Почему глюкоза является нашим основным источником энергии?

ЛэнсЛафонтен

Почему глюкоза является нашим основным источником энергии?

Есть ли какая-либо эволюционная причина того, что глюкоза является «основной» молекулой, используемой в качестве источника энергии, начиная с гликолиза и впоследствии клеточного дыхания (после преобразования в две молекулы пирувата)? Или этот конкретный биохимический путь возник «по счастливой случайности» в самом начале истории жизни?

Мой коллега сказал мне, что это произошло потому, что, как показано ниже, все гидроксильные заместители бета-D-глюкозы расположены экваториально (в правильной конформации стула), что придает ей общую стабильность.

Бета-D-глюкозаИзображение взято из Викисклада .

Могло ли это сыграть роль в зарождении энергетического обмена, и если да, то почему?

Полиномиальный

У меня нет для вас прямого ответа, но вы должны попытаться достать копию Романо А.Х., Конвей Т. (1996). «Эволюция путей метаболизма углеводов» .

шигета

Я подумал, что это отличный вопрос. В частности потому, что он намекает на два вопроса. Во-первых, «почему углеводы используются для хранения энергии» в целом. Второй вопрос: «Почему глюкоза, а не другие углеводы?» особенно.

Метаболизм глюкозы (и хранение гликогена) является основным путем гена, обнаруженным у бактерий архей и эукариот. Так что, вероятно, самое большее, что мы можем с готовностью сказать о первом вопросе, это то, что, как указывает @rwst, этот путь оказался полезным на критическом этапе формирования живых существ на Земле. Если вы посмотрите на пути метаболизма глюкозы, вы можете видеть, что глицератные соединения и пируват являются фактическими промежуточными продуктами, которые используются для создания энергии. Первое, что стоит отметить в этих молекулах, это то, что они имеют хорошую смесь углерода и кислорода, что облегчает извлечение энергии — создание CO2 из этих соединений может даже предшествовать существованию атмосферного кислорода. Таким образом, глюкоза и фруктоза (которые на самом деле образуются из глюкозы в метаболическом пути) сами по себе являются запасными молекулами, которые легко расщепляются на более мелкие молекулы.

Что касается второго вопроса: существует немало способов расположения кислорода вокруг углеводного кольца. почему глюкоза? Преимущества глюкозы, вероятно, тонкие. Структурные свойства гликогена могут быть причиной того, что использование мономера глюкозы так важно для гликогена. Я не могу найти никаких доказательств этого, поэтому всегда возможно, что глюкоза была просто первым углеводом гексозы, который был использован биологически. Однако трудно представить, что структура глюкозы не играет какой-то роли в структуре клетки.

Нико

Можно утверждать, что АТФ используется для хранения энергии, а глюкоза — это просто средство для преобразования этой энергии в АТФ. Семантика, я знаю.

шигета

true - в этом случае мы пытаемся проанализировать вопрос с точки зрения того, что является самым старым/самым первобытным. с точки зрения молекулярной биологии АТФ часто является лучшим ответом.

шигета

Если снова взглянуть на этот вопрос, АТФ на самом деле не хранит энергию — это валюта с высокой энергией, используемая во всей клетке, но она используется и быстро перерабатывается в митохондриях. человеческое тело имеет 250 г АТФ в любой момент времени, но использует свой собственный вес АТФ каждый день: en.wikipedia.org/wiki/Adenosine_triphosphate

Р Стефан

Это всего лишь догадка, но я надеюсь, несколько образованная, поэтому опровергните меня. Становление глюкозы как питательной молекулы в основном связано с наличием углеводов в окружающей среде, т.е. растениями в качестве питания. Однако до появления растений существовали только бактерии, и они использовали глюкозу в качестве одного из многих олигосахаридов. Но более важной, чем глюкоза, является трегалоза, потому что она менее токсична и может накапливаться в клетке в больших количествах. Единственными резервами глюкозы являются гликоген и клеточная стенка бактерий, которые могут катаболизироваться. Так что, по моему мнению, причиной простого существования путей гликолиза/глюконеогенеза является бактериальная клеточная стенка, которая должна синтезироваться и катаболизироваться. Только позднее эти пути были дифференцированы, когда появились наземные растения и животные, их населяющие.

шигета

это интересный аргумент. если бы вы могли каким-то образом продемонстрировать, что растения предпочитают производить глюкозу по какой-то серьезной причине, это действительно подкрепило бы гипотезу...

Р Стефан

Помните, что наземные растения произошли от зеленых водорослей, которые раньше были бактериями. Зеленые водоросли не особо отдавали предпочтение глюкозе, но они вырабатывали крахмал в качестве эффективного резерва, в дополнение к гликогену и трегалозе. Только тогда, когда наземным растениям требовались толстые клеточные стенки и большие структуры, глюкоза должна была производиться в массовом порядке.

Шай Гэтц

Это просто неправда, что все живые организмы или даже большинство организмов имеют какую-то наследственную версию гликолиза.

Различные версии гликолиза и ферментации позже были коэволюционными после мыслей, возникших после дыхания; и почему? Глюкоза была недоступна, когда жизнь только появилась.

На самом деле многие прокариоты используют два гораздо более древних альтернативных пути расщепления глюкозы: пентозофосфатный путь или путь Энтеро-Дуодорова.

Глюконеогенез, вот это другое. Все виды могут производить глюкозу, и большая часть того, что многие учебники определяют путем гликолиза, на самом деле является глюконеогенезом, идущим в обратном направлении.

Проблема в том, что улавливание световой энергии для производства сахарозы и других углеводов — это узкоспециализированный феномен эволюционной точки зрения, который на самом деле не является частью фотофосфорилирования и фотовосстановления у прокариот или даже у цианобактерий.

А как насчет дыхания у прокариот? Большинство не полагаются на запасы глюкозы в качестве прекурсора.

А эукариоты? Есть много точек входа в аэробное дыхание и НЕ ТОЛЬКО гликолиз.

Так почему же глюкозе уделяется так много внимания? Глюкоза является предшественником лигнина, целлюлозы и хитина. Лигноцеллюлоза, также известная как сухое вещество (биомасса) растений, является наиболее доступным сырьем на Земле для перехода на второй трофический уровень.

АлисаД

Добро пожаловать. Можете ли вы добавить источники в свой пост, чтобы другие пользователи могли прочитать ваш ответ?