Гликолизаили Патеката Ембден-Мерхоф-Парнасус(од старогрчки γλυκός, гликос - сладок и λύσης, лиза - расцепување) е низа од десет реакции кои водат до конверзија на гликозата, C 6 H 12 O 6, во пируват, C 3 H 3 O-3 со формирање на ATP (аденозин трифосфат) и NADH (намален никотинамид) . Кај аеробните организми, гликолизата доаѓа пред циклусот на трикарбоксилна киселина и синџирот за транспорт на електрони, кои заедно произведуваат најголем дел од енергијата содржана во гликозата. Во аеробни услови, пируватот продира во митохондриите, каде што целосно се оксидира до CO2 и H2O. Ако содржината на кислород е недоволна, како што се случува во мускулите кои активно се собираат, пируватот се претвора во лактат. Кај некои анаеробни организми, како што е квасецот, пируватот не се претвора во лактат, туку во етанол. Формирањето на етанол и лактат од гликоза се примери за ферментација.
Историја на студијата
Гликолизата е првиот откриен и најпроучен метаболички пат. 1897 Браќата Ханс и Едуард Бухнер се занимавале со производство на екстракти од квасец без клетки за терапевтска употреба. Очигледно, тие не можеле да користат антисептици кои се отровни за луѓето, како фенолот, па затоа пробале заеднички конзерванс во готвењето - сахароза. Се покажа дека во екстрактите од квасец оваа супстанца брзо се ферментира во етил алкохол. Ова е прв пат да се утврди дека ферментацијата може да се случи надвор од живите клетки. Во 1907 година, Едуард Бихнер ја доби Нобеловата награда за хемија.
Од откривањето на екстрацелуларната ферментација до 1940-тите, проучувањето на гликолитичките реакции беше една од главните задачи на биохемијата. Овој метаболички пат беше опишан во клетките на квасецот од Ото Варбург, Ханс фон Ојлер-Хелпин и Артур Гарден (последниве двајца ја добија Нобеловата награда за хемија во 1929 година), а во мускулите од Густав Ембден и Ото Мерхоф (Нобелова награда за медицина и физиологија 1922). Карл Нојберг, Џејкоб Парнас, Герти и Карл Кори, исто така, придонесоа за проучување на гликолизата.
Важни „странични“ откритија направени преку проучувањето на гликолизата беа развојот на многу методи за прочистување на ензимите, разјаснувањето на централната улога на АТП и другите фосфорилирани соединенија во метаболизмот и откривањето на коензими како што е NAD.
Дистрибуција и значење
Во еукариотските клетки, реакциите на гликолиза се случуваат во цитозолот. Во повеќето од овие клетки, токму оваа е рангирана на прво место меѓу другите метаболички патишта во однос на бројот на јаглеродни атоми што се претвораат во неа. За ткивата на цицачите како што е мозокот (освен во услови на гладување), бубрежната медула, спермата и црвените крвни зрнца, на кои целосно им недостигаат митохондрии, гликолизата е единствениот извор на метаболичка енергија. За мускулите во услови на многу големо оптоварување, гликолизата е корисна не само затоа што овозможува да се добие енергија кога има недостаток на кислород, туку и затоа што се јавува многу брзо и обезбедува синтеза на АТП 10,5 пати побрзо од аеробната оксидација на органските материи . Исто така, растителните ткива специјализирани за складирање на скроб (на пример, клубени од компир) и водни растенија, како што е nasturtium officinalis, главно зависат од гликолизата.
Други патишта за оксидација на гликоза се патеката на пентоза фосфат и патеката Ентнер-Дудороф. Вториот е замена за гликолизата кај некои грам-негативни и, многу ретко, грам-позитивни бактерии и има многу ензими заедничко со него.
Реакции на гликолиза
Традиционално, гликолизата е поделена на две фази: подготвителна фаза, која вклучува придонес на енергија (првите пет реакции) и фаза на ослободување енергија (последните пет реакции). Понекогаш четвртата и петтата реакција се поделени во посебна средна фаза.
Во првата фаза, фосфорилацијата на гликозата се јавува на шестата позиција, изомеризацијата на добиената гликоза-6-фосфат во фруктоза-6-фосфат, и повторена фосфорилација на првата позиција, што резултира со формирање на фруктоза-1,6-бифосфат. . Фосфатните групи се пренесуваат во моносахариди од АТП. Ова е неопходно за активирање на молекулите - зголемување на содржината на слободна енергија во нив. Фруктоза 1,6-бифосфат потоа се разложува на две фосфотриози, кои можат слободно да се претворат една во друга.
Во втората фаза (ослободување енергија), фосфотриозата (глицералдехид-3-фосфат) се оксидира и фосфорилира со неоргански фосфат. Добиениот производ се претвора во пируват во серија на егзергонски реакции поврзани со синтеза на четири молекули на АТП. Така, за време на гликолизата се случуваат три фундаментални трансформации:
- Распаѓање на гликозата во две молекули на пируват;
- Фосфорилација на АДП во АТП
- NAD закрепнување.
Прва фаза
Фосфорилација на гликоза
Првата реакција на гликолизата е фосфорилација на гликоза за да се формира глукоза-6-фосфат, катализирана од ензимот хексокиназа. Донатор на фосфатната група е молекулата на АТП. Реакцијата се јавува само во присуство на јони Mg 2+, бидејќи вистинскиот супстрат за хексокиназа не е ATP 4-, туку комплексот MgATP 2. Магнезиумот го штити негативниот полнеж на фосфатната група, со што го олеснува нуклеофилниот напад на последниот фосфор атом од хидроксилната група на гликоза.
ΔG 0 = -16,7 kJ/mol
Поради фосфорилација, не се случува само активирање на молекулата на гликоза, туку и нејзино „ограничување“ во клетката: плазматската мембрана има протеини-носители за гликоза, но не и за нејзината фосфорилирана форма. Затоа, големата наелектризирана молекула на глукоза-6-фосфат не може да навлезе во мембраната и покрај фактот што нејзината концентрација во цитоплазмата е поголема отколку во екстрацелуларната течност.
Ензимот хексокиназа е присутен во скоро сите организми; негов главен супстрат е гликозата. Сепак, може да ја катализира фосфорилацијата на други хексози Д-фруктоза, Д-маноза и слично. Луѓето имаат четири изоформи на хексокиназа (I до IV). Еден од изоензимите, хексокиназа IV или глукокиназа, се разликува од другите форми во кинетиката и регулирањето на неговата активност.
Изомеризација на гликоза-6-фосфат
Во втората реакција на гликолиза, гликоза-6-фосфатот се изомеризира во фруктоза-6-фосфат под дејство на ензимот гликоза фосфат изомераза (хексоза фосфат изомераза). Прво, се отвора шестчлениот пиранозен прстен на глукоза-6-фосфат, односно преминот на оваа супстанца во линеарна форма, по што карбонилната група се пренесува од првата позиција на втората преку средната форма на ендиол. Тоа е, алдозите се претвораат во кетоза. Добиената линеарна молекула на фруктоза-6-фосфат е затворена во петчлен фуранозен прстен.
ΔG 0 = 1,7 kJ/mol
Преку мала промена на слободната енергија, реакцијата е реверзибилна. Изомеризацијата на глукоза-6-фосфатот е неопходен услов за понатамошна прогресија на гликолизата, бидејќи следната реакција, друга фосфорилација, бара присуство на хидроксилна група на првата позиција.
Фосфорилација на фруктоза 6-фосфат
По чекорот на изомеризација, се јавува втора реакција на фосфорилација, во која фруктоза 6-фосфат се претвора во фруктоза 1,6-бисфосфат со додавање на фосфатната група на АТП. Реакцијата е катализирана од ензимот фосфофруктокиназа-1 (скратено PFK-1, постои и ензим PFK-2, кој го катализира формирањето на фруктоза-2,6-бисфосфат во друг метаболички пат).
ΔG 0 = -14,2 kJ/mol
Во услови на клеточната цитоплазма, оваа реакција е неповратна. Тој е првиот што веродостојно го одредува разградувањето на супстанциите долж гилколитичкиот пат, бидејќи гликоза-6-фосфат и фруктоза-6-фосфат можат да влезат во други метаболички трансформации, а фруктоза-1,6-бисфосфат се користи само за гликолиза. Тоа е формирање на фруктоза-1,6-бифосфат што е ограничувачка фаза на гликолизата.
Растенијата, некои бактерии и протозои, исто така, имаат форма на фосфофруктокиназа која користи пирофосфат наместо АТП како донатор на фосфатна група. FFK-1, како алостеричен ензим, е предмет на сложени регулаторни механизми. Позитивните модулатори вклучуваат производи за распаѓање на АТП - ADP и AMP, рибулоза-5-фосфат (среден производ на патеката на пентоза фосфат) и кај некои организми фруктоза-2,6-бисфосфат. АТП е негативен модулатор.
Расцепување на фруктоза-1,6-бисфосфат на две фосфотриоза
Фруктоза-1,6-бисфосфатот се разложува на две фосфотриоза: глицералдехид-3-фосфат и дихидроксиацетон фосфат под влијание на фруктоза-1,6-фосфат алдолаза (обично само алдолаза). Името ензим алдолаза доаѓа од обратна реакција на кондензација на алдол. Механизмот на реакција е прикажан на дијаграмот:
ΔG 0 = 23,8 kJ/mol
Иако стандардната промена на слободната енергија за разградување на фруктоза-1,6-бисфосфат е позитивна и има голема апсолутна вредност, во реални клеточни услови, поради ниската концентрација на фосфотриоза, реакцијата лесно се одвива во двете насоки.
Опишаниот механизам за реакција е карактеристичен само за алдолазата од класа I, која е вообичаена во растителните и животинските клетки. Бактериските и габичните клетки содржат алдолаза од класа II, која ја катализира реакцијата на поинаков начин.
Механизмот на реакцијата на расцепување на алдол дополнително ја покажува важноста на изомеризацијата во втората реакција на гликолиза. Кога таквата трансформација би била подложена на алдози (гликоза), тогаш би се формирале едно дикарбонско и едно хотирикарбоксилично соединение, од кои секоја би требало да се метаболизира од сопствениот шиалх. Но, трикарбоксилните соединенија формирани како резултат на распаѓањето на кетозата (фруктоза) лесно можат да се претворат едни во други.
Изомеризација на фосфотриоза
Само една од фосфотриозата формирана од фруктоза-1,6-бисфосфат, имено глицералдехид-3-фосфат, учествува во последователните реакции на гликолиза. Сепак, друг производ, дихидроксиацетон фосфат, може брзо и обратно да се претвори во глицералдехид-3-фосфат (оваа реакција се катализира со триосефосфат изомераза).
ΔG 0 = 7,5 kJ/mol
Механизмот на реакција е сличен на изомеризацијата на гликоза-6-фосфат во фруктоза-6-фосфат. Рамнотежата на реакцијата е поместена кон формирање на дихидроксиацетон фосфат (96%), меѓутоа, поради постојаната употреба на глицералдехид-3-фосфат, обратната конверзија се случува цело време.
По конвертирање на двете половини на гликоза во глицералдехид-3-фосфат, јаглеродните атоми добиени од неговите C-1, C-2 и C-3 нужно стануваат хемиски од C-6, C-5 и C-4 соодветно. Оваа реакција ја завршува подготвителната фаза на гликолизата.
Втора фаза
Оксидација на глицералдехид-3-фосфат
Првата реакција на фазата на ослободување на енергија на гликолизата е оксидација на глицералдехид-3-фосфат со негова истовремена фосфорилација, која се изведува од ензимот глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа. Алдехидот не се претвора во слободна киселина, туку во мешан анхидрид со фосфатна киселина (1,3-бисфосфоглицерат). Соединенијата од овој тип - ацил фосфати - имаат многу голема негативна промена во слободната енергија на хидролиза (ΔG 0 = -49,3 kJ / mol).
Реакцијата на претворање на глицералдехид-3-фосфат во 1,3-бисфосфоглицерат може да се смета како два посебни процеси: оксидација на алдехидната група со NAD + и додавање на фосфатна група на формираната карбоксилна киселина. Првата реакција е термодинамички поволна (ΔG 0 = -50 kJ / mol), втората, напротив, е неповолна. Промената на слободната енергија за втората реакција е речиси иста, само позитивна. Ако тие се случуваат последователно еден по друг, тогаш втората реакција ќе бара премногу енергија за активирање за да се појави во жива клетка со задоволителна брзина. Но, и двата процеса се поврзани поради фактот што средното соединение - 3-фосфоглицерат - е ковалентно поврзано со цистеински остаток со тиостерска врска во активниот центар на ензимот. Овој тип на врска ви овозможува да „зачувате“ дел од енергијата ослободена за време на оксидацијата на глицералдехид-3-фосфат и да ја користите за реакција со ортофосфорна киселина.
ΔG 0 = 6,3 kJ/mol
За да се заврши оваа фаза на гликолиза, потребен е коензим NAD+. Неговата концентрација во клетката (помалку од 10 -5 М) е значително помала од количината на гликоза и се метаболизира за неколку минути. Затоа, NAD+ постојано се реоксидира во клетката.
Трансфер на фосфатна група од 1,3-бифосфоглицерат во АДП
Во следната реакција, големата енергетска резерва на ацил фосфатот се користи за синтеза на АТП. Ензимот фосфоглицерат киназа (име од обратната реакција) го катализира трансферот на фосфатна група од 1,3-бисфосфоглицерат во АДП; покрај АТП, производот на реакцијата е 3-фосфоглицерат.
ΔG 0 = -18,6 kJ/mol
Овој тип на синтеза на АТП, кој користи растворливо соединение со висок потенцијал за пренос на фосфатна група, се нарекува фосфорилација на подлогата, за разлика од оксидативната фосфорилација, која се јавува при аеробна оксидација во внатрешната мембрана на митохондриите.
Шестата и седмата реакција на гликолиза се споени една со друга и 1,3-бисфосфоглицерат е вообичаен меѓупроизвод. Првиот од нив само по себе би бил ендергонски, но трошоците за енергија се надоместуваат со вториот - изразен егзергонски. Целокупната равенка на овие два процеси може да се запише на следниов начин:
Глицералдехид-3-фосфат + ADP + Pn + NAD + → 3-фосфоглицерат + ATP + NADH (H +), ΔG 0 = -12,2 kJ/mol;
Треба да се напомене дека за една молекула на гликоза оваа реакција се случува двапати, бидејќи две молекули глицералдехид-3-фосфат беа формирани од една молекула гликоза. Значи, во оваа фаза се синтетизираат две АТП молекули, кои ги покриваат трошоците за енергија од првата фаза на гликолизата.
Изомеризација на 3-фосфоглицерат
Во осмата реакција на гликолиза, ензимот фосфоглицерат мутаза, во присуство на јони на магнезиум, го катализира трансферот на фосфатната група на 3-фосфоглицерат од третата позиција на друга, што резултира со формирање на 2-фосфоглицерат. Реакцијата се јавува во две фази: во првата од нив, фосфатната група, првично поврзана со остаток од хистидин во активното место на ензимот, се пренесува на C-2 3-фосфоглицерат, што резултира со формирање на 2,3- бифосфоглицерат. По ова, фосфатната група на третата позиција на синтетизираното соединение се пренесува во хистидин. На овој начин се регенерира фосфорилираниот ензим и се произведува 2-фосфоглицерат.
ΔG 0 = 4,4 kJ/mol
Почетната фосфорилација на фосфоглицерат мутазата се изведува со реакција со 2,3-бисфосфоглицерат, чија мала концентрација е доволна за активирање на ензимот.
Дехидрација на 2-фосфоглицерат
Следната реакција - формирање на Енол како резултат на дехидрација (отстранување на вода) 2-фосфоглицерат - доведува до формирање на фосфоенолпируват (скратено PEP) и се катализира од ензимот енолаза.
ΔG 0 = 7,5 kJ/mol
Ова е втора реакција на формирање на супстанца со висок потенцијал за пренос на фосфатна група во процесот на гликолиза. Промената на слободната енергија за време на хидролиза на фосфат естер на обичен алкохол е значително помала во споредба со промената за време на хидролиза на енол фосфат, особено за 2-фосфоглицерат ΔG 0 = -17,6 kJ / mol, и за фосфоенолпируват ΔG 0 = - 61,9 kJ / mol .
Трансфер на фосфатна група од FEP во ADP
Последната реакција на гликолиза, трансферот на фосфатна група од фосфоенолпируват во ADP, се катализира со пируват киназа во присуство на јони K + и Mg 2+ или Mn 2+. Производот на оваа реакција е пируват, кој прво се формира во форма на енол, по што брзо и неензимски се тавтомеризира во кетонска форма.
Реакцијата има голема негативна промена на слободна енергија, главно поради егзергонскиот процес на тавтомеризација. Околу половина од енергијата (30,5 kJ/mol) што се ослободува за време на хидролизата на FEP (61,9 kJ/mol) се користи за фосфорилација на подлогата, а остатокот (31,5 kJ/mol) служи како движечка сила што ја турка реакцијата кон формирањето. пируват и АТП. Реакцијата е неповратна во клеточни услови.
Вкупен принос на гликолиза
| Слободната енергија се менува во реакциите на гликолиза во еритроцитите | ||
|---|---|---|
| Реакција | ΔG 0 (kJ/mol) | ΔG (kJ/mol) |
| Гликоза + АТП → гликоза-6-фосфат + АДП | -16,7 | -33,4 |
| Гликоза 6-фосфат ↔ фруктоза 6-фосфат | 1,7 | од 0 до 25 |
| Фруктоза 6-фосфат + АТП → фруктоза 1,6-бисфосфат + АДП | -14,2 | -22,2 |
| Фруктоза 1,6-бисфосфат ↔ глицералдехид 3-фосфат + дихидроксиацетон фосфат | 28,3 | од -6 до 0 |
| Дихидроксиацетон фосфат ↔ глицералдехид-3-фосфат | 7,5 | од 0 до 4 |
| Глицералдехид-3-фосфат + Pn + NAD + ↔ 1,3-бисфосфоглицерат + NADH + H + | 6,3 | од -2 до 2 |
| 1,3-бифосфоглицерат + АДП ↔ 3-фосфоглицерат + АТП | -18,8 | од 0 до 2 |
| 3-фосфоглицерат ↔ 2-фосфоглицерат | 4,4 | од 0 до 0,8 |
| 2-фосфоглицерат ↔ фосфоенолпируват + H 2 O | 7,5 | од 0 до 3,3 |
| Фосфоенолпируват + АДП → пируват + АТП | -31,4 | -16,7 |
Општата равенка на гликолизата е како што следува:
Гликоза + 2Pn + 2ADP + 2NAD + → 2 пируват + 2ATP + 2NADH + 2H + + 2H 2 O.
Вкупната количина на енергија ослободена за време на разградувањето на гликозата во пируват е 146 kJ/mol; 61 kJ/mol се троши за синтеза на две ATP молекули; преостанатите 85 kJ/mol енергија се претвораат во топлина.
Со целосната оксидација на гликозата во јаглерод диоксид и вода, се ослободуваат 2840 kJ/mol; ако ја споредиме оваа вредност со вкупниот принос на егзергонските реакции на гликолиза (146 kJ/mol), станува јасно дека 95% од енергијата на гликозата останува „ограничена“ во молекулите на пируватот. Иако реакциите на гликолиза се универзални за речиси сите организми, понатамошната судбина на неговите производи - пируват и NADH - се разликува кај различни живи суштества и зависи од условите.
Кај аеробните организми, со доволна концентрација на кислород, NAD+ се регенерира со пренесување на електрони во респираторниот синџир за транспорт на електрони, кој кај еукариотите се наоѓа во внатрешната мембрана на митохондриите. Конечниот акцептор на електрони во овој случај е кислородот. Пируватот се подложува на оксидативна декарбоксилација, се претвора во ацетил-CoA и влегува во Кребсовиот циклус, каде што се случува неговата понатамошна оксидација. Ослободените електрони влегуваат и во респираторниот транспортен синџир на електрони.
Од друга страна, во анаеробни услови, редуцираниот NADH не може да ги пренесе своите електрони во кислород, така што ги пренесува или директно назад до молекулата на пируватот, како во процесот на ферментација на млечна киселина, или до одредени производи од нејзината трансформација, на пример, на ацеталдехид во случај на ферментација со сприт. Анаеробниот метаболизам на гликоза произведува значително помалку енергија од аеробниот метаболизам.
Вклучување на други јаглени хидрати во процесот на гликолиза
Покрај гликозата, во процесот на гликолиза се претвораат и голем број јаглехидрати, од кои најважни се полисахаридите скроб и гликоген, дисахаридите сахароза, лактоза, малтоза и трехалоза, како и моносахариди како фруктоза, галактоза и маноза.
Полисахариди
Полисахаридите вклучени во процесот на гликолиза можат да имаат различно потекло, што ја одредува нивната судбина. Скробот и гликогенот кои влегуваат во телото на животните со храна се предмет на хидролиза до мономери (гликоза) во дигестивниот систем. Кај луѓето, разградувањето на овие полисахариди започнува во усната шуплина, продолжува во дуоденумот и завршува со формирање на гликоза на ѕидовите на тенкото црево, каде што се апсорбира во крвта, од каде што може да се апсорбира од клетките и се користи во процесот на гликолиза.
Од друга страна, ендогени полисахариди се складираат во клетките на растенијата (скроб) и животните и габите (гликоген) и се вклучени во гликолизата на поинаков начин. Тие не се предмет на хидролиза, туку на фосфоролиза, која ја вршат ензимите скроб фосфорилаза и гликоген фосфорилаза, соодветно. Тие го катализираат нападот на фосфорната киселина на гликозидната α1 → 4 врска помеѓу неа и претпоследниот остаток на гликоза на нередуцирачкиот крај. Производот на реакцијата е гликоза-1-фосфат. Гликоза-1-фосфатот се претвора со фосфоглукомутаза во глукоза-6-фосфат, кој е среден метаболит на гликолизата. Механизмот на оваа трансформација е сличен на изомеризацијата на 3-фосфоглицерат во 2-фосфоглицерат. Фосфоролизата на интрацелуларните полисахариди е поволна по тоа што овозможува да се заштеди дел од енергијата на гликозидните врски поради формирањето на фосфорилиран моносахарид. Ова заштедува една молекула АТП по молекула гликоза.
Дисахариди
Како полисахаридите, дисахаридите мора да се хидролизираат до моносахариди пред апсорпцијата, која кај луѓето се катализира со ензими прикачени на надворешната страна на епителните клетки на тенкото црево. Сахарозата се разложува со сахароза, малтоза со малтаза, трехалоза со трехалаза и лактоза со лактаза. Изразувањето на генот за вториот ензим е значително намалено кај возрасните цицачи, вклучително и луѓето (лактозата е дисахарид на млекото, кој повеќето цицачи го консумираат само во раното детство). Ова доведува до нетолеранција на лактоза - несварениот дисахарид станува храна за микроорганизмите кои живеат во дебелото црево. Тие се размножуваат, ослободуваат големи количини гасови (водород и метан), млечна киселина и ја зголемуваат осмотичноста на цревната содржина. Како резултат на тоа се јавува надуеност, надуеност, болка и дијареа. Нетолеранцијата на лактоза не влијае на човечката популација во северна Европа и делови од Африка, кои имаат стекнато корисна способност да го синтетизираат ензимот лактаза во текот на животот.
Моносахариди
Повеќето организми немаат посебни патишта за искористување на фруктоза, галактоза и маноза. Сите тие се претвораат во фосфорилирани деривати и влегуваат во процесот на гликолиза. Фруктозата влегува во човечкото тело со овошје и, поради разградувањето на сахарозата во повеќето ткива освен црниот дроб, како што се мускулите и бубрезите, се фосфорилира со хексокиназа во фруктоза-6-фосфат користејќи една молекула на АТП. Во црниот дроб, тој има различен пат на конверзија: прво, фруктокиназата ја пренесува фосфатната група до C-1 фруктоза, добиената фруктоза-1-фосфат се расцепува со фруктоза-1-фосфат алдолаза во глицералдехид и дихидроксиацетон фосфат. Двете триози се претвораат во глицералдик-3-фосфат: првата - под влијание на триосекиназа, втората - под влијание на гликолитичкиот ензим триосефосфат изомераза.
Галактозата се формира во телото како резултат на разградувањето на млечниот шеќер. Влегува во црниот дроб и таму се претвора во гликоза-6-фосфат во четири чекори: прво, галактокиназата катализира фосфорилација на првата позиција, а уридил групата од UDP-гликоза се пренесува во формираната галактоза-1-фосфат со учество. на ензимот галактоза-1-фосфат уридилтрансфераза. Производите од втората реакција се гликоза-1-фосфат и UDP-галактоза. Гликоза-1-фосфат, под влијание на фосфоглукомутаза, се претвора во гликоза-6-фосфат и влегува во гликолиза, а UDP-галактозата се користи за регенерација на UDP-гликоза, катализирана од UDP-галактоза-4-епимераза. Дефект во кој било од ензимите на метаболичкиот пат кој ја претвора галактозата во гликоза предизвикува болеста галактоземија. Во зависност од тоа кој ензим не работи, галактоземијата може да биде со различна сложеност: на пример, дисфункција на галактокиназата предизвикува формирање на катаракта кај новороденчињата поради таложење на метаболитот на галактоза галактитол во леќата; другите симптоми се релативно благи и може да се елиминираат со ограничување на внесот на лактоза и галактоза. Нарушеното функционирање на трансферазата и епимеразата доведува до сериозни последици, особено дефекти во развојот на нервниот систем, оштетување на црниот дроб и може да биде фатално.
Изворот на маноза во телото може да бидат различни полисахариди и гликопротеини од храната; таа се фосфорилира на шестата позиција со хексокиназа, по што може да се изомеризира до фруктоза-6-фосфат со фосфоманоза изомераза.
Регулирање на гликолизата
Додека го проучувал процесот на ферментација кај квасецот, Луј Пастер го забележал следниов модел: и стапката на апсорпција и вкупната количина на гликоза што ја користат клетките значително се зголемиле во анаеробни услови во споредба со аеробните услови. Причините за овој феномен, кој беше наречен Пастеровиот ефект, станаа јасни по деталното проучување на процесите на катаболизам: во присуство на кислород, се случува целосна оксидација на гликозата до јаглерод диоксид и вода, придружена со синтеза на 30-32 АТП молекули по молекула на гликоза, а во негово отсуство, ферментацијата доведува до само 2 АТП молекули по молекула на гликоза. Значи, под анаеробни услови, клетката треба да консумира 15 пати повеќе гликоза за да произведе иста количина на АТП.
Пастеровиот ефект сугерира дека гликолизата не се јавува со иста брзина во сите услови, туку е цврсто регулирана во клетката во зависност од нејзините метаболички потреби со цел да се одржат концентрациите на АТП на приближно стабилни нивоа и да се обезбедат градежни блокови за други метаболички патишта кога е потребно. Инстант регулација може да се случи поради промени во активноста на три ензими: хексокиназа, фосфофруктокиназа и пируват киназа. Сите тие катализираат неповратни реакции и не учествуваат во процесот на глуконеогенезата. Долгорочните промени во брзината на гликолизата се јавуваат поради хормоните глукагон, адреналин, инсулин, како и со промена на изразот на гените за гликолитички ензими.
Хексокиназа
Луѓето имаат четири изоформи на ензимот хексокиназа (I-IV), кои се разликуваат по нивните својства. Хексокиназа II, која преовладува во мускулното ткиво, има висок афинитет за нејзиниот супстрат - гликоза, а веќе во концентрација од 0,1 mM, содржината на гликоза во крвта е 40-50 пати помала, ензимот е половина заситен. Благодарение на ова, хексокиназата II може да работи со максимален интензитет. Заедно со хексокиназата I, исто така присутна во мускулите, хексокиназата II е алостерична и е реверзибилно инхибирана од производот на реакцијата што ја катализира, гликоза-6-фосфатот. Значи, кога гликолизата се забавува во следните фази, гликоза-6-фосфатот се акумулира во клетката, што ја потиснува реакцијата на сопственото формирање, а гликозата повеќе не се задржува во клетката.
Во црниот дроб, изоензимскиот состав на хекокиназа е различен - таму преовладува хексокиназа IV, која уште се нарекува и глукокиназа. Се разликува од другите изоформи на три начини. Прво, глукокиназата има низок афинитет за гликоза, со Michaelis константа од 10 mm, што е повисока од нормалната гликоза во крвта. Второ, активноста на овој ензим НЕ е инхибирана од глукоза-6-фосфат. Трето, постои посебен регулаторен протеин, присутен само во клетките на црниот дроб, кој ја инхибира Хексокиназата IV со закотвување во јадрото, каде што е одвоена од другите гликолитички ензими. Овој протеин делува поефикасно во присуство на фруктоза 6-фосфат, додека високите концентрации на гликоза го ослабуваат неговиот ефект.
Збир на такви својства овозможува Хексокиназа IV ефикасно да ја извршува својата функција: да го регулира нивото на гликоза во крвта. Во нормални услови, кога не ја надминува нормата (4-5 mm), хексокиназата е неактивна, врзана со регулаторен протеин во јадрото и не може да ја катализира фосфорилацијата. Како резултат на тоа, црниот дроб не се натпреварува со другите органи за гликоза, и повторно во глуконеогенезата молекулите можат слободно да навлезат во крвта. Кога нивото на гликоза во крвта се зголемува, како на пример после јадење оброк богат со јаглени хидрати, таа брзо се транспортира преку GLUT2 во хептоцитите и предизвикува дисоцијација на глукокиназата и регулаторниот протеин, по што ензимот може да ја катализира реакцијата на фосфорилација.
Хексокиназата IV е регулирана и на ниво на биосинтеза на протеини, нејзината количина во клетката се зголемува кога се зголемуваат потребите за енергија, што е потврдено од ниските концентрации на АТП, високите концентрации на АМП и слично.
Фосфофруктокиназа
FFK-1 е најважниот регулаторен ензим на гликолизата; тој не само што катализира неповратна трансформација, туку е и првиот ензим кој јасно ги насочува метаболитите на патот на гликолитичкото расцепување (може да се користат гликоза-6-фосфат и фруктоза-6-фосфат во други метаболички патишта). Како алостеричен ензим, FFK-1, покрај активниот центар, содржи и центри за врзување за позитивни и негативни модулатори (активатори и инхибитори), тие вклучуваат:
- АТП, АДП, АМП.АТП не е само супстрат, туку и инхибитор за FFK-1. Кога потрошувачката на оваа молекула во клетката е побавна од нејзината синтеза, таа се прикачува на алостеричното место на ензимот и го намалува афинитетот на FFK-1 кон фруктоза 6-фосфат. ADP и AMP, чија концентрација се зголемува во случај на интензивна употреба на ATP, делуваат како активатори, слабеејќи го ефектот на ATP врз FFK-1. Овој тип на регулирање на активноста на фосфофруктокиназата се јавува во сите ткива.
- Киселост.Во мускулите, активноста на FFK-1 зависи од киселоста на околината. Поради интензивното анаеробно разградување на гликозата за време на тешките вежби, лактат се акумулира во мускулните влакна, што доведува до намалување на рН до ниво кое може да го загрози оштетувањето на ткивото. Во такви услови, FFK-1 ја намалува својата активност со запирање на гликолизата. Не постои таков механизам за регулирање на овој ензим во црниот дроб, бидејќи таму не се јавува синтеза на млечна киселина.
- Цитрате среден метаболит на циклусот на трикарбоксилна киселина. Неговата висока содржина во цитоплазмата покажува дека клетката ја добива потребната енергија од оксидацијата на липидите и протеините и дека има доволно количество биосинтетички прекурсори. Значи, под такви услови, нема потреба да се распаѓа гликозата за да се синтетизира АТП или да се добијат „градежни блокови“ за анаболни, затоа делува како инхибитор на фосфофруктокиназата, зголемувајќи го ефектот на АТП врз него.
- Фруктоза 2,6-бифосфат(F-2,6-BP) го стимулира FFK-1 во црниот дроб, неговото дејство е поврзано со регулирање на нивото на гликоза во крвта. Концентрацијата на F-2,6-BP зависи од активноста на бифункционалниот ензим PFK-2 / FBP-2 (фосфофруктокиназа-2 / фруктоза-2,6-БИСФОСФАТАЗА), кој може да изврши и фосфорилација на фрутоза-6- фосфат со формирање на F-2, 6-BP (активност на киназа) и хидролиза на вториот (активност на фосфатаза). „Префрлување“ на активностите на FFK-2 / FBP-2 се случува преку неговата фосфорилација / дефосфорилација.Фосфорилираната форма работи како фосфатаза, дефосфорилираната форма работи како киназа. Хормонот инсулин, чија главна функција е да го намали нивото на гликоза во крвта, поради голем број посредници, ја стимулира киназната активност на бифункционалниот ензим, како резултат на што се зголемува концентрацијата на F-2,6-BP и ова соединение го активира FFK-1, а со тоа и преминот на гликолизата. Од друга страна, глукагонот, напротив, делува како активатор на активноста на фосфатазата на FFK-2 / FBF-2 и има спротивен ефект врз гликолитичкото разградување на гликозата. Активноста на бифункционалниот ензим е исто така под влијание на ксилулоза-5-фосфатот (посредник на патеката на пентоза фосфат), кој ја стимулира активноста на киназата и на тој начин ја забрзува гликолизата. Оваа регулаторна молекула е важна за активирање на синтезата на масни киселини во хепатоцитите кога нивото на гликоза во крвта се зголемува.
Некои од модулаторите на активноста на FFK-1 влијаат и на ензимот фруктоза-1,6-БИСФОСПАТАЗА, кој ја катализира реакцијата на претворање на фруктоза-1,6-бисфосфат во фруктоза-6-фосфат во глуконеогенезата, но на спротивен начин: е инхибиран од AMP и F-2 6-BF. Значи, активирањето на гликолизата во клетката е придружено со инхибиција на глуконеогенезата и обратно. Ова е неопходно за да се спречи непотребното трошење на енергија во таканаречените суб-калкулативни циклуси.
Пируват киназа
Најмалку три изоензими на пируват киназа се пронајдени кај цицачите, кои се изразени во различни ткива. Овие изоензими имаат многу заедничко, на пример, сите тие се потиснати од високи концентрации на ацетил-CoA, ATP и масни киселини со долг ланец (индикатори дека клетката е добро снабдена со енергија), како и аланин (амино киселина која се синтетизира од пируват). Фруктоза 1,6-бифосфат активира различни изоензими на пируват киназа. Сепак, изоформата на црниот дроб (пируват киназа L) се разликува од мускулната изоформа (пируват киназа М) со присуство на друг метод на регулација - преку ковалентна модификација со фосфатна група. Како одговор на ниските нивоа на гликоза во крвта, панкреасот ослободува глукагон, кој ги активира протеинските кинази зависни од cAMP. Овој ензим фосфорилира пируват киназа L, предизвикувајќи ја последната да ја губи својата активност. Така, гликолитичкото разградување на гликозата во црниот дроб се забавува и може да се користи од други органи.
Гликолиза во клетките на ракот
1928 Ото Варбург откри дека во клетките на ракот од речиси сите видови, гликолизата и апсорпцијата на гликоза се случуваат приближно 10 пати поинтензивни отколку во здравите клетки, дури и во присуство на високи концентрации на кислород. Варбург ефектот стана основа за развој на неколку методи за откривање и лекување на рак.
Сите клетки на ракот, барем во почетните фази на развојот на туморот, растат во услови на хипоксија, односно недостаток на кислород, поради недостаток на капиларна мрежа. Ако тие се наоѓаат на повеќе од 100-200 µm од најблискиот крвен сад, тие мора да се потпираат само на гликолиза без понатамошна оксидација на пируватот за производство на АТП. Интересно е што во речиси сите канцерогени клетки за време на процесот на малигна трансформација се случуваат следните промени: премин кон добивање енергија само преку гликолиза и адаптација на услови на зголемена киселост што произлегува од ослободувањето на млечна киселина во меѓуклеточната течност. Колку е поагресивен туморот, толку побрзо се јавува гликолиза во него.
Прилагодувањето на клетките на ракот на недостаток на кислород во голема мера се должи на факторите на транскрипција предизвикани од хипоксија. Фактор на транскрипција индуциран од хипоксија, HIF-1),што стимулира зголемување на експресијата на најмалку осум гени на гликолитички ензими, како и транспортерите на гликоза GLUT1 и GLUT3, чија активност е независна од инсулинот. Друг ефектор на HIF-1 е ослободувањето на васкуларниот ендотелен фактор на раст од клетките. Фактор на раст на васкуларниот ендотелија),што го стимулира формирањето на крвните садови во туморот. HIF-1 исто така се ослободува од мускулите при вежбање со висок интензитет, во тој случај има сличен ефект: ја подобрува способноста за анаеробна синтеза на АТП и го стимулира растот на капиларите.
Во некои случаи, зголемената стапка на гликолиза може да се користи за да се најде локацијата на туморот во телото со помош на позитронска емисиона томографија (ПЕТ). Пациентот се инјектира во крвта со аналог на глукоза, 2-флуоро-2-деоксиглукоза (FDG), означен со изотоп 18 F. Оваа супстанца се апсорбира од клетките и е супстрат за првиот ензим на гликолиза, хексокиназа, но не може да се конвертира со фосфоглукоизмераза и затоа се акумулира во цитоплазмата. Стапката на акумулација зависи од интензитетот на навлегувањето на аналогот на гликоза и неговата фосфорилација, двата процеса се случуваат многу побрзо во клетките на ракот отколку кај здравите. Кога 18 F се распаѓа, позитроните се ослободуваат, кои се откриваат со специјални сензори.
Карактеристиките на катаболизмот на гликоза кај малигните тумори се користат не само за дијагноза, туку и за развој на нови антиканцерогени лекови, вклучувајќи: инхибитори на хексокиназа (2-деоксигликоза, лонидамин, 3-бромопируват), Иматиниб (Gleevec), кој инхибира одреден тирозин киназа, која ја стимулира синтезата на хексокиназа и други.
1.7 Реакции на гликолиза
Вовед
Гликолизата е метаболички пат за оксидација на гликозата. Се јавува во цитозолот на клетката според едно од двете сценарија:
1. Аеробна гликолизасе јавува во присуство на кислород и вклучува 10 реакции.
Производи - 2 молекули пируват, 4 ATP и 2 NADH. Трошоци - 2 АТП молекули.
2. Анаеробна гликолизасе јавува во отсуство на кислород и, покрај 10 главни реакции, вклучува уште една - редукција на пируватот до лактат (млечна киселина). Значењето на оваа реакција ќе се дискутира подолу. Вкупниот број на реакции е 11.
Производи - 2 молекули на лактат, 4 АТП. Трошоци - 2 АТП молекули.
Од сите реакции на гликолиза, првата и третата се термодинамички неповратни.
јас и 10-ти. Сите други реакции се реверзибилни.
Б Равенки за реакција
1. Гликоза + АТП Глукоза-6-фосфат + АДП + H+
2. Глукоза-6-фосфат Фруктоза-6-фосфат
3. Фруктоза 6-фосфатФруктоза 1,6-бифосфат
4. Фруктоза 1,6-бифосфатДихидроксиацетон фосфат + Глицералдехид 3-фосфат
5. Дихидроксиацетон фосфатГлицералдехид-3-фосфат
молекула на гликоза. Оваа реакција е катализирана од ензимот хексокиназа. Покрај гликозата, хексокиназата фосфорилира и други моносахариди: маноза, фруктоза. Црниот дроб содржи изоензим глукокиназа, кој ја катализира истата реакција, но има повисока Michaelis константа. Ова значи дека неговиот афинитет за гликоза е помал од оној на хексокиназата. Магнезиумовите јони Mg2+ служат како кофактор во реакцијата. Тие го неутрализираат негативниот полнеж на двата остатоци од фосфорна киселина во молекулата на АТП.
Биохемиското значење на оваа реакција е да се „заклучи“ гликозата во клетката со пренесување на негативно наелектризиран остаток од фосфорна киселина во неа. Така, обратната дифузија на гликоза од клетката во надворешната средина е значително намалена, бидејќи негативно наелектризираните молекули на гликоза се електростатски одбиени од негативно наелектризираните мембрански фосфолипиди.
D Реакција 2
За време на втората реакција, алдозата - гликоза-6-фосфат - изомеризира во кетоза
- фруктоза-6-фосфат.Оваа реакција се катализира од ензим фосфоглукоизомераза.
D Реакција 3
Реакции на гликолиза |
||
Подлога: фруктоза-6-фосфат |
Производ: фруктоза 1,6-бифосфат |
|
Ензим: фосфофруктокиназа |
Кофактор: Mg 2+ |
|
Алостерски активирано: |
Алостерски инхибиран од: |
|
АМП, фруктоза 2,6-бифосфат |
АТП, цитрат |
|
Хормонална регулацијаповрзани со алостерични и спроведени преку би- |
||
функционален ензим(BIF) и фруктоза-2,6-бифосфат (неговиот производ) 1. |
||
Клучни хормони: инсулин, глукагон, адреналин. |
||
Ензим фосфофруктокиназафосфорилира фруктоза-6-фосфат во фруктоза-1,6-бисфосфат (употребата на префиксот бис- во овој случај покажува дека остатоците од фосфорна киселина се поврзани со различни атоми на јаглерод во молекулата на фруктоза; употребата на префиксот ди-, што значи дека фосфатните групи се поврзани со еден јаглероден атом, во овој случај погрешно).
Фосфофруктоизомеразата е клучен ензим во регулацијата на гликолизата, бидејќи катализира една од реакциите на гликолиза кои ја ограничуваат брзината.
Е Реакција 4
1 Механизмот на регулација на фосфофруктокиназата со BIF ифруктоза 2,6-бифосфатот е детално дискутиран во делот 2.9.
Алдолазата ја катализира четвртата реакција, расцепувањето на фрутоза-1,6-бисфосфат до две триози: глицералдехид-3-фосфат и дихидроксиацетон фосфат. Алдолското расцепување на гликоза-6-фосфат би довело до формирање на производи со различен број на атоми. Во овој случај, бројот на атоми во двата производа е три. Ова го појаснува „значењето“ на втората реакција на гликолиза (изомеризација на гликозата во фруктоза).
F Реакција 5
Еден од производите на четвртата реакција на гликолиза е глицералдехид-3-фосфат
- учествува во понатамошни реакции. Друг производ, дихидроксиацетон фосфат, изомеризира во петтата реакција наглицералдехид 3-фосфат преку ензим триосефосфатна изомераза. Овој ензим е „каталитички идеален“
- производот се формира веднаш штом супстратот дојде во контакт со ензимот.
3 Реакција 6
Шестата реакција на гликолизата е оксидација и фосфорилација на глицерол-
дехид-3-фосфат, кој катализира глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа. ВО
Првата фаза на гликолизата е подготвителна, тука се троши енергијата на АТП, од неа се активира гликозата и се формира триоза фосфати.
Првата реакцијаГликолизата се сведува на конверзија на гликоза во реактивно соединение поради фосфорилација на 6-от јаглероден атом кој не е вклучен во прстенот. Оваа реакција е прва во која било трансформација на гликоза, катализирана хексокиназа.
Втора реакцијапотребно е да се отстрани друг јаглероден атом од прстенот за неговата последователна фосфорилација (ензим изомераза). Како резултат на тоа, се формира фруктоза-6-фосфат.
Трета реакција- ензим фосфофруктокиназафосфорилира фруктоза-6-фосфат за да формира речиси симетрична молекула на фруктоза-1,6-бисфосфат. Оваа реакција е главната во регулирањето на стапката на гликолиза.
ВО четврта реакцијафруктоза 1,6-бифосфат се сече на половина фруктоза 1,6-дифосфат алдолазасо формирање на два фосфорилирани триозни изомери - алдоза глицералдехид(GAF) и кетоза диоксиацетон(ДАФ).
Петта реакцијаподготвителна фаза - транзиција на глицералдехид фосфат и диоксиацетон фосфат еден во друг со учество триосефосфатна изомераза. Рамнотежата на реакцијата е поместена во корист на дихидроксиацетон фосфат, неговиот удел е 97%, учеството на глицералдехид фосфат е 3%. Оваа реакција, и покрај неговата едноставност, ја одредува понатамошната судбина на гликозата:
- кога има недостаток на енергија во клетката и активирање на оксидацијата на гликозата, дихидроксиацетон фосфатот се претвора во глицералдехид фосфат, кој понатаму се оксидира во втората фаза од гликолизата,
- со доволна количина на АТП, напротив, глицералдехид фосфатот се изомеризира во дихидроксиацетон фосфат, а вториот се испраќа за синтеза на маснотии.
· Втора фаза на гликолиза
·
Втората фаза на гликолиза е околу ослободување на енергија, содржани во глицералдехид фосфат, и складирање во форма АТП.
· Шеста реакцијагликолиза (ензим глицералдехид фосфат дехидрогеназа) – оксидација на глицералдехид фосфат и додавање на фосфорна киселина во него доведува до формирање на високоенергетско соединение од 1,3-дифосфоглицеринска киселина и NADH.
· ВО седма реакција(ензим фосфоглицерат киназа) енергијата на фосфоестерската врска содржана во 1,3-дифосфоглицерат се троши за формирање на АТП. Реакцијата доби дополнително име - што го разјаснува изворот на енергија за добивање на макроергиска врска во АТП (од супстратот на реакцијата) за разлика од оксидативната фосфорилација (од електрохемискиот градиент на водородни јони на митохондријалната мембрана).
· Осма реакција– 3-фосфоглицерат синтетизиран во претходната реакција под влијание фосфоглицерат мутазаизомеризира до 2-фосфоглицерат.
· Деветта реакција- ензим енолазаапстрахира молекула на вода од 2-фосфоглицеринска киселина и доведува до формирање на високоенергетска фосфоестерска врска во составот на фосфоенолпируват.
· Десетта реакцијагликолизата е друга реакција на фосфорилација на подлогата- се состои од трансфер пируват киназависокоенергетски фосфат од фосфенолпируват до АДП и формирање на пирувична киселина.
Последната реакција на оксидација на гликоза без кислород, единаесетти– формирање на млечна киселина од пируват под влијание на лактат дехидрогеназа. Важно е дека оваа реакција е спроведена само во анаеробни услови. Оваа реакција е неопходна за клетката, бидејќи NADH, формирана во 6-та реакција, не може да се оксидира во митохондриите во отсуство на кислород.
· Кај фетусот и децата во првите месеци од животот преовладува анаеробното разградување на гликозата и затоа нивното ниво на лактат е повисоко отколку кај возрасните.
· Во присуство на кислород, пирувична киселина влегува во митохондрионот и се претвора во ацетил-S-CoA.
Анаеробна гликолизае процес на оксидација на гликоза во лактат, кој се јавува во отсуство на О2.
Анаеробната гликолиза се разликува од аеробната гликолиза само во присуство на последните 11 реакции; првите 10 реакции се заеднички за нив.
Фази:
1) Подготвително, троши 2 АТП. Гликозата се фосфорилира и се разложува на 2 фосфотриози;
2) Фаза 2 е поврзана со синтезата на АТП. Во оваа фаза, фосфотриозите се претвораат во ПВЦ. Енергијата на оваа фаза се користи за синтеза на 4 ATP и редукција на 2NADH 2, кои во анаеробни услови ја намалуваат PVA до лактат.
Енергетски биланс: 2ATP = -2ATP + 4ATP
Општа шема:
1 гликоза се оксидира до 2 молекули млечна киселина со формирање на 2 АТП (прво се трошат 2 АТП, а потоа се формираат 4). Во анаеробни услови, гликолизата е единствениот извор на енергија. Целокупната равенка е: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP → 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O.
Реакции:
Општи реакции на аеробна и анаеробна гликолиза
1) Хексокиназаво мускулите фосфорилира главно гликоза, помалку фруктоза и галактоза Инхибитор на глукоза-6-ph, ATP. Активатор на адреналин. Индуктор на инсулин.
Глукокиназафосфорилира гликоза. Активен во црниот дроб и бубрезите. Гликозата-6-ph не е инхибирана. Индуктор на инсулин.
2) Фосфохексоза изомеразаврши алдо-кетоизомеризација на отворени форми на хексози.
3) Фосфофруктокиназа 1врши фосфорилација на фруктоза-6ph. Реакцијата е неповратна и најбавна од сите реакции на гликолиза, одредувајќи ја брзината на целата гликолиза. Активирано од: AMP, фруктоза-2,6-df, фруктоза-6-f, Fn. Инхибиран од: глукагон, ATP, NADH 2, цитрат, масни киселини, кетонски тела. Индуктор на инсулинскиот одговор.
4) Алдолаза Аделува на отворени форми на хексози, формира неколку изоформи. Повеќето ткива содржат Алдолаза А. Црниот дроб и бубрезите содржат Алдолаза Б.
5) Фосфотриоза изомераза.
6) 3-PHA дехидрогеназаго анализира формирањето на високо-енергетска врска во 1,3-PGA и намалувањето на NADH 2.
7) Фосфоглицерат киназаврши супстратна фосфорилација на АДП со формирање на АТП.
8) Фосфоглицерат мутазаврши трансфер на фосфатниот остаток на FHA од позиција 3 до позиција 2.
9) Енолазаотцепува молекула на вода од 2-PHA и формира високо-енергетска врска со фосфор. Инхибирани од F - јони.
10) Пируват киназаврши супстратна фосфорилација на АДП со формирање на АТП. Активирано со фруктоза-1,6-df, гликоза. Инхибиран од ATP, NADH 2, глукагон, адреналин, аланин, масни киселини, ацетил-CoA. Индуктор: инсулин, фруктоза.
Добиената енолна форма на PVK потоа неензимски се претвора во термодинамички постабилна кето форма.
Анаеробна реакција на гликолиза
11) Лактат дехидрогеназа. Се состои од 4 подединици и има 5 изоформи.
Лактат не е метаболички краен производ отстранет од телото. Од анаеробното ткиво, лактатот се транспортира преку крвта во црниот дроб, каде што се претвора во гликоза (Cori Cycle) или во аеробно ткиво (миокард), каде што се претвора во ПВЦ и оксидира до CO 2 и H 2 O.
Гликолизата е процес на анаеробно разградување на гликозата, со што се ослободува енергија, чиј краен производ е пирувична киселина (PVA). Гликолизата е вообичаена почетна фаза на аеробното дишење и сите видови на ферментација. Реакциите на гликолиза се случуваат во растворливиот дел од цитоплазмата (цитозолот) и хлоропластите. Во цитозолот, гликолитичките ензими се реверзибилно поврзани во мултиензимските комплекси кои вклучуваат филаменти. Оваа организација на мултиензимски комплекси обезбедува векторијалност на процесите.
Целиот процес на гликолиза е дешифриран. Биохемичарите G. Embden и O. Meyerhof, како и полскиот биохемичар J. O. Parnas.
Гликолизата е поделена во три фази:
1. Подготвителна фаза - фосфорилација на хексоза и нејзино расцепување на две фосфотриози.
2. Првата фосфорилација на подлогата, која започнува со 3-PHA и завршува со 3-PGA. Оксидацијата на алдехид во киселина е поврзана со ослободување на енергија. Во овој процес, една молекула на АТП се синтетизира за секоја фосфотриоза.
3-FGA → 3-FGK
3. Втора фосфорилација на супстрат, во која 3-PGA ослободува фосфат преку интрамолекуларна оксидација за да формира АТП.
3-FGA → 2-FGK → FEP → PVK
Бидејќи гликозата е стабилно соединение, неговото активирање бара потрошувачка на енергија, што се јавува при формирање на фосфорни естри на гликоза во голем број подготвителни реакции. Гликозата (во форма на пираноза) се фосфорилира со АТП со учество на хексокиназа, претворајќи се во гликоза-6-фосфат користејќи гликоза фосфат изомераза. Овој процес е неопходен за формирање на полабилна фуранозна форма на молекулата на хексоза. Фруктоза 6-фосфатот се фосфорилира секундарно со фосфофруктокиназа користејќи друга молекула на АТП.
Фруктоза-1,6-дифосфат е лабилна фуранозна форма со симетрично лоцирани фосфатни групи. И двете од овие групи носат негативен полнеж, отфрлајќи се едни со други електростатски. Оваа структура лесно се расцепува со алдолаза на две фосфотриози - 3-PHA и PDA, кои лесно се претвораат една во друга со учество на триосефосфат изомераза.
Втората фаза на гликолиза започнува со 3-PHA. Ензимот фосфоглицералдехид дехидрогеназа формира комплекс ензим-супстрат со 3-PHA, во кој супстратот се оксидира и електроните и протоните се пренесуваат во NAD+. За време на оксидацијата на PHA во PGA, во комплексот ензим-супстрат се појавува високоенергетска меркаптанска врска. Следно, се јавува фосфоролиза на оваа врска, како резултат на што ензимот SH се отцепува од подлогата, а неоргански фосфат се додава на остатокот од карбоксилната група на подлогата. Високо-енергетската фосфатна група се пренесува во ADP преку фосфоглицерат киназа и се формира АТП. Така, како резултат на втората фаза на гликолиза, се формираат ATP и намалена NADH.
Ориз. Фази на гликолиза. Испрекината линија означува бајпас патеки за време на поништување на гликолизата.
Последната фаза на гликолиза е втората фосфорилација на супстратот. 3-PHA се претвора во 2-PHA со помош на фосфоглицерат мутаза. Следно, ензимот енолаза го катализира отстранувањето на молекулата на водата од 2-PHA. Оваа реакција е придружена со прераспределба на енергијата во молекулата, што резултира со формирање на PEP, соединение со високоенергетска фосфатна врска. Овој фосфат, со учество на пируват киназа, се пренесува во АДП и се формира АТП, а енолпируватот се претвора во постабилна форма - пируват - краен производ на гликолизата.
Излез на енергија од гликолизата. За формирање на фруктоза-1,6-бифосфат потребни се две молекули на АТП. За време на две фосфорилации на подлогата, се синтетизираат 4 АТП молекули (на две триози). Вкупниот енергетски резултат на гликолизата е 2 молекули на PTP. Процесот на гликолиза произведува и 2 NADH молекули, чија оксидација во аеробни услови ќе доведе до синтеза на уште 6 ATP молекули. Според тоа, во аеробни услови вкупната излезна енергија ќе биде 8 ATP молекули, а во анаеробни услови – 2 ATP молекули.
Функции на гликолиза во клетката.
1. комуницира помеѓу респираторните супстрати и Кребсовиот циклус;
2. енергетска вредност;
3. синтетизира посредници неопходни за синтетички процеси во клетката (на пример, PEP е неопходен за синтеза на лигнин и други полифеноли);
4. во хлоропластите, гликолизата обезбедува директен пат за синтеза на АТП; преку гликолиза, скробот се разложува на триози.
Регулирање на гликолизатаможе да се спроведе во три фази:
1. Глукоза-6-фосфатот алостерично ја инхибира активноста на ензимот хексокиназа.
2. Активноста на фосфофруктокиназата се зголемува со зголемување на содржината на ADP и H и е потисната со високи концентрации на АТП.
3. Пируват киназата е инхибирана со високи концентрации на ATP и ацетил-CoA.
2. Односот помеѓу дишењето и ферментацијата
ФЕРМЕНТАЦИЈА- ензимско разградување на органски материи, главно јаглени хидрати, придружено со формирање на АТП. Може да се врши во телото на животни, растенија и многу други. микроорганизми без или со учество на O 2 (анаеробна или аеробна ферментација, соодветно).
Во 1875 година, германскиот физиолог Е. Пфлугер покажал дека жабата сместена во средина без кислород останува жива некое време и во исто време ослободува CO 2. Овој тип на дишење тој го нарекол интрамолекуларно. Неговото гледиште беше поддржано од германскиот растителен физиолог В. Пфефер. Врз основа на овие дела, беа предложени две равенки за да се опише хемијата на дишењето:
C 6 H 12 O 6 → 2 C 2 H 5 OH +2 CO 2
2 C 2 H 5 OH + 6O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O
Се претпоставуваше дека во анаеробни услови, гликозата се разложува на етил алкохол и CO 2. Во втората фаза, алкохолот се оксидира со кислород за да формира јаглерод диоксид и вода.
Анализирајќи ги заклучоците направени од Pfeffer и Pfluger, S.P. Kostychev (1910) дошол до заклучок дека оваа равенка не одговара на реалноста, бидејќи етанолот не може да биде среден производ на нормалното аеробно дишење кај растенијата поради две причини: 1 - тој е отровен, 2 - се оксидира од растителните ткива многу полошо од гликозата. Костичев сугерираше дека процесите на дишење и ферментација се поврзани преку некој вид среден производ. Последователно, благодарение на работата на Костичев и германскиот биохемичар К. Нојберг, оваа супстанца беше откриена; се покажа дека е пирувична киселина (ПВА):
PVC → 2CH 3 CHONCOOH (ферментација на млечна киселина)
PVC → 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH (алкохолна ферментација)
C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 COCOOH → 2CO 2 + 2CH 3 COOH (ферментација на оцетна киселина)
ПВЦ → 6СО 2 + 6Н 2 О (здив)
Ферментацијата на млечна киселина и алкохол се случува во анаеробни услови, ферментација и дишење на оцетна киселина се случуваат во аеробни услови.
Се вчитува...
