Почему при аэробном разложении глюкозы образуется только 6 молекул воды?

Я изучаю аэробный распад глюкозы и кажется, что на каждую молекулу глюкозы мы должны получить 10 ЧАС Икс 2 О молекулы. Однако известно, что мы получаем только 6.

С Икс 6 ЧАС Икс 12 О Икс 6 + 6 О Икс 2 ⟶ 6 С О Икс 2 + 6 ЧАС Икс 2 О

(я не буду останавливаться на всех продуктах и ​​реагентах, а только на важных для образования молекул воды)

Во-первых, при гликолизе на каждую молекулу глюкозы мы получаем две молекулы воды, 2 Н А Д ЧАС Икс + и 2 молекулы пирувата. При окислении двух молекул пирувата получаем 2 Н А Д ЧАС Икс + и 2 молекулы ацетил-Ко-А. Итак, мы дважды проходим цикл Кребса, получая 6 Н А Д ЧАС Икс + а также 2 Ф А Д ЧАС Икс 2 , и требуется 4 молекулы воды.

Итак, когда мы подходим к электрон-транспортной цепи, у нас отрицательный баланс в 2 молекулы воды, и мы имеем 10 Н А Д ЧАС Икс + а также 2 Ф А Д ЧАС Икс 2 . Нам сказали, что от каждой из этих молекул 2 электрона идут в электрон-транспортную цепь, это означает, что всего в систему идет 24 электрона. Проблема возникает здесь:

4 е Икс − + 4 ЧАС Икс + + О Икс 2 знак равно 2 ЧАС Икс 2 О

Итак, учитывая, что у нас есть 24 е − , должно образоваться 12 молекул воды, так что в конце мы получили 10 молекул воды, но мы знаем, что количество образовавшихся молекул воды должно быть 6. Итак, в моем объяснении явно что-то не так. Я был бы очень рад, если бы вы могли сказать мне, что не так.

Ответы (3)

Ваша путаница полностью исходит из этого уравнения:

С Икс 6 ЧАС Икс 12 О Икс 6 + 6 О Икс 2 ⟶ 6 С О Икс 2 + 6 ЧАС Икс 2 О

Эта реакция представляет собой сжигание глюкозы. Не так глюкоза окисляется в клетках! Почему так много учебников и курсов по биологии представляют это уравнение при вводе метаболизма, мне непонятно.

Действительно, ваше отслеживание молекул воды верно: начиная с одной молекулы глюкозы, 2 воды образуются при гликолизе, 4 расходуются в цикле трикарбоновых кислот и 12 образуются при окислении НАДН/QH 2 ( т.е. ФАДН 2 ). Таким образом, всего произведено 10 штук.

Чем это отличается от сжигания глюкозы? Ответ заключается в кислороде, введенном неорганическим фосфатом во время фосфорилирования на уровне субстрата . Рассмотрим сбалансированную чистую реакцию биологического окисления глюкозы (упрощенную за счет игнорирования АТФ, образующегося в результате окислительного фосфорилирования, и замены GDP/GTP АДФ/АТФ ):

С Икс 6 ЧАС Икс 12 О Икс 6 + 6 О Икс 2 + 4 А Д п + 4 п Икс я + 4 ЧАС Икс + ⟶ 6 С О Икс 2 + 4 А Т п + 10 ЧАС Икс 2 О

В частности, рассмотрим образование АТФ из АДФ и P i (HPO 4 2- ). В обеих реакциях фосфорилирования на уровне субстрата (катализируемых GADPH / PGK в гликолизе и сукцинат-КоА-лигазе в цикле трикарбоновых кислот) неорганический фосфат нуклеофильно атакует активированный карбонил (тиоэфир) субстрата и затем переносится на АДФ (с образованием АТФ). :

введите описание изображения здесь

Кислород исходного неорганического фосфата окрашен в красный цвет. Ключевым моментом является то, что атом кислорода из HPO 4 2- переносится на подложку. Позже этот кислород удаляется в виде диоксида углерода посредством окислительного декарбоксилирования во время превращения пирувата в ацетил-КоА и в цикле трикарбоновых кислот. Это происходит четыре раза для каждой молекулы глюкозы, вступающей в гликолиз, и сопровождается восстановлением НАД + до НАДН. Учитывая, что НАДН используется для восстановления молекулярного кислорода в цепи переноса электронов:

Н А Д ЧАС + ЧАС Икс + + 1 2 О Икс 2 ⟶ Н А Д Икс + + ЧАС Икс 2 О

... это объясняет, откуда берутся четыре, по-видимому, лишние молекулы воды при сравнении горения глюкозы с ее биологическим окислением.

Хороший ответ, но я бы не согласился с тем, что простая реакция горения на самом деле очень полезна, даже если она не отражает механизм, который используют клетки. Причина в том, что если вы сбалансируете свою реакцию, включающую фосфорилирование на уровне субстрата, с гидролизом АТФ, который всегда происходит параллельно с синтезом АТФ в клетках, то вы получите в точности простое уравнение горения. И так должно быть всегда. Таким образом, сравнение с простым горением помогает нам убедиться, что мы правильно понимаем биохимию.
@Роланд Спасибо! И хороший момент. Я нахожу, что это часто вызывает много путаницы, но это может быть больше из-за плохого объяснения или понимания.
@ Роланд, я учусь в старшей школе, у меня тоже была такая же путаница, почему так много учебников сравнивают горение с дыханием? при дыхании выделяется 10 H2O, и я ищу ответ, но, похоже, мне не хватает знаний, чтобы понять его, можете ли вы объяснить мне это простыми словами? должен ли я сказать, что остальные 4 молекулы H2O используются где-то еще?
@ArunBhardwaj, это старый пост, но, как я уже упоминал в других комментариях, важно различать (1) H2O, полученный в результате окисления глюкозы, и (2) H2O в результате синтеза АТФ (дыхание). Окисление глюкозы в клетках всегда сопряжено с гидролизом АТФ для получения энергии (например, при сокращении мышц). Реакция гидролиза АТФ: АТФ + Н2О --> АДФ + Н+ + Pi. Таким образом, если вы сбалансируете первое уравнение реакции в этом ответе с 4-кратным гидролизом АТФ, дополнительные 4 АТФ будут компенсированы, и вы вернетесь к основной реакции окисления глюкозы. Так вот где используются дополнительные 4 АТФ.
@ArunBhardwaj, (продолжение) H2O, образующийся при дыхании, сильно отличается. Дыхание — это даже не чистая химическая реакция, это физический процесс — АТФ-синтаза на самом деле больше похожа на турбину! При дыхании количество образующейся при дыхании АТФ не фиксировано, а изменяется в зависимости от условий. Обычно это где-то между 2-3 АТФ на НАДН, но есть исключения: некоторые клетки вообще не производят АТФ, а вместо этого используют всю энергию НАДН для производства тепла. Таким образом, не существует единой точной формулы химической реакции для дыхания.
@ Роланд, я учусь в старшей школе и знаю только различные этапы дыхания, меня смутило, что если реакция горения и дыхание дают одинаковые результаты, то почему у нас образуется 10 ч20 при дыхании, как подсчитал ОП, но похоже, что вы нейтрализуете АТФ, чтобы образовать 6H20 ,,,т.е. если мы рассмотрим идеальные случаи для расчета каждой вещи, мы увидим, что 38 АТФ / 36 АТФ образуются при дыхании, но похоже, что вы гидролизовали 4 АТФ из них только для того, чтобы сделать 6 молекул H2O? поправьте меня, если я устал, и я не знаю, почему вы сказали дополнительные 4 АТФ
Всего существует 38 АТФ, образованных биологическим окислением 1 глюкозы, 4 фосфорилированием на уровне субстрата и 34 окислительным фосфорилированием. Что вы подразумеваете под дополнительным гидролизом 4 АТФ?
@ArunBhardwaj, извините, я хотел сказать «дополнительно 4 H2O» в комментарии выше. Я пытался ответить на ваш вопрос о том, куда идут «остальные 4 молекулы H2O», и ответ заключается в том, что они учитываются, когда образующаяся АТФ гидролизуется (используется для получения энергии). Дыхание — это отдельная проблема, и опять же, нет точного числа того, сколько значений АТФ образуется в результате дыхания (учебное значение 34 — это лишь один из возможных сценариев). Но я думаю, что это слишком много, чтобы обсуждать это в поле для комментариев - нам, вероятно, следует перенести это обсуждение в чат.
как продолжить в чате? и снова я знаю, что нет точного нет. АТФ образуется, но если мы рассмотрим идеальный сценарий, то образуется 38 АТФ, а не 34, похоже, что вы гидролизуете 4 АТФ только для образования 6 молекул воды?

Я думаю, вы неправильно понимаете намерение, предполагаемое в утверждении «6 H2O, полученное в результате гликолиза». Число 6 просто связано с количеством атомов углерода, окисляющихся до СО2 в ТСА..., которые генерируют электрон при каждом окислительном происшествии, в котором 6 электронов затем перемещаются в OXPHOS, требуя 3 О2 для образования 6 Н2О. ... Вкратце: всякий раз, когда они говорят, что 6 H2O производятся «аэробно», они конкретно ссылаются на упрощенный компонент OXPHOS (или просто: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O).

Отметить:

  1. Стехиометрия относительно бесполезна в реальных исследованиях. Не переусердствуйте. Метаболизм невероятно динамичен.

  2. В реальной жизни участие H2O в полном окислении глюкозы намного сложнее: два оборота цикла трикарбоновых кислот генерируют: 4 CO2 из 2 ацетил-КоА, что требует всего 4+ H2O, но имеет только чистую потерю H2O, равную 4. Цитратсинтаза и фумераза потребляют 2 H2O на штуку, чтобы обеспечить производство 4 CO2. Оставшаяся Н2О используется в аконитазе, но в этой реакции не происходит ни потери, ни увеличения Н2О. Пируватдегидрогеназа производит 2 других СО2, образуя в сумме 6 СО2, но на этом этапе не требует H2O. ... Активность OXPHOS: (после 2 циклов TCA) приводит к 48 общим H2O, произведенным между АТФ-синтазой, цитохромоксидазой и енолазой - и, поскольку 4H2O потребляются в TCA, чистое производство H2O на глюкозу фактически составляет 44 H2O.

Не понимаю комментарий о том, что «стеихометрия относительно бесполезна в реальных исследованиях». Я нахожу это невероятно полезным, и мне нравится думать о себе как о настоящем исследователе. По общему признанию, мне никогда не приходилось тщательно балансировать воду, но если вы делаете это правильно, это срабатывает.
Это не отвечает на вопрос. H2O, образующаяся при синтезе АТФ, здесь не имеет значения, поскольку эти молекулы H2O происходят из фосфатных групп и восстанавливаются во время гидролиза АТФ. Кроме того, синтез АТФ стехиометрически не привязан к окислению глюкозы, поскольку хемиосмос является стохастическим процессом, поэтому невозможно даже дать целочисленный коэффициент для H2O, если вы будете использовать АТФ-синтазу.
@VictorChubukov, извините, я хотел сказать «настоящее» не для того, чтобы противопоставить платные и бесплатные исследования, я имел в виду только то, что касается реальных биологических систем в естественных условиях. Что касается стехиометрии, я пытался намекнуть, что в одном и том же месте в одно и то же время может происходить несколько разных реакций, которые приводят к одному и тому же продукту; и попытка свести эту динамику к уравнению на данный момент невозможна; Думаю, мне следует уточнить, что я имел в виду под «стехометрией систем». Уравнение стехиометрии само по себе очень полезно. Ваше здоровье.

На каждом витке цикла трикарбоновых кислот поступают две воды: одна на цитратсинтазу, а другая на фумаразу. Кроме того, я не думаю, что правильно говорить, что вы получаете чистую воду в результате гликолиза (на самом деле, если вы посмотрите на то, что вы написали, кислород не уравновешивается). Я думаю, что вам не хватает того, что вы также получаете АТФ, а вода, которую вы получаете на этапе 2PG-> PEP, действительно является частью чистой реакции ADP + phosphate -> ATP + water.

Чтобы действительно сбалансировать воду, вы должны учитывать все субстраты и побочные продукты окисления глюкозы, включая АТФ/ГТФ.

Большое спасибо. Однако это работает только в том случае, если АТФ, образующийся в АТФ-синтазе, не нуждается в воде для образования. Почему таким способом (с АТФ-синтазой) для образования АТФ не нужна вода, а если любым другим способом, то вода нужна?
Может ли быть так, что для образования АТФ АТФ-синтазой используется PO3 вместо HPO4 + H+?
Каждая реакция фиксации фосфата высвобождает молекулу воды, а каждая реакция гидролиза АТФ использует молекулу воды. Это включает АТФ-синтазу.
Но тогда мы имеем 40 молекул воды, так как в цепи переноса электронов образуется 34 АТФ.
Конечно. Но тогда вы должны написать уравнение как 1 глюкоза + 6 O2 + 34 PO4 + 34 АДФ -> 6 CO2 + 34 АТФ + 40 H2O. Думаю, это уравновешивает.
Должно быть 38, так как 4 АТФ образуются до электрон-транспортной цепи, но это совсем не важно. Проблема в том, что, как вы указали, образуются 6 дополнительных молекул воды (40-34), поэтому эти 6 молекул воды не образуются в результате образования АТФ, по крайней мере, я так понимаю. Мой вопрос в том, откуда взялись эти воды.
Итак, говоря о молекулах воды, которые не имеют ничего общего с образованием АТФ, мы имеем только одно: при гликолизе два фосфоглицерата превращаются в фосфоенолпируват, в результате чего образуется 2 молекулы воды. В цикле ТСА происходит 2 гидрирования, так как это происходит дважды, мы теряем 4 молекулы воды. На данный момент мы только что потеряли 2 молекулы воды. Наконец, в цепи переноса электронов кислород используется как поглотитель электронов, образуя 12 молекул воды. Итак, в конце мы получили 10 молекул воды, а должно быть 6. Что происходит с этими 4 молекулами воды?
Попробуйте записать все уравнение баланса массы, а не только реакции, которые вы считаете важными. Воду сложно отследить, потому что она используется во многих процессах (сбалансировать углерод намного проще). Я думаю, вы обнаружите, что гликолизная вода работает так, как я описал, и ваша другая отсутствующая вода может быть связана с аналогичным явлением, происходящим на стадии сукцинил-коа (фиксация фосфата в GTP).
Почему при аэробном разложении глюкозы образуется только 6 молекул воды?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v