Reakcie aeróbnej glykolýzy a osud glykolytických sprostredkovateľov



aeróbna glykolýza je definovaný ako použitie nadbytku glukózy, ktorá nie je spracovaná oxidačnou fosforyláciou smerom k tvorbe "fermentačných" produktov, dokonca ani v podmienkach vysokých koncentrácií kyslíka a napriek poklesu energetickej účinnosti.

Bežne sa nachádza v tkanivách s vysokou mierou proliferácie, ktorých spotreba glukózy a kyslíka je vysoká. Príkladmi sú rakovinové nádorové bunky, niektoré parazitické bunky krvi cicavcov a dokonca aj bunky niektorých oblastí mozgu cicavcov..

Energia získaná katabolizmom glukózy je zachovaná vo forme ATP a NADH, ktoré sa používajú v smere toku v rôznych metabolických dráhach..

Počas aeróbnej glykolýzy je pyruvát nasmerovaný na Krebsov cyklus a elektrónový transportný reťazec, ale je tiež spracovaný fermentačnou cestou na regeneráciu NAD + bez ďalšej produkcie ATP, ktorá končí tvorbou laktátu..

Aeróbna alebo anaeróbna glykolýza sa vyskytuje hlavne v cytosóle, s výnimkou organizmov, ako sú trypanosomatidy, ktoré majú špecializované glykolytické organely známe ako glykozómy..

Glykolýza je jednou z najznámejších metabolických ciest. Bola formulovaná úplne v tridsiatych rokoch minulého storočia Gustavom Embdenom a Otto Meyerhofom, ktorí študovali dráhu v bunkách kostrového svalstva. Avšak aeróbna glykolýza je známa ako Warburgov efekt od roku 1924.

index

  • 1 Reakcie
    • 1.1 Energetická investičná fáza
    • 1.2 Fáza obnovenia energie
  • 2 Určenie glykolytických sprostredkovateľov
  • 3 Odkazy

reakcie

Aeróbny katabolizmus glukózy sa vyskytuje v desiatich krokoch katalyzovaných enzymaticky. Mnohí autori sa domnievajú, že tieto kroky sú rozdelené na fázu investícií do energie, ktorej cieľom je zvýšiť obsah voľnej energie v sprostredkovateľoch, a ďalšia náhrada a energetický zisk vo forme ATP..

Energetická investičná fáza

1-Fosforylácia glukózy na glukózový 6-fosfát katalyzovaný hexokinázou (HK). V tejto reakcii je jedna molekula ATP, ktorá pôsobí ako donor fosfátovej skupiny, invertovaná pre každú molekulu glukózy. Poskytuje glukózový 6-fosfát (G6P) a ADP a reakcia je ireverzibilná.

Enzým nevyhnutne vyžaduje vytvorenie kompletného Mg-ATP2- pre jeho fungovanie, čo je dôvod, prečo si zaslúži ióny horčíka.

2-Izomerizácia G6P na fruktóza-6-fosfát (F6P). Nezahŕňa výdavky na energiu a je reverzibilnou reakciou katalyzovanou fosfoglukózovou izomerázou (CHZO)..

3-Fosforylácia F6P na fruktóza-1,6-bisfosfát katalyzovaný fosfofruktokinázou-1 (PFK-1). ATP molekula sa používa ako donor fosfátovej skupiny a produkty reakcie sú F1.6-BP a ADP. Vďaka svojej hodnote ΔG je táto reakcia ireverzibilná (rovnako ako reakcia 1).

4-Katalytické štiepenie F1.6-BP v dihydroxyacetón fosfáte (DHAP), ketose a glyceraldehyd 3-fosfáte (GAP), aldóze. Za túto reverzibilnú kondenzáciu aldolu zodpovedá enzým aldoláza.

5-Triosefosfát izomeráza (TIM) je zodpovedná za interkonverziu triosefosfátu: DHAP a GAP, bez dodatočného prívodu energie.

Fáza obnovenia energie

1-GAP je oxidovaný glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázou (GAPDH), ktorá katalyzuje prenos fosfátovej skupiny na GAP za vzniku 1,3-bifosfoglycerátu. V tejto reakcii sa na molekulu glukózy redukujú dve molekuly NAD + a použijú sa dve anorganické molekuly fosfátu.

Každý vyrobený NADH prechádza cez elektrónový transportný reťazec a 6 molekúl ATP je syntetizovaných oxidačnou fosforyláciou.

2-Fosfoglycerátkináza (PGK) prenáša fosforylovú skupinu z 1,3-bifosfoglycerátu na ADP, pričom tvoria dve ATP molekuly a dva z 3-fosfoglycerátu (3PG). Tento proces je známy ako fosforylácia na úrovni substrátu.

Dve molekuly ATP spotrebované v reakciách HK a PFK sú v tomto kroku cesty nahradené PGK..

3-3PG sa konvertuje na 2PG fosfoglycerátovou mutázou (PGM), ktorá katalyzuje vytesnenie fosforylovej skupiny medzi uhlíkom 3 a 2 glycerátu v dvoch krokoch a reverzibilne. Tento enzým tiež vyžaduje ión horčíka.

4-A dehydratačná reakcia katalyzovaná enolázou konvertuje 2PG na fosfoenolpyruvát (PEP) v reakcii, ktorá nevyžaduje energetickú inverziu, ale ktorá generuje zlúčeninu s vyšším energetickým potenciálom na prenos fosfátovej skupiny neskôr..

5-Nakoniec pyruvátkináza (PYK) katalyzuje prenos fosforylovej skupiny v PEP na molekulu ADP so súčasnou produkciou pyruvátu. Na molekulu glukózy sa používajú dve molekuly ADP a generujú sa 2 molekuly ATP. PYK používa ióny draslíka a horčíka.

Teda celkový energetický výťažok glykolýzy sú 2 molekuly ATP pre každú molekulu glukózy, ktorá vstupuje do cesty. V aeróbnych podmienkach znamená úplná degradácia glukózy získanie 30 až 32 molekúl ATP.

Určenie glykolytických sprostredkovateľov

Po glykolýze sa pyruvát podrobí dekarboxylácii, produkuje C02 a daruje acetylovú skupinu acetylkoenzýmu A, ktorý sa tiež oxiduje na CO2 v Krebsovom cykle..

Elektrony uvoľnené počas tejto oxidácie sa transportujú na kyslík prostredníctvom reakcií respiračného reťazca mitochondrií, ktoré v konečnom dôsledku riadia syntézu ATP v tejto organele..

Počas aeróbnej glykolýzy sa nadbytok tvoreného pyruvátu spracováva enzýmom laktátdehydrogenázou, ktorá tvorí laktát a regeneruje časť krokov spotrebovaných NAD + v glykolýze, ale bez tvorby nových molekúl ATP.

Okrem toho môže byť pyruvát použitý v anabolických procesoch, ktoré vedú napríklad k tvorbe aminokyseliny alanínu, alebo môže tiež pôsobiť ako kostra na syntézu mastných kyselín..

Podobne ako pyruvát, konečný produkt glykolýzy, mnoho reakčných medziproduktov plní iné funkcie pri katabolických alebo anabolických cestách dôležitých pre bunku..

Taký je prípad glukózo-6-fosfátu a pentózo-fosfátovej dráhy, kde sa získajú medziprodukty ribozómov prítomných v nukleových kyselinách..

referencie

  1. Akram, M. (2013). Mini-prehľad o glykolýze a rakovine. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
  2. Esen, E., & Long, F. (2014). Aeróbna glykolýza v osteoblastoch. Curr Osteoporos Rep, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J. R., González-Marcano, E.B., Gualdrón-López, M., & Michels, P.M. (2016). Biogenéza, udržiavanie a dynamika glykozómov v trypanozomatidových parazitoch. Biochimica a Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863(5), 1038-1048.
  4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aeróbna glykolýza: mimo proliferácie. Hranice v imunológii, 6, 1-5.
  5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hypotéza: štruktúry, evolúcia a predchodca glukózových kináz v rodine hexokinázy. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99(4), 320-330.
  6. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerove zásady biochémie. Vydania Omega (5. vydanie).