Onde ocorre o processo de glicólise? O que é glicólise? Quebra aeróbica da glicose

A glicólise (do grego glicus - doce e lise - dissolução, decadência) é um processo enzimático complexo de conversão de glicose que ocorre em tecidos humanos e animais sem consumo de oxigênio. O produto final da glicólise é o ácido láctico. O processo de glicólise também produz ATP. A equação geral da glicólise pode ser descrita da seguinte forma:

Sob condições anaeróbicas, a glicólise é o único processo no corpo animal que fornece energia. É graças ao processo de glicólise que o corpo humano e animal pode desempenhar uma série de funções fisiológicas durante um determinado período de tempo em condições de deficiência de oxigênio. Nos casos em que a glicólise ocorre na presença de oxigênio, falamos de glicólise aeróbica. ( Em condições aeróbicas, a glicólise pode ser considerada a primeira etapa da oxidação da glicose nos produtos finais desse processo - dióxido de carbono e água.)

O termo “glicólise” foi utilizado pela primeira vez por Lepine em 1890 para designar o processo de perda de glicose no sangue retirado do sistema circulatório, ou seja, in vitro.

Em vários microrganismos, processos semelhantes à glicólise são vários tipos de fermentação.

A sequência das reações glicolíticas, bem como seus produtos intermediários, é bem estudada. O processo de glicólise é catalisado por onze enzimas, a maioria das quais isoladas na forma homogênea, cristalina ou altamente purificada e cujas propriedades foram suficientemente estudadas. Observe que a glicólise ocorre no hialoplasma da célula. Na tabela A Figura 27 mostra dados sobre a taxa de glicólise anaeróbica em vários tecidos do rato.

A primeira reação enzimática da glicólise é a fosforilação, ou seja, a transferência de um resíduo de ortofosfato para a glicose às custas do ATP. A reação é catalisada pela enzima hexoquinase:

A formação de glicose-6-fosfato na reação da hexoquinase está associada à liberação de uma quantidade significativa de energia livre do sistema e pode ser considerada um processo praticamente irreversível.

A enzima hexoquinase é capaz de catalisar a fosforilação não apenas da D-glicose, mas também de outras hexoses, em particular D-frutose, D-manose, etc.

A segunda reação da glicólise é a conversão da glicose-6-fosfato sob a ação da enzima hexose fosfato isomerase em frutose 6-fosfato:

Esta reação prossegue facilmente em ambas as direções e não requer a presença de quaisquer cofatores.

Na terceira reação, a frutose-6-fosfato resultante é novamente fosforilada por uma segunda molécula de ATP. A reação é catalisada pela enzima fosfofrutoquinase:

Esta reação, semelhante à hexoquinase, é praticamente irreversível, ocorre na presença de íons magnésio e é a reação mais lenta da glicólise; Na verdade, esta reação determina a taxa de glicólise como um todo.

A fosfofrutocinase é uma enzima alostérica. É inibido pelo ATP e estimulado pelo ADP e AMP. ( A atividade da fosfofrutocinase também é inibida pelo citrato. Foi demonstrado que no diabetes, no jejum e em algumas outras condições, quando as gorduras são intensamente utilizadas como fonte de energia, o conteúdo de citrato nas células dos tecidos pode aumentar várias vezes. Nestas condições, ocorre uma forte inibição da atividade da fosfofrutocinase pelo citrato.). Em valores significativos da relação ATP/ADP (que é alcançada no processo de fosforilação oxidativa), a atividade da fosfofrutoquinase é inibida e a glicólise diminui. Pelo contrário, quando este coeficiente diminui, a intensidade da glicólise aumenta. Assim, no músculo que não trabalha, a atividade da fosfofrutoquinase é baixa e a concentração de ATP é relativamente alta. Durante o trabalho muscular ocorre um consumo intensivo de ATP e aumenta a atividade da fosfofrutoquinase, o que leva ao aumento do processo de glicólise.

A quarta reação da glicólise é catalisada pela enzima aldolase. Sob a influência desta enzima, a frutose-1,6-bifosfato é dividida em duas fosfotrioses:

Esta reação é reversível. Dependendo da temperatura, o equilíbrio é estabelecido em diferentes níveis. Em geral, com o aumento da temperatura, a reação se desloca para maior formação de triose fosfatos (dioxiacetona fosfato e gliceraldeído 3-fosfato).

A quinta reação é a reação de isomerização de triose fosfatos. Esta reação é catalisada pela enzima triosefosfato isomerase:

O equilíbrio desta reação de isomerase é deslocado para diidroxiacetona fosfato: 95% de diidroxiacetona fosfato e cerca de 5% de gliceraldeído-3-fosfato. No entanto, apenas um dos dois triose fosfatos formados, nomeadamente o gliceraldeído 3-fosfato, pode estar diretamente envolvido nas reações glicolíticas subsequentes. Como resultado, à medida que a forma aldeído da fosfotriose é consumida, o fosfato de diidroxiacetona é convertido em gliceraldeído-3-fosfato.

A formação de gliceraldeído-3-fosfato completa o primeiro estágio da glicólise. A segunda etapa é a parte mais complexa e importante da glicólise. Inclui uma reação redox (oxidorredução glicolítica) acoplada à fosforilação do substrato, durante a qual o ATP é formado.

Na sexta reação, gliceraldeído-3-fosfato na presença da enzima gliceraldeído fosfato desidrogenase ( 3-fosfogliceraldeído desidrogenase), a coenzima NAD e o fosfato inorgânico sofrem uma oxidação peculiar com a formação do ácido 1,3-difosfoglicérico e da forma reduzida do NAD (NADH 2). Esta reação é bloqueada por iodo ou bromoacetato e ocorre em vários estágios. No total, esta reação pode ser representada da seguinte forma:

O ácido 1,3-difosfoglicérico é um composto de alta energia. O mecanismo de ação da gliceraldeído-fosfato desidrogenase é o seguinte: na presença de fosfato inorgânico, o NAD atua como um aceptor de hidrogênio, que é clivado do gliceraldeído-3-fosfato. Durante a formação do NADH 2, o gliceraldeído 3-fosfato liga-se à molécula da enzima devido aos grupos SH desta última. A ligação resultante é rica em energia, mas é frágil e se decompõe sob a influência do fosfato inorgânico. Isso produz ácido 1,3-difosfoglicérico.

A sétima reação, que é catalisada pela fosfoglicerato quinase, transfere uma porção fosfato rica em energia (o grupo fosfato na posição 1) para o ADP para formar ATP e ácido 3-fosfoglicérico (3-fosfoglicerato):

Assim, devido à ação de duas enzimas (gliceraldeído fosfato desidrogenase e fosfoglicerato quinase), a energia liberada durante a oxidação do grupo aldeído do gliceraldeído-3-fosfato ao grupo carboxila é armazenada na forma de energia ATP.

Na oitava reação, ocorre a transferência intramolecular do grupo fosfato restante e o ácido 3-fosfoglicérico é convertido em ácido 2-fosfoglicérico (2-fosfoglicerato).

A reação é facilmente reversível e ocorre na presença de íons Mg 2+. O cofator da enzima também é o ácido 2,3-difosfoglicérico, semelhante a como na reação da fosfoglucomutase o papel do cofator era desempenhado pela glicose-1,6-bifosfato:

Na nona reação, o ácido 2-fosfoglicérico, como resultado da eliminação de uma molécula de água, é convertido em ácido fosfoenolpirúvico (fosfoenolpiruvato). Neste caso, a ligação fosfato na posição 2 torna-se altamente energética. A reação é catalisada pela enzima enolase:

A enolase é ativada por cátions divalentes Mg 2+ ou Mn 2+ e inibida pelo flúor.

Na décima reação, a ligação de alta energia é quebrada e o resíduo de fosfato é transferido do ácido fosfoenolpirúvico para o ADP. Esta reação é catalisada pela enzima piruvato quinase:

A ação da piruvato quinase requer Mg 2+ ou Mn 2+, bem como cátions monovalentes de metais alcalinos (K + ou outros). Dentro da célula, a reação é praticamente irreversível.

Na décima primeira reação, o ácido láctico é formado como resultado da redução do ácido pirúvico. A reação ocorre com a participação da enzima lactato desidrogenase e da coenzima NADH 2+:

Em geral, a sequência de reações que ocorrem durante a glicólise pode ser apresentada da seguinte forma (Fig. 84).

A reação de redução do piruvato completa o ciclo redox interno da glicólise. Neste caso, o NAD desempenha aqui apenas o papel de um transportador intermediário de hidrogênio do gliceraldeído-3-fosfato (sexta reação) ao ácido pirúvico (décima primeira reação). A reação de oxirredução glicolítica é representada esquematicamente abaixo, e os estágios em que o ATP é formado também são indicados (Fig. 85).

O significado biológico do processo de glicólise reside principalmente na formação de compostos de fósforo ricos em energia. O primeiro estágio da glicólise consome duas moléculas de ATP (reações de hexoquinase e fosfofrutoquinase). No segundo estágio, quatro moléculas de ATP são formadas (reações de fosfoglicerato quinase e piruvato quinase).

Assim, a eficiência energética da glicólise é de duas moléculas de ATP por molécula de glicose.

Sabe-se que a mudança na energia livre durante a quebra da glicose em duas moléculas de ácido láctico é de cerca de 210 kJ/mol:

Dessa quantidade de energia, cerca de 126 kJ são dissipados como calor e 84 kJ são armazenados na forma de ligações fosfato de ATP, ricas em energia. A ligação terminal de alta energia na molécula de ATP corresponde a aproximadamente 33,6-42,0 kJ/mol. Assim, a eficiência da glicólise anaeróbica é de cerca de 0,4.

A magnitude das alterações de energia livre foi determinada com precisão para reações glicolíticas individuais em eritrócitos humanos intactos. Foi estabelecido que oito reações da glicólise estão próximas do equilíbrio e três reações (hexoquinase, fosfofrutoquinase, piruvato quinase) estão longe dele, pois são acompanhadas por uma diminuição significativa da energia livre, ou seja, são praticamente irreversíveis.

Como já observado, a principal reação limitante da glicólise é a reação catalisada pela fosfofrutoquinase. O segundo estágio, que limita a taxa e regula a glicólise, é a reação da hexoquinase. Além disso, a glicólise também é controlada pela lactato desidrogenase (LDH) e suas isoenzimas. Nos tecidos com metabolismo aeróbico (tecido do coração, rins, etc.), predominam as isoenzimas LDH 1 e LDH 2. Essas isoenzimas são inibidas mesmo por pequenas concentrações de piruvato, o que evita a formação de ácido láctico e promove uma oxidação mais completa do piruvato (mais precisamente, acetil-CoA) no ciclo do ácido tricarboxílico.

Nos tecidos humanos que dependem fortemente da energia gerada durante a glicólise (por exemplo, músculo esquelético), as principais isoenzimas são a LDH 5 e a LDH 4 . A atividade do LDH 5 é máxima nas concentrações de piruvato que inibem o LDH 1. A predominância das isoenzimas LDH 4 e LDH 5 provoca intensa glicólise anaeróbica com rápida conversão do piruvato em ácido láctico.

Inclusão de outros carboidratos no processo de glicólise

Efeito Pasteur

A diminuição na taxa de consumo de glicose e a cessação do acúmulo de lactato na presença de oxigênio é chamada de efeito Pasteur. Este fenómeno foi observado pela primeira vez por L. Pasteur durante os seus conhecidos estudos sobre o papel da fermentação na produção de vinho. Posteriormente foi demonstrado que o efeito Pasteur também é observado em tecidos animais e vegetais, onde o O 2 inibe a glicólise anaeróbica. A importância do efeito Pasteur, ou seja, a transição na presença de O 2 da glicólise anaeróbica ou fermentação para a respiração, é mudar a célula para uma forma mais econômica de obter energia. Como resultado, a taxa de consumo de um substrato, como a glicose, na presença de O 2 é reduzida. O mecanismo molecular do efeito Pasteur parece ser a competição entre os sistemas respiratório e glicolítico (fermentação) pelo difosfato de adenosina (ADP), que é usado para formar trifosfato de adenosina (ATP). Como já sabemos, em condições aeróbias, o Pn e o ADP são removidos com muito mais eficiência do que em condições anaeróbicas, o ATP é gerado e o NAD reduzido (NADH 2) é removido. Em outras palavras, uma diminuição na quantidade de Pn e ADP na presença de oxigênio e um aumento correspondente na quantidade de ATP levam à supressão da glicólise anaeróbica.

Glicogenólise

O processo de degradação anaeróbica do glicogênio é denominado glicogenólise. O envolvimento das unidades D-glicose do glicogênio no processo de glicólise ocorre com a participação de três enzimas - glicogênio fosforilase (ou fosforilase “a”), amilo-1,6-glicosidase e fosfoglucomutase.

A glicose-6-fosfato formada durante a reação da fosfoglucomutase pode ser incluída no processo de glicólise. Após a formação da glicose-6-fosfato, as outras vias de glicólise e glicogenólise são completamente idênticas:

Durante o processo de glicogenólise, não duas, mas três moléculas de ATP se acumulam na forma de compostos de alta energia (o ATP não é desperdiçado na formação de glicose-6-fosfato). À primeira vista, a eficiência energética da glicogenólise pode ser considerada um pouco maior em comparação ao processo de glicólise. Porém, deve-se ter em mente que no processo de síntese de glicogênio nos tecidos é consumido ATP, portanto, em termos energéticos, a glicogenólise e a glicólise são quase equivalentes.

Revisão geral

A via glicolítica consiste em 10 reações sequenciais, cada uma das quais é catalisada por uma enzima separada.

O processo de glicólise pode ser dividido em duas etapas. A primeira etapa, que ocorre com o consumo energético de 2 moléculas de ATP, consiste na divisão de uma molécula de glicose em 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato. No segundo estágio, ocorre a oxidação do gliceraldeído-3-fosfato dependente de NAD, acompanhada pela síntese de ATP. A glicólise em si é um processo completamente anaeróbico, ou seja, não necessita da presença de oxigênio para que as reações ocorram.

A glicólise é um dos processos metabólicos mais antigos, conhecido em quase todos os organismos vivos. Presumivelmente, a glicólise apareceu há mais de 3,5 bilhões de anos em procariontes primordiais.

Localização

Nas células dos organismos eucarióticos, dez enzimas que catalisam a quebra da glicose em PVC estão localizadas no citosol, todas as outras enzimas relacionadas ao metabolismo energético estão nas mitocôndrias e nos cloroplastos. A glicose entra na célula de duas maneiras: simporto dependente de sódio (principalmente para enterócitos e epitélio tubular renal) e difusão facilitada de glicose usando proteínas transportadoras. O trabalho dessas proteínas transportadoras é controlado por hormônios e, principalmente, pela insulina. A insulina estimula mais fortemente o transporte de glicose nos músculos e no tecido adiposo.

Resultado

O resultado da glicólise é a conversão de uma molécula de glicose em duas moléculas de ácido pirúvico (PVA) e a formação de dois equivalentes redutores na forma da coenzima NAD∙H.

A equação completa para a glicólise é:

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

Na ausência ou deficiência de oxigênio na célula, o ácido pirúvico sofre redução a ácido láctico, então a equação geral da glicólise será a seguinte:

Glicose + 2ADP + 2P n = 2lactato + 2ATP + 2H 2 O.

Assim, durante a quebra anaeróbica de uma molécula de glicose, o rendimento líquido total de ATP é de duas moléculas obtidas em reações de fosforilação do substrato do ADP.

Nos organismos aeróbicos, os produtos finais da glicólise sofrem transformações adicionais nos ciclos bioquímicos relacionados à respiração celular. Como resultado, após a oxidação completa de todos os metabólitos de uma molécula de glicose no último estágio da respiração celular - fosforilação oxidativa, que ocorre na cadeia respiratória mitocondrial na presença de oxigênio - 34 ou 36 moléculas adicionais de ATP são sintetizadas para cada glicose molécula.

Caminho

Primeira reação glicólise é fosforilação moléculas de glicose, que ocorre com a participação da enzima hexoquinase específica do tecido com consumo de energia de 1 molécula de ATP; forma ativa de glicose é formada - glicose-6-fosfato (G-6-F):

Para que a reação ocorra, é necessária a presença de íons Mg 2+ no meio, aos quais a molécula de ATP está complexamente ligada. Esta reação é irreversível e é a primeira reação chave da glicólise.

A fosforilação da glicose tem duas finalidades: em primeiro lugar, devido ao fato de a membrana plasmática, permeável à molécula neutra de glicose, não permitir a passagem de moléculas G-6-P carregadas negativamente, a glicose fosforilada fica bloqueada dentro da célula. Em segundo lugar, durante a fosforilação, a glicose é convertida em uma forma ativa que pode participar de reações bioquímicas e ser incluída nos ciclos metabólicos.

A isoenzima hepática da hexoquinase, a glucoquinase, é importante na regulação dos níveis de glicose no sangue.

Na próxima reação ( 2 ) pela enzima fosfoglucoisomerase G-6-P é convertida em frutose 6-fosfato (F-6-F):

Nenhuma energia é necessária para esta reação e a reação é completamente reversível. Nesta fase, a frutose também pode ser incluída no processo de glicólise através da fosforilação.

Em seguida, duas reações ocorrem quase imediatamente, uma após a outra: fosforilação irreversível da frutose-6-fosfato ( 3 ) e clivagem aldólica reversível do resultante frutose 1,6-bifosfato (F-1.6-bF) em dois trioses ( 4 ).

A fosforilação do P-6-P é realizada pela fosfofrutocinase com gasto de energia de outra molécula de ATP; este é o segundo reação chave glicólise, sua regulação determina a intensidade da glicólise como um todo.

Clivagem aldólica F-1.6-bF ocorre sob a ação da frutose-1,6-bifosfato aldolase:

Como resultado da quarta reação, fosfato de dihidroxiacetona E gliceraldeído-3-fosfato, e o primeiro está quase imediatamente sob influência fosfotriose isomerase vai para o segundo ( 5 ), que participa de outras transformações:

Cada molécula de gliceraldeído fosfato é oxidada por NAD+ na presença de gliceraldeído fosfato desidrogenase antes 1,3-difosfoglicerato (6 ):

Próximo com 1,3-difosfoglicerato contendo uma ligação de alta energia na posição 1, a enzima fosfoglicerato quinase transfere um resíduo de ácido fosfórico para a molécula de ADP (reação 7 ) - uma molécula de ATP é formada:

Esta é a primeira reação de fosforilação do substrato. A partir deste momento, o processo de quebra da glicose deixa de ser pouco rentável em termos de energia, pois os custos energéticos da primeira etapa são compensados: são sintetizadas 2 moléculas de ATP (uma para cada 1,3-difosfoglicerato) em vez das duas gastas em as reações 1 E 3 . Para que essa reação ocorra é necessária a presença de ADP no citosol, ou seja, quando há excesso de ATP na célula (e falta de ADP), sua velocidade diminui. Como o ATP, que não é metabolizado, não é depositado na célula, mas simplesmente destruído, esta reação é um importante regulador da glicólise.

Então sequencialmente: formas de fosfoglicerol mutase 2-fosfoglicerato (8 ):

Formas de enolase fosfoenolpiruvato (9 ):

Finalmente, a segunda reação de fosforilação do substrato do ADP ocorre com a formação da forma enol do piruvato e do ATP ( 10 ):

A reação ocorre sob a ação da piruvato quinase. Esta é a última reação chave da glicólise. A isomerização da forma enol do piruvato em piruvato ocorre de forma não enzimática.

Desde a sua formação F-1.6-bF Somente ocorrem reações que liberam energia 7 E 10 , em que ocorre a fosforilação do substrato do ADP.

Desenvolvimento adicional

O destino final do piruvato e do NAD∙H produzido durante a glicólise depende do organismo e das condições dentro da célula, particularmente da presença ou ausência de oxigênio ou outros aceitadores de elétrons.

Em organismos anaeróbicos, o piruvato e o NAD∙H são posteriormente fermentados. Durante a fermentação do ácido láctico, por exemplo em bactérias, o piruvato é reduzido a ácido láctico pela enzima lactato desidrogenase. Na levedura, um processo semelhante é a fermentação alcoólica, onde os produtos finais são o etanol e o dióxido de carbono. A fermentação do ácido butírico e do ácido cítrico também é conhecida.

Fermentação com ácido butírico:

Glicose → ácido butírico + 2 CO 2 + 2 H 2 O.

Fermentação alcoólica:

Glicose → 2 etanol + 2 CO 2 .

Fermentação com ácido cítrico:

Glicose → ácido cítrico + 2 H 2 O.

A fermentação é importante na indústria alimentícia.

Nos aeróbios, o piruvato normalmente entra no ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs), e o NAD∙H é finalmente oxidado pelo oxigênio na cadeia respiratória nas mitocôndrias durante o processo de fosforilação oxidativa.

Embora o metabolismo humano seja predominantemente aeróbico, a oxidação anaeróbica ocorre nos músculos esqueléticos que trabalham intensamente. Sob condições de acesso limitado ao oxigênio, o piruvato é convertido em ácido láctico, como ocorre durante a fermentação do ácido láctico em muitos microrganismos:

PVK + NAD∙H + H + → lactato + NAD + .

A dor muscular que ocorre algum tempo após uma atividade física intensa e incomum está associada ao acúmulo de ácido láctico neles.

A formação de ácido láctico é um ramo sem saída do metabolismo, mas não é o produto final do metabolismo. Sob a ação da lactato desidrogenase, o ácido láctico é novamente oxidado, formando piruvato, que está envolvido em transformações posteriores.

Regulação da glicólise

Existem regulamentos locais e gerais.

A regulação local é realizada alterando a atividade das enzimas sob a influência de vários metabólitos dentro da célula.

A regulação da glicólise como um todo, imediatamente para todo o organismo, ocorre sob a influência de hormônios que, agindo por meio de moléculas de mensageiros secundários, alteram o metabolismo intracelular.

A insulina desempenha um papel importante na estimulação da glicólise. O glucagon e a adrenalina são os inibidores hormonais mais importantes da glicólise.

A insulina estimula a glicólise através de:

ativação da reação hexoquinase;
estimulação da fosfofrutoquinase;
estimulação da piruvato quinase.

Outros hormônios também influenciam a glicólise. Por exemplo, a somatotropina inibe as enzimas glicolíticas e os hormônios da tireoide são estimulantes.

A glicólise é regulada através de várias etapas principais. Reações catalisadas pela hexoquinase ( 1 ), fosfofrutocinase ( 3 ) e piruvato quinase ( 10 ) caracterizam-se por uma diminuição significativa da energia livre e são praticamente irreversíveis, o que lhes permite ser pontos eficazes de regulação da glicólise.

Regulação da hexoquinase

Hexoquinaseé inibida pelo produto da reação, glicose-6-fosfato, que se liga alostericamente à enzima, alterando sua atividade.

Devido ao fato de que a maior parte do G-6-P na célula é produzida pela quebra do glicogênio, a reação da hexoquinase, na verdade, não é necessária para que a glicólise ocorra, e a fosforilação da glicose não é de excepcional importância na regulação. da glicólise. A reação da hexoquinase é uma etapa importante na regulação das concentrações de glicose no sangue e na célula.

Quando fosforilada, a glicose perde a capacidade de ser transportada através da membrana por moléculas transportadoras, o que cria condições para seu acúmulo na célula. A inibição da hexoquinase G-6-P limita a entrada de glicose na célula, evitando seu acúmulo excessivo.

A glicoquinase (isotipo IV da hexoquinase) do fígado não é inibida pela glicose-6-fosfato, e as células do fígado continuam a acumular glicose mesmo com um alto teor de G-6-P, a partir do qual o glicogênio é posteriormente sintetizado. Comparada a outros isotipos, a glucoquinase se diferencia pelo alto valor da constante de Michaelis, ou seja, a enzima opera em plena capacidade apenas em condições de alta concentração de glicose, o que quase sempre ocorre após uma refeição.

A glicose-6-fosfato pode ser convertida novamente em glicose pela ação da glicose-6-fosfatase. As enzimas glucoquinase e glicose-6-fosfatase estão envolvidas na manutenção das concentrações normais de glicose no sangue.

Regulação da fosfofrutoquinase

A intensidade da reação da fosfofrutoquinase tem um efeito decisivo em todo o rendimento da glicólise, e a estimulação da fosfofrutoquinase é considerada a etapa mais importante da regulação.

A fosfofrutoquinase (PFK) é uma enzima tetramérica que existe alternadamente em dois estados conformacionais (R e T), que estão em equilíbrio e transitam alternadamente de um para outro. O ATP é um substrato e um inibidor alostérico do PPA.

Cada uma das subunidades FFK possui dois locais de ligação de ATP: um local de substrato e um local de inibição. O sítio substrato é igualmente capaz de ligar ATP em qualquer conformação de tetrâmero. Enquanto o sítio de inibição se liga ao ATP exclusivamente quando a enzima está no estado conformacional T. Outro substrato do PPA é a frutose 6-fosfato, que se liga à enzima preferencialmente no estado R. Em altas concentrações de ATP, o sítio de inibição é ocupado, as transições entre as conformações enzimáticas tornam-se impossíveis e a maioria das moléculas enzimáticas são estabilizadas no estado T, incapazes de se ligar ao P-6-P. No entanto, a inibição da fosfofrutocinase pelo ATP é suprimida pelo AMP, que se liga às conformações R da enzima, estabilizando assim o estado da enzima para a ligação ao P-6-P.

O regulador alostérico mais importante da glicólise e da gliconeogênese é frutose 2,6-bifosfato, que não é um elo intermediário desses ciclos. A frutose 2,6-bifosfato ativa alostericamente a fosfofrutoquinase.

A síntese de frutose-2,6-bifosfato é catalisada por uma enzima bifuncional especial - fosfofrutoquinase-2/frutose-2,6-bifosfatase (PFK-2/F-2,6-BPase). Em sua forma não fosforilada, a proteína é conhecida como fosfofrutoquinase-2 e possui atividade catalítica para a frutose 6-fosfato, sintetizando a frutose 2-6-bifosfato. Como resultado, a atividade do FPA é significativamente estimulada e a atividade da frutose-1,6-bifosfatase é fortemente inibida. Ou seja, sob a condição de atividade do FFK-2, o equilíbrio dessa reação entre a glicólise e a gliconeogênese muda para a primeira - a frutose-1,6-bifosfato é sintetizada.

Na sua forma fosforilada, a enzima bifuncional não possui atividade quinase, pelo contrário, é ativado um sítio em sua molécula que hidrolisa P2,6BP em P6P e fosfato inorgânico; O efeito metabólico da fosforilação da enzima bifuncional é que a estimulação alostérica do PPA cessa, a inibição alostérica da F-1,6-BPase é eliminada e o equilíbrio muda para a gliconeogênese. F6P é produzido e depois glicose.

As interconversões da enzima bifuncional são realizadas pela proteína quinase (PK) dependente de cAMP, que por sua vez é regulada por hormônios peptídicos que circulam no sangue.

Quando a concentração de glicose no sangue diminui, a formação de insulina também é inibida, e a liberação de glucagon, ao contrário, é estimulada, e sua concentração no sangue aumenta acentuadamente. O glucagon (e outros hormônios contrainsulares) liga-se a receptores na membrana plasmática das células hepáticas, causando ativação da adenilato ciclase da membrana. A adenilato ciclase catalisa a conversão de ATP em AMP cíclico. O AMPc liga-se à subunidade reguladora da proteína quinase, causando a liberação e ativação de suas subunidades catalíticas, que são fosforiladas por uma série de enzimas, incluindo a FFK-2/F-2,6-BPase bifuncional. Ao mesmo tempo, o consumo de glicose no fígado cessa e a gliconeogênese e a glicogenólise são ativadas, restaurando a normoglicemia.

Piruvato quinase

A próxima etapa onde é realizada a regulação da glicólise é a última reação - a etapa de ação da piruvato quinase. Várias isoenzimas com características regulatórias também foram descritas para a piruvato quinase.

Piruvato quinase hepática(tipo L) é regulado pela fosforilação, efetores alestéricos e pela regulação da expressão gênica. A enzima é inibida por ATP e acetil-CoA e ativada pela frutose-1,6-bifosfato. A inibição da piruvato quinase pelo ATP é semelhante ao efeito do ATP no PPA. A ligação do ATP ao sítio de inibição da enzima reduz sua afinidade pelo fosfoenolpiruvato. A piruvato quinase hepática é fosforilada e inibida pela proteína quinase e, portanto, também está sob controle hormonal. Além disso, a atividade da piruvato quinase hepática é regulada quantitativamente, ou seja, alterando o nível de sua síntese. Esta é uma regulamentação lenta e de longo prazo. Um aumento de carboidratos na dieta estimula a expressão de genes que codificam a piruvato quinase, resultando em um aumento no nível da enzima na célula.

Piruvato quinase tipo M, encontrada no cérebro, músculos e outros tecidos que necessitam de glicose, não é regulada pela proteína quinase. Isso é fundamental porque o metabolismo desses tecidos é determinado apenas pelas necessidades internas e não depende do nível de glicose no sangue.

A piruvato quinase muscular não é afetada por influências externas, como diminuição dos níveis de glicose no sangue ou liberação de hormônios. Condições extracelulares que levam à fosforilação e inibição da isoenzima hepática não alteram a atividade da piruvato quinase tipo M. Ou seja, a intensidade da glicólise nos músculos estriados é determinada apenas pelas condições internas da célula e não depende de regulação geral.

Significado

A glicólise é uma via catabólica de excepcional importância. Fornece energia para reações celulares, incluindo síntese de proteínas. Os intermediários da glicólise são utilizados na síntese de gorduras. O piruvato também pode ser usado para sintetizar alanina, aspartato e outros compostos. Graças à glicólise, o desempenho mitocondrial e a disponibilidade de oxigênio não limitam a potência muscular durante cargas extremas de curto prazo.

Veja também

Ligações

Glicolise

1.7 Reações de glicólise

Uma introdução

A glicólise é uma via metabólica para a oxidação da glicose. Ocorre no citosol da célula de acordo com um dos dois cenários:

1. Glicólise aeróbica ocorre na presença de oxigênio e inclui 10 reações.

Produtos - 2 moléculas de piruvato, 4 ATP e 2 NADH. Custos - 2 moléculas de ATP.

2. Glicólise anaeróbica ocorre na ausência de oxigênio e, além de 10 reações principais, inclui mais uma - a redução do piruvato a lactato (ácido láctico). O significado desta reação será discutido abaixo. O número total de reações é 11.

Produtos - 2 moléculas de lactato, 4 ATP. Custos - 2 moléculas de ATP.

De todas as reações da glicólise, a 1ª e a 3ª são termodinamicamente irreversíveis.

eu e o 10º. Todas as outras reações são reversíveis.

B Equações de reação

1. Glicose + ATP Glicose-6-fosfato + ADP + H+

2. Glicose-6-fosfato Frutose-6-fosfato

3. Frutose 6-fosfato Frutose 1,6-bifosfato

4. Frutose 1,6-bifosfato Fosfato de diidroxiacetona + Gliceraldeído 3-fosfato

5. Fosfato de dihidroxiacetona Gliceraldeído-3-fosfato

molécula de glicose. Esta reação é catalisada pela enzima hexoquinase. Além da glicose, a hexoquinase também fosforila outros monossacarídeos: manose, frutose. O fígado contém a isoenzima glucoquinase, que catalisa a mesma reação, mas tem uma constante de Michaelis mais alta. Isso significa que sua afinidade pela glicose é menor que a da hexoquinase. Os íons de magnésio Mg2+ servem como cofator na reação. Eles neutralizam a carga negativa dos dois resíduos de ácido fosfórico na molécula de ATP.

O significado bioquímico desta reação é “bloquear” a glicose na célula, transferindo para ela um resíduo de ácido fosfórico carregado negativamente. Assim, a difusão reversa da glicose da célula para o ambiente externo é significativamente reduzida, uma vez que as moléculas de glicose com carga negativa são repelidas eletrostaticamente pelos fosfolipídios da membrana com carga negativa.

Reação D 2

Durante a segunda reação, a aldose - glicose-6-fosfato - isomeriza em cetose

- frutose-6-fosfato. Esta reação é catalisada por uma enzima fosfoglucoisomerase.

Reação D 3

	Reações de glicólise

Substrato: frutose-6-fosfato	Produto: frutose 1,6-bifosfato

Enzima: fosfofrutoquinase	Cofator: Mg 2+
Alostericamente ativado:	Alostericamente inibido por:
AMP, frutose 2,6-bifosfato	ATP, citrato

Regulação hormonal associado ao alostérico e realizado através de bi-
enzima funcional(BIF) e frutose-2,6-bifosfato (seu produto) 1.
Hormônios principais: insulina, glucagon, adrenalina.

Enzima fosfofrutocinase fosforila frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato (o uso do prefixo bis- neste caso indica que os resíduos de ácido fosfórico estão associados a diferentes átomos de carbono na molécula de frutose; o uso do prefixo di- significa que grupos fosfato estão conectados a um átomo de carbono, neste caso erroneamente).

A fosfofrutoisomerase é uma enzima chave na regulação da glicólise, uma vez que catalisa uma das reações limitantes da glicólise.

E Reação 4

1 O mecanismo de regulação da fosfofrutoquinase pelo BIF e A frutose 2,6-bifosfato é discutida em detalhes na seção 2.9.

A aldolase catalisa a quarta reação, a clivagem da frutose-1,6-bifosfato em duas trioses: gliceraldeído-3-fosfato e diidroxiacetona fosfato. A clivagem aldólica da glicose-6-fosfato levaria à formação de produtos com diferentes números de átomos. Neste caso, o número de átomos em ambos os produtos é três. Isto esclarece o “significado” da segunda reação da glicólise (isomerização da glicose em frutose).

Reação F 5

Um dos produtos da quarta reação da glicólise é o gliceraldeído-3-fosfato

- participa de reações posteriores. Outro produto, o fosfato de diidroxiacetona, isomeriza na quinta reação para gliceraldeído 3-fosfato via enzima triosefosfato isomerase. Esta enzima é “cataliticamente ideal”

- o produto é formado assim que o substrato entra em contato com a enzima.

3 Reação 6

A sexta reação da glicólise é a oxidação e fosforilação do glicerol-

deído-3-fosfato, que catalisa gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase. EM

A glicólise é o principal processo de catabolismo de vários carboidratos em muitos organismos vivos. É isso que permite que a energia seja gerada na forma de moléculas de ATP nas células onde a fotossíntese não ocorre. A glicólise anaeróbica ocorre na presença ou ausência de oxigênio.

Especificidades do processo

Numerosos estudos sobre a essência química desse processo demonstraram que os estágios iniciais da fermentação e da respiração apresentam semelhanças. Graças a esta descoberta, os cientistas explicaram a unidade do mundo vivo. A glicólise anaeróbica ocorre após a conclusão do ciclo do ácido tricarboxílico e a transferência de elétrons livres. O piruvato entra nas mitocôndrias e é oxidado em dióxido de carbono. Isso resulta na liberação de energia livre da hexose. As enzimas que aceleram as reações glicolíticas são encontradas na forma solúvel no citosol de muitas células. Os aceleradores do processo de oxidação da hexose, que ocorre na presença de oxigênio, estão concentrados nas membranas mitocondriais.

Para dividir uma molécula de carboidrato contendo seis átomos de carbono em duas moléculas, é necessária a presença de dez enzimas ativas. Os pesquisadores conseguiram isolá-los em sua forma pura e estudar suas características físicas e químicas.

Etapas do processo

O processo de glicólise ocorre nas células dos organismos vivos. É acompanhado pela formação de ácido pirúvico e consiste em várias etapas. Para a degradação respiratória, a glicose deve ser ativada. Um processo semelhante ocorre quando um átomo de carbono é fosforilado ao interagir com o ATP.

glicose + ATP = glicose-6-fosfato + ADP

Para realizar essa interação química, são utilizados cátions de magnésio e hexoquinase (enzima). Em seguida, o produto da reação é isomerizado em frutose-6-fosfato. A enzima fosfoglucoisomerase é usada como catalisador.

A glicólise da glicose é caracterizada por outra etapa na qual o ATP está envolvido. A adição de ácido fosfórico ocorre no primeiro átomo de carbono da frutose. Os estágios subsequentes da glicólise estão associados à dissociação da frutose-1,6-difosfato resultante em trioses, a formação de PGA (3-fosfogliceraldeído).

A glicólise é um processo de vários estágios associado à liberação de energia. Quando uma molécula de glicose é quebrada, duas moléculas de PHA são obtidas, portanto elas se repetem.

A glicólise é um processo resumido pela equação:

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

Regulação da glicólise

A glicólise é um processo importante para um organismo vivo. Destina-se a desempenhar duas funções:

geração de ATP durante a quebra de moléculas de hexose;
transporte de blocos de construção para o posterior processo de síntese.

A regulação deste processo visa satisfazer plenamente estas necessidades de uma célula viva. As reações nas quais as enzimas atuam como catalisadores são irreversíveis.

De particular importância na implementação da função reguladora é a fosfofrutoquinase. Esta enzima desempenha função reguladora e caracteriza a velocidade do processo.

Significado fisiológico

A glicólise pode ser considerada um método universal de catabolismo da glicose. É usado ativamente por organismos pró e eucarióticos. As enzimas que catalisam a glicólise dissolvem-se em água e acumulam-se no citosol. Algumas células e tecidos animais podem catabolizar a hexose apenas através da glicólise. Por exemplo, as células do canal renal e os neurônios cerebrais têm habilidades semelhantes.

Existem algumas diferenças no papel fisiológico da glicólise no tecido adiposo e no fígado. Durante a digestão no tecido adiposo e no fígado, esse processo é fonte de substratos utilizados na síntese de gorduras.

Alguns tecidos vegetais armazenam amido nos tubérculos. As plantas aquáticas obtêm energia através da glicólise.

Sob condições anaeróbicas, o piruvato é convertido em etanol e lactato. O processo é acompanhado pela liberação de grande quantidade de energia.

A glicólise tem significado fisiológico significativo nos adipócitos. Com sua ajuda, ao invés do processo oxidativo, ocorre a lipogênese, o que reduz o estresse oxidativo.

Significado médico

À medida que o lactato, que é formado em condições anaeróbicas, se acumula, a acidose láctica se desenvolve no sangue. Isso leva a uma diminuição na reação do meio sanguíneo, que é acompanhada por graves distúrbios no metabolismo celular. Um processo semelhante ocorre durante processos patológicos associados ao fornecimento prejudicado de oxigênio aos tecidos. Por exemplo, com infarto do miocárdio, sangramento, embolia pulmonar. Esse processo é causado pelo diabetes mellitus, no qual ocorre um processo anaeróbico em vez da glicólise aeróbica.

Considerando que a insulina é um acelerador da glicólise, no diabetes tipo 1 ocorre uma desaceleração da glicólise. É por isso que aqueles medicamentos que estimulam as enzimas utilizadas para esse processo desempenham a função de tratar a doença.

Conclusão

A glicólise é um processo necessário ao pleno funcionamento dos organismos. No câncer, o consumo de glicose aumenta dez vezes, de modo que a viabilidade das células tumorais depende da glicólise.

Após um estudo detalhado das peculiaridades desse processo, os cientistas conseguiram usar a glicólise não apenas para nutrir as células, mas também para tratar certas doenças.

Revisão geral

A via glicolítica consiste em 10 reações sequenciais, cada uma das quais é catalisada por uma enzima separada.

Localização

Resultado

O resultado da glicólise é a conversão de uma molécula de glicose em duas moléculas de ácido pirúvico (PVA) e a formação de dois equivalentes redutores na forma da coenzima NAD∙H.

A equação completa para a glicólise é:

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

Na ausência ou deficiência de oxigênio na célula, o ácido pirúvico sofre redução a ácido láctico, então a equação geral da glicólise será a seguinte:

Glicose + 2ADP + 2P n = 2lactato + 2ATP + 2H 2 O.

Assim, durante a quebra anaeróbica de uma molécula de glicose, o rendimento líquido total de ATP é de duas moléculas obtidas em reações de fosforilação do substrato do ADP.

Caminho

A isoenzima hepática da hexoquinase, a glucoquinase, é importante na regulação dos níveis de glicose no sangue.

Na próxima reação ( 2 ) pela enzima fosfoglucoisomerase G-6-P é convertida em frutose 6-fosfato (F-6-F):

Nenhuma energia é necessária para esta reação e a reação é completamente reversível. Nesta fase, a frutose também pode ser incluída no processo de glicólise através da fosforilação.

Clivagem aldólica F-1.6-bF ocorre sob a ação da frutose-1,6-bifosfato aldolase:

Cada molécula de gliceraldeído fosfato é oxidada por NAD+ na presença de gliceraldeído fosfato desidrogenase antes 1,3-difosfoglicerato (6 ):

Então sequencialmente: formas de fosfoglicerol mutase 2-fosfoglicerato (8 ):

Formas de enolase fosfoenolpiruvato (9 ):

Finalmente, a segunda reação de fosforilação do substrato do ADP ocorre com a formação da forma enol do piruvato e do ATP ( 10 ):

A reação ocorre sob a ação da piruvato quinase. Esta é a última reação chave da glicólise. A isomerização da forma enol do piruvato em piruvato ocorre de forma não enzimática.

Desde a sua formação F-1.6-bF Somente ocorrem reações que liberam energia 7 E 10 , em que ocorre a fosforilação do substrato do ADP.

Desenvolvimento adicional

Fermentação com ácido butírico:

Glicose → ácido butírico + 2 CO 2 + 2 H 2 O.

Fermentação alcoólica:

Glicose → 2 etanol + 2 CO 2 .

Fermentação com ácido cítrico:

Glicose → ácido cítrico + 2 H 2 O.

A fermentação é importante na indústria alimentícia.

PVK + NAD∙H + H + → lactato + NAD + .

A dor muscular que ocorre algum tempo após uma atividade física intensa e incomum está associada ao acúmulo de ácido láctico neles.

Regulação da glicólise

Existem regulamentos locais e gerais.

A regulação local é realizada alterando a atividade das enzimas sob a influência de vários metabólitos dentro da célula.

A insulina desempenha um papel importante na estimulação da glicólise. O glucagon e a adrenalina são os inibidores hormonais mais importantes da glicólise.

A insulina estimula a glicólise através de:

ativação da reação hexoquinase;
estimulação da fosfofrutoquinase;
estimulação da piruvato quinase.

Outros hormônios também influenciam a glicólise. Por exemplo, a somatotropina inibe as enzimas glicolíticas e os hormônios da tireoide são estimulantes.