Funkcije glikolize, encimi, faze, izdelki, pomembnost

The Glikoliza O glikoliza je glavna pot katabolizma glukoze, katere končni cilj je pridobiti energijo v obliki ATP in NADH, ki zmanjšuje moč, iz tega ogljikovega hidrata.

Ta pot, ki sta jo v tridesetih letih prejšnjega stoletja v celoti razjasnila Gustav Embden in Otto Meyerhof, med preučevanjem porabe glukoze v celičnih celicah skeletnih mišic je sestavljena iz popolne oksidacije omenjenega monosaharida in sama po sebi predstavlja anaerobno pot za pridobljeno energijo.

Molekularna struktura ATP, enega od glikolitičnih izdelkov (povzetek glikolitične poti (vir: Tekks pri angleški Wikipedia/CC by-SA (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0) prek Wikimedia Commons) prek Wikimedia Commons)

Je ena glavnih presnovnih poti, ker se zgodi, da se s svojimi razlikami v vseh živih organizmih, ki obstajajo, enocelični ali večcelični, prokarioti ali evkarioti.

Pravzaprav obstajajo nekateri organizmi in vrste celic, ki so odvisne izključno od te poti do preživljanja.

Najprej je glikoliza sestavljena iz oksidacije glukoze, 6 ogljikovih atomov, do piruvata, ki ima tri ogljikove atome; S sočasno proizvodnjo ATP in NADH, ki so uporabne za celice s presnovnega in sintetičnega vidika.

V tistih celicah, ki lahko nadaljnjo predelavo proizvodov, pridobljenih s katabolizmom glukoze, se glikoliza konča s proizvodnjo ogljikovega dioksida in vode skozi cikel Krebsa in verigo elektronskih transportnih verig (aerobna glikoliza).

Med glikolitično potjo poteka deset encimskih reakcij in čeprav je regulacija teh reakcij lahko nekaj drugačnega od ene vrste do druge, so tudi regulacijski mehanizmi precej ohranjeni.

[TOC]

Funkcije glikolize

S presnovnega vidika je glukoza eden najpomembnejših ogljikovih hidratov za vsa živa bitja.

Je stabilna in zelo topna molekula, zato jo je mogoče prevažati z relativno lahkoto po telesu živali ali rastline, od koder je shranjena in/ali dobimo tja, kjer je potrebno kot celično gorivo.

Glukozna struktura (vir: OLIVA93/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0) prek Wikimedia Commons)

Kemično energijo, ki jo vsebuje glukoza, izkoriščajo žive celice z glikolizo, ki jo sestavljajo niz izjemno nadzorovanih korakov, s katerimi je energija, ki se sprošča iz oksidacije tega ogljikovega hidrata v bolj uporabnih energetskih oblikah energije, "zajet", od tega je njegov pomen ", zato je njegov pomen.

Skozi to pot dobimo ne le energijo (ATP) in zmanjšanje moči (NADH), ampak zagotavlja vrsto presnovnih posrednikov, ki so del drugih poti, pomembne tudi iz anaboličnega (biosintetičnega) in splošnega celičnega delovanja. Tu je seznam:

- Glukozni 6-fosfat za pentosas fosfat pot (PPP, angleščina Pantos Mushco Pathway)

- Piruvat za mlečno fermentacijo

- Piruvat za sintezo aminokislin (predvsem alanin)

- Piruvat za cikel trikarboksilne kisline

- Fruktozni 6-fosfat, glukozni 6-fosfat in dihidroksiaceton fosfat, ki delujejo kot "gradbeni bloki" na drugih poteh, kot so sinteza glikogena, maščobne kisline, trigliceridi, nukleotidi, aminokisline, itd.

Proizvodnja energije

Količina ATP, ki jo proizvaja glikolitična pot.

Ko pa gre za aerobne celice, glikoliza deluje tudi kot vir energije v sili in služi kot "pripravljalni korak" pred oksidativnimi reakcijami fosforilacije, ki so značilne celice z aerobnim metabolizmom.

Encimi, ki sodelujejo v glikolizi

Glikoliza je mogoča le zaradi sodelovanja 10 encimov, ki katalizirajo reakcije, ki so značilne za to pot. Mnogi od teh encimov so alosterični in spreminjajo obliko ali konformacijo, ko izvajajo svoje katalitične funkcije.

Obstajajo encimi, ki med svojimi podlagami zlomijo in tvorijo kovalentne vezi, drugi pa potrebujejo posebne kofaktorje, da izvajajo svoje funkcije, predvsem kovinske ione.

Strukturno gledano imajo vsi glikolitični encimi središče, ki ga v bistvu oblikujejo listi β vzporedno obdan z Hellices α in naročeno v več kot eni domeni. Poleg tega so ti encimi značilni, ker so njihova aktivna mesta običajno na mestih Unije med domenami.

Pomembno je tudi poudariti, da glavna regulacija poti poteka skozi nadzor (hormonski ali presnovki) encimov, kot so heksokinaza, fosfofrucerahinaza, gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza in piruvat kinaze.

Vam lahko služi: pljučni parenhim: opis, histologija, bolezniGlavne regulacijske točke glikolitične poti.Org/licence/by-sa/3.0) prek Wikimedia Commons)

1- heksokinaza (HK)

Prvo reakcijo glikolize (fosforilacijo glukoze) katalizira heksokinaza (HK), katere mehanizem delovanja se zdi, da je "inducirana prilagoditev" s substratom, ki spodbuja "zapiranje" encima okoli ATP in glukoze ( njegove podlage) Ko se jim pridružijo.

Glede na organizem, ki se šteje prisotnost glukoze, magnezijevih ionov in ATP.

Heksokinaza ima terciarno strukturo, sestavljeno iz odprtih alfa in beta listov, čeprav je v teh encimih veliko strukturnih razlik.

2- izomeraza fosfoglukoza (PGI)

Fosforilirano glukozo s heksokinazo izomeriziramo do 6-fosfatne fruktoze s pomočjo izomeraze fosfoglukoze (PGI), znanega tudi kot glukoza 6-fosfat izomeraza. Encim torej ne odstrani ali dodaja atomov, temveč jih preuredi na konstrukcijski ravni.

To je aktivni encim v njegovi dimorični obliki (monomer tehta več ali manj 66 kDa) in je vključen ne le v glikolizo, ampak tudi v glukoneogenezo, v sintezi ogljikovih hidratov v rastlinah itd.

3- fosfofrutequinaza (PFK)

6-fosfatna fruktoza je substrat za encim fosfofrucerahinaze, ki je sposoben znova fosforilacije te molekule z uporabo ATP kot darovalca fosforilne skupine, ki proizvaja 1,6-bifosfatno fruktozo.

Ta encim obstaja pri bakterijah in sesalcih kot homotramerični encim (sestavljen iz štirih enakih podenot po 33 kDa za bakterije in 85 kDa vsak pri sesalcih), v kvasovkah pa je oktameter (sestavljen iz večjih podenot, med 112 in 118 kDa).

Gre.

4- Aldolaza

Also known as fructose 1.6-biffosphate Aldolase, aldolase catalyzes the catalytic rupture of fructose 1.6-biphosphate in dihydroxyacetone phosphate and glyceraldehyde 3-phosphate and reaction reaction, that is, the union of both sugars for the formation of the formation of Fructose 1.6-biphosphate.

Z drugimi besedami, ta encim reže fruktozo 1,6-bifosfat tik na sredini in sprošča dve fosforilirani spojini 3 ogljikovih atomov. Aldolaza je sestavljena tudi iz 4 enakih podenot, vsaka z lastnim aktivnim mestom.

Določen je bil obstoj dveh razredov (I in II) tega encima, ki se razlikuje po mehanizmu reakcije, ki katalizira, in ker se nekateri (prvi) pojavijo v "nižjih" bakterijah in evkariotih, in drugih (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi (drugi drugi) so v bakterijah, proti in metazojih.

Aldolaza "nadrejenih" evkariotov je sestavljena iz homotermetra podenot 40 kDa molekulske mase, vsaka pa je tvorila sod, sestavljen iz 8 β/α listov.

5- triosa-fosfat izomeraza (tim)

Dva triosas fosforilirana je mogoče medsebojno povezati, zahvaljujoč delovanju izomeraze triosa-fosfata, kar omogoča uporabo obeh sladkorjev v celotni glikolizi, kar zagotavlja popolno uporabo vsake molekule glukoze, ki vstopi v cesto.

Ta encim je bil opisan kot "popoln" encim, ker katalizira reakcijo, opisano približno milijardo hitreje, kot bi se zgodilo brez njene udeležbe. Njegovo aktivno mesto se nahaja v središču strukture beta, značilno za številne glikolitične encime.

Gre za dimérica protein, ki ga tvorita dve enaki podenoti približno 27 kDa, obe z globulno strukturo.

6- gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza (GAPDH)

3-fosfatni gliceraldehid, ki ga proizvaja delovanje izomeraze triosa-fosfata , pa tudi 2 fosfatni ali sulfatni ioni.

V tem odlomku poti encim omogoča fosforilacijo enega od njegovih substratov, ki jih uporablja anorganski fosfat kot darovalec fosforilne skupine, s sočasnim zmanjšanjem dveh molekul NAD+ in proizvodnji 1,3-bifospphoglycecerototo.

7- fosfoglycerato kinaza (PGK)

Fosphoglicerat kinaza je odgovorna za prenos ene od 1,3-bifosfogliceroratnih fosfatnih skupin v molekulo ADP zaradi fosforilacije na ravni podlage. Ta encim uporablja mehanizem, podoben tistemu, ki ga uporablja heksokinaza, saj se zapira, da se stika na svojih podlagah in jih zaščiti pred interferenčnimi molekulami vode.

Vam lahko služi: aponeuroza: značilnosti, funkcije, lokacija

Ta encim, tako kot drugi, ki uporabljajo dva ali več substratov, ima vezavno mesto za ADP in drugo za fosfatni sladkor.

Za razliko od drugih opisanih encimov je ta protein 44 kDa monomer z bilobularno strukturo, sestavljen iz dveh domen iste velikosti, povezanih z ozkim "utorjem".

8- Mutase fosfoglicerat

3-fosfoglicerat se na sredini molekule spremeni iz fosfatne skupine do ogljika 2, ki predstavlja strateško nestabilno mesto, ki olajša nadaljnji prenos skupine na molekulo ATP v zadnji reakciji poti.

Ta rearreglo katalizira encim fosfoglicerat Mutasa, encim dimérica za ljudi in tetramerik za kvasovke, z velikostjo podenote pa blizu 27 kDa.

9- Enolaza

Enolaza katalizira dehidracijo 2-fosfoglicerata v fosfoenolpiruvat, potreben korak za nastajanje ATP v naslednji reakciji.

Gre za encim Dimérica, sestavljen iz dveh enakih podenot 45 kDa. Odvisno je od magnezijevih ionov za stabilnost in za konformacijsko spremembo, potrebno za pridružitev vašemu substratu. Je eden od encimov, izraženih z večjo številčnostjo v citosolu številnih organizmov in izvaja dodatne funkcije za glikolitiko.

10- Quinasa Piruvato

Drugo fosforilacijo na ravni substrata, ki poteka pri glikolizi.

Ta encim je bolj zapleten kot kateri koli od drugih glikolitičnih encimov in pri sesalcih je homotramalni encim (57 kDa/podenota). V vretenčarjih obstajajo vsaj 4 izoencime: L (v jetrih), R (v eritrocitih), M1 (v mišicah in možganih) in M2 (tkiva ploda in odraslih).

Faze glikolize (korak za korakom)

Glikolitična pot je sestavljena iz desetih zaporednih korakov in se začne z molekulo glukoze. Med postopkom je molekula glukoze "aktivirana" ali "pripravljena" z dodatkom dveh fosfatov, ki vlagata dve molekuli ATP.

Nato je "razrezan" v dveh fragmentih in je na koncu na cesti na koncu kemično spremenjen, štiri molekule ATP, tako da neto dobiček poti ustreza dvema molekulama ATP.

Iz zgoraj navedenega je mogoče sklepati, da je pot razdeljena na energijsko fazo "naložbe", ki je temeljna za popolno oksidacijo molekule glukoze, in drugo fazo energije "dobiček", kjer se sprva porabi energije in dve neto ATP molekule.

- Faza naložbe v energijo

1- Prvi korak glikolitične poti je sestavljen iz fosforilacije glukoze, ki jo posreduje heksokinaza (HK), za katero encim uporablja molekulo ATP za vsako molekulo glukoze, ki je fosforilacija. Je nepopravljiva reakcija in je odvisna od prisotnosti magnezijevih ionov (Mg2+):

Glukoza + ATP → glukoza 6-fosfat + ADP

Tako proizvedena 6-fosfatna glukoza je izomerizirana na 6-fosfatno fruktozo zahvaljujoč delovanju izomeraznega fosfoglukoznega encima (PGI) (PGI). To je reverzibilna reakcija in ne pomeni dodatnih izdatkov za energijo:

Glukoza 6-fosfat → fruktoza 6-fosfat

3-Pozneje še en korak energijske naložbe pomeni fosforilacijo fruktoze 6-fosfata, da tvori 1,6-bifosfatno fruktozo. To reakcijo katalizira encim fosfofrutekinaza-1 (PFK-1). Tako kot prvi korak poti je tudi molekula donatorja fosfatne skupine ATP in je tudi nepopravljiva reakcija.

Fruktoza 6-fosfat + ATP → fruktoza 1,6-bifosfat + ADP

4- V tem koraku glikolize je katalitična ruptura fruktoze 1,6-bifosfata v dihidroksiacetonskem fosfatu (dhap) a ketoza in v gliceraldehid 3-fosfat (vrzel) Aldosa. To aldolno kondenzacijo katalizira encim aldolaza in je reverzibilen postopek.

Fruktoza 1,6-biffosfat → dihidroksiaceton fosfat + gliceraldehid 3-fosfat

5- Zadnja reakcija faze energijske naložbe je sestavljena iz medsebojnega pretvorbe fosfata Triosas DHAP in vrzeli, ki jo katalizira encim triosa-fosfat izomeraze (TIM).

Dihidroksiaceton fosfat ↔ gliceraldehid 3-fosfat

- Faza pridobivanja energije

6- 3-fosfatni gliceraldehid se uporablja "navzdol" na glikolitični poti kot substrat za oksidacijsko reakcijo in drugo fosforilacijo, ki jo katalizira isti encim, gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza (GAPDH).

Encim katalizira oksidacijo ogljikovega C1 molekule na karboksilno kislino in fosforilacijo tega v istem položaju, kar proizvaja 1,3-bifosciceracijsko. Med reakcijo se 2 molekuli NAD+ zmanjšata na molekulo glukoze in 2 anorganski fosfatni molekuli se.

Vam lahko služi: sapnik

2Glyceraldehid 3-fosfat + 2nad + + 2pi → 2 (1,3-bifosphoglycerato) + 2nadh + 2H

V aerobnih organizmih vsak NADH, proizveden na ta način.

7- To je prvi korak sinteze ATP v glikolizi in pomeni delovanje kinaznega fosfoglicerata (PGK) na 1,3-bifosfogliceratu, prenos fosforila (fosforilacija na ravni substrata) iz te molekule na molekulo, ki je prinesla 2at, ki se je prinesla 2at, ki prinaša 2at, ki prinaša 2at, ki se prinaša 2AT, ki se je prineslo 2at, ki prinaša 2at 2at, ki prinaša 2at, ki se prinaša 2at, ki se prinaša 2at, ki prinaša 2at 2at, ki prinaša 2at 2at in 2 molekuli 3-fosfoglicerata (3pg) za vsako molekulo glukoze.

2 (1,3-bifosphoglycerato) + 2ADP → 2 (3-fosfoglicerat) + 2ATP

8- 3-fosfoglicerat služi kot substrat za encim fosfoglicerato mutasa (PGM), zaradi česar je 2-fosfoglicerat z premikom fosforilne skupine ogljika 3 do ogljika 2 Magnezijevi ioni (mg+2).

2 (3-fosfoglicerat) → 2 (2-fosfoglicerat)

9- Encim v 2-fosfogliceratu dehidrat in proizvaja fosfoenolpiruvat (PEP) s pomočjo reakcije, ki ne zasluži dodajanja dodatne energije in je namenjena proizvodnji visokoenergetske spojine, ki lahko v naslednji reakciji podari svojo fosforilno skupino.

2 (2-fosfoglicerat) → 2fosfoenolpiruvate

10- Fosfoenolpiruvat je substrat encima piruvat kinaze (PYK), ki je odgovoren za prenos fosforilne skupine v tej molekuli k molekuli ADP in s tem kataliziran, zato še ena reakcija fosforilacije na ravni substrata na ravni substrata.

V reakciji 2ATP in 2 piruvatne molekule nastajajo za vsako glukozo in je potrebna prisotnost kalija in magnezija v ionski obliki.

2fospo Elplivato + 2ADP → 2Pyruvate + 2ATP

Neto zmogljivost glikolize je na ta način sestavljena iz 2ATP in 2Nad+ za vsako molekulo glukoze, ki vstopi v pot.

Če gre za celice z aerobnim presnovnim.

Izdelki glikolize

Splošna reakcija glikolize je naslednja:

Glukoza + 2nad + + 2adp + 2pi → 2pyruvate + 2ATP + 2nadh + 2H+

Če bi ga na kratko analizirali, bi lahko zagotovili, da so glavni izdelki glikolitične poti piruvat, ATP, NADH in H.

Vendar je presnovni cilj vsakega reakcijskega posrednika v veliki meri odvisen od celičnih potreb, zato je mogoče vse posrednike obravnavati kot reakcijske produkte, saj jih lahko metijo na naslednji način:

- Glukoza 6-fosfat

- Fruktoza 6-fosfat

- Fruktoza 1,6-bifosfat

- Dihidroksiaceton fosfat in gliceraldehid 3-fosfat

- 1,3-Bifosphoglycerato

- 3-fosfoglicerat in 2-fosfoglicerat

- Fosfoenolpiruvat in piruvat

Pomembnost

Čeprav glikoliza sama po sebi (lahko govori o anaerobni glikolizi) proizvede le približno 5% ATP, ki ga je mogoče izvleči iz aerobnega katabolizma glukoze, je ta presnovna pot iz več razlogov temeljna:

- Služi kot "hiter" vir energije, zlasti v situacijah, v katerih mora žival hitro zapustiti stanje počitka, za katere aerobne oksidacijske procese ne bi bili dovolj hitri.

- Skeletna "bela" mišična vlakna v človeškem telesu so na primer hitra kontraktivna vlakna in so odvisna od anaerobne glikolize, da delujejo.

- Ko celica iz nekega razloga potrebuje glikolitično.

- Številne celice so odvisne od glukoze kot vira energije po glikolitični poti, vključno z rdeče krvne celice, Manjkajo notranje organele in očesne celice (zlasti tiste roženice), ki nimajo velike gostote mitohondrijev.

Reference

1. Canback, b., Andersson, s. G. In., & Kurland, c. G. (2002). Globalna filogenija glikolitičnih encimov. Zbornik Nacionalne akademije znanosti, 99 (9), 6097-6102.
2. Chaudhry R, ​​Varacallo M. Biokemija, glikoliza. [Posodobljeno 2019 AP 21]. V: StatPearls [Internet]. Zakladni otok (FL): Statpearls Publishing; 2020 januarja-. Na voljo pri: https: // www.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov/knjige/NBK482303/
3. Fothergill-Gilmore, l. Do., & Michels, str. Do. (1993). Evolucija glikolize. Napredek v biofiziki in molekularni biologiji, 59 (2), 105-235.
4. Kim, j. W., & Dang, c. V. (2005). Večplastne vloge glikolitičnih encimov. Trendi v biokemičnih znanostih, 30 (3), 142-150.
5. Kumari, a. (2017). Sladka biokemija: spominjanje struktur, ciklov in poti po mnemoniki. Akademski tisk.
6. Li, x. B., Gu, j. D., & Zhou, q. H. (2015). Pregled aerobne glikolize in njegovih ključnih encimov-novih tarč za zdravljenje pljučnega raka. Torakalni rak, 6 (1), 17–24.