Πού συμβαίνει η διαδικασία της γλυκόλυσης; Τι είναι η γλυκόλυση. Αερόβια διάσπαση της γλυκόζης

Η γλυκόλυση (από το ελληνικό γλυκό - γλυκό και λύση - διάλυση, αποσύνθεση) είναι μια σύνθετη ενζυματική διαδικασία μετατροπής της γλυκόζης που συμβαίνει σε ανθρώπινους και ζωικούς ιστούς χωρίς κατανάλωση οξυγόνου. Το τελικό προϊόν της γλυκόλυσης είναι το γαλακτικό οξύ. Η διαδικασία της γλυκόλυσης παράγει επίσης ATP. Η συνολική εξίσωση της γλυκόλυσης μπορεί να απεικονιστεί ως εξής:

Υπό αναερόβιες συνθήκες, η γλυκόλυση είναι η μόνη διαδικασία στο σώμα του ζώου που παρέχει ενέργεια. Χάρη στη διαδικασία της γλυκόλυσης, το σώμα του ανθρώπου και του ζώου μπορεί να εκτελέσει μια σειρά από φυσιολογικές λειτουργίες για ορισμένο χρονικό διάστημα σε συνθήκες ανεπάρκειας οξυγόνου. Στις περιπτώσεις που η γλυκόλυση γίνεται παρουσία οξυγόνου, μιλάμε για αερόβια γλυκόλυση. ( Υπό αερόβιες συνθήκες, η γλυκόλυση μπορεί να θεωρηθεί το πρώτο στάδιο της οξείδωσης της γλυκόζης στα τελικά προϊόντα αυτής της διαδικασίας - διοξείδιο του άνθρακα και νερό.)

Ο όρος «γλυκόλυση» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Lepine το 1890 για να προσδιορίσει τη διαδικασία απώλειας γλυκόζης στο αίμα που αφαιρείται από το κυκλοφορικό σύστημα, δηλαδή in vitro.

Σε έναν αριθμό μικροοργανισμών, διαδικασίες παρόμοιες με τη γλυκόλυση είναι διάφοροι τύποι ζύμωσης.

Η αλληλουχία των γλυκολυτικών αντιδράσεων, καθώς και τα ενδιάμεσα προϊόντα τους, είναι καλά μελετημένη. Η διαδικασία της γλυκόλυσης καταλύεται από έντεκα ένζυμα, τα περισσότερα από τα οποία είναι απομονωμένα σε ομοιογενή, κρυσταλλική ή εξαιρετικά καθαρή μορφή και των οποίων οι ιδιότητες έχουν μελετηθεί επαρκώς. Σημειώστε ότι η γλυκόλυση συμβαίνει στο υαλόπλασμα του κυττάρου. Στον πίνακα Το Σχήμα 27 δείχνει δεδομένα για τον ρυθμό αναερόβιας γλυκόλυσης σε διάφορους ιστούς του αρουραίου.

Η πρώτη ενζυματική αντίδραση της γλυκόλυσης είναι η φωσφορυλίωση, δηλαδή η μεταφορά ενός ορθοφωσφορικού υπολείμματος στη γλυκόζη σε βάρος του ΑΤΡ. Η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο εξοκινάση:

Ο σχηματισμός της 6-φωσφορικής γλυκόζης στην αντίδραση της εξοκινάσης σχετίζεται με την απελευθέρωση σημαντικής ποσότητας ελεύθερης ενέργειας του συστήματος και μπορεί να θεωρηθεί μια πρακτικά μη αναστρέψιμη διαδικασία.

Το ένζυμο εξοκινάση είναι ικανό να καταλύει τη φωσφορυλίωση όχι μόνο της D-γλυκόζης, αλλά και άλλων εξόζες, ιδιαίτερα της D-φρουκτόζης, της D-μαννόζης κ.λπ.

Η δεύτερη αντίδραση γλυκόλυσης είναι η μετατροπή της 6-φωσφορικής γλυκόζης υπό τη δράση του ενζύμου ισομεράση της φωσφορικής εξόζης σε 6-φωσφορική φρουκτόζη:

Αυτή η αντίδραση προχωρά εύκολα και προς τις δύο κατευθύνσεις και δεν απαιτεί την παρουσία συμπαράγοντων.

Στην τρίτη αντίδραση, η προκύπτουσα 6-φωσφορική φρουκτόζη και πάλι φωσφορυλιώνεται από ένα δεύτερο μόριο ΑΤΡ. Η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο φωσφοφρουκτοκινάση:

Αυτή η αντίδραση, παρόμοια με την εξοκινάση, είναι πρακτικά μη αναστρέψιμη, εμφανίζεται παρουσία ιόντων μαγνησίου και είναι η πιο αργή αντίδραση γλυκόλυσης. Στην πραγματικότητα, αυτή η αντίδραση καθορίζει το ρυθμό της γλυκόλυσης στο σύνολό της.

Η φωσφοφρουκτοκινάση είναι ένα αλλοστερικό ένζυμο. Αναστέλλεται από το ATP και διεγείρεται από το ADP και το AMP. ( Η δράση της φωσφοφρουκτοκινάσης αναστέλλεται επίσης από το κιτρικό. Έχει αποδειχθεί ότι στον διαβήτη, τη νηστεία και κάποιες άλλες καταστάσεις, όταν τα λίπη χρησιμοποιούνται εντατικά ως πηγή ενέργειας, η περιεκτικότητα σε κιτρικά στα κύτταρα των ιστών μπορεί να αυξηθεί αρκετές φορές. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, εμφανίζεται μια απότομη αναστολή της δράσης της φωσφοφρουκτοκινάσης από το κιτρικό.). Σε σημαντικές τιμές της αναλογίας ATP/ADP (η οποία επιτυγχάνεται στη διαδικασία της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης), η δραστηριότητα της φωσφοφρουκτοκινάσης αναστέλλεται και η γλυκόλυση επιβραδύνεται. Αντίθετα, όταν αυτός ο συντελεστής μειώνεται, αυξάνεται η ένταση της γλυκόλυσης. Έτσι, σε μη εργαζόμενους μύες, η δραστηριότητα της φωσφοφρουκτοκινάσης είναι χαμηλή και η συγκέντρωση του ATP είναι σχετικά υψηλή. Κατά τη διάρκεια της μυϊκής εργασίας, εμφανίζεται εντατική κατανάλωση ATP και αυξάνεται η δραστηριότητα της φωσφοφρουκτοκινάσης, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της διαδικασίας της γλυκόλυσης.

Η τέταρτη αντίδραση γλυκόλυσης καταλύεται από το ένζυμο αλδολάση. Υπό την επίδραση αυτού του ενζύμου, η φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική χωρίζεται σε δύο φωσφοτριόζες:

Αυτή η αντίδραση είναι αναστρέψιμη. Ανάλογα με τη θερμοκρασία, η ισορροπία επιτυγχάνεται σε διαφορετικά επίπεδα. Γενικά, με την αύξηση της θερμοκρασίας, η αντίδραση μετατοπίζεται προς μεγαλύτερο σχηματισμό φωσφορικών τριόζης (φωσφορική διοξυακετόνη και 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη).

Η πέμπτη αντίδραση είναι η αντίδραση ισομερισμού φωσφορικών τριόζης. Αυτή η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο τριοσοφωσφορική ισομεράση:

Η ισορροπία αυτής της αντίδρασης ισομεράσης μετατοπίζεται προς τη φωσφορική διυδροξυακετόνη: 95% φωσφορική διυδροξυακετόνη και περίπου 5% 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη. Ωστόσο, μόνο μία από τις δύο φωσφορικές τριόζης που σχηματίζονται, δηλαδή η 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη, μπορεί να εμπλέκεται άμεσα σε επακόλουθες γλυκολυτικές αντιδράσεις. Ως αποτέλεσμα, καθώς καταναλώνεται η μορφή αλδεΰδης της φωσφοτριόζης, η φωσφορική διυδροξυακετόνη μετατρέπεται σε 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη.

Ο σχηματισμός της 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης ολοκληρώνει το πρώτο στάδιο της γλυκόλυσης. Το δεύτερο στάδιο είναι το πιο περίπλοκο και σημαντικό μέρος της γλυκόλυσης. Περιλαμβάνει μια αντίδραση οξειδοαναγωγής (γλυκολυτική οξειδωτική αναγωγή) σε συνδυασμό με φωσφορυλίωση υποστρώματος, κατά την οποία σχηματίζεται ATP.

Στην έκτη αντίδραση, η 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη παρουσία του ενζύμου αφυδρογονάση φωσφορική γλυκεραλδεΰδη ( Αφυδρογονάση 3-φωσφογλυκεραλδεΰδης), το συνένζυμο NAD και το ανόργανο φωσφορικό υφίστανται μια ιδιόμορφη οξείδωση με το σχηματισμό του 1,3-διφωσφογλυκερικού οξέος και την ανηγμένη μορφή του NAD (NADH 2). Αυτή η αντίδραση μπλοκάρεται από ιώδιο ή βρωμοοξικό και προχωρά σε διάφορα στάδια. Συνολικά, αυτή η αντίδραση μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

Το 1,3-διφωσφογλυκερικό οξύ είναι μια ένωση υψηλής ενέργειας. Ο μηχανισμός δράσης της αφυδρογονάσης γλυκεραλδεΰδης-φωσφορικής είναι ο εξής: παρουσία ανόργανου φωσφορικού, το NAD δρα ως δέκτης υδρογόνου, το οποίο διασπάται από τη 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη. Κατά τον σχηματισμό του NADH 2, η 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη συνδέεται με το μόριο του ενζύμου λόγω των ομάδων SH του τελευταίου. Ο δεσμός που προκύπτει είναι πλούσιος σε ενέργεια, αλλά είναι εύθραυστος και διασπάται υπό την επίδραση ανόργανων φωσφορικών αλάτων. Αυτό παράγει 1,3-διφωσφογλυκερικό οξύ.

Η έβδομη αντίδραση, η οποία καταλύεται από τη φωσφογλυκερική κινάση, μεταφέρει ένα πλούσιο σε ενέργεια φωσφορικό τμήμα (την ομάδα φωσφορικών στη θέση 1) στο ADP για να σχηματίσει ATP και 3-φωσφογλυκερικό οξύ (3-φωσφογλυκερικό):

Έτσι, λόγω της δράσης δύο ενζύμων (γλυκεραλδεΰδη φωσφορική αφυδρογονάση και φωσφογλυκερική κινάση), η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την οξείδωση της ομάδας αλδεΰδης της 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης στην καρβοξυλική ομάδα αποθηκεύεται με τη μορφή ενέργειας ATP.

Στην όγδοη αντίδραση, λαμβάνει χώρα ενδομοριακή μεταφορά της υπόλοιπης φωσφορικής ομάδας και το 3-φωσφογλυκερικό οξύ μετατρέπεται σε 2-φωσφογλυκερικό οξύ (2-φωσφογλυκερικό).

Η αντίδραση είναι εύκολα αναστρέψιμη και λαμβάνει χώρα παρουσία ιόντων Mg 2+. Ο συμπαράγοντας του ενζύμου είναι επίσης το 2,3-διφωσφογλυκερικό οξύ, παρόμοιο με τον τρόπο με τον οποίο στην αντίδραση φωσφογλυκομουτάσης ο ρόλος του συμπαράγοντα εκτελέστηκε από τη γλυκόζη-1,6-διφωσφορική:

Στην ένατη αντίδραση, το 2-φωσφογλυκερικό οξύ, ως αποτέλεσμα της απομάκρυνσης ενός μορίου νερού, μετατρέπεται σε φωσφοενολοπυρουβικό οξύ (φωσφοενολοπυροσταφυλικό). Σε αυτή την περίπτωση, ο φωσφορικός δεσμός στη θέση 2 γίνεται πολύ ενεργητικός. Η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο ενολάση:

Η ενολάση ενεργοποιείται από δισθενή κατιόντα Mg 2+ ή Mn 2+ και αναστέλλεται από το φθόριο.

Στη δέκατη αντίδραση, ο δεσμός υψηλής ενέργειας σπάει και το φωσφορικό υπόλειμμα μεταφέρεται από το φωσφοενολοπυρουβικό οξύ στο ADP. Αυτή η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο πυροσταφυλική κινάση:

Η δράση της πυροσταφυλικής κινάσης απαιτεί Mg 2+ ή Mn 2+, καθώς και μονοσθενή κατιόντα αλκαλιμετάλλων (K + ή άλλα). Μέσα στο κύτταρο, η αντίδραση είναι πρακτικά μη αναστρέψιμη.

Στην ενδέκατη αντίδραση, το γαλακτικό οξύ σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αναγωγής του πυροσταφυλικού οξέος. Η αντίδραση λαμβάνει χώρα με τη συμμετοχή του ενζύμου γαλακτική αφυδρογονάση και του συνενζύμου NADH 2+:

Γενικά, η αλληλουχία των αντιδράσεων που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης μπορεί να παρουσιαστεί ως εξής (Εικ. 84).

Η αντίδραση αναγωγής πυροσταφυλικού ολοκληρώνει τον εσωτερικό κύκλο οξειδοαναγωγής της γλυκόλυσης. Σε αυτήν την περίπτωση, το NAD εδώ παίζει μόνο το ρόλο ενός ενδιάμεσου φορέα υδρογόνου από 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη (έκτη αντίδραση) έως πυροσταφυλικό οξύ (ενδέκατη αντίδραση). Η αντίδραση της γλυκολυτικής οξειδωτικής αναγωγής απεικονίζεται σχηματικά παρακάτω και υποδεικνύονται επίσης τα στάδια στα οποία σχηματίζεται το ATP (Εικ. 85).

Η βιολογική σημασία της διαδικασίας γλυκόλυσης έγκειται κυρίως στον σχηματισμό ενώσεων φωσφόρου πλούσιων σε ενέργεια. Το πρώτο στάδιο της γλυκόλυσης καταναλώνει δύο μόρια ATP (αντιδράσεις εξοκινάσης και φωσφοφρουκτοκινάσης). Στο δεύτερο στάδιο σχηματίζονται τέσσερα μόρια ATP (αντιδράσεις φωσφογλυκερικής κινάσης και πυροσταφυλικής κινάσης).

Έτσι, η ενεργειακή απόδοση της γλυκόλυσης είναι δύο μόρια ATP ανά μόριο γλυκόζης.

Είναι γνωστό ότι η αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια κατά τη διάσπαση της γλυκόζης σε δύο μόρια γαλακτικού οξέος είναι περίπου 210 kJ/mol:

Από αυτή την ποσότητα ενέργειας, περίπου 126 kJ διαχέονται ως θερμότητα και 84 kJ αποθηκεύονται με τη μορφή πλούσιων σε ενέργεια φωσφορικών δεσμών ATP. Ο τελικός δεσμός υψηλής ενέργειας στο μόριο ATP αντιστοιχεί περίπου σε 33,6-42,0 kJ/mol. Έτσι, η απόδοση της αναερόβιας γλυκόλυσης είναι περίπου 0,4.

Το μέγεθος των αλλαγών της ελεύθερης ενέργειας έχει προσδιοριστεί με ακρίβεια για μεμονωμένες γλυκολυτικές αντιδράσεις σε άθικτα ανθρώπινα ερυθροκύτταρα. Έχει διαπιστωθεί ότι οκτώ αντιδράσεις γλυκόλυσης είναι κοντά στην ισορροπία και τρεις αντιδράσεις (εξοκινάση, φωσφοφρουκτοκινάση, πυροσταφυλική κινάση) απέχουν πολύ από αυτήν, καθώς συνοδεύονται από σημαντική μείωση της ελεύθερης ενέργειας, δηλαδή είναι πρακτικά μη αναστρέψιμες.

Όπως έχει ήδη σημειωθεί, η κύρια αντίδραση περιορισμού του ρυθμού στη γλυκόλυση είναι η αντίδραση που καταλύεται από τη φωσφοφρουκτοκινάση. Το δεύτερο στάδιο, που περιορίζει τον ρυθμό και ρυθμίζει τη γλυκόλυση, είναι η αντίδραση της εξοκινάσης. Επιπλέον, η γλυκόλυση ελέγχεται επίσης από τη γαλακτική αφυδρογονάση (LDH) και τα ισοένζυμα της. Σε ιστούς με αερόβιο μεταβολισμό (ιστός καρδιάς, νεφρών κ.λπ.) κυριαρχούν τα ισοένζυμα LDH 1 και LDH 2. Αυτά τα ισοένζυμα αναστέλλονται ακόμη και από μικρές συγκεντρώσεις πυροσταφυλικού οξέος, το οποίο εμποδίζει το σχηματισμό γαλακτικού οξέος και προάγει την πληρέστερη οξείδωση του πυροσταφυλικού (ακριβέστερα ακετυλο-CoA) στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος.

Στους ανθρώπινους ιστούς που βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην ενέργεια που παράγεται κατά τη γλυκόλυση (π.χ. σκελετικοί μύες), τα κύρια ισοένζυμα είναι τα LDH 5 και LDH 4 . Η δραστικότητα της LDH 5 είναι μέγιστη σε εκείνες τις συγκεντρώσεις πυροσταφυλικού που αναστέλλουν την LDH 1. Η επικράτηση των ισοενζύμων LDH 4 και LDH 5 προκαλεί έντονη αναερόβια γλυκόλυση με την ταχεία μετατροπή του πυροσταφυλικού σε γαλακτικό οξύ.

Ένταξη άλλων υδατανθράκων στη διαδικασία της γλυκόλυσης

Εφέ Παστέρ

Η μείωση του ρυθμού κατανάλωσης γλυκόζης και η διακοπή της συσσώρευσης γαλακτικού με την παρουσία οξυγόνου ονομάζεται φαινόμενο Παστέρ. Το φαινόμενο αυτό παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τον L. Pasteur κατά τις γνωστές μελέτες του σχετικά με το ρόλο της ζύμωσης στην παραγωγή κρασιού. Αργότερα αποδείχθηκε ότι το φαινόμενο Παστέρ παρατηρείται επίσης σε ζωικούς και φυτικούς ιστούς, όπου το O 2 αναστέλλει την αναερόβια γλυκόλυση. Η σημασία του φαινομένου Παστέρ, δηλαδή της μετάβασης παρουσία Ο2 από την αναερόβια γλυκόλυση ή ζύμωση στην αναπνοή, είναι να αλλάξει το κύτταρο σε έναν πιο οικονομικό τρόπο λήψης ενέργειας. Ως αποτέλεσμα, ο ρυθμός κατανάλωσης ενός υποστρώματος, όπως η γλυκόζη, παρουσία Ο 2 μειώνεται. Ο μοριακός μηχανισμός του φαινομένου Παστέρ φαίνεται να είναι ο ανταγωνισμός μεταξύ του αναπνευστικού και του γλυκολυτικού συστήματος (ζύμωσης) για τη διφωσφορική αδενοσίνη (ADP), η οποία χρησιμοποιείται για το σχηματισμό τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Όπως ήδη γνωρίζουμε, υπό αερόβιες συνθήκες, το Pn και το ADP απομακρύνονται πολύ πιο αποτελεσματικά από ότι υπό αναερόβιες συνθήκες, παράγεται ATP και αφαιρείται το μειωμένο NAD (NADH 2). Με άλλα λόγια, μείωση της ποσότητας Pn και ADP παρουσία οξυγόνου και αντίστοιχη αύξηση της ποσότητας ΑΤΡ οδηγούν στην καταστολή της αναερόβιας γλυκόλυσης.

Γλυκογονόλυση

Η διαδικασία της αναερόβιας διάσπασης του γλυκογόνου ονομάζεται γλυκογονόλυση. Η συμμετοχή των μονάδων D-γλυκόζης του γλυκογόνου στη διαδικασία της γλυκόλυσης συμβαίνει με τη συμμετοχή τριών ενζύμων - γλυκογόνο φωσφορυλάση (ή φωσφορυλάση «α»), αμυλο-1,6-γλυκοσιδάση και φωσφογλυκομουτάση.

Η γλυκόζη-6-φωσφορική που σχηματίζεται κατά την αντίδραση της φωσφογλυκομουτάσης μπορεί να συμπεριληφθεί στη διαδικασία της γλυκόλυσης. Μετά τον σχηματισμό της 6-φωσφορικής γλυκόζης, οι περαιτέρω οδοί γλυκόλυσης και γλυκογονόλυσης είναι εντελώς πανομοιότυπες:

Κατά τη διαδικασία της γλυκογονόλυσης, όχι δύο, αλλά τρία μόρια ATP συσσωρεύονται με τη μορφή ενώσεων υψηλής ενέργειας (το ATP δεν σπαταλάται για το σχηματισμό 6-φωσφορικής γλυκόζης). Με την πρώτη ματιά, η ενεργειακή απόδοση της γλυκογονόλυσης μπορεί να θεωρηθεί κάπως υψηλότερη σε σύγκριση με τη διαδικασία της γλυκόλυσης. Ωστόσο, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι κατά τη διαδικασία σύνθεσης γλυκογόνου στους ιστούς, το ATP καταναλώνεται, επομένως, από άποψη ενέργειας, η γλυκογονόλυση και η γλυκόλυση είναι σχεδόν ισοδύναμες.

γενική αναθεώρηση

Η γλυκολυτική οδός αποτελείται από 10 διαδοχικές αντιδράσεις, καθεμία από τις οποίες καταλύεται από ένα ξεχωριστό ένζυμο.

Η διαδικασία της γλυκόλυσης μπορεί να χωριστεί σε δύο στάδια. Το πρώτο στάδιο, το οποίο συμβαίνει με την κατανάλωση ενέργειας 2 μορίων ATP, αποτελείται από τη διάσπαση ενός μορίου γλυκόζης σε 2 μόρια 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης. Στο δεύτερο στάδιο, λαμβάνει χώρα οξείδωση της 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης που εξαρτάται από το NAD, συνοδευόμενη από τη σύνθεση του ATP. Η ίδια η γλυκόλυση είναι μια εντελώς αναερόβια διαδικασία, δηλαδή δεν απαιτεί την παρουσία οξυγόνου για να συμβούν αντιδράσεις.

Η γλυκόλυση είναι μια από τις παλαιότερες μεταβολικές διεργασίες, γνωστή σε όλους σχεδόν τους ζωντανούς οργανισμούς. Πιθανώς, η γλυκόλυση εμφανίστηκε πριν από περισσότερα από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια σε αρχέγονους προκαρυώτες.

Εντοπισμός

Στα κύτταρα των ευκαρυωτικών οργανισμών, δέκα ένζυμα που καταλύουν τη διάσπαση της γλυκόζης σε PVC βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα, όλα τα άλλα ένζυμα που σχετίζονται με τον ενεργειακό μεταβολισμό βρίσκονται στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες. Η γλυκόζη εισέρχεται στο κύτταρο με δύο τρόπους: εξαρτώμενη από το νάτριο σύμπτωμα (κυρίως για τα εντεροκύτταρα και το νεφρικό σωληναριακό επιθήλιο) και τη διευκόλυνση της διάχυσης της γλυκόζης χρησιμοποιώντας πρωτεΐνες-φορείς. Το έργο αυτών των μεταφορικών πρωτεϊνών ελέγχεται από ορμόνες και, κυρίως, από την ινσουλίνη. Η ινσουλίνη διεγείρει πιο έντονα τη μεταφορά γλυκόζης στους μύες και τον λιπώδη ιστό.

Αποτέλεσμα

Το αποτέλεσμα της γλυκόλυσης είναι η μετατροπή ενός μορίου γλυκόζης σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος (PVA) και ο σχηματισμός δύο αναγωγικών ισοδυνάμων με τη μορφή του συνενζύμου NAD∙H.

Η πλήρης εξίσωση για τη γλυκόλυση είναι:

Γλυκόζη + 2NAD + + 2ADP + 2P n = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H 2 O + 2H + .

Σε περίπτωση απουσίας ή ανεπάρκειας οξυγόνου στο κύτταρο, το πυροσταφυλικό οξύ υφίσταται αναγωγή σε γαλακτικό οξύ, τότε η γενική εξίσωση της γλυκόλυσης θα είναι η εξής:

Γλυκόζη + 2ADP + 2P n = 2γαλακτικό + 2ATP + 2H 2 O.

Έτσι, κατά την αναερόβια διάσπαση ενός μορίου γλυκόζης, η συνολική καθαρή απόδοση του ΑΤΡ είναι δύο μόρια που λαμβάνονται σε αντιδράσεις φωσφορυλίωσης υποστρώματος του ADP.

Στους αερόβιους οργανισμούς, τα τελικά προϊόντα της γλυκόλυσης υφίστανται περαιτέρω μετασχηματισμούς σε βιοχημικούς κύκλους που σχετίζονται με την κυτταρική αναπνοή. Ως αποτέλεσμα, μετά την πλήρη οξείδωση όλων των μεταβολιτών ενός μορίου γλυκόζης στο τελευταίο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής - οξειδωτική φωσφορυλίωση, που συμβαίνει στη μιτοχονδριακή αναπνευστική αλυσίδα παρουσία οξυγόνου - συντίθενται επιπλέον 34 ή 36 μόρια ATP για κάθε γλυκόζη μόριο.

Μονοπάτι

Πρώτη αντίδρασηη γλυκόλυση είναι φωσφορυλίωσημόρια γλυκόζης, η οποία εμφανίζεται με τη συμμετοχή του ειδικού για τον ιστό ενζύμου εξοκινάση με την κατανάλωση ενέργειας 1 μορίου ATP. σχηματίζεται ενεργή μορφή γλυκόζης - 6-φωσφορική γλυκόζη (G-6-F):

Για να συμβεί η αντίδραση, είναι απαραίτητη η παρουσία ιόντων Mg 2+ στο μέσο, με τα οποία το μόριο ΑΤΡ συνδέεται πολύπλοκα. Αυτή η αντίδραση είναι μη αναστρέψιμη και είναι η πρώτη βασική αντίδραση της γλυκόλυσης.

Η φωσφορυλίωση της γλυκόζης έχει δύο σκοπούς: πρώτον, λόγω του γεγονότος ότι η πλασματική μεμβράνη, διαπερατή στο ουδέτερο μόριο γλυκόζης, δεν επιτρέπει στα αρνητικά φορτισμένα μόρια G-6-P να περάσουν, η φωσφορυλιωμένη γλυκόζη κλειδώνεται μέσα στο κύτταρο. Δεύτερον, κατά τη φωσφορυλίωση, η γλυκόζη μετατρέπεται σε μια ενεργή μορφή που μπορεί να συμμετάσχει σε βιοχημικές αντιδράσεις και να συμπεριληφθεί στους μεταβολικούς κύκλους.

Το ηπατικό ισοένζυμο της εξοκινάσης, η γλυκοκινάση, είναι σημαντικό για τη ρύθμιση των επιπέδων γλυκόζης στο αίμα.

Στην επόμενη αντίδραση ( 2 ) από το ένζυμο φωσφογλυκοϊσομεράση G-6-P μετατρέπεται σε 6-φωσφορική φρουκτόζη (F-6-F):

Δεν απαιτείται ενέργεια για αυτή την αντίδραση και η αντίδραση είναι εντελώς αναστρέψιμη. Σε αυτό το στάδιο, η φρουκτόζη μπορεί επίσης να συμπεριληφθεί στη διαδικασία γλυκόλυσης μέσω φωσφορυλίωσης.

Στη συνέχεια, δύο αντιδράσεις ακολουθούν σχεδόν αμέσως η μία μετά την άλλη: μη αναστρέψιμη φωσφορυλίωση της 6-φωσφορικής φρουκτόζης ( 3 ) και αναστρέψιμη διάσπαση αλδόλης του προκύπτοντος 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη (F-1,6-bF) σε δύο τριόσες ( 4 ).

Η φωσφορυλίωση του P-6-P πραγματοποιείται από τη φωσφοφρουκτοκινάση με τη δαπάνη ενέργειας ενός άλλου μορίου ΑΤΡ. αυτό είναι το δεύτερο βασική αντίδρασηγλυκόλυση, η ρύθμισή της καθορίζει την ένταση της γλυκόλυσης στο σύνολό της.

Αλντόλ διάσπαση F-1,6-bFεμφανίζεται υπό τη δράση της φρουκτόζης-1,6-διφωσφορικής αλδολάσης:

Ως αποτέλεσμα της τέταρτης αντίδρασης, φωσφορική διυδροξυακετόνηΚαι 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη, και το πρώτο βρίσκεται σχεδόν αμέσως υπό την επιρροή ισομεράση φωσφοτριόζηςπάει στο δεύτερο ( 5 ), η οποία συμμετέχει σε περαιτέρω μετασχηματισμούς:

Κάθε μόριο φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης οξειδώνεται με NAD+ παρουσία αφυδρογονάση φωσφορικής γλυκεραλδεΰδηςπριν 1,3-διφωσφογλυκερικό (6 ):

Επόμενο με 1,3-διφωσφογλυκερικόπου περιέχει έναν δεσμό υψηλής ενέργειας στη θέση 1, το ένζυμο φωσφογλυκερική κινάση μεταφέρει ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος στο μόριο ADP (αντίδραση 7 ) - σχηματίζεται ένα μόριο ATP:

Αυτή είναι η πρώτη αντίδραση φωσφορυλίωσης του υποστρώματος. Από αυτή τη στιγμή, η διαδικασία διάσπασης της γλυκόζης παύει να είναι ασύμφορη από πλευράς ενέργειας, αφού το ενεργειακό κόστος του πρώτου σταδίου αντισταθμίζεται: συντίθενται 2 μόρια ATP (ένα για κάθε 1,3-διφωσφογλυκερικό) αντί για τα δύο που δαπανώνται σε τις αντιδράσεις 1 Και 3 . Για να συμβεί αυτή η αντίδραση απαιτείται η παρουσία ADP στο κυτταρόπλασμα, δηλαδή όταν υπάρχει περίσσεια ATP στο κύτταρο (και έλλειψη ADP), η ταχύτητά του μειώνεται. Δεδομένου ότι το ATP, το οποίο δεν μεταβολίζεται, δεν εναποτίθεται στο κύτταρο αλλά απλώς καταστρέφεται, αυτή η αντίδραση είναι ένας σημαντικός ρυθμιστής της γλυκόλυσης.

Στη συνέχεια διαδοχικά: σχηματίζεται μουτάση φωσφογλυκερόλης 2-φωσφογλυκερικό (8 ):

Η ενολάση σχηματίζει φωσφοενολοπυρουβικό (9 ):

Τέλος, η δεύτερη αντίδραση της φωσφορυλίωσης του υποστρώματος της ADP συμβαίνει με το σχηματισμό της μορφής ενόλης του πυροσταφυλικού και του ΑΤΡ ( 10 ):

Η αντίδραση λαμβάνει χώρα υπό τη δράση της πυροσταφυλικής κινάσης. Αυτή είναι η τελευταία βασική αντίδραση της γλυκόλυσης. Ο ισομερισμός της μορφής ενόλης του πυροσταφυλικού σε πυροσταφυλικό λαμβάνει χώρα μη ενζυματικά.

Από το σχηματισμό του F-1,6-bFΣυμβαίνουν μόνο αντιδράσεις που απελευθερώνουν ενέργεια 7 Και 10 , στο οποίο λαμβάνει χώρα φωσφορυλίωση του υποστρώματος της ADP.

Περαιτέρω ανάπτυξη

Η τελική μοίρα του πυροσταφυλικού και του NAD∙H που παράγονται κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης εξαρτάται από τον οργανισμό και τις συνθήκες μέσα στο κύτταρο, ιδιαίτερα την παρουσία ή την απουσία οξυγόνου ή άλλων δεκτών ηλεκτρονίων.

Σε αναερόβιους οργανισμούς, το πυροσταφυλικό και το NAD∙H ζυμώνονται περαιτέρω. Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος, για παράδειγμα στα βακτήρια, το πυροσταφυλικό ανάγεται σε γαλακτικό οξύ από το ένζυμο γαλακτική αφυδρογονάση. Στη μαγιά, παρόμοια διαδικασία είναι η αλκοολική ζύμωση, όπου τα τελικά προϊόντα είναι η αιθανόλη και το διοξείδιο του άνθρακα. Η ζύμωση βουτυρικού οξέος και κιτρικού οξέος είναι επίσης γνωστή.

Ζύμωση βουτυρικού οξέος:

Γλυκόζη → βουτυρικό οξύ + 2 CO 2 + 2 H 2 O.

Αλκοολική ζύμωση:

Γλυκόζη → 2 αιθανόλη + 2 CO 2 .

Ζύμωση κιτρικού οξέος:

Γλυκόζη → κιτρικό οξύ + 2 H 2 O.

Η ζύμωση είναι σημαντική στη βιομηχανία τροφίμων.

Στα αερόβια, το πυροσταφυλικό συνήθως εισέρχεται στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος (κύκλος Krebs) και το NAD∙H οξειδώνεται τελικά από το οξυγόνο στην αναπνευστική αλυσίδα στα μιτοχόνδρια κατά τη διαδικασία της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης.

Αν και ο ανθρώπινος μεταβολισμός είναι κυρίως αερόβιος, η αναερόβια οξείδωση λαμβάνει χώρα σε εντατικά εργαζόμενους σκελετικούς μύες. Υπό συνθήκες περιορισμένης πρόσβασης στο οξυγόνο, το πυροσταφυλικό μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ, όπως συμβαίνει κατά τη ζύμωση του γαλακτικού οξέος σε πολλούς μικροοργανισμούς:

PVK + NAD∙H + H + → γαλακτικό + NAD + .

Ο μυϊκός πόνος που εμφανίζεται κάποια στιγμή μετά από ασυνήθιστη έντονη σωματική δραστηριότητα σχετίζεται με τη συσσώρευση γαλακτικού οξέος σε αυτούς.

Ο σχηματισμός γαλακτικού οξέος είναι ένας αδιέξοδος κλάδος του μεταβολισμού, αλλά δεν είναι το τελικό προϊόν του μεταβολισμού. Υπό τη δράση της γαλακτικής αφυδρογονάσης, το γαλακτικό οξύ οξειδώνεται ξανά, σχηματίζοντας πυροσταφυλικό, το οποίο εμπλέκεται σε περαιτέρω μετασχηματισμούς.

Ρύθμιση της γλυκόλυσης

Υπάρχουν τοπικοί και γενικοί κανονισμοί.

Η τοπική ρύθμιση πραγματοποιείται αλλάζοντας τη δραστηριότητα των ενζύμων υπό την επίδραση διαφόρων μεταβολιτών μέσα στο κύτταρο.

Η ρύθμιση της γλυκόλυσης στο σύνολό της, άμεσα για ολόκληρο τον οργανισμό, συμβαίνει υπό την επίδραση ορμονών, οι οποίες, επηρεάζοντας μέσω μορίων δευτερογενών αγγελιοφόρων, αλλάζουν τον ενδοκυτταρικό μεταβολισμό.

Η ινσουλίνη παίζει σημαντικό ρόλο στην τόνωση της γλυκόλυσης. Η γλυκαγόνη και η αδρεναλίνη είναι οι πιο σημαντικοί ορμονικοί αναστολείς της γλυκόλυσης.

Η ινσουλίνη διεγείρει τη γλυκόλυση μέσω:

ενεργοποίηση της αντίδρασης εξοκινάσης.
διέγερση της φωσφοφρουκτοκινάσης.
διέγερση της πυροσταφυλικής κινάσης.

Άλλες ορμόνες επηρεάζουν επίσης τη γλυκόλυση. Για παράδειγμα, η σωματοτροπίνη αναστέλλει τα γλυκολυτικά ένζυμα και οι θυρεοειδικές ορμόνες είναι διεγερτικές.

Η γλυκόλυση ρυθμίζεται μέσω πολλών βασικών βημάτων. Αντιδράσεις που καταλύονται από την εξοκινάση ( 1 ), φωσφοφρουκτοκινάση ( 3 ) και πυροσταφυλική κινάση ( 10 ) χαρακτηρίζονται από σημαντική μείωση της ελεύθερης ενέργειας και είναι πρακτικά μη αναστρέψιμες, γεγονός που τους επιτρέπει να αποτελούν αποτελεσματικά σημεία ρύθμισης της γλυκόλυσης.

Ρύθμιση της εξοκινάσης

Εξοκινάσηαναστέλλεται από το προϊόν της αντίδρασης, τη 6-φωσφορική γλυκόζη, η οποία συνδέεται αλλοστερικά με το ένζυμο, αλλάζοντας τη δραστηριότητά του.

Λόγω του γεγονότος ότι το μεγαλύτερο μέρος του G-6-P στο κύτταρο παράγεται από τη διάσπαση του γλυκογόνου, η αντίδραση εξοκινάσης, στην πραγματικότητα, δεν είναι απαραίτητη για να συμβεί γλυκόλυση και η φωσφορυλίωση της γλυκόζης δεν είναι εξαιρετικής σημασίας στη ρύθμιση της γλυκόλυσης. Η αντίδραση εξοκινάσης είναι ένα σημαντικό βήμα στη ρύθμιση των συγκεντρώσεων γλυκόζης στο αίμα και στο κύτταρο.

Όταν φωσφορυλιώνεται, η γλυκόζη χάνει την ικανότητά της να μεταφέρεται μέσω της μεμβράνης από μόρια φορείς, γεγονός που δημιουργεί συνθήκες για τη συσσώρευσή της στο κύτταρο. Η αναστολή της εξοκινάσης G-6-P περιορίζει την είσοδο γλυκόζης στο κύτταρο, αποτρέποντας την υπερβολική συσσώρευσή της.

Η γλυκοκινάση (IV ισότυπος της εξοκινάσης) του ήπατος δεν αναστέλλεται από τη 6-φωσφορική γλυκόζη και τα ηπατικά κύτταρα συνεχίζουν να συσσωρεύουν γλυκόζη ακόμη και με υψηλή περιεκτικότητα σε G-6-P, από την οποία στη συνέχεια συντίθεται γλυκογόνο. Σε σύγκριση με άλλους ισότυπους, η γλυκοκινάση διακρίνεται από την υψηλή τιμή της σταθεράς Michaelis, δηλαδή το ένζυμο λειτουργεί σε πλήρη δυναμικότητα μόνο υπό συνθήκες υψηλής συγκέντρωσης γλυκόζης, η οποία εμφανίζεται σχεδόν πάντα μετά από ένα γεύμα.

Η γλυκόζη-6-φωσφορική μπορεί να μετατραπεί ξανά σε γλυκόζη με τη δράση της γλυκόζης-6-φωσφατάσης. Τα ένζυμα γλυκοκινάση και γλυκόζη-6-φωσφατάση εμπλέκονται στη διατήρηση των φυσιολογικών συγκεντρώσεων γλυκόζης στο αίμα.

Ρύθμιση της φωσφοφρουκτοκινάσης

Η ένταση της αντίδρασης της φωσφοφρουκτοκινάσης έχει καθοριστική επίδραση σε ολόκληρη την απόδοση της γλυκόλυσης και η διέγερση της φωσφοφρουκτοκινάσης θεωρείται το πιο σημαντικό στάδιο ρύθμισης.

Η φωσφοφρουκτοκινάση (PFK) είναι ένα τετραμερές ένζυμο που υπάρχει εναλλάξ σε δύο διαμορφωτικές καταστάσεις (R και T), οι οποίες βρίσκονται σε ισορροπία και εναλλάξ μεταβαίνονται από το ένα στο άλλο. Το ATP είναι τόσο υπόστρωμα όσο και αλλοστερικός αναστολέας της FFK.

Κάθε μία από τις υπομονάδες FFK έχει δύο θέσεις δέσμευσης ATP: μια θέση υποστρώματος και μια θέση αναστολής. Η θέση του υποστρώματος είναι εξίσου ικανή να προσκολλήσει ATP σε οποιαδήποτε τετραμερή διαμόρφωση. Ενώ η θέση αναστολής δεσμεύει το ΑΤΡ αποκλειστικά όταν το ένζυμο βρίσκεται σε κατάσταση διαμόρφωσης Τ. Ένα άλλο υπόστρωμα PPA είναι η 6-φωσφορική φρουκτόζη, η οποία συνδέεται με το ένζυμο κατά προτίμηση στην κατάσταση R. Σε υψηλές συγκεντρώσεις ATP, η θέση αναστολής καταλαμβάνεται, οι μεταβάσεις μεταξύ των ενζυμικών διαμορφώσεων καθίστανται αδύνατες και τα περισσότερα μόρια ενζύμου σταθεροποιούνται στην κατάσταση Τ, ανίκανα να προσκολλήσουν το P-6-P. Ωστόσο, η αναστολή της φωσφοφρουκτοκινάσης από το ATP καταστέλλεται από το AMP, το οποίο συνδέεται με τις διαμορφώσεις R του ενζύμου, σταθεροποιώντας έτσι την κατάσταση του ενζύμου για δέσμευση P-6-P.

Ο σημαντικότερος αλλοστερικός ρυθμιστής της γλυκόλυσης και της γλυκονεογένεσης είναι 2,6-διφωσφορική φρουκτόζη, που δεν είναι ενδιάμεσος κρίκος αυτών των κύκλων. Η 2,6-διφωσφορική φρουκτόζη ενεργοποιεί αλλοστερικά τη φωσφοφρουκτοκινάση.

Η σύνθεση της 2,6-διφωσφορικής φρουκτόζης καταλύεται από ένα ειδικό διλειτουργικό ένζυμο - φωσφοφρουκτοκινάση-2/φρουκτόζη-2,6-διφωσφατάση (PFK-2/F-2,6-BPase). Στη μη φωσφορυλιωμένη μορφή της, η πρωτεΐνη είναι γνωστή ως φωσφοφρουκτοκινάση-2 και έχει καταλυτική δράση προς την 6-φωσφορική φρουκτόζη, συνθέτοντας τη 2-6-διφωσφορική φρουκτόζη. Ως αποτέλεσμα, η δραστηριότητα της FPA διεγείρεται σημαντικά και η δραστηριότητα της φρουκτόζης-1,6-διφωσφατάσης αναστέλλεται έντονα. Δηλαδή, υπό την προϋπόθεση της δραστικότητας FFK-2, η ισορροπία αυτής της αντίδρασης μεταξύ της γλυκόλυσης και της γλυκονεογένεσης μετατοπίζεται προς την πρώτη - συντίθεται η φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική.

Στη φωσφορυλιωμένη του μορφή, το διλειτουργικό ένζυμο δεν έχει δραστηριότητα κινάσης, αντίθετα, ενεργοποιείται μια θέση στο μόριό του που υδρολύει το P2,6BP σε P6P και ανόργανο φωσφορικό. Το μεταβολικό αποτέλεσμα της φωσφορυλίωσης του διλειτουργικού ενζύμου είναι ότι παύει η αλλοστερική διέγερση του PPA, εξαλείφεται η αλλοστερική αναστολή της F-1,6-BPase και η ισορροπία μετατοπίζεται προς τη γλυκονεογένεση. Παράγεται F6P και στη συνέχεια γλυκόζη.

Οι αλληλομετατροπές του διλειτουργικού ενζύμου πραγματοποιούνται από την εξαρτώμενη από cAMP πρωτεϊνική κινάση (PK), η οποία με τη σειρά της ρυθμίζεται από πεπτιδικές ορμόνες που κυκλοφορούν στο αίμα.

Όταν η συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα μειώνεται, ο σχηματισμός ινσουλίνης αναστέλλεται επίσης και η απελευθέρωση γλυκαγόνης, αντίθετα, διεγείρεται και η συγκέντρωσή της στο αίμα αυξάνεται απότομα. Η γλυκαγόνη (και άλλες αντεννησιωτικές ορμόνες) συνδέονται με υποδοχείς στην πλασματική μεμβράνη των ηπατικών κυττάρων, προκαλώντας ενεργοποίηση της μεμβρανικής αδενυλικής κυκλάσης. Η αδενυλική κυκλάση καταλύει τη μετατροπή του ATP σε κυκλικό AMP. Το cAMP συνδέεται με τη ρυθμιστική υπομονάδα της πρωτεϊνικής κινάσης, προκαλώντας την απελευθέρωση και ενεργοποίηση των καταλυτικών υπομονάδων της, οι οποίες φωσφορυλιώνονται από έναν αριθμό ενζύμων, συμπεριλαμβανομένης της διλειτουργικής FFK-2/F-2,6-BPase. Ταυτόχρονα, η κατανάλωση γλυκόζης στο ήπαρ σταματά και ενεργοποιείται η γλυκονεογένεση και η γλυκογονόλυση, αποκαθιστώντας τη νορμογλυκαιμία.

Πυροσταφυλική κινάση

Το επόμενο βήμα όπου πραγματοποιείται η ρύθμιση της γλυκόλυσης είναι η τελευταία αντίδραση - το στάδιο δράσης της πυροσταφυλικής κινάσης. Ένας αριθμός ισοενζύμων με ρυθμιστικά χαρακτηριστικά έχουν επίσης περιγραφεί για την πυροσταφυλική κινάση.

Ηπατική πυροσταφυλική κινάση(τύπου L) ρυθμίζεται με φωσφορυλίωση, αλλστερικούς τελεστές και με ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. Το ένζυμο αναστέλλεται από το ATP και το ακετυλο-CoA και ενεργοποιείται από τη φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική. Η αναστολή της πυροσταφυλικής κινάσης από το ATP είναι παρόμοια με την επίδραση του ATP στο PPA. Η δέσμευση του ATP στη θέση αναστολής του ενζύμου μειώνει τη συγγένειά του για την φωσφοενολοπυρουβική. Η ηπατική πυροσταφυλική κινάση φωσφορυλιώνεται και αναστέλλεται από την πρωτεϊνική κινάση, και επομένως είναι επίσης υπό ορμονικό έλεγχο. Επιπλέον, η δραστηριότητα της ηπατικής πυροσταφυλικής κινάσης ρυθμίζεται ποσοτικά, δηλαδή αλλάζοντας το επίπεδο της σύνθεσής της. Αυτή είναι μια αργή, μακροπρόθεσμη ρύθμιση. Η αύξηση των υδατανθράκων στη διατροφή διεγείρει την έκφραση των γονιδίων που κωδικοποιούν την πυροσταφυλική κινάση, με αποτέλεσμα την αύξηση του επιπέδου του ενζύμου στο κύτταρο.

Πυροσταφυλική κινάση τύπου Μ, που βρίσκεται στον εγκέφαλο, τους μύες και άλλους ιστούς που απαιτούν γλυκόζη, δεν ρυθμίζεται από την κινάση πρωτεΐνης. Αυτό είναι θεμελιώδες γιατί ο μεταβολισμός αυτών των ιστών καθορίζεται μόνο από τις εσωτερικές ανάγκες και δεν εξαρτάται από το επίπεδο γλυκόζης στο αίμα.

Η μυϊκή πυροσταφυλική κινάση δεν επηρεάζεται από εξωτερικές επιδράσεις όπως μειωμένα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα ή απελευθέρωση ορμονών. Οι εξωκυτταρικές καταστάσεις που οδηγούν σε φωσφορυλίωση και αναστολή του ηπατικού ισοενζύμου δεν αλλάζουν τη δραστηριότητα της πυροσταφυλικής κινάσης τύπου Μ. Δηλαδή, η ένταση της γλυκόλυσης στους γραμμωτούς μύες καθορίζεται μόνο από τις συνθήκες μέσα στο κύτταρο και δεν εξαρτάται από τη γενική ρύθμιση.

Εννοια

Η γλυκόλυση είναι μια καταβολική οδός εξαιρετικής σημασίας. Παρέχει ενέργεια για κυτταρικές αντιδράσεις, συμπεριλαμβανομένης της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Τα ενδιάμεσα γλυκόλυσης χρησιμοποιούνται στη σύνθεση λιπών. Το πυροσταφυλικό μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση αλανίνης, ασπαρτικού και άλλων ενώσεων. Χάρη στη γλυκόλυση, η απόδοση των μιτοχονδρίων και η διαθεσιμότητα οξυγόνου δεν περιορίζουν τη μυϊκή ισχύ κατά τη διάρκεια βραχυπρόθεσμων ακραίων φορτίων.

δείτε επίσης

Συνδέσεις

Γλυκόλυση

1.7 Αντιδράσεις γλυκόλυσης

Μια Εισαγωγή

Η γλυκόλυση είναι μια μεταβολική οδός για την οξείδωση της γλυκόζης. Εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου σύμφωνα με ένα από τα δύο σενάρια:

1. Αερόβια γλυκόλυσηεμφανίζεται παρουσία οξυγόνου και περιλαμβάνει 10 αντιδράσεις.

Προϊόντα - 2 μόρια πυροσταφυλικού, 4 ATP και 2 NADH. Κόστος - 2 μόρια ATP.

2. Αναερόβια γλυκόλυσηεμφανίζεται απουσία οξυγόνου και, εκτός από 10 κύριες αντιδράσεις, περιλαμβάνει μία ακόμη - την αναγωγή του πυροσταφυλικού σε γαλακτικό (γαλακτικό οξύ). Το νόημα αυτής της αντίδρασης θα συζητηθεί παρακάτω. Ο συνολικός αριθμός των αντιδράσεων είναι 11.

Προϊόντα - 2 μόρια γαλακτικού, 4 ATP. Κόστος - 2 μόρια ATP.

Από όλες τις αντιδράσεις της γλυκόλυσης, η 1η και η 3η είναι θερμοδυναμικά μη αναστρέψιμες.

εγώ και το 10ο. Όλες οι άλλες αντιδράσεις είναι αναστρέψιμες.

σι Εξισώσεις αντίδρασης

1. Γλυκόζη + ΑΤΡ Γλυκόζη-6-φωσφορική + ADP + Η+

2. Γλυκόζη-6-φωσφορική Φρουκτόζη-6-φωσφορική

3. 6-φωσφορική φρουκτόζη 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη

4. 1,6-διφωσφορική φρουκτόζηΦωσφορική διυδροξυακετόνη + 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη

5. Φωσφορική διυδροξυακετόνηΓλυκεραλδεΰδη-3-φωσφορική

μόριο γλυκόζης. Αυτή η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο εξοκινάση. Εκτός από τη γλυκόζη, η εξοκινάση φωσφορυλιώνει επίσης άλλους μονοσακχαρίτες: μαννόζη, φρουκτόζη. Το ήπαρ περιέχει το ισοένζυμο γλυκοκινάση, το οποίο καταλύει την ίδια αντίδραση, αλλά έχει υψηλότερη σταθερά Michaelis. Αυτό σημαίνει ότι η συγγένειά του για τη γλυκόζη είναι χαμηλότερη από αυτή της εξοκινάσης. Τα ιόντα μαγνησίου Mg2+ χρησιμεύουν ως συμπαράγοντας στην αντίδραση. Εξουδετερώνουν το αρνητικό φορτίο δύο υπολειμμάτων φωσφορικού οξέος στο μόριο ATP.

Η βιοχημική έννοια αυτής της αντίδρασης είναι να «κλειδώνει» τη γλυκόζη στο κύτταρο με τη μεταφορά ενός αρνητικά φορτισμένου υπολείμματος φωσφορικού οξέος σε αυτό. Έτσι, η αντίστροφη διάχυση της γλυκόζης από το κύτταρο στο εξωτερικό περιβάλλον μειώνεται σημαντικά, καθώς τα αρνητικά φορτισμένα μόρια γλυκόζης απωθούνται ηλεκτροστατικά από αρνητικά φορτισμένα φωσφολιπίδια μεμβράνης.

Δ Αντίδραση 2

Κατά τη δεύτερη αντίδραση, η αλδόζη -6-φωσφορική γλυκόζη- ισομερίζεται σε κετόζη

- φρουκτόζη-6-φωσφορική.Αυτή η αντίδραση καταλύεται από ένα ένζυμο φωσφογλυκοϊσομεράση.

Δ Αντίδραση 3

	Αντιδράσεις γλυκόλυσης

Υπόστρωμα: 6-φωσφορική φρουκτόζη	Προϊόν: 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη

Ένζυμο: φωσφοφρουκτοκινάση	Συμπαράγοντας: Mg 2+
Αλλοστερικά ενεργοποιημένο:	Αναστέλλεται αλλοστερικά από:
AMP, 2,6-διφωσφορική φρουκτόζη	ATP, κιτρικό

Ορμονική ρύθμισησχετίζεται με αλλοστερική και πραγματοποιείται μέσω δι-
λειτουργικό ένζυμο(BIF) και 2,6-διφωσφορική φρουκτόζη (το προϊόν της) 1.
Βασικές ορμόνες: ινσουλίνη, γλυκαγόνη, αδρεναλίνη.

Ενζυμο φωσφοφρουκτοκινάσηφωσφορυλιώνει τη 6-φωσφορική φρουκτόζη σε 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη (η χρήση του προθέματος δις- σε αυτή την περίπτωση δείχνει ότι τα υπολείμματα φωσφορικού οξέος συνδέονται με διαφορετικά άτομα άνθρακα στο μόριο της φρουκτόζης· η χρήση του προθέματος σημαίνει ότι φωσφορικές ομάδες συνδέονται με ένα άτομο άνθρακα, σε αυτή την περίπτωση λανθασμένα).

Η φωσφοφρουκτοϊσομεράση είναι ένα βασικό ένζυμο στη ρύθμιση της γλυκόλυσης, καθώς καταλύει μία από τις αντιδράσεις γλυκόλυσης που περιορίζουν το ρυθμό.

Ε Αντίδραση 4

1 Ο μηχανισμός ρύθμισης της φωσφοφρουκτοκινάσης από το BIF καιΗ 2,6-διφωσφορική φρουκτόζη συζητείται λεπτομερώς στην ενότητα 2.9.

Η αλδολάση καταλύει την τέταρτη αντίδραση, τη διάσπαση της 1,6-διφωσφορικής φρουτόζης σε δύο τριόζες: 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη και φωσφορική διυδροξυακετόνη. Η διάσπαση αλδόλης της 6-φωσφορικής γλυκόζης θα οδηγούσε στο σχηματισμό προϊόντων με διαφορετικούς αριθμούς ατόμων. Σε αυτή την περίπτωση, ο αριθμός των ατόμων και στα δύο προϊόντα είναι τρία. Αυτό διευκρινίζει το «νόημα» της δεύτερης αντίδρασης γλυκόλυσης (ισομερισμός της γλυκόζης σε φρουκτόζη).

F Αντίδραση 5

Ένα από τα προϊόντα της τέταρτης αντίδρασης της γλυκόλυσης είναι η 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη

- συμμετέχει σε περαιτέρω αντιδράσεις. Ένα άλλο προϊόν, η φωσφορική διυδροξυακετόνη, ισομερίζεται στην πέμπτη αντίδραση σε 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη μέσω ενζύμου τριοσοφωσφορική ισομεράση. Αυτό το ένζυμο είναι «καταλυτικά ιδανικό»

- το προϊόν σχηματίζεται μόλις το υπόστρωμα έρθει σε επαφή με το ένζυμο.

3 Αντίδραση 6

Η έκτη αντίδραση της γλυκόλυσης είναι η οξείδωση και η φωσφορυλίωση της γλυκερίνης-

δεϋδη-3-φωσφορική, η οποία καταλύει αφυδρογονάση 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης. ΣΕ

Η γλυκόλυση είναι η κύρια διαδικασία καταβολισμού διαφόρων υδατανθράκων για πολλούς ζωντανούς οργανισμούς. Είναι αυτό που επιτρέπει τη δημιουργία ενέργειας με τη μορφή μορίων ATP σε εκείνα τα κύτταρα όπου δεν λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση. Η αναερόβια γλυκόλυση συμβαίνει παρουσία ή απουσία οξυγόνου.

Στοιχεία διαδικασίας

Πολυάριθμες μελέτες για τη χημική ουσία αυτής της διαδικασίας έχουν δείξει ότι τα αρχικά στάδια της ζύμωσης και της αναπνοής έχουν ομοιότητες. Χάρη σε αυτή την ανακάλυψη, οι επιστήμονες εξήγησαν την ενότητα στον ζωντανό κόσμο. Η αναερόβια γλυκόλυση συμβαίνει αφού ολοκληρωθεί ο κύκλος του τρικαρβοξυλικού οξέος και ολοκληρωθεί η μεταφορά των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Το πυροσταφυλικό εισέρχεται στα μιτοχόνδρια και οξειδώνεται σε διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση ελεύθερης ενέργειας από την εξόζη. Ένζυμα που επιταχύνουν τις γλυκολυτικές αντιδράσεις βρίσκονται σε διαλυτή μορφή στο κυτταρόπλασμα σε πολλά κύτταρα. Οι επιταχυντές της διαδικασίας οξείδωσης της εξόζης, που συμβαίνει παρουσία οξυγόνου, συγκεντρώνονται στις μιτοχονδριακές μεμβράνες.

Για να χωριστεί ένα μόριο υδατάνθρακα που περιέχει έξι άτομα άνθρακα σε δύο μόρια, είναι απαραίτητη η παρουσία δέκα ενεργών ενζύμων. Οι ερευνητές μπόρεσαν να τα απομονώσουν στην καθαρή τους μορφή και να μελετήσουν τα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά τους.

Στάδια διαδικασίας

Η διαδικασία της γλυκόλυσης συμβαίνει στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών. Συνοδεύεται από το σχηματισμό πυροσταφυλικού οξέος και αποτελείται από διάφορα στάδια. Για την αναπνευστική διάσπαση, η γλυκόζη πρέπει να ενεργοποιηθεί. Μια παρόμοια διαδικασία συμβαίνει όταν ένα άτομο άνθρακα φωσφορυλιώνεται όταν αλληλεπιδρά με το ATP.

γλυκόζη + ATP = 6-φωσφορική γλυκόζη + ADP

Για να πραγματοποιηθεί αυτή η χημική αλληλεπίδραση, χρησιμοποιούνται κατιόντα μαγνησίου και εξοκινάση (ένζυμο). Στη συνέχεια, το προϊόν της αντίδρασης ισομερίζεται σε 6-φωσφορική φρουκτόζη. Το ένζυμο φωσφογλυκοϊσομεράση χρησιμοποιείται ως καταλύτης.

Η γλυκόλυση της γλυκόζης χαρακτηρίζεται από ένα άλλο στάδιο στο οποίο εμπλέκεται το ATP. Η προσθήκη φωσφορικού οξέος συμβαίνει στο πρώτο άτομο άνθρακα στη φρουκτόζη. Τα επόμενα στάδια της γλυκόλυσης σχετίζονται με την αποσύνδεση της προκύπτουσας 1,6-διφωσφορικής φρουκτόζης σε τριόζες, με το σχηματισμό PGA (3-φωσφογλυκεραλδεΰδη).

Η γλυκόλυση είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων που σχετίζεται με την απελευθέρωση ενέργειας. Όταν ένα μόριο γλυκόζης διασπάται, λαμβάνονται δύο μόρια PHA, οπότε επαναλαμβάνονται.

Η γλυκόλυση είναι μια διαδικασία που συνοψίζεται από την εξίσωση:

C6H12O6 + 2ATP + 2NAD + 2Pn + 4ADP → 2PVK 2NADH + 2H+ + 4ATP + 2ADP

Ρύθμιση της γλυκόλυσης

Η γλυκόλυση είναι μια σημαντική διαδικασία για έναν ζωντανό οργανισμό. Αποσκοπεί στην εκτέλεση δύο λειτουργιών:

παραγωγή ΑΤΡ κατά τη διάσπαση των μορίων της εξόζης.
μεταφορά δομικών στοιχείων για την επακόλουθη διαδικασία σύνθεσης.

Η ρύθμιση αυτής της διαδικασίας στοχεύει στην πλήρη ικανοποίηση αυτών των αναγκών ενός ζωντανού κυττάρου. Οι αντιδράσεις στις οποίες τα ένζυμα δρουν ως καταλύτες είναι μη αναστρέψιμες.

Ιδιαίτερη σημασία στην υλοποίηση της ρυθμιστικής λειτουργίας είναι η φωσφοφρουκτοκινάση. Αυτό το ένζυμο εκτελεί μια ρυθμιστική λειτουργία και χαρακτηρίζει την ταχύτητα της διαδικασίας.

Φυσιολογική σημασία

Η γλυκόλυση μπορεί να θεωρηθεί μια καθολική μέθοδος καταβολισμού γλυκόζης. Χρησιμοποιείται ενεργά από προ- και ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Τα ένζυμα που καταλύουν τη γλυκόλυση διαλύονται στο νερό και συσσωρεύονται στο κυτταρόπλασμα. Ορισμένα ζωικά κύτταρα και ιστοί μπορούν να καταβολίσουν την εξόζη μόνο μέσω της γλυκόλυσης. Για παράδειγμα, τα κύτταρα του νεφρικού σωλήνα και οι εγκεφαλικοί νευρώνες έχουν παρόμοιες ικανότητες.

Υπάρχουν κάποιες διαφορές στον φυσιολογικό ρόλο της γλυκόλυσης στον λιπώδη ιστό και στο ήπαρ. Κατά τη διάρκεια της πέψης στον λιπώδη ιστό και στο ήπαρ, αυτή η διαδικασία είναι μια πηγή υποστρωμάτων που χρησιμοποιούνται στη σύνθεση των λιπών.

Ορισμένοι φυτικοί ιστοί αποθηκεύουν άμυλο σε κονδύλους. Τα υδρόβια φυτά λαμβάνουν ενέργεια μέσω της γλυκόλυσης.

Υπό αναερόβιες συνθήκες, το πυροσταφυλικό μετατρέπεται σε αιθανόλη και γαλακτικό. Η διαδικασία συνοδεύεται από την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας ενέργειας.

Η γλυκόλυση έχει σημαντική φυσιολογική σημασία στα λιποκύτταρα. Με τη βοήθειά του, αντί για την οξειδωτική διαδικασία, εμφανίζεται λιπογένεση, η οποία μειώνει το οξειδωτικό στρες.

Ιατρική σημασία

Καθώς το γαλακτικό, το οποίο σχηματίζεται υπό αναερόβιες συνθήκες, συσσωρεύεται, αναπτύσσεται γαλακτική οξέωση στο αίμα. Οδηγεί σε μείωση της αντίδρασης του περιβάλλοντος αίματος, η οποία συνοδεύεται από σοβαρές διαταραχές του μεταβολισμού των κυττάρων. Μια παρόμοια διαδικασία συμβαίνει κατά τη διάρκεια παθολογικών διεργασιών που σχετίζονται με μειωμένη παροχή οξυγόνου στους ιστούς. Για παράδειγμα, με έμφραγμα του μυοκαρδίου, αιμορραγία, πνευμονική εμβολή. Αυτή η διαδικασία προκαλείται από τον σακχαρώδη διαβήτη, στον οποίο εμφανίζεται μια αναερόβια διαδικασία αντί για αερόβια γλυκόλυση.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι η ινσουλίνη είναι επιταχυντής της γλυκόλυσης, στον διαβήτη τύπου 1 παρατηρείται επιβράδυνση της γλυκόλυσης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο εκείνα τα φάρμακα που διεγείρουν τα ένζυμα που χρησιμοποιούνται για αυτή τη διαδικασία εκτελούν τη λειτουργία της θεραπείας της νόσου.

συμπέρασμα

Η γλυκόλυση είναι μια διαδικασία που είναι απαραίτητη για την πλήρη λειτουργία των οργανισμών. Στον καρκίνο, η κατανάλωση γλυκόζης δεκαπλασιάζεται, επομένως η βιωσιμότητα των καρκινικών κυττάρων εξαρτάται από τη γλυκόλυση.

Μετά από μια λεπτομερή μελέτη των ιδιαιτεροτήτων αυτής της διαδικασίας, οι επιστήμονες μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν τη γλυκόλυση όχι μόνο για τη θρέψη των κυττάρων, αλλά και για τη θεραπεία ορισμένων ασθενειών.