ข้อมูล

Winter_2021_Bis2A_Facciotti_Reading_13 - ชีววิทยา

Winter_2021_Bis2A_Facciotti_Reading_13 - ชีววิทยา


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

เป้าหมายการเรียนรู้ที่เกี่ยวข้องกับ Winter_2021_Bis2A_Facciotti_Reading_13

  • สร้าง "เรื่องราวพลังงาน" สำหรับไกลโคไลซิส เรื่องราวควรแสดงรายการสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์โดยรวม แหล่งพลังงาน การถ่ายเทพลังงานชนิดของปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานและตัวกลางของการเปลี่ยนแปลงของสสารและการถ่ายโอนพลังงาน
  • อธิบายความแตกต่างระหว่าง ∆G และ ∆Goเหตุใดอันแรกจึงจำเป็นและมีประโยชน์ในการอธิบายกระบวนการในเซลล์ และความสำคัญของอดีตบนระเบียบของการไหลของสารเมตาบอไลต์ในทางเดิน
  • อธิบายกระบวนการของสารตั้งต้นระดับฟอสโฟรีเลชั่น (SLP) และระบุปฏิกิริยา SLP เมื่อได้รับชุดของปฏิกิริยา เช่น ในวิถี
  • สามารถตีความตัวเลขที่แสดงกลไกของ glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase และระบุขั้นตอนสำคัญในปฏิกิริยารวมถึงบทบาทของตัวเร่งปฏิกิริยาฮิสทิดีนและการก่อตัวของการเชื่อมโยงโควาเลนต์ไทโอเอสเตอร์ (รวมถึงบทบาทในการถ่ายโอนพลังงาน)
  • อธิบายความสำคัญของปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาโดย glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase ในการเก็บเกี่ยวพลังงานใน glycolysis ใช้กลไกและตัวเลขนี้เพื่อรวมบทเรียนจากหลักสูตรนี้: เอ็นไซม์และตัวเร่งปฏิกิริยา การจับคู่พลังงาน รีดอกซ์ เคมีกลุ่มเชิงฟังก์ชัน ฯลฯ
  • สร้างเรื่องราวพลังงานสำหรับปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาโดย glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenaseที่กล่าวถึงโดยเฉพาะการมีเพศสัมพันธ์ของปฏิกิริยารีดอกซ์กับการถ่ายโอนฟอสเฟต
  • สร้างอาร์กิวเมนต์ทางอุณหพลศาสตร์สำหรับวิธีที่ ATP ไฮโดรไลซิสสามารถทำได้อยู่คู่กันเพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยา endergonic
  • อธิบายการมีส่วนร่วมที่สำคัญของน้ำในการพิจารณาด้านลบ ΔG0 ของการไฮโดรไลซิสของพันธะฟอสโฟซานไฮไดรด์ใน ATP

ATP

สารประกอบทางเคมีที่สำคัญคือ อะดีโนซีน ไตรฟอสเปต (ATP). ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสที่ปลดปล่อยฟอสเฟตของ ATP หนึ่งตัวหรือมากกว่านั้นเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจริง และโปรตีนในเซลล์จำนวนมากได้วิวัฒนาการเพื่อให้เกิดปฏิกิริยากับ ATP ในลักษณะที่ช่วยอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนพลังงานจากการไฮโดรไลซิสไปยังหน้าที่อื่นๆ ของเซลล์อีกนับไม่ถ้วน ด้วยวิธีนี้ ATP มักถูกเรียกว่า "สกุลเงินพลังงาน" ของเซลล์: มีค่าคงที่ที่สมเหตุสมผลของพลังงานที่จะถ่ายโอนไปยังหรือจากตัวมันเอง และสามารถแลกเปลี่ยนพลังงานนั้นระหว่างผู้บริจาคและผู้รับที่มีศักยภาพจำนวนมาก เราจะเห็นตัวอย่างมากมายของ ATP "ที่ทำงาน" ในเซลล์ ดังนั้นจงมองหาพวกมัน อย่างที่คุณเห็น ลองคิดว่ามันเป็นตัวอย่างการใช้งานของธรรมชาติสำหรับ ATP นั้นคุณสามารถคาดหวังเพื่อดูปฏิกิริยาหรือบริบทอื่น

โครงสร้างและหน้าที่ของเอทีพี

ที่หัวใจของ ATP คือนิวคลีโอไทด์ที่เรียกว่าอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต (AMP) เช่นเดียวกับนิวคลีโอไทด์อื่นๆAMP ประกอบด้วยของเบสไนโตรเจน (โมเลกุลอะดีนีน) ที่จับกับโมเลกุลไรโบสและกลุ่มฟอสเฟตเดี่ยว การเพิ่มกลุ่มฟอสเฟตที่สองลงในโมเลกุลแกนกลางนี้ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของอะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP); การเพิ่มกลุ่มฟอสเฟตที่สามทำให้เกิดอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP)


รูปที่ 1. เอทีพี (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) มีหมู่ฟอสเฟตสามกลุ่มที่สามารถถูกลบออกโดยการไฮโดรไลซิสเพื่อสร้าง ADP (adenosine diphosphate) หรือ AMP (adenosine monophosphate)

NS ฟอสโฟรีเลชั่น (หรือการควบแน่นของหมู่ฟอสเฟตบน AMP) เป็นกระบวนการ endergonicในทางตรงกันข้ามไฮโดรไลซิสของหมู่ฟอสเฟตหนึ่งหรือสองกลุ่มจาก ATP กระบวนการที่เรียกว่า dephosphorylation, มีความกระฉับกระเฉง ทำไม? โปรดจำไว้ว่าเงื่อนไข endergonic และ exergonic หมายถึงเครื่องหมายบนความแตกต่างของพลังงานอิสระมาตรฐานของปฏิกิริยาระหว่างผลิตภัณฑ์กับสารตั้งต้น ΔG°' ในที่นี้เราจะกำหนดทิศทางของปฏิกิริยาอย่างชัดเจน ไม่ว่าจะเป็นไปทางฟอสโฟรีเลชันหรือดีฟอสโฟรีเลชันของนิวคลีโอไทด์ ในปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชัน สารตั้งต้นคือนิวคลีโอไทด์และฟอสเฟตอนินทรีย์ในขณะที่ผลิตภัณฑ์คือนิวคลีโอไทด์ที่มีฟอสโฟรีเลตและน้ำ ในปฏิกิริยาดีฟอสโฟรีเลชัน/ไฮโดรไลซิส สารตั้งต้นคือนิวคลีโอไทด์ที่มีฟอสโฟรีเลตและน้ำ ในขณะที่ผลิตภัณฑ์คือฟอสเฟตอนินทรีย์และนิวคลีโอไทด์ลบหนึ่งฟอสเฟต

เนื่องจากกิ๊บส์พลังงานอิสระเป็นหน้าที่ของรัฐ มันไม่สำคัญว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นอย่างไร คุณเพียงแค่พิจารณาสถานะเริ่มต้นและสิ้นสุด ตัวอย่างเช่น ลองตรวจสอบการไฮโดรไลซิสของ ATP สารตั้งต้น ATP และน้ำมีลักษณะเฉพาะโดยองค์ประกอบของอะตอมและชนิดของพันธะระหว่างอะตอมที่เป็นส่วนประกอบ เราสามารถเชื่อมโยงพลังงานอิสระกับพันธะแต่ละตัวและเป็นไปได้การกำหนดค่า—เช่นเดียวกันสำหรับผลิตภัณฑ์ หากเราตรวจสอบปฏิกิริยาจากจุดยืนของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น และถามว่า "เราจะรวมอะตอมและพันธะในสารตั้งต้นใหม่ได้อย่างไรเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์" เราพบว่าฟอสโฟซานไฮไดรด์พันธะระหว่างออกซิเจนและฟอสฟอรัสต้องอกหักใน ATP พันธะระหว่างออกซิเจนและไฮโดรเจนต้องอกหักในน้ำ พันธะต้องจะทำระหว่าง OH (ที่มาจากการแยกน้ำ) และฟอสฟอรัส (จาก PO . ที่ปลดปล่อย3-2) และพันธะต้องก่อตัวขึ้นระหว่าง H (ที่ได้มาจากการแยกน้ำ) กับออกซิเจนปลายทางบนนิวคลีโอไทด์ที่มีฟอสโฟรีเลต เป็นผลรวมของพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงพันธะใหม่ทั้งหมด (รวมถึงพลังงานที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับน้ำ) ที่ทำให้ปฏิกิริยานี้แสดงออก เราสามารถทำการวิเคราะห์ที่คล้ายกันด้วยปฏิกิริยาย้อนกลับ

มีบางอย่างที่พิเศษเกี่ยวกับพันธะเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลเหล่านี้หรือไม่?ทำได้หลายอย่างในตำราต่าง ๆ เกี่ยวกับชนิดของพันธะระหว่างฟอสเฟตของเอทีพีแน่นอนคุณสมบัติของพันธะใน ATP ช่วยกำหนดพลังงานอิสระและการเกิดปฏิกิริยาของโมเลกุล อย่างไรก็ตาม ในขณะที่เป็นการเหมาะสมที่จะใช้แนวคิดอย่างเช่น ความหนาแน่นของประจุและความพร้อมของโครงสร้างเรโซแนนซ์ในการอภิปรายนี้ การใช้คำศัพท์เหล่านี้เป็น "คำอธิบาย" โดยปราศจากความเข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าปัจจัยเหล่านี้มีอิทธิพลต่อพลังงานอิสระของสารตั้งต้นอย่างไรเป็นพิเศษชนิดของโบกมือที่เราไม่ควรมีส่วนร่วม นักเรียน BIS2A ส่วนใหญ่มีไม่มีเลยวิชาเคมีของวิทยาลัยและผู้ที่ไม่มีโอกาสได้พูดถึงเงื่อนไขเหล่านั้นในทางที่มีความหมาย ดังนั้น การอธิบายกระบวนการโดยใช้แนวคิดข้างต้นทำให้เกิดความเข้าใจที่ผิดพลาด กำหนดคุณสมบัติลึกลับบางอย่างให้กับ ATP และพันธะ "พิเศษ" ที่ไม่มีอยู่จริง และเบี่ยงเบนความสนใจจากจุดที่แท้จริง: ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสมีความรุนแรงเนื่องจาก คุณสมบัติของ ATP และ นอกจากนี้ เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของน้ำและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา สำหรับคลาสนี้มันก็เพียงพอแล้วเพื่อให้รู้ว่านักเคมีกายภาพโดยเฉพาะยังคงศึกษากระบวนการไฮโดรไลซิสของ ATP ในสารละลายและในบริบทของโปรตีนและพวกมันยังคงพยายามหากุญแจenthalpicและส่วนประกอบเอนโทรปิกของพลังงานที่ปราศจากส่วนประกอบ เราแค่ต้องยอมรับความไม่รู้ทางเคมีเชิงกลไกในระดับหนึ่ง และพอใจกับคำอธิบายคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ขั้นต้น หลังก็เพียงพอแล้วเพื่ออภิปรายเชิงลึกเกี่ยวกับชีววิทยาที่เกี่ยวข้อง

"พลังงานสูง"พันธบัตร

แล้วคำว่า "พันธะพลังงานสูง" ที่เรามักได้ยินเกี่ยวกับ ATP ล่ะ? ถ้าไม่มีอะไร "พิเศษ" เกี่ยวกับพันธะใน ATP ทำไมเรามักจะได้ยินคำว่า "พันธะพลังงานสูง" ที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลอยู่เสมอ คำตอบนั้นง่ายอย่างหลอกลวง ในทางชีววิทยา คำว่า "พันธะพลังงานสูง" ใช้เพื่ออธิบายปฏิกิริยา exergonic ที่เกี่ยวข้องกับการไฮโดรไลซิสของพันธะที่เป็นปัญหาซึ่งส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงลบ "ขนาดใหญ่" ในพลังงานอิสระ พึงระลึกไว้ว่าการเปลี่ยนแปลงของพลังงานอิสระไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับพันธะที่เป็นปัญหาเท่านั้นแต่ค่อนข้างผลรวมของการจัดเรียงพันธะใหม่ในปฏิกิริยา อะไรถือเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่? เป็นการมอบหมายโดยพลการซึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับปริมาณพลังงานที่เกี่ยวข้องกับชนิดของปฏิกิริยา anabolic ที่เรามักสังเกตเห็นในชีววิทยา หากมีบางสิ่งที่พิเศษเกี่ยวกับพันธบัตรใน ATP ก็ไม่ผูกมัดไปสู่พลังงานอิสระของการไฮโดรไลซิส เนื่องจากมีพันธะอื่นๆ มากมายที่ไฮโดรไลซิสส่งผลให้เกิดความแตกต่างด้านลบมากขึ้นในพลังงานอิสระ


รูปที่ 2 พลังงานอิสระมาตรฐานของการไฮโดรไลซิสที่แตกต่างกันชนิดของพันธบัตรสามารถถูกเปรียบเทียบกับกระบวนการไฮโดรไลซิสของ ATP แหล่งที่มา: http://bio.libretexts.org/Core/Biochemistry/Oxidation_and_Phosphorylation/ATP_and_Oxidative_Phosphorylation/Properties_of_ATP


ตารางที่ 1. ตารางแสดงโมเลกุลฟอสโฟรีเลตในเซลล์ทั่วไปและพลังงานอิสระมาตรฐานของการไฮโดรไลซิสตามลำดับ


การอภิปราย NB ที่เป็นไปได้ จุด

คุณได้อ่านเกี่ยวกับโมเลกุลที่สำคัญสองประการแล้ว: NADH/NAD+ และเอทีพี ในบริบท/กระบวนการทางชีววิทยาที่คุณคาดหวังว่าจะได้เห็น NADH/NAD+? แล้วเอทีพีล่ะ? คุณช่วยระบุสิ่งที่คุณรู้เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่าง NADH/NAD . ได้ไหม+ และเอทีพี? ใช้เวลาสักครู่เพื่อระบุช่องว่างในความเข้าใจที่คุณอาจมี คำถามอะไรที่คุณทิ้งไว้หลังจากอ่านข้อความนี้ ช่วยเพื่อนของคุณด้วยคำถาม/การอภิปรายเพื่อเสริมความรู้ของคุณเอง!


การปั่นจักรยานของสระเอทีพี

ค่าประมาณสำหรับจำนวนโมเลกุล ATP ในช่วงเซลล์ของมนุษย์ทั่วไปตั้งแต่ ~3x107 (~5x10-17 โมล ATP/เซลล์) ในเซลล์เม็ดเลือดขาวถึง 5x109 (~9x10-15ไฝATP/เซลล์) ในเซลล์มะเร็งที่ออกฤทธิ์ แม้ว่าตัวเลขเหล่านี้อาจดูใหญ่และน่าทึ่งอยู่แล้ว แต่ให้พิจารณาว่าเป็นค่าประมาณที่พูลของ ATP นี้จะเปลี่ยน (กลายเป็น ADP แล้วกลับมาเป็น ATP) 1.5NSต่อนาที. การขยายผลการวิเคราะห์นี้ทำให้ได้ประมาณการว่ามูลค่าการซื้อขายรายวันนี้เท่ากับประมาณเท่ากับน้ำหนักตัวของ ATP ที่หมุนเวียนต่อวันนั่นคือถ้าไม่มีการหมุนเวียน/รีไซเคิลของ ATP เกิดขึ้น จะใช้ ATP มูลค่าน้ำหนักตัวหนึ่งน้ำหนักตัวเพื่อให้ร่างกายมนุษย์ทำงานได้ ดังนั้นคุณลักษณะก่อนหน้าของเราของ ATP จึงเป็นอุปกรณ์ถ่ายเทพลังงาน "ระยะสั้น" สำหรับเซลล์

ในขณะที่แหล่งรวมของ ATP/ADP อาจนำไปรีไซเคิลได้,บางส่วนของพลังงานที่โอนแล้วในการแปลงจำนวนมากระหว่าง ATP, ADP และชีวโมเลกุลอื่น ๆยังโอนอยู่ต่อสิ่งแวดล้อมเพื่อที่จะรักษาแหล่งพลังงานระดับเซลล์ พลังงานต้องถ่ายเทมาจากสิ่งแวดล้อมเช่นกัน. พลังงานนี้มาจากไหน? คำตอบขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานที่มีอยู่มากมาย และกลไกใดที่ธรรมชาติได้พัฒนาขึ้นเพื่อถ่ายโอนพลังงานจากสิ่งแวดล้อมไปยังตัวพาระดับโมเลกุล เช่น ATP อย่างไรก็ตาม ในเกือบทุกกรณี กลไกการถ่ายทอดได้มีการพัฒนาให้รวมถึงบางรูปแบบของเคมีรีดอกซ์

ในนี้และในส่วนที่ตามมาเรามีความกังวลด้วยการเรียนรู้ตัวอย่างที่สำคัญของการถ่ายโอนพลังงานจากสิ่งแวดล้อม ประเภทสำคัญของเคมีและปฏิกิริยาทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้ และปฏิกิริยาทางชีววิทยาที่สำคัญและส่วนประกอบของเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการไหลของพลังงานระหว่างส่วนต่างๆ ของระบบสิ่งมีชีวิต เรามุ่งเน้นที่ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับ (re .) ก่อน)การสร้าง ATP ในเซลล์ (ไม่เกี่ยวข้องกับการสร้างนิวคลีโอไทด์ต่อตัวแต่ค่อนข้างผู้ที่เกี่ยวข้องกับการโอนของฟอสเฟตบน AMP และ ADP)

ลิงค์วิดีโอ

สำหรับมุมมองอื่น - รวมถึงสถานที่ที่คุณจะเห็น ATP ใน Bis2aใช้เวลาดูวิดีโอนี้ (10 นาที) โดยคลิกที่นี่

เซลล์สร้าง ATP ได้อย่างไร

กลไกต่างๆ เกิดขึ้นในช่วง 3.25 พันล้านปีของวิวัฒนาการเพื่อสร้าง ATP จาก ADP และ AMPส่วนใหญ่ของกลไกเหล่านี้เป็นการปรับเปลี่ยนในสองรูปแบบ: การสังเคราะห์โดยตรงของ ATP หรือการสังเคราะห์ทางอ้อมของ ATP ด้วยกลไกพื้นฐานสองแบบที่รู้จักกันตามลำดับคือ NSฟอสโฟรีเลชั่นระดับพื้นผิว (SLP) และ ออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชั่น. กลไกทั้งสองอาศัยปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่ถ่ายโอนพลังงานจากแหล่งพลังงานบางส่วนไปยัง ADP หรือ AMP เพื่อสังเคราะห์ ATP หัวข้อเหล่านี้มีสาระ ดังนั้นพวกเขาจะหารือกันในรายละเอียดในสองสามโมดูลถัดไป

Glycolysis: ภาพรวม

สิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะเป็นเซลล์เดียวหรือหลายเซลล์ จำเป็นต้องหาวิธีรับสิ่งสำคัญอย่างน้อย 2 อย่างจากสิ่งแวดล้อมของพวกมัน: (1) สสารหรือวัตถุดิบสำหรับบำรุงเซลล์และสร้างเซลล์ใหม่ และ (2) พลังงานเพื่อช่วยในการดำรงชีวิต และการสืบพันธุ์ พลังงานและวัตถุดิบอาจมาจากที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น สิ่งมีชีวิตที่เก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงแดดเป็นหลัก จะได้รับวัตถุดิบสำหรับสร้างชีวโมเลกุลจากแหล่งเช่น CO2. ตามสัญญา สิ่งมีชีวิตบางชนิดต้องอาศัยปฏิกิริยาแดง/วัวกับโมเลกุลขนาดเล็กและ/หรือโลหะลดลงเพื่อเป็นพลังงาน และรับวัตถุดิบสำหรับสร้างชีวโมเลกุลจากสารประกอบที่ไม่เกี่ยวข้องกับแหล่งพลังงาน ในขณะเดียวกัน สิ่งมีชีวิตบางชนิด (รวมทั้งตัวเราเอง) ได้พัฒนาเพื่อให้ได้พลังงานและวัตถุดิบสำหรับการสร้างและการบำรุงรักษาเซลล์จากแหล่งที่เกี่ยวข้องในบางครั้ง

Glycolysis เป็นครั้งแรก วิถีการเผาผลาญ กล่าวถึงใน BIS2A;

NS

วิถีการเผาผลาญเป็นชุดของปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เชื่อมโยงกัน เนื่องจากความแพร่หลายของมันในด้านชีววิทยา เราจึงตั้งสมมติฐานว่าไกลโคไลซิสอาจเป็นหนึ่งในวิถีการเผาผลาญที่เร็วที่สุดที่จะมีวิวัฒนาการ (เพิ่มเติมในเรื่องนี้ในภายหลัง) Glycolysis เป็นวิถีการเผาผลาญ 10 ขั้นตอนที่

เป็นศูนย์กลาง

ในกระบวนการแปรรูปกลูโคสทั้งในการสกัดพลังงานจากเชื้อเพลิงเคมีและสำหรับกระบวนการของคาร์บอนในกลูโคสให้เป็นชีวโมเลกุลอื่น ๆ (ซึ่งบางส่วนเป็นสารตั้งต้นสำคัญของชีวโมเลกุลที่ซับซ้อนกว่ามาก) ดังนั้น เราจะตรวจสอบการศึกษาไกลโคไลซิสของเราโดยใช้ศีลที่ระบุไว้ในรูบริกการท้าทายพลังงานที่ถามเรา

เพื่อพิจารณาอย่างเป็นทางการ

เกิดอะไรขึ้นกับทั้งสสารและพลังงานในกระบวนการหลายขั้นตอนนี้

เรื่องราวด้านพลังงานและความท้าทายในการออกแบบของไกลโคไลซิส

การตรวจสอบไกลโคไลซิสของเราเป็นโอกาสที่ดีในการตรวจสอบกระบวนการทางชีววิทยาโดยใช้ทั้งเรื่องราวด้านพลังงานและความท้าทายด้านการออกแบบและมุมมอง

รูบริกความท้าทายด้านการออกแบบจะพยายามให้คุณคิดอย่างแข็งขัน ในวงกว้างและเฉพาะเจาะจง เกี่ยวกับสาเหตุที่เราศึกษาเส้นทางนี้—อะไรที่สำคัญมากเกี่ยวกับเรื่องนี้ "ปัญหา" ใดที่วิวัฒนาการของวิถีไกลโคไลติกทำให้ชีวิตสามารถแก้ไขหรือเอาชนะได้? นอกจากนี้เรายังต้องการคิดหาวิธีอื่นในการแก้ปัญหาเดียวกันและเหตุใดจึงอาจมีวิวัฒนาการหรือไม่ก็ได้ ต่อมา เราจะตรวจสอบสมมติฐานว่าเส้นทางนี้—และเส้นทางที่เชื่อมโยง—อาจมีวิวัฒนาการอย่างไร และการคิดเกี่ยวกับกลยุทธ์ทางเลือกเพื่อตอบสนองข้อจำกัดต่างๆ จะมีประโยชน์เมื่อนั้น

เราขอให้คุณนึกถึงไกลโคไลซิสผ่านเลนส์ของเรื่องราวเกี่ยวกับพลังงานที่คุณตรวจสอบกระบวนการ 10 ขั้นตอนเป็นชุดของสสารและพลังงานที่ป้อนเข้าและส่งออก ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด โดยเอาสิ่งนี้

เข้าใกล้

คุณจะได้เรียนรู้ไม่เพียงแต่เกี่ยวกับ

ไกลโคไลซิส,

แต่ยังต้องใช้ทักษะบางอย่างในการอ่านและตีความเส้นทางชีวเคมีอื่นๆ ด้วย


แล้วมันคืออะไรไกลโคไลซิส? ลองหา

รูปที่ 1. ปฏิกิริยาทางชีวเคมีสิบประการของไกลโคไลซิสถูกแสดง.เอนไซม์มีฉลากเป็นสีน้ำเงิน โครงสร้างของแต่ละสารประกอบที่ได้มาจากน้ำตาลเป็นภาพเป็นแบบจำลองโมเลกุลสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์อื่นๆ อาจใช้ตัวย่อ(เช่น ATP, NAD+ เป็นต้น) กล่องรอบๆ ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenaseบ่งชี้ว่าปฏิกิริยานี้เป็นที่สนใจเป็นพิเศษในหลักสูตร การแสดงที่มา:มาร์ค ทู. Facciotti (งานต้นฉบับ)

ตารางที่ 1. ตารางนี้แสดง glycolytic eเอนไซม์และ การวัดพลังงานที่สถานะมาตรฐาน (ΔG°'/(กิโลจูล/โมล)) เปรียบเทียบกับการวัดจากเซลล์ที่มีชีวิต (ΔG/(กิโลจูล/โมล)). ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันคงที่ (ΔG°'/(กิโลจูล/โมล)) ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นในทิศทางที่ทำให้ค่าพลังงานกิ๊บส์ฟรีลดลง การวัดค่าเซลลูลาร์ของ ΔG อาจแตกต่างอย่างมากจากการวัดค่า ΔG° เนื่องจากสภาวะของเซลล์ เช่น ความเข้มข้นของสารเมตาโบไลต์ที่เกี่ยวข้องฯลฯ. มีหยด ΔG เชิงลบขนาดใหญ่สามหยดในเซลล์ในกระบวนการไกลโคไลซิส เราถือว่าปฏิกิริยาเหล่านี้ไม่สามารถย้อนกลับได้และมักอยู่ภายใต้การควบคุม

เอนไซม์ขั้นตอนΔG/(กิโลจูล/โมล)ΔG°'/(กิโลจูล/โมล)
เฮกโซคินาเสะ1-34-16.7
ฟอสโฟกลูโคส ไอโซเมอเรส2-2.91.67
ฟอสโฟฟรุกโตไคเนส3-19-14.2
ฟรุกโตส-บิสฟอสเฟต อัลโดเลส4-0.2323.9
ไตรโอส ฟอสเฟต ไอโซเมอเรส52.47.56
กลีเซอรอลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต ดีไฮโดรจีเนส6-1.296.30
ไคเนสฟอสโฟกลีเซอเรต70.09-18.9
ฟอสโฟกลีเซอเรตมิวเตส80.834.4
อีโนเลส91.11.8
ไพรูเวท ไคเนส10-23.0-31.7

โดยรวมแล้ว วิถีทางไกลโคไลติกประกอบด้วย 10 ขั้นตอนที่เร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ ข้อมูลเบื้องต้นในเส้นทางนี้คือโมเลกุลเดี่ยวของกลูโคส แม้ว่าเราจะพบว่าโมเลกุลอื่นอาจเข้าสู่เส้นทางนี้ได้ในขั้นตอนต่างๆ เราจะเน้นความสนใจของเราไปที่ (1) ผลที่ตามมาของกระบวนการโดยรวม (2) ปฏิกิริยาสำคัญหลายอย่างที่เน้นประเภทที่สำคัญของชีวเคมีและหลักการทางชีวเคมีที่สำคัญที่เราจะต้องการดำเนินการต่อไปยังบริบทอื่น ๆ และ (3) ชะตากรรมทางเลือกของตัวกลางและ ผลิตภัณฑ์ของเส้นทางนี้

หมายเหตุสำหรับการอ้างอิงว่า glycolysis เป็น an ไม่ใช้ออกซิเจน กระบวนการ. ไม่มีข้อกำหนดสำหรับโมเลกุลออกซิเจนในไกลโคไลซิส - ก๊าซออกซิเจนไม่ใช่สารตั้งต้นในปฏิกิริยาเคมีใดๆ ในไกลโคไลซิส Glycolysis เกิดขึ้นใน ไซโตซอล หรือ ไซโตพลาสซึม ของเซลล์ สำหรับวิดีโอ YouTube ของ glycolysis ภาพรวมสั้นๆ (สามนาที) คลิกที่นี่

ครึ่งแรกของไกลโคไลซิส: ระยะการลงทุนด้านพลังงาน

โดยทั่วไปเราอ้างถึงสองสามขั้นตอนแรกของไกลโคไลซิสว่าเป็น "ระยะการลงทุนด้านพลังงาน" ของวิถี อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่สมเหตุสมผลมากนัก (ในกรอบของความท้าทายด้านการออกแบบ ยังไม่ชัดเจนว่าการลงทุนด้านพลังงานนี้แก้ปัญหาอะไร) หากมองเพียงไกลโคไลซิสเป็นเส้นทาง "การผลิตพลังงาน" และจนถึงขั้นตอนของไกลโคไลซิสเหล่านี้ ถูกใส่เข้าไปในบริบทเมตาบอลิซึมที่กว้างขึ้น เราจะพยายามสร้างเรื่องราวนั้นต่อไป ดังนั้นในตอนนี้ โปรดระลึกไว้เสมอว่าเรากล่าวว่าขั้นตอนแรกบางอย่างมักเกี่ยวข้องกับการลงทุนด้านพลังงานและแนวคิด เช่น "การดักจับ" และ "ความมุ่งมั่น" ดังที่ระบุไว้ในรูปด้านล่าง

ขั้นตอนที่ 1 ของไกลโคไลซิส:

ขั้นตอนแรกใน glycolysis แสดงด้านล่างในรูปที่ 2 คือกลูโคสถูกเร่งโดย hexokinase ซึ่งเป็นเอ็นไซม์ที่มีความจำเพาะในวงกว้างที่เร่งปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชั่นของน้ำตาลหกคาร์บอน Hexokinase เร่งปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชั่นของกลูโคส โดยที่กลูโคสและ ATP เป็นสารตั้งต้นสำหรับปฏิกิริยา โดยผลิตโมเลกุลที่เรียกว่ากลูโคส 6-ฟอสเฟต และ ADP เป็นผลิตภัณฑ์

รูปที่ 2 ครึ่งแรกของไกลโคไลซิสเรียกว่าเฟสการลงทุนด้านพลังงาน ในระยะนี้ เซลล์ใช้ ATP สองตัวในปฏิกิริยา การแสดงที่มา: Marc T. Facciotti (งานต้นฉบับ)

บันทึก:
ย่อหน้าข้างต้นระบุว่าเอนไซม์ hexokinase มี "ความจำเพาะแบบกว้าง" ซึ่งหมายความว่ามันสามารถเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยากับน้ำตาลต่างๆ ไม่ใช่แค่กลูโคสเท่านั้น จากมุมมองของโมเลกุล คุณช่วยอธิบายได้ไหมว่าทำไมถึงเป็นเช่นนั้น สิ่งนี้ท้าทายความคิดของคุณเกี่ยวกับความจำเพาะของเอนไซม์หรือไม่? หากคุณใช้คำว่า "ความสำส่อนของเอนไซม์" ใน Google (ไม่ต้องกังวล เพราะปลอดภัยสำหรับการทำงาน) หวังว่าคุณจะได้รับความชื่นชมในวงกว้างมากขึ้นสำหรับการเลือกและกิจกรรมของเอนไซม์

การเปลี่ยนกลูโคสเป็นกลูโคส 6-ฟอสเฟตที่มีประจุลบช่วยลดโอกาสที่กลูโคสฟอสโฟรีเลตออกจากเซลล์อย่างมีนัยสำคัญโดยการแพร่กระจายผ่านภายในพลาสมาเมมเบรนที่ไม่ชอบน้ำ นอกจากนี้ยัง "ทำเครื่องหมาย" กลูโคสในลักษณะที่แท็กสำหรับชะตากรรมที่เป็นไปได้หลายประการ (ดูรูปที่ 3)

รูปที่ 3 โปรดทราบว่ารูปนี้แสดงให้เห็นว่ากลูโคส 6-ฟอสเฟตสามารถนำไปสู่ชะตากรรมหลายอย่าง ขึ้นอยู่กับสภาวะของเซลล์ แม้ว่าจะเป็นส่วนประกอบของวิถีไกลโคไลติก แต่ก็ไม่ได้เกี่ยวข้องกับไกลโคไลซิสเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการจัดเก็บพลังงานในรูปของไกลโคเจน (สีฟ้า) และในการสร้างโมเลกุลอื่นๆ เช่น นิวคลีโอไทด์ (สีแดง) ที่มา: Marc T. Facciotti (งานต้นฉบับ)

ดังรูปที่ 3 แสดงให้เห็นว่าไกลโคไลซิสเป็นเพียงชะตากรรมเดียวสำหรับกลูโคส 6-ฟอสเฟต (G6P) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาวะของเซลล์ G6P อาจถูกเปลี่ยนเส้นทางไปสู่การสังเคราะห์ไกลโคเจน (สำหรับการจัดเก็บพลังงาน) หรืออาจถูกเปลี่ยนเส้นทางไปสู่เส้นทางเพนโทส ฟอสเฟต เพื่อการสังเคราะห์ทางชีวโมเลกุลต่างๆ รวมถึงนิวคลีโอไทด์ ซึ่งหมายความว่า G6P ในขณะที่เกี่ยวข้องกับวิถีทางไกลโคไลติก ไม่ได้ติดแท็กสำหรับการเกิดออกซิเดชันในระยะนี้เท่านั้น บางทีการแสดงบริบทที่กว้างขึ้นที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลนี้ (นอกเหนือจากเหตุผลที่การติดแท็กกลูโคสด้วยฟอสเฟตลดโอกาสที่มันจะออกจากเซลล์) ช่วยอธิบายสิ่งที่ดูเหมือนจะขัดแย้งกัน (ถ้าคุณพิจารณาเฉพาะไกลโคไลซิสเป็น "พลังงาน- กระบวนการผลิต) เหตุผลในการถ่ายโอนพลังงานจาก ATP ไปยังกลูโคสหากเพียงเพื่อถูกออกซิไดซ์ในภายหลัง นั่นคือ กลูโคสไม่ได้ถูกใช้โดยเซลล์ในการเก็บเกี่ยวพลังงานเท่านั้น และวิถีเมแทบอลิซึมอื่นๆ อีกหลายอย่างขึ้นอยู่กับการถ่ายโอนของกลุ่มฟอสเฟต

ขั้นตอนที่ 2 ของ glycolysis:

ในขั้นตอนที่สองของไกลโคไลซิส an ไอโซเมอเรส เร่งการเปลี่ยนกลูโคส 6-ฟอสเฟตให้เป็นหนึ่งในไอโซเมอร์ของมัน นั่นคือฟรุกโตส 6-ฟอสเฟต หนึ่ง ไอโซเมอเรส เป็นเอนไซม์ที่กระตุ้นการเปลี่ยนโมเลกุลให้กลายเป็นไอโซเมอร์ตัวใดตัวหนึ่ง

ขั้นตอนที่ 3 ของไกลโคไลซิส:

ขั้นตอนที่สามของไกลโคไลซิสคือฟอสโฟรีเลชั่นของฟรุกโตส 6-ฟอสเฟต ซึ่งเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ฟอสโฟฟรุกโตไคเนส โมเลกุล ATP ตัวที่สองบริจาคฟอสเฟตให้กับฟรุกโตส 6-ฟอสเฟต ทำให้เกิดฟรุกโตส 1,6-ทวิฟอสเฟตและ ADP เป็นผลิตภัณฑ์ ในวิถีทางนี้ ฟอสโฟฟรุกโตไคเนสเป็นเอ็นไซม์จำกัดอัตรา และการทำงานของมันจะถูกควบคุมอย่างเข้มงวด มันคือ allosterically เปิดใช้งานโดย AMP เมื่อความเข้มข้นของ AMP สูงและเมื่อ ATP ถูกยับยั้งในระดับปานกลางที่ไซต์เดียวกัน ซิเตรตสารประกอบที่เราจะพูดถึงในไม่ช้าก็ทำหน้าที่เป็นเชิงลบ allosteric สารควบคุมของเอนไซม์นี้ ด้วยวิธีนี้ ฟอสโฟฟรุคโตไคเนสจะตรวจสอบหรือรับรู้ตัวบ่งชี้ระดับโมเลกุลของสถานะพลังงานของเซลล์และสามารถตอบสนองทำหน้าที่เป็นสวิตช์ที่เปิดหรือปิดการไหลของสารตั้งต้นผ่านส่วนที่เหลือของเส้นทางการเผาผลาญขึ้นอยู่กับว่ามี "เพียงพอ" หรือไม่ เอทีพีในระบบ การเปลี่ยนฟรุกโตส 6-ฟอสเฟตเป็นฟรุกโตส 1,6-บิสฟอสเฟตบางครั้งเรียกว่าขั้นตอนพันธะผูกพันโดยเซลล์ต่อการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลในส่วนที่เหลือของวิถีไกลโคไลติกโดยการสร้างสารตั้งต้นสำหรับและช่วยในการขับเคลื่อนอย่างกระฉับกระเฉง ขั้นบันไดที่เอนเดอร์โกนิกสูง (ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน) ของทางเดิน

ขั้นตอนที่ 4 ของ ไกลโคไลซิส:

ในขั้นตอนที่สี่ของไกลโคลิซิส เอ็นไซม์ ฟรุกโตส-บิสฟอสเฟต อัลโดเลส แยก 1,6-บิสฟอสเฟตออกเป็นไอโซเมอร์สามคาร์บอนสองชนิด: ไดไฮดรอกซีอะซีโตน ฟอสเฟต และกลีซาลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต

ครึ่งหลัง: ระยะการจ่ายพลังงาน

หากมองว่าไม่มีวิถีการเผาผลาญอื่นๆ ไกลโคลิซิสทำให้เซลล์ ATP เสียไปสองโมเลกุล และผลิตโมเลกุลน้ำตาลคาร์บอนสามโมเลกุลขนาดเล็กสองโมเลกุล: dihydroxyacetone phosphate (DAP) และ glyceraldehyde 3-phosphate (G3P) เมื่อพิจารณาในบริบทที่กว้างขึ้น การลงทุนด้านพลังงานเพื่อผลิตโมเลกุลต่างๆ ที่สามารถนำมาใช้ในวิถีทางอื่นๆ ที่หลากหลาย ดูเหมือนจะไม่ใช่การลงทุนที่เลวร้ายเช่นนี้

ทั้ง DAP และ G3P สามารถดำเนินการผ่านครึ่งหลังของไกลโคไลซิสได้ ตอนนี้เราตรวจสอบปฏิกิริยาเหล่านี้

รูปที่ 4 ช่วงครึ่งหลังของไกลโคไลซิสเรียกว่าระยะการจ่ายพลังงาน ในระยะนี้ เซลล์จะได้รับ ATP สองตัวและสารประกอบ NADH สองตัว เมื่อสิ้นสุดระยะนี้ กลูโคสถูกออกซิไดซ์บางส่วนเพื่อสร้างไพรูเวต Facciotti (งานต้นฉบับ).

ขั้นตอนที่ 5 ของไกลโคไลซิส:

ในขั้นตอนที่ห้าของไกลโคไลซิส ไอโซเมอเรสจะเปลี่ยนไดไฮดรอกซีอะซีโตน ฟอสเฟตเป็นไอโซเมอร์ กลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต ดังนั้น กลูโคส 6 คาร์บอนจึงถูกแปลงเป็นโมเลกุลของ G3P ที่มีฟอสโฟรีเลต 3 คาร์บอน 2 โมเลกุล

ขั้นตอนที่ 6 ของไกลโคไลซิส:

ขั้นตอนที่หกเป็นกุญแจสำคัญ และขั้นตอนหนึ่งซึ่งเราสามารถใช้ประโยชน์จากความเข้าใจของเราเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ที่เราได้ศึกษามาจนถึงตอนนี้ หากคุณมุ่งเน้นด้านพลังงาน ในที่สุดก็เป็นขั้นตอนของไกลโคไลซิสที่น้ำตาลที่ลดลงบางส่วนจะกลายเป็นออกซิไดซ์ ปฏิกิริยาถูกเร่งโดยเอนไซม์ glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase เอนไซม์นี้กระตุ้นปฏิกิริยาหลายขั้นตอนระหว่างสารตั้งต้นสามชนิด—กลีเซอราลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต ซึ่งเป็นโคแฟกเตอร์ NAD+และอนินทรีย์ฟอสเฟต (Pผม)—และผลิตสามผลิตภัณฑ์: 1,3-bisphosphoglycerate, NADH และ H+. เราสามารถนึกถึงปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาสองอย่าง: (1) ปฏิกิริยาออกซิเดชัน/รีดักชัน และ (2) ปฏิกิริยาควบแน่นซึ่งฟอสเฟตอนินทรีย์ถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุล ในที่นี้ ปฏิกิริยาแดง/วัว การถ่ายโอนอิเล็กตรอนออกจาก G3P และเข้าสู่ NAD+เป็น exergonic และการถ่ายโอนฟอสเฟตเป็น endergonic ตาข่าย มาตรฐาน การเปลี่ยนแปลงพลังงานอย่างอิสระจะวนเวียนอยู่รอบๆ ศูนย์—เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในภายหลัง เอนไซม์ที่นี่ทำหน้าที่เป็นโมเลกุล ข้อต่อ ตัวแทนที่จะจับคู่พลังของปฏิกิริยา exergonic กับปฏิกิริยา endergonic ดังนั้นจึงผลักดันทั้งสองไปข้างหน้า กระบวนการนี้เกิดขึ้นผ่านกลไกหลายขั้นตอนในบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์ และเกี่ยวข้องกับกิจกรรมทางเคมีของกลุ่มฟังก์ชันต่างๆ

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าปฏิกิริยานี้ขึ้นอยู่กับความพร้อมของรูปแบบออกซิไดซ์ของตัวพาอิเล็กตรอน NAD+. หากเราพิจารณาว่า NAD . มีสระจำกัด+เราสามารถสรุปได้ว่ารูปแบบรีดิวซ์ของตัวพา (NADH) จะต้องออกซิไดซ์กลับเข้าสู่ NAD อย่างต่อเนื่อง+ เพื่อให้ขั้นตอนนี้ดำเนินต่อไป ถ้า NAD+ ไม่พร้อมใช้งาน ช่วงครึ่งหลังของไกลโคไลซิสจะช้าลงหรือหยุดลง


การอภิปราย NB ที่เป็นไปได้ จุด

คุณช่วยเขียนเรื่องพลังงานสำหรับขั้นตอนที่ 6 ของไกลโคไลซิสได้ไหม (ปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาโดย glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase)? เมื่อคุณพูดถึงเรื่องพลังงาน ให้อธิบายว่าขั้นตอนเป็นแบบ exergonic หรือ endergonic ให้พยายามสร้างเวอร์ชัน "ผู้เชี่ยวชาญ" ที่ครบถ้วน สั้น และใช้อย่างเหมาะสมมากขึ้นเป็นกลุ่มคำศัพท์. แก้ไขข้อความของกันและกันอย่างสุภาพและสร้างสรรค์


ขั้นตอนที่ 7 ของ glycolysis:

ในขั้นตอนที่เจ็ดของไกลโคไลซิส เร่งปฏิกิริยาด้วยไคเนสฟอสโฟกลีเซอเรต (เอนไซม์ที่มีชื่อสำหรับปฏิกิริยาย้อนกลับ) 1,3-บิสฟอสโฟกลีเซอเรตจะถ่ายโอนฟอสเฟตไปยัง ADP ก่อตัวเป็นหนึ่งโมเลกุลของเอทีพีและโมเลกุลของ 3-ฟอสโฟกลีเซอเรต ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยา exergonic และยังเป็นตัวอย่างของฟอสโฟรีเลชันระดับซับสเตรตอีกด้วย

ขั้นตอนที่ 8 ของ glycolysis:

ในขั้นตอนที่แปด กลุ่มฟอสเฟตที่เหลือใน 3-phosphoglycerate จะเคลื่อนจากคาร์บอนที่สามไปยังคาร์บอนที่สอง ทำให้เกิด 2-phosphoglycerate (เป็นไอโซเมอร์ของ 3-phosphoglycerate) เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาในขั้นตอนนี้คือมิวเตส (ไอโซเมอเรส)

ขั้นตอนที่ 9 ของ glycolysis:

Enolase กระตุ้นขั้นตอนที่เก้า เอนไซม์นี้ทำให้ 2-phosphoglycerate สูญเสียน้ำจากโครงสร้าง นี่คือปฏิกิริยาการคายน้ำ ซึ่งส่งผลให้เกิดพันธะคู่ที่เพิ่มพลังงานศักย์ในพันธะฟอสเฟตที่เหลือและผลิตฟอสโฟฟีนอลไพรูเวต (PEP)

ขั้นตอนที่ 10 ของ glycolysis:

ขั้นตอนสุดท้ายใน glycolysis ถูกเร่งโดยเอนไซม์ pyruvate kinase (เอนไซม์ในกรณีนี้ถูกตั้งชื่อตามปฏิกิริยาย้อนกลับของการแปลง pyruvate เป็น PEP) และส่งผลให้เกิดการผลิตโมเลกุล ATP ที่สองโดย phosphorylation ระดับซับสเตรตและกรด pyruvic ที่เป็นสารประกอบ (หรือรูปเกลือของไพรูเวต) เอนไซม์จำนวนมากในวิถีทางของเอนไซม์ถูกตั้งชื่อตามปฏิกิริยาย้อนกลับ เนื่องจากเอ็นไซม์สามารถเร่งปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับได้ (สิ่งเหล่านี้อาจอธิบายได้ในขั้นต้นโดยปฏิกิริยาย้อนกลับที่เกิดขึ้นในหลอดทดลอง

ผลของไกลโคไลซิส

ต่อไปนี้คือสิ่งที่ควรพิจารณา:

ผลลัพธ์ที่ชัดเจนประการหนึ่งของ glycolysis คือการสังเคราะห์สารประกอบที่สามารถเข้าสู่วิถีการเผาผลาญที่หลากหลาย ในทำนองเดียวกัน สารประกอบที่มาจากวิถีทางเมแทบอลิซึมอื่นๆ สามารถป้อนเข้าสู่ไกลโคไลซิสที่จุดต่างๆ ดังนั้น เส้นทางนี้สามารถเป็นส่วนหนึ่งของการแลกเปลี่ยนคาร์บอนฟลักซ์จากส่วนกลางภายในเซลล์

หากไกลโคไลซิสทำงานนานพอ การเกิดออกซิเดชันของกลูโคสคงที่ด้วย NAD+ สามารถออกจากเซลล์ที่มีปัญหา: วิธีการสร้าง NAD . ใหม่+ จากสองโมเลกุลของ NADH ที่ผลิตขึ้น หากเซลล์ไม่สร้าง NAD . ขึ้นใหม่+NAD+ ของเซลล์เกือบทั้งหมดจะเปลี่ยนเป็น NADH แล้วเซลล์จะสร้าง NAD . ขึ้นมาใหม่ได้อย่างไร+?

ไพรูเวทไม่ได้ถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ ยังมีพลังงานบางอย่างที่จะดึงออกมา สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไร? นอกจากนี้ เซลล์ควรทำอย่างไรกับ NADH ทั้งหมดนั้น มีพลังงานที่จะดึงออกมาหรือไม่?


การอภิปราย NB ที่เป็นไปได้ จุด

สำหรับบางคน กระบวนการไกลโคไลซิสนั้นซับซ้อนมาก ทางเดินหลายขั้นตอนอาจดูเหมือนขัดกับสัญชาตญาณ: “ทำไมวิวัฒนาการไม่นำไปสู่วิธี * ง่ายกว่า * ในการดึงพลังงานจากอาหารเนื่องจากพลังงานเป็นความต้องการที่สำคัญสำหรับชีวิต” อธิบายความจำเป็น/ข้อดีของการที่น้ำตาลกลูโคสถูกย่อยสลายในหลายๆ ขั้นตอน


ฟอสโฟรีเลชั่นระดับพื้นผิว (SLP)

เส้นทางที่ง่ายที่สุดในการสังเคราะห์ ATP คือฟอสโฟรีเลชั่นระดับสารตั้งต้น โมเลกุล ATP ถูกสร้างขึ้น (นั่นคือ สร้างใหม่จาก ADP) เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในวิถีทางแคแทบอลิซึม หมู่ฟอสเฟตจะถูกลบออกจากสารตั้งต้นที่อยู่ตรงกลางในวิถี และพลังงานอิสระของปฏิกิริยาถูกใช้เพื่อเพิ่มฟอสเฟตที่สามให้กับโมเลกุล ADP ที่มีอยู่ ซึ่งทำให้เกิด ATP วิธีการฟอสโฟรีเลชั่นโดยตรงนี้เรียกว่า ฟอสโฟรีเลชั่นระดับพื้นผิว (SLP). เราสามารถพบ SLP ในปฏิกิริยา catabolic ที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปฏิกิริยาเฉพาะสองอย่างใน glycolysis (ซึ่งเราจะพูดถึงโดยเฉพาะในภายหลัง) สิ่งที่ปฏิกิริยาต้องการคือสารประกอบขั้นกลางที่มีพลังงานสูงซึ่งพลังงานอิสระของการเกิดออกซิเดชันสามารถขับเคลื่อนการสังเคราะห์ ATP ได้

รูปที่ 5 นี่คือตัวอย่างหนึ่งของฟอสโฟรีเลชั่นระดับซับสเตรตที่เกิดขึ้นในไกลโคไลซิส มีการถ่ายโอนโดยตรงของกลุ่มฟอสเฟตจากสารประกอบคาร์บอนไปยัง ADP เพื่อสร้าง ATP Facciotti (งานของตัวเอง)

ในปฏิกิริยานี้ สารตั้งต้นคือสารประกอบคาร์บอนที่มีฟอสโฟรีเลตที่เรียกว่า G3P (จากขั้นตอนที่ 6 ของไกลโคไลซิส) และโมเลกุล ADP และผลิตภัณฑ์คือ 1,3-BPG และ ATP การถ่ายโอนฟอสเฟตจาก G3P ไปยัง ADP เพื่อสร้าง ATP ในบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์คือ ฟอสโฟรีเลชั่นระดับพื้นผิว. สิ่งนี้เกิดขึ้นสองครั้งใน glycolysis และอีกครั้งในวงจร TCA (สำหรับการอ่านครั้งต่อไป)


Sortase

Sortase หมายถึงกลุ่มของเอ็นไซม์โปรคาริโอตที่ดัดแปลงโปรตีนพื้นผิวโดยจำแนกและแยกสัญญาณการคัดแยกของปลายคาร์บอกซิล สำหรับซับสเตรตส่วนใหญ่ของเอนไซม์ sortase สัญญาณการรู้จำประกอบด้วย motif LPXTG (Leu-Pro-any-Thr-Gly) จากนั้นลำดับเมมเบรนที่ไม่ชอบน้ำสูง ตามด้วยกลุ่มของสารตกค้างพื้นฐาน เช่น อาร์จินีน ความแตกแยกเกิดขึ้นระหว่าง Thr และ Gly โดยมีการยึดติดชั่วคราวผ่านทางเรซิดิวของ Thr ไปยังเรซิดิว Cys ที่ทำงานอยู่ ตามด้วยทรานส์เปปไทเดชันที่ยึดโปรตีนโควาเลนต์กับส่วนประกอบของผนังเซลล์ Sortases เกิดขึ้นในแบคทีเรียแกรมบวกเกือบทั้งหมดและแบคทีเรียแกรมลบเป็นครั้งคราว (เช่น ชีวาเนลลา ปูเตฟาเซียน) หรือ Archaea (เช่น เมทาโนแบคทีเรียม เทอร์โมออโตโทรฟิคุม) โดยที่ผนังเซลล์ไม่ได้รายงานการตกแต่งโดยใช้ LPXTG เป็นสื่อกลาง [2] [3] แม้ว่า sortase A ซึ่งเป็น "การดูแลทำความสะอาด" sortase โดยทั่วไปจะทำหน้าที่เกี่ยวกับเป้าหมายโปรตีนจำนวนมาก แต่รูปแบบอื่น ๆ ของ sortase จะจดจำรูปแบบต่างๆของรูปแบบความแตกแยกหรือกระตุ้นการรวมตัวของ pilins เป็น pili [4] [5] [6]


สรีรวิทยาของระบบครอบคลุมร่างกายมนุษย์ซึ่งเป็นหัวข้อที่น่าสนใจทีเดียว คุณจะได้เรียนรู้ว่าระบบอวัยวะสำคัญของเราทำงานอย่างไรและทำให้เรามีชีวิตอยู่ได้ ปัญหาเดียวคือร่างกายของเรานั้นซับซ้อนมาก ซึ่งหมายความว่าคุณต้องเรียนรู้ข้อมูลจำนวนมาก การทดสอบมีความเฉพาะเจาะจงอย่างไม่น่าเชื่อ ดังนั้นหากคุณไม่จำประเภทที่จะจดจำรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ฉันขอแนะนำให้เลิกเรียนในชั้นเรียนนี้

Ah&hellipOrganic Chemistry ผู้ทำลายความหวังและความฝันก่อนวัยเรียนสำหรับโรงเรียนแพทย์ CHE 118B ได้พัฒนาตัวแทนที่มีชื่อเสียงเป็นพิเศษว่าเป็นซีรีส์ที่ยากที่สุดในซีรีส์ คุณจะใช้เวลาทั้งวันในการอ่านเกี่ยวกับไฮโดรคาร์บอน ดึงอัลดีไฮด์ต่างๆ และร้องไห้ให้ตัวเองหลับในตอนกลางคืน ฟังดูน่าสนุกใช่มั้ยล่ะ?


Metz, JG, Roessler, P., Facciotti, D., Levering, C., Dittrich, F., Lassner, M., Valentine, R., Lardizabal, K., Domergue, F., Yamada, A., Yazawa , K. , Knauf, V. และ Browse, J. (2001) การผลิตกรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อนโดยการสังเคราะห์พอลิคีไทด์ทั้งในโปรคาริโอตและยูคาริโอต วิทยาศาสตร์ 293, 290–293.

Simopoulos, A.P. (1999) กรดไขมันจำเป็นในสุขภาพและโรคเรื้อรัง เป็น. เจ. คลิน. Nutr.. 70, 560S-569S.

กระโดด, ดี.บี. (2002) ชีวเคมีของกรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน n−3 เจ. ไบโอล. เคมี. 277, 8755–8758.

Jacobs, NM, Covaci, A. , Gheorghe, A. และ Schepens, P. (2004) การตรวจสอบแนวโน้มเวลาของ PCBs, PBDEs และยาฆ่าแมลงออร์กาโนคลอรีนในกรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน n-3 ที่คัดเลือกน้ำมันปลาที่อุดมด้วยอาหารและน้ำมันพืชเสริม ความเกี่ยวข้องสำหรับความต้องการกรดไขมัน n-3 ที่จำเป็นของมนุษย์ เจ. อากริก. เคมีอาหาร. 52, 1780–1788.

Napier, J.A. , Sayanova, O. , Qi, B. และ Lazarus, C.M. (2004) ความคืบหน้าในการผลิตกรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อนสายยาวในพืชดัดแปรพันธุกรรม ไขมัน 39, 1067–1075.

Wu, G. , Truksa, M. , Datla, N. , Vrinten, P. , Bauer, J. , Zank, T. , Cirpus, P. , Heinz, E. และ Qiu, X. (2005) วิศวกรรมทีละขั้นตอน to produce high yields of very long-chain polyunsaturated fatty acids in plants. แนท. เทคโนโลยีชีวภาพ 23, 1013–1017.

Kinney, A.J., Cahoon, E.B., Damude, H.G., Hitz, W.D., Liu, Z.-B., and Kolar, C.W. (2004) Production of very long chain polyunsaturated fatty acids in oilseed plants. United States Patent Application Publication. ผับ. No.: US 2004/0172682 A1.

Domergue, F., Abbadi, A., Ott, C., Zank, T.K., Zahringer, U., and Heinz, E. (2003) Acyl carriers used as substrates by the desaturases and elongases involved in very long-chain polyunsaturated fatty acids biosynthesis reconstituted in yeast. เจ. ไบโอล. เคมี. 278, 35115–35126.

Streekstra, H. (2005) Arachidonic acid: fermentative production by Mortierella fungi, in Single Cell Oils, Cohen, Z. and Ratledge, C., eds., pp. 73–85, AOCS Press.

Wynn, J., Behrens, P., Sundararajan, A., Hansen, J., and Apt, K. (2005) Production of single cell oils by Dinoflagellates, in Single Cell Oils, Cohen, Z. and Ratledge, C., eds., pp. 86–98, AOCS Press.

Barclay, W., Weaver, C., and Metz, J. (2005) Development of a docosahexaenoic acid production technology using Schizochytrium: A historical perspective, in Single Cell Oils, Cohen, Z. and Ratledge, C., eds., pp. 36–52, AOCS Press.

DeLong, E. and Yayanos, A.A. (1986) Biochemical function and ecological significance of novel bacterial lipids in deep-sea prokaryotes. Applied and Environmental Microbiology 51, 730–737

Yazawa, K. (1996) Production of eicosapentaenoic acid from marine bacteria. Lipids 31, S297-S300.

Yu, R., Yamada, A., Watanabe, K., Yazawa, K., Takeyama, H., Matsunaga, T., and Kurane, R. (2000) Production of eicosapentaenoic acid by recombinant marine cyanobacterium, Synechococcus sp. Lipids 35, 1061–1064.

Lambalot, R.H., Gehring, A.H., Flugel, R.S., Zuber, P., LaCele, M., Marahiel, M.A., Khosla, C., and Walsh, C.T. (1996) A new enzyme superfamily-the phosphopantetheinyl transferases. Chemistry & Biology 3, 923–936.

Facciotti, D., Metz, J.G., and Lassner, M. (2000) Production of polyunsaturated fatty acids by expression of polyketide-like synthesis genes in plants. U.S. Patent 6,140,486.

Kaulmann, U. and Hertweck, C. (2002) Biosynthesis of polyunsaturated fatty acids by polyketide synthases. Angew. เคมี. อินเตอร์ เอ็ด. 41, 1866–1869.

Orikasa, Y., Nishida, T., Hase, A., Watanabe, K., Morita, N., and Okuyama, H. (2006) A phosphopantetheinyl transferase gene essential for biosynthesis of NS−3 polyunsaturated fatty acids from Moritella marina strain MP-1. FEBS Letters 580, 4423–4429.

Pikaart, M.J. and Felsenfeld, G. (1996) Expression and codon usage optimization of the erythroid-specific transcription factor cGATA-1 in baculoviral and bacterial systems. โปรตีนเอ็กซ์พ. เพียวริฟ 8, 469–475.

Nakano, M.M., Corbell, N., Besson, J., and Zuber, P. (1992) Isolation and characterization of sfp: a gene that functions in the production of the lipopeptide biosurfactant, surfactin, in บาซิลลัส ซับทิลิส. มล. พล.อ.เจเนท 232, 313–321.

Black, T.A. and Wolk, C.P. (1994) Analysis of a Het − mutation in อนาบาเนะ sp. strain PCC 7120 implicates a secondary metabolite in the regulation of heterocyst spacing. Journal of Bacteriology 176, 2282–2292.

Yang, Y.M., Zhang, J.Y., and Huang, Z.H. (1989) Combined inbeam impact-B/E-linked scan mass spectrometry of oxazoline derivatives for the structure determination of long-chain unsaturated fatty acids. J. of Lipid Research 30, 127–133.

Ashford, A., Barclay, W.R., Weaver, C.A., Giddings, T.H., and Zeller, S. (2000) Electron microscopy may reveal structure of docosahexaenoic acid-rich oil within Schizochytrium sp. Lipids 35, 1377–1386.

Campbell, E.L., Cohen, M.F., and Meeks, J.C. (1997) A polyketide-synthase-like gene is involved in the synthesis of heterocyst glycolipids in Nostoc punctiforme strain ATCC 29133. โค้ง. ไมโครไบโอล 167, 251–258.

Cavalier-Smith, T., Allsopp, M.T.E.P., and Chao, E.E. (1994) Thraustochytrids are chromists not fungi: 18sRNA signatures of Heterokonta. ฟิลอส ทรานส์ อาร์ ซอค London B: Biol. วิทย์ 346, 387–397.

Qiu, X., Hong, H., and MacKenzie, S.L. (2001) Identification of a Δ4 fatty acid desaturase from Thraustochytrium sp. involved in the biosynthesis of docosahexaenoic acid by heterologous expression in Saccharomyces cerevisiae และ บราสซิก้า จุนเซีย. เจ. ไบโอล. เคมี. 276, 31561–31566.

Omura, S. (1976) The antibiotic cerulenin, a novel tool for biochemistry as an inhibitor of fatty acid synthesis. Bacteriological reviews 40, 681–697.

Morita, N., Nishida, T., Tanaka, M., Yano, Y., and Okuyama, H. (2005) Enhancement of polyunsaturated fatty acid production by cerulenin treatment in polyunsaturated fatty acid-producing bacteria. เทคโนโลยีชีวภาพ เลตต์. 27, 389–393.

Schweizer, E. and Hofmann, J. (2004) Microbial type I fatty acid synthases (FAS): Major players in a network of cellular FAS systems. Microbio. มล. ไบโอล. Reviews 68, 501–517


Advanced ChIP Technologies

ChIP-chip: The first, and most simple of the ChIP technologies (it also has the most fun to say name). ChIP-chip couples chromatin IP to microarray analysis allowing genome-wide analysis of protein or modifications of interest distribution.

ChIP-Seq: The star of chromatin analysis until ChIP-seq came along and stole the limelight. ChIP-seq uses the same chromatin IP procedures as ChIP-chip however, it couples it with quantitative next-generation sequencing technology to detect enrichment peaks

ChIP-exo: A specialized version of ChIP used to very specifically map protein of interest (POI) binding sites in the genome via the addition of a DNA digestion step to ChIP-seq.

ChIA-PET (Chromatin Interaction Analysis by Paired-End Tag Sequencing): Combines ChIP with chromatin conformation capture (3C) technology to detect when distant DNA regions interact with each other via a protein of interest.


ข้อมูลผู้แต่ง

สังกัด

Linda Kahl, David Grewal, Richard Johnson, and Drew Endy are at the BioBricks Foundation, San Francisco, California, USA.

Linda Kahl, David Grewal, Richard Johnson & Drew Endy

Jennifer Molloy and Jim Haseloff are at the Department of Plant Sciences, University of Cambridge, Cambridge, UK.

Jennifer Molloy & Jim Haseloff

Nicola Patron is at the Earlham Institute, Norwich, UK.

Colette Matthewman is at the John Innes Centre, Norwich, UK.

David Grewal is also at Yale Law School, New Haven, Connecticut, USA.

Richard Johnson is also at Global Helix, Washington, DC, USA.

Drew Endy is also at the Department of Bioengineering, Stanford University, Stanford, California, USA.