Aerobne reakcije glikolize i sudbina glikolitičkih posrednika



aerobna glikoliza definira se kao upotreba viška glukoze koja se ne prerađuje oksidativnom fosforilacijom prema stvaranju "fermentativnih" proizvoda, čak iu uvjetima visoke koncentracije kisika i unatoč padu energetske učinkovitosti.

Najčešće se nalazi u tkivima s visokim proliferativnim učestalostima, čija je potrošnja glukoze i kisika visoka. Primjeri toga su tumorske stanice raka, neke parazitske stanice krvi sisavaca, pa čak i stanice nekih područja mozga sisavaca.

Energija izlučena katabolizmom glukoze je konzervirana u obliku ATP i NADH, koji se koriste nizvodno u različitim metaboličkim putovima.

Tijekom aerobne glikolize piruvat je usmjeren prema Krebsovom ciklusu i prijenosnom lancu elektrona, ali se također obrađuje fermentacijskim putem za regeneraciju NAD + bez dodatne proizvodnje ATP-a, koji završava stvaranjem laktata..

Aerobna ili anaerobna glikoliza javlja se uglavnom u citosolu, s izuzetkom organizama kao što su tripanosomatidi, koji posjeduju specijalizirane glikolitičke organele poznate kao glikozomi..

Glikoliza je jedan od najpoznatijih metaboličkih putova. Gustav Embden i Otto Meyerhof formulirali su ga u tridesetim godinama prošlog stoljeća, koji su proučavali put u stanicama skeletnih mišića. Međutim, aerobna glikoliza poznata je kao Warburgov efekt od 1924.

indeks

  • 1 Reakcije
    • 1.1 Faza energetskih ulaganja
    • 1.2 Faza energetske obnove
  • 2 Odredište glikolitičkih posrednika
  • 3 Reference

reakcije

Aerobni katabolizam glukoze pojavljuje se u deset koraka koji su katalizirani enzimski. Mnogi autori smatraju da su ti koraci podijeljeni u fazu energetskog ulaganja, čiji je cilj povećanje sadržaja slobodne energije u posrednicima, a drugo zamjena i energetska dobit u obliku ATP-a..

Faza energetskog ulaganja

1 - Fosforilacija glukoze u glukozu 6-fosfat kataliziran heksokinazom (HK). U ovoj reakciji, jedna molekula ATP-a, koja djeluje kao donor fosfatne skupine, invertira se za svaku molekulu glukoze. Dobiva se glukoza 6-fosfat (G6P) i ADP, a reakcija je nepovratna.

Enzim nužno zahtijeva formiranje potpunog Mg-ATP2- za njegovo funkcioniranje, zbog čega zaslužuje magnezijeve ione.

2-Izomerizacija G6P u fruktozu 6-fosfat (F6P). Ne uključuje potrošnju energije i reverzibilna je reakcija katalizirana izomerazom fosfoglukoze (PGI).

3-Fosforilacija F6P u fruktozu 1,6-bisfosfat katalizirana fosfofruktokinazom-1 (PFK-1). Kao donor fosfatne skupine koristi se ATP molekula, a produkti reakcije su F1.6-BP i ADP. Zahvaljujući svojoj vrijednosti ΔG, ova reakcija je nepovratna (kao reakcija 1).

4-Katalitička razgradnja F1.6-BP u dihidroksiaceton fosfatu (DHAP), ketoza i gliceraldehid 3-fosfat (GAP), aldoza. Enzim aldolaza je odgovoran za ovu reverzibilnu kondenzaciju aldola.

5-Triose fosfat izomeraza (TIM) odgovorna je za interkonverziju triosefosfata: DHAP i GAP, bez dodatnog unosa energije.

Faza energetske obnove

1-GAP se oksidira s gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenazom (GAPDH), koja katalizira prijenos fosfatne skupine u GAP da se dobije 1,3-bifosfoglicerat. U ovoj reakciji, dvije NAD + molekule su reducirane po molekuli glukoze, i koriste se dvije anorganske fosfatne molekule..

Svaka proizvedena NADH prolazi kroz lanac za prijenos elektrona i sintetizira se 6 molekula ATP oksidativnom fosforilacijom.

2-Fosfoglicerat kinaza (PGK) prenosi fosforilnu skupinu iz 1,3-bifosfoglicerata u ADP, formirajući dvije ATP molekule i dvije od 3-fosfoglicerata (3PG). Ovaj proces je poznat kao fosforilacija na razini supstrata.

Dvije molekule ATP-a konzumirane u reakcijama HK-a i PFK-a zamijenjene su PGK-om u ovom koraku rute.

3-3PG se pretvara u 2PG pomoću fosfogliceratne mutaze (PGM), koja katalizira zamjenu fosforilne skupine između ugljika 3 i 2 glicerata u dva koraka i reverzibilno. Ovaj enzim zahtijeva i magnezijev ion.

4-A reakcija dehidracije katalizirane enolazom pretvara 2PG u fosfoenolpiruvat (PEP) u reakciji koja ne zahtijeva inverziju energije, ali koja generira spoj s većim energetskim potencijalom za prijenos fosfatne skupine kasnije.

Konačno, piruvat kinaza (PYK) katalizira prijenos fosforilne skupine u PEP u molekulu ADP, uz istovremenu proizvodnju piruvata. Koriste se dvije molekule ADP-a po molekuli glukoze i nastaju 2 molekule ATP-a. PYK koristi ione kalija i magnezija.

Dakle, ukupni energetski prinos glikolize je 2 molekule ATP za svaku molekulu glukoze koja ulazi u put. U aerobnim uvjetima potpuna razgradnja glukoze podrazumijeva dobivanje između 30 i 32 molekula ATP.

Odredište glikolitičkih posrednika

Nakon glikolize, piruvat se podvrgava dekarboksilaciji, proizvodeći CO2 i donirajući acetilnu skupinu acetil koenzimu A, koji je također oksidiran u CO2 u Krebsovom ciklusu..

Elektroni otpušteni tijekom ove oksidacije prenose se na kisik kroz reakcije mitohondrijskog respiratornog lanca, što u konačnici pokreće sintezu ATP-a u ovom organelu.

Tijekom aerobne glikolize, suvišak proizvedenog piruvata obrađuje enzim laktat dehidrogenaza, koji formira laktat i regenerira dio NAD + konzumiranih koraka u glikolizi, ali bez stvaranja novih molekula ATP-a..

Osim toga, piruvat se može koristiti u anaboličkim procesima koji dovode do stvaranja, primjerice, aminokiseline alanina, ili također može djelovati kao skelet za sintezu masnih kiselina..

Kao i piruvat, konačni produkt glikolize, mnogi od intermedijera reakcije ispunjavaju druge funkcije u kataboličkim ili anaboličkim putovima važnim za stanicu.

Takav je slučaj glukoza 6-fosfata i pentoznog fosfatnog puta, gdje se dobivaju intermedijeri ribosoma prisutnih u nukleinskim kiselinama..

reference

  1. Akram, M. (2013). Mini-pregled o glikolizi i raku. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
  2. Esen, E., & Long, F. (2014). Aerobna glikoliza u osteoblastima. Curr Osteoporos Rep, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J.R., González-Marcano, E.B., Gualdrón-López, M., & Michels, P.M. (2016). Biogeneza, održavanje i dinamika glikozoma u tripanosomatidnim parazitima. Biochimica et Biophysica Acta - istraživanje molekularnih stanica, 1863(5), 1038-1048.
  4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aerobna glikoliza: izvan proliferacije. Granice u imunologiji, 6, 1-5.
  5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., i Murata, K. (2005). Hipoteza: strukture, evolucija i predak glukoznih kinaza u obitelji heksokinaze. Časopis za bioznanost i bioinženjering, 99(4), 320-330.
  6. Nelson, D.L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerova načela biokemije. Omega izdanja (5. izdanje).