Glikolizė
MAISTMEDŽIAGĖS LĄSTELĖSE
Ląstelės citozolyje ir tarp ląstelių esančiame audinių skystyje visuomet yra gliukozės, aminorūgščių, lipidų ir kt. medžiagų. Iš kur ten atsiranda šios medžiagos?
Visi heterotrofiniai organizmai jas gauna iš aplinkos pro virškinimo sistemą. Žmogaus organizme žarnyno epitelio ląstelės įsiurbia gliukozę, aminorūgštis, gliceriną, riebalų rūgštis, nukleotidus ir kitas smulkiamolekules medžiagas iš žarnos ertmės ir perduoda jas kraujui. Kraujas jas išnešioja po organizmą – pro plonytes kapiliarų sieneles šios medžiagos patenka į tarpuląsčius užpildantį audinių skystį. Žmogaus ląstelės plazmine membrana molekulotrofiškai ima iš audinių skysčio joms reikiamas maisto medžiagas.
Iš šių maisto medžiagų ląstelės sintetina riebalus ir kitus lipidus, baltymus, nukleino rūgštis. Jei su maistu gauna nepakankamai daug gliukozės, ląstelės ją gamina iš kitų medžiagų – riebiųjų rūgščių ar aminorūgščių. Jei trūksta keleto aminorūgščių – pasigamina jas perdirbdamos amino rūgštis, kurių pakanka. Tiesa, žmogaus ląstelės išvis nesugeba susintetinti ar sintetina per mažai keleto aminorūgščių, todėl turi jų gauti su maistu. Šios amino rūgštys vadinamos nepakeičiamomis aminorūgštimis.
Neretai ląstelės gauna daugiau maistmedžiagių, negu reikia tuo metu. Tada šis perteklius kraunamas atsargai. Dalis molekulotrofiškai gautų molekulių kaupiama ląstelėje atsarginių medžiagų (glikogeno, riebalų, kartais – baltymų) pavidalu. Visos ląstelės turi nedidelę atsarginių maistmedžiagių atsargą. Kai kurios ląstelės pritaikytos būtent maistmedžiagėms kaupti. Žmogaus organizme tokią paskirtį atlieka riebalinio audinio ląstelės. Maistmedžiages (daugiausia – glikogeną) kaupia ir kepenų audinys.
Esant reikalui ląstelė suskaido atsarginių medžiagų molekules iki jas sudariusių monomerų. Lygiai taip pat suardomi ir jau atitarnavę ląstelės organoidai ir molekulės. Paprastai tai atlieka lizosomos. Lizosomoje susidariusius monomerus į citozolį permeta lizosomos membranos baltymai siurbliai.
Gliukozė, aminorūgštys ir riebiosios rūgštys, nukleotidai, glicerinas naudojami ląstelei būtinų organinių medžiagų – baltymų, polisacharidų ir pan. sintezei. Tokiai sintezei būtina energija. Iš kur heterotrofinės ląstelės gauna ši energiją?
Dalį smulkiamolekulių medžiagų, paprastai gliukozės ir kitų monosacharidų, ląstelė suoksiduoja iki CO2 ir H2O. Tam tikrą dalį oksidacijos metu išsiskiriančios energijos perima tuo pačiu metu sintetinamos ATP molekulės. ATP molekulėse sukaupta energija ir vartojama kitų biologinių molekulių sintezei.
GLIKOLIZĖ
Pirmas energijos iš maisto gavimo etapas yra ląstelės citozolyje vykstanti glikolizė.
Glikolizė – gliukozės molekulių, turinčių 6 C atomus, palaipsninis skaidymas iki dvigubai mažesnių pirovynuogių rūgšties molekulių, turinčių tik po 3 C atomus, kurio metu dalis išsiskiriančios energijos verčiama ATP energija.
Glikolizę atlieka citozolio glikoliziniai fermentai.
Glikolizėje su gliukozės skaidymu suporuota ATP sintezė. Įtemptai dirbančiame skeleto raumenyje vyksta tokia reakcija:
gliukozė+2ADP+2Pi → 2 piruvat++2H++2ATP+2H2O.
Glikolizės produktas yra pirovynuogių rūgštis. Glikolizę iš esmės sudaro sudaro dvi reakcijos:
gliukozė → 2 piruvat++2H+ + energija
ir
2ADP+2Pi + energija → 2ATP+2H2O.
Tačiau šie procesai vyksta kartu, todėl šios reakcijos vadinamos suporintomis reakcijomis (konjuguotomis). Gyvose ląstelėse 60% pirmoje reakcijoje išsiskiriančios energijos sukaupiama ATP pavidale antrojoje reakcijoje. Tačiau nemažai energijos virsta tiesiog šiluma. Todėl glikolizė yra praktiškai negrįžtama reakcija, nors atskiros glikolizę sudarančios reakcijos yra grįžtamos.
Pasibaigus glikolizei nemažai gliukozėje buvusios energijos lieka pirovynuogių rūgšties molekulėse. Ją organizmas gali panaudoti tik visiškai suskaidęs pirovynuogių rūgštį.
Glikolizės produkto piruvato likimas toliau gali būti trejopas.
Pirmas variantas - mitochondrijos, panaudodamos deguonį, baigia skaidyti pirovynuogių rūgštį. Toksai visiškas gliukozės skaidymas būdingas aerobiniams organizmams.
Antras variantas – pirovynuogių rūgštis verčiama pieno rūgštimi. Jis būdingas gyvūnų audiniams, veikiantiems bedeguonėse sąlygose. Intensyviai dirbančiame skeletiniame raumenyje iš gliukozės susidaranti pirovynuogių rūgštis toliau neskaldoma, nes trūksta deguonies, o verčiama pieno rūgštimi. Taip būna dirbant sunkų fizinį darbą. Ilsintis pieno rūgštis vėl perdirbama į gliukozę.
Trečias būdas – piruvatas verčiamas į kitais junginiais – pieno rūgštimi, sviesto, propiono rūgštimis, etanolu. O šio medžiagos pašalinamos iš ląstelės į aplinką. Šis reiškinys vadinamas rūgimu. Rūgstant aplinkoje kaupiasi tam tikros organinės rūgštys. Tik alkoholinio rūgimo metu kaupiasi etilo alkoholis – etanolas. Šis būdas būdingas mikroorganizmams.
Rūgimas – bendras terminas, reiškiąs anaerobinį gliukozės ar kitų organinių maistinių medžiagų skaidymą, gaunant iš jų energiją ATP pavidale.
intarpas PIENO RŪGŠTIS RAUMENYSE
Daugelis stuburinių yra aerobiniai organizmai. Glikolizės metu gliukozė virsta pirovynuogių rūgštimi, o ši po to visiškai oksiduojama iki vandens ir anglies dvideginio.
Daugelyje stuburinių, tame tarpe ir žmoguje, pieno rūgštimi pasibaigianti anaerobinė glikolizė įsijungia raumenims intensyviai dirbant, pavyzdžiui, bėgant 100 m. Organizmas nespėja aprūpinti deguonimi raumenis, ir raumenų skaidulų mitochondrijos be deguonies negali oksiduoti pirovynuogių rūgštį ir kartu suporintai sintetinti ATP. Todėl raumenys skaido raumenyse esantį glikogeną iki gliukozės, gliukozę anaerobiškai skaido glikolizės būdu iki pirovynuogių rūgšties ir gamina ATP. Pirovynuogių rūgštį verčia pieno rūgštimi, kuri kaupiasi raumenų skaidulose ir pereina į kraują.
Trumpam intensyviam raumenų darbui pasibaigus kepenys pieno rūgštį po truputį vėl paverčia gliukoze. Tam reikia energijos, kurią kepenys gauna dalį pieno rūgšties visiškai suoksiduodamos kepenų ląstelių mitochondrijose. Kepenų mitochondrijoms reikia to deguonies kiekio, kurio trūko raumenims dirbant. Šis deguonies kiekis vadinamas deguonies skola.
Raumenų skaidulose kaupiantis pieno rūgščiai ir ATP skilimo produktams ir baigiantis glikogeno atsargai raumenys nuvargsta. Manoma, kad nuovargio pojūtis lemia pieno rūgšties koncentracija kraujyje.
intarpas BALTIEJI IR RAUDONIEJI RAUMENYS.
KURTINIAI, ARKLIAI IR KROKODILAI
Daugelis skeleto raumenų yra mišrūs, jie turi dvejopas – ir baltąsias, ir raudonąsias skaidulas. Kai kurie stuburiniai turi diferencijuotų raumenų. Pavyzdžiui, daliai vištinių paukščių būdingi baltieji plasnojamieji raumenys. Šie paukščiai sugeba staigiai energingai pakilti, tačiau nuskrenda netoli. Tokiam staigiam trumpam darbui baltieji raumenys labai tinka, nes jie veikia anaerobinės glikolizės dėka. Baltiesiems raumenims nereikia daug deguonies, todėl jie veikia ir be intensyvaus kvėpavimo.
Baltųjų raumenų skaidulos turi mažai mitochondrijų, tačiau geba itin sparčiai susitraukti. Energijos šaltiniu susitraukiant tarnauja tik anaerobinė glikolizė. Baltieji raumenys yra greitesni ir keliskart stipresni
Anaerobinė glikolizė raumenyje esančią glikogeno atsargą naudoja netaupiai, todėl raumuo tiesiog “plyksteli” trumpais energingais susitraukimais, bet greitai pavargsta ir nebegali energingai veikti. Nors glikolizės produktuose dar slypi aibės energijos, bet ją paimti gali tik deguonį vartojančios mitochondrijos.
Arklių, nesunkiai nubėgančių tolimas distancijas, bėgimo raumenys sudaryti beveik vien iš raudonųjų skaidulų.
Raudonosios raumenų skaidulos susitraukinėja lėčiau. Tačiau jos turi daug mitochondrijų, todėl žymiai taupiau vartoja glikogeną ir gali ilgiau dirbti. Maksimalų raudonųjų raumenų skaidulų galingumą riboja deguonies tiekimas. Todėl raudonuosiuose raumenyse yra daug mioglobino – hemoglobinui giminingo baltymo, kaupiančio raumenyje deguonies atsargą. O mioglobinas irgi raudonas.
Dauguma raumenų yra mišrūs – jie turi ir raudonąsias, ir baltąsias skaidulas. Tokie yra, pvz., varlių raumenys. Baltosios skaidulos veikia šokinėjant, nes jos susitraukia staigiai ir greitai. Todėl varlės didysis šlaunies raumuo turi labai daug baltųjų skaidulų. Tuo tarpu raudonosios skaidulos svarbios palaikant pozą.
Puslapiai: 1 2