Aerobne reakcije glikolize in usoda glikolitičnih posrednikov



The aerobna glikoliza opredeljena je kot uporaba presežne glukoze, ki se ne obdela z oksidativno fosforilacijo proti tvorbi "fermentacijskih" produktov, tudi v pogojih visoke koncentracije kisika in kljub padcu energetske učinkovitosti.

Pogosto ga najdemo v tkivih z visoko stopnjo proliferacije, katerih poraba glukoze in kisika je visoka. Primeri tega so rakaste tumorske celice, nekatere parazitske celice krvi sesalcev in celo celice nekaterih predelov možganov sesalcev..

Energija, pridobljena s katabolizmom glukoze, se ohrani v obliki ATP in NADH, ki se uporabljata v različnih presnovnih poteh..

Med aerobno glikolizo je piruvat usmerjen proti Krebsovemu ciklu in transportni verigi elektronov, prav tako pa ga obdela tudi fermentacijska pot za regeneracijo NAD + brez dodatne produkcije ATP, ki se konča z nastankom laktata..

Aerobna ali anaerobna glikoliza se pojavlja predvsem v citosolu, razen organizmov, kot so tripanosomatidi, ki imajo specializirane glikolitične organele, znane kot glikozomi..

Glikoliza je ena izmed najbolj znanih presnovnih poti. Gustav Embden in Otto Meyerhof sta v celoti oblikovala trideseta leta 20. stoletja, ko sta proučevala pot v celicah skeletnih mišic. Vendar pa je aerobna glikoliza znana kot Warburgov učinek od leta 1924.

Indeks

  • 1 Reakcije
    • 1.1 Faza energetskih naložb
    • 1.2 Faza obnovitve energije
  • 2 Namembnost glikolitičnih posrednikov
  • 3 Reference

Reakcije

Aerobni katabolizem glukoze se pojavi v desetih korakih, kataliziranih encimsko. Mnogi avtorji menijo, da so ti koraki razdeljeni v fazo energetskih naložb, katere cilj je povečati vsebnost proste energije v posrednikih, druga pa nadomestitev in pridobitev energije v obliki ATP..

Faza energetskih naložb

1-Fosforilacija glukoze v glukozo 6-fosfat, kataliziran s heksokinazo (HK). V tej reakciji je ena molekula ATP, ki deluje kot donor fosfatne skupine, obrnjena za vsako molekulo glukoze. Dobimo glukozo 6-fosfat (G6P) in ADP in reakcija je nepovratna.

Enzim nujno zahteva tvorbo popolnega Mg-ATP2- za njegovo delovanje, zato si zasluži magnezijeve ione..

2-Izomerizacija G6P na fruktozo 6-fosfat (F6P). Ne vključuje porabe energije in je reverzibilna reakcija, ki jo katalizira izomeraza fosfoglukoze (ZGO)..

3-Fosforilacija F6P do fruktoze 1,6-bisfosfata, kataliziranega s fosfofruktokinazo-1 (PFK-1). Kot donor fosfatne skupine se uporablja molekula ATP, produkti reakcije pa F1,6-BP in ADP. Zaradi svoje vrednosti ΔG je ta reakcija nepovratna (tako kot reakcija 1).

4-Katalitska razgradnja F1,6-BP v dihidroksiaceton fosfatu (DHAP), ketoza in gliceraldehid 3-fosfat (GAP), aldoza. Encim aldolaza je odgovoren za to reverzibilno kondenzacijo aldola.

5-Triose fosfat izomeraza (TIM) je odgovorna za medsebojno pretvorbo triose fosfata: DHAP in GAP, brez dodatnega vnosa energije.

Faza obnovitve energije

1-GAP oksidira glicaldehid 3-fosfat dehidrogenaza (GAPDH), ki katalizira prenos fosfatne skupine v GAP in tvori 1,3-bifosfoglicerat. V tej reakciji sta dve molekuli NAD + zmanjšani na molekulo glukoze in uporabljeni sta dve anorganski fosfatni molekuli..

Vsak proizveden NADH prehaja skozi transportno verigo elektronov in s oksidativno fosforilacijo sintetizira 6 molekul ATP.

2-Fosfogliceratna kinaza (PGK) prenese fosforilno skupino iz 1,3-bifosfoglicerata v ADP, pri čemer nastane dve ATP molekuli in dva 3-fosfoglicerata (3PG). Ta proces je znan kot fosforilacija na ravni substrata.

Dve molekuli ATP, porabljene v reakcijah HK in PFK, sta v tem koraku poti zamenjani z PGK.

3-3PG se pretvori v 2PG s fosfogliceratno mutazo (PGM), ki katalizira premestitev fosforilne skupine med ogljikom 3 in 2 glicerata v dveh korakih in reverzibilno. Ta encim zahteva tudi magnezijev ion.

4-A dehidracijska reakcija, ki jo katalizira enolaza, pretvori 2PG v fosfoenolpiruvat (PEP) v reakciji, ki ne zahteva energetske inverzije, toda tvori spojino z večjim energetskim potencialom za prenos fosfatne skupine kasneje.

5-končno, piruvat kinaza (PYK) katalizira prenos fosforilne skupine v PEP v molekulo ADP s sočasno proizvodnjo piruvata. Na molekuli glukoze uporabljamo dve molekuli ADP in nastajata 2 molekuli ATP. PYK uporablja kalijeve in magnezijeve ione.

Tako je skupni energetski donos glikolize 2 molekuli ATP za vsako molekulo glukoze, ki vstopi na pot. V aerobnih pogojih popolna razgradnja glukoze pomeni pridobivanje med 30 in 32 molekul ATP.

Namembnost glikolitičnih posrednikov

Po glikolizi se piruvat podvrže dekarboksilaciji, pri čemer nastane CO2 in se acetilna skupina podari acetil koencimu A, ki se prav tako oksidira v CO2 v Krebsovem ciklu..

Elektroni, sproščeni med to oksidacijo, se prenašajo v kisik preko reakcij mitohondrijske dihalne verige, kar v končni fazi poganja sintezo ATP v tem organelu..

Med aerobno glikolizo se presežek proizvedenega piruvata obdeluje z encimom laktat dehidrogenazo, ki tvori laktat in regenerira del porabljenih NAD + v glikolizi, vendar brez nastanka novih molekul ATP..

Poleg tega se lahko piruvat uporablja v anaboličnih procesih, ki vodijo v tvorbo, na primer, aminokisline alanina, ali pa lahko deluje tudi kot skelet za sintezo maščobnih kislin..

Podobno kot piruvat, končni produkt glikolize, mnogi od interakcij reakcij izpolnjujejo druge funkcije v katabolnih ali anabolnih poteh, pomembnih za celice..

Takšen je primer glukoza 6-fosfata in pentoznega fosfata, kjer dobimo intermediate ribosomov, prisotnih v nukleinskih kislinah..

Reference

  1. Akram, M. (2013). Mini pregled o glikolizi in raku. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
  2. Esen, E., & Long, F. (2014). Aerobna glikoliza v osteoblastih. Curr Osteoporos Rep, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J.R., González-Marcano, E.B., Gualdrón-López, M., & Michels, P.M. (2016). Biogeneza, vzdrževanje in dinamika glikozomov v tripanosomatidnih parazitih. Biochimica et Biophysica Acta - raziskave molekularnih celic, 1863(5), 1038-1048.
  4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aerobna glikoliza: presega proliferacijo. Meje v imunologiji, 6, 1-5.
  5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., in Murata, K. (2005). Hipoteza: strukture, evolucija in prednik glukoznih kinaz v družini heksokinaz. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99(4), 320-330.
  6. Nelson, D.L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Omega izdaje (5. izd.).