: D

Swali: Wakati NAD ⁺ inakuwa NADH, coenzyme imekuwa ________.

A. kupunguzwa

B. iliyooksidishwa

C. metabolized

D. hidrolisisi

Jibu: A

Maswali muhimu ya kufikiri

Swali: Eleza jinsi glucose ni metabolized ili kuzalisha ATP.

Glucose ni oxidized wakati wa glycolysis, kujenga piruvati, ambayo ni kusindika kwa njia ya mzunguko wa Krebs kuzalisha NADH, FADH ₂, ATP, na CO ₂. FADH ₂ na NADH mavuno ATP.

Swali: Insulini hutolewa wakati chakula kinaingizwa na huchochea matumizi ya glucose ndani ya seli. Jadili utaratibu seli kuajiri kujenga mkusanyiko gradient kuhakikisha matumizi ya kuendelea ya glucose kutoka damu.

Baada ya kuingia ndani ya seli, hexokinase au glucokinase phosphorylates glucose, na kuibadilisha kuwa glucose-6-phosphate. Katika fomu hii, glucose-6-phosphate inakabiliwa na seli. Kwa sababu glucose yote imekuwa phosphorylated, molekuli mpya ya glucose inaweza kusafirishwa ndani ya seli kulingana na gradient yake ya ukolezi.

faharasa

acetyl coenzyme A (acetyl CoA)

kuanzia molekuli ya mzunguko wa Krebs

ATP synthase

protini pore tata ambayo inajenga ATP

kupumua kwa seli

uzalishaji wa ATP kutoka oxidation ya glucose kupitia glycolysis, mzunguko wa Krebs, na phosphorylation oxidative

mzunguko wa asidi ya citric

pia huitwa mzunguko wa Krebs au mzunguko wa asidi ya tricarboxylic; hubadilisha piruvati katika CO ₂ na high-nishati FADH ₂, NADH, na ATP molekuli

elektroni usafiri mnyororo (ETC)

Njia ya uzalishaji wa ATP ambayo elektroni hupitia mfululizo wa athari za kupunguza oxidation zinazounda maji na hutoa gradient ya proton

awamu ya kuteketeza nishati

awamu ya kwanza ya glycolysis, ambayo molekuli mbili za ATP ni muhimu kuanza majibu

awamu ya kuzalisha nishati

awamu ya pili ya glycolysis, wakati ambapo nishati ni zinazozalishwa

glucokinase

seli enzyme, kupatikana katika ini, ambayo waongofu glucose katika glucose-6-phosphate juu ya matumizi katika kiini

gluconeogenesis

mchakato wa awali ya glucose kutoka pyruvati au molekuli nyingine

glucose 6-phosphate

phosphorylated glucose zinazozalishwa katika hatua ya kwanza ya glycolysis

glycolysis

mfululizo wa athari metabolic kwamba mapumziko glucose katika piruvati na hutoa ATP

hexokinase

enzyme za mkononi, hupatikana katika tishu nyingi, kwamba waongofu glucose katika glucose-6-phosphate juu ya matumizi katika kiini

Krebs mzunguko

pia hujulikana mzunguko wa asidi ya citric au mzunguko wa asidi ya tricarboxylic, hubadilisha piruvati katika CO ₂ na high-nishati FADH ₂, NADH, na ATP molekuli

monosaccharide

ndogo, monomeric sukari molekuli

oxidative phosphorylation

mchakato kwamba waongofu high-nishati NADH na FADH ₂ katika ATP

polysaccharides

tata wanga linaloundwa na monosaccharides nyingi

piruvati

bidhaa tatu za kaboni za glycolysis na nyenzo za kuanzia ambazo zinabadilishwa kuwa acetyl CoA inayoingia mzunguko wa Krebs

amylase ya salivary

digestive enzyme ambayo hupatikana katika mate na huanza digestion ya wanga katika kinywa

terminal elektroni kukubali

oksijeni, mpokeaji wa hidrojeni bure mwisho wa mnyororo wa usafiri wa elektroni

Wachangiaji na Majina

tricarboxylic acid cycle (TCA)

also called the Krebs cycle or the citric acid cycle; converts pyruvate into CO₂ and high-energy FADH₂, NADH, and ATP molecules

Template:ContribOpenStaxAP