Samantekt kafla

7.1 Orka í lifandi kerfum

ATP virkar sem orkugjaldmiðill frumna. Það gerir frumunni kleift að geyma orku í stuttan tíma og flytja hana innan frumunnar til að styðja við orkukrefjandi efnahvörf. Bygging ATP er eins og RNA-kirni með þremur tengdum fosfathópum. Þegar ATP er notað sem orkugjafi losnar einn eða tveir fosfathópar og ADP eða AMP myndast. Orka úr niðurbroti glúkósa er notuð til að breyta ADP í ATP. Þegar ATP er notað í hvarfi tengist þriðji fosfathópurinn tímabundið hvarfmið í ferli sem kallast fosfórun. Þau tvö ferli ATP-endurmyndunar sem tengjast niðurbroti glúkósa eru hvarfefnisfosfórun og oxunarfosfórun með efnaosmósu.

7.2 Glýkólýsa

Glýkólýsa er fyrsti ferillinn í umfryminu sem er notaður við niðurbrot glúkósa til orkuvinnslu. Hún var líklega einn af fyrstu efnaskiptaferlunum sem þróuðust og er notuð af næstum öllum lífverum á jörðinni. Glýkólýsa skiptist í tvo hluta. Fyrri hlutinn undirbýr sex kolefna hring glúkósa fyrir klofning í tvær þriggja kolefna sykrur. ATP er lagt inn í ferlið í þessum hluta til að knýja aðskilnaðinn. Seinni hluti glýkólýsu vinnur ATP og orkuríkar rafeindir úr vetnisatómum og tengir þær við NAD⁺. Tvær ATP-sameindir eru lagðar inn í fyrri helmingnum og fjórar ATP-sameindir myndast með hvarfefnisfosfórun í seinni helmingnum. Nettóávinningurinn fyrir frumuna er tvær ATP-sameindir og tvær NADH-sameindir.

7.3 Oxun pýrúvats og sítrónusýruhringurinn

Í viðurvist súrefnis er pýrúvati breytt í asetýlhóp sem tengist ferjusameindinni hjálparensími A. Asetýl-CoA sem myndast getur farið inn í nokkra ferla, en oftast er asetýlhópnum skilað inn í sítrónusýruhringinn til frekara niðurbrots. Við umbreytingu pýrúvats í asetýlhóp losnar ein koltvíoxíðsameind og tvær orkuríkar rafeindir eru fjarlægðar. Koltvíoxíðið samsvarar tveimur af sex kolefnum upphaflegu glúkósasameindarinnar, vegna umbreytingar tveggja pýrúvatsameinda. Rafeindirnar eru teknar upp af NAD⁺ og NADH flytur þær í síðari feril til ATP-myndunar. Á þessum tímapunkti hefur glúkósasameindin sem upphaflega fór inn í frumuöndun verið fullkomlega oxuð. Efnaorka sem geymd var í glúkósasameindinni hefur flust til rafeindaferja eða verið notuð til að mynda nokkrar ATP-sameindir.

Sítrónusýruhringurinn er röð redox-hvarfa og afkarboxýlunarhvarfa sem fjarlægja orkuríkar rafeindir og koltvíoxíð. Rafeindirnar eru geymdar tímabundið í NADH- og FADH₂-sameindum og eru notaðar til að mynda ATP í síðari ferli. Ein sameind af annaðhvort GTP eða ATP myndast með hvarfefnisfosfórun í hverjum hring. Hringferil er ekki hægt að bera beint saman við línulegan feril.

7.4 Oxunarfosfórun

Rafeindaflutningskeðjan er sá hluti loftháðrar öndunar sem notar frjálst súrefni sem lokarafeindaþega rafeinda sem fjarlægðar eru af milliefnum í niðurbroti glúkósa. Rafeindaflutningskeðjan samanstendur af fjórum stórum fjölpróteinaflókum sem eru greyptir í innri hvatberahimnuna og tveimur litlum, hreyfanlegum rafeindaferjum sem flytja rafeindir á milli þeirra. Rafeindirnar fara í gegnum röð redox-hvarfa og lítið magn frjálsrar orku er notað á þremur stöðum til að flytja vetnisjónir yfir himnu. Þetta ferli stuðlar að stiglinum sem er notaður í efnaosmósu. Rafeindirnar sem fara um rafeindaflutningskeðjuna tapa smám saman orku. Orkuríkar rafeindir sem NADH eða FADH₂ gefa inn í keðjuna ljúka ferlinu þegar orkulitlar rafeindir afoxa súrefnissameindir og mynda vatn. Frjáls orka rafeindanna fellur úr um 60 kcal/mól í NADH eða 45 kcal/mól í FADH₂ niður í um 0 kcal/mól í vatni. Lokamyndefni rafeindaflutningskeðjunnar eru vatn og ATP. Hægt er að beina mörgum milliefnum sítrónusýruhringsins inn í uppbyggingu annarra lífefnasameinda, svo sem ónauðsynlegra amínósýra, sykra og lípíða. Þessar sömu sameindir geta einnig þjónað sem orkugjafar fyrir glúkósaferlana.

7.5 Efnaskipti án súrefnis

Ef ekki er hægt að oxa NADH með loftháðri öndun er annar rafeindaþegi notaður. Flestar lífverur nota einhvers konar gerjun til að endurmynda NAD⁺ og tryggja þannig að glýkólýsa geti haldið áfram. Endurmyndun NAD⁺ í gerjun fylgir ekki ATP-myndun; því er möguleiki NADH til að mynda ATP með rafeindaflutningskeðju ekki nýttur.

7.6 Tengsl efnaskiptaferla kolvetna, próteina og lípíða

Niðurbrot og myndun kolvetna, próteina og lípíða tengjast ferlum glúkósaniðurbrots. Einföldu sykrurnar eru galaktósi, frúktósi, glýkógen og pentósi. Þær eru brotnar niður í glýkólýsu. Amínósýrur úr próteinum tengjast niðurbroti glúkósa í gegnum pýrúvat, asetýl-CoA og hluta sítrónusýruhringsins. Myndun kólesteróls hefst með asetýlhópum og hlutar þríglýseríða koma frá glýseról-3-fosfati úr glýkólýsu og asetýlhópum sem myndast í hvatberum úr pýrúvati.

7.7 Stjórnun frumuöndunar

Frumuöndun er stjórnað á ýmsan hátt. Inngöngu glúkósa í frumu er stjórnað af flutningspróteinum sem auðvelda flutning glúkósa í gegnum frumuhimnuna. Mestöll stjórnun öndunarferlanna fer fram með stjórnun tiltekinna ensíma í ferlunum. Þetta er neikvæður afturvirkur stjórnbúnaður sem slekkur á ensímunum. Ensímin bregðast oftast við magni tiltækra núkleótíða ATP, ADP, AMP, NAD⁺ og FAD. Önnur milliefni ferilsins hafa einnig áhrif á ákveðin ensím í kerfunum.