AEROBĀ GLIKOLĪZE: GLIKOLĪTISKĀS REAKCIJAS UN STARPPRODUKTI - BIOLOĢIJA - 2025

Aerobikas glikolīzi vai aerobikas definēta kā pārpalikuma izmantošanas glikozi, nav apstrādāti ar oksidatīvo fosforilēšanos veidošanos produktu "fermentatīvas", pat apstākļos augstu skābekļa koncentrāciju un, neskatoties uz kritumu enerģijas efektivitāti.

Tas parasti rodas audos ar augstu proliferācijas ātrumu, kuru glikozes un skābekļa patēriņš ir augsts. To piemēri ir vēža audzēja šūnas, dažas parazitāras šūnas zīdītāju asinīs un pat šūnas dažos zīdītāju smadzeņu apgabalos.

Glikolītiskais ceļš (Avots:] caur Wikimedia Commons)

Enerģija, ko iegūst no glikozes katabolisma, tiek saglabāta ATP un NADH veidā, ko izmanto pakārtoti dažādos metabolisma ceļos.

Aerobās glikolīzes laikā piruvāts tiek virzīts uz Krebsa ciklu un elektronu transporta ķēdi, bet tas tiek apstrādāts arī caur fermentācijas ceļu NAD + reģenerācijai bez papildu ATP ražošanas, kas beidzas ar laktāta veidošanos.

Aerobā vai anaerobā glikolīze galvenokārt notiek citosolā, izņemot tādus organismus kā trippanosomāti, kuriem ir specializētas glikolītiskas organellas, kas pazīstamas kā glikozomas.

Glikolīze ir viens no zināmākajiem metabolisma ceļiem. To pilnībā formulēja 20. gadsimta 30. gados Gustavs Embdens un Otto Mejerhofs, kuri pētīja ceļu skeleta muskuļu šūnās. Tomēr aerobā glikolīze kopš 1924. gada ir zināma kā Vorburgas efekts.

Reakcijas

Glikozes aeroba katabolisms notiek desmit fermentatīvi katalizētos posmos. Daudzi autori uzskata, ka šie posmi ir sadalīti enerģijas investīciju fāzē, kuras mērķis ir palielināt bezmaksas enerģijas daudzumu starpniekos, un citā - aizstāšanas un enerģijas ieguves ATP formā.

Enerģijas investīciju fāze

Glikozes 1-fosforilēšana par glikozes 6-fosfātu, ko katalizē heksokināze (HK). Šajā reakcijā katrai glikozes molekulai tiek apgriezta viena ATP molekula, kas darbojas kā fosfātu grupas donors. Tas rada glikozes 6-fosfātu (G6P) un ADP, un reakcija ir neatgriezeniska.

Fermentam tā darbībai obligāti jāizveido pilnīgs Mg-ATP2-, tāpēc tam nepieciešami magnija joni.

G6P 2-izomerizācija par fruktozes 6-fosfātu (F6P). Tas neietver enerģijas patēriņu un ir atgriezeniska reakcija, ko katalizē fosfoglikozes izomerāze (AĢIN).

F6P 3-fosforilēšana par fruktozes 1,6-bisfosfātu, ko katalizē fosfofruktokināze-1 (PFK-1). Par fosfātu grupas donoru izmanto ATP molekulu, un reakcijas produkti ir F1,6-BP un ​​ADP. Pateicoties valueG vērtībai, šī reakcija ir neatgriezeniska (tāpat kā 1. reakcija).

F1,6-BP 4-katalītiskais sadalījums dihidroksiacetona fosfātā (DHAP), ketozē un glicerraldehīda 3-fosfātā (GAP), kas ir aldoze. Fermentu aldolāze ir atbildīga par šo atgriezenisko aldola kondensāciju.

5-triosefosfāta izomerāze (TIM) ir atbildīga par triosefosfāta: DHAP un GAP savstarpēju pārveidošanu bez papildu enerģijas ievadīšanas.

Enerģijas reģenerācijas fāze

1-GAP tiek oksidēts ar glicerraldehīda 3-fosfāta dehidrogenāzi (GAPDH), kas katalizē fosfātu grupas pārnešanu uz GAP, veidojot 1,3-bisfosfoglicerātu. Šajā reakcijā divas glikozes molekulas NAD + tiek reducētas, un tiek izmantotas divas neorganiskā fosfāta molekulas.

Katrs saražotais NADH iziet cauri elektronu transporta ķēdei, un 6 ATP molekulas tiek sintezētas ar oksidatīvās fosforilēšanas palīdzību.

2-fosfoglicerāta kināze (PGK) pārnes fosforilgrupu no 1,3-bisfosfoglicerāta uz ADP, veidojot divas ATP un divas 3-fosfoglicerāta (3PG) molekulas. Šis process ir pazīstams kā substrāta līmeņa fosforilēšana.

Šajā posmā HK un PFK reakcijās patērētās divas ATP molekulas tiek aizstātas ar PGK.

3-3PG tiek pārveidots par 2PG ar fosfoglicerāta mutāzi (PGM), kas divās atgriezeniskās pakāpēs katalizē fosforilgrupas pārvietošanos starp glicerāta 3 un 2 oglekli. Magnija jonu pieprasa arī šis ferments.

Enolaāzes katalizēta 4-dehidratācijas reakcija pārvērš 2PG par fosfoenolpiruvātu (PEP) reakcijā, kurai nav nepieciešami enerģijas ieguldījumi, bet rodas savienojums ar lielāku enerģijas potenciālu fosfātu grupas pārnešanai vēlāk.

5-Visbeidzot, piruvāta kināze (PYK) katalizē PEP fosforilgrupas pārnešanu uz ADP molekulu, vienlaikus ražojot piruvātu. Katrā glikozes molekulā tiek izmantotas divas ADP molekulas, un tiek radītas 2 ATP molekulas. PYK izmanto kālija un magnija jonus.

Tādējādi kopējais glikolīzes enerģijas ieguvums ir 2 ATP molekulas katrai glikozes molekulai, kas nonāk ceļā. Aerobos apstākļos pilnīga glikozes sadalīšanās nozīmē iegūt no 30 līdz 32 ATP molekulām.

Glikolītisko starpproduktu liktenis

Pēc glikolīzes piruvāts tiek dekarboksilēts, iegūstot CO2 un acetilgrupu ziedojot acetilkoenzīmam A, kas arī Krebsa ciklā tiek oksidēts līdz CO2.

Šīs oksidācijas laikā atbrīvotie elektroni tiek transportēti uz skābekli caur mitohondriju elpošanas ķēdes reakcijām, kas galu galā virza ATP sintēzi šajā organellā.

Aerobās glikolīzes laikā iegūto piruvāta pārpalikumu apstrādā enzīms laktāta dehidrogenāze, kas veido laktātu un reģenerē daļu no NAD + patērētajiem soļiem glikolīzes laikā, bet neveidojot jaunas ATP molekulas.

Laktāta dehidrogenāzes mehānisms (Avots: Jazzlw, izmantojot Wikimedia Commons)

Turklāt piruvātu var izmantot anaboliskos procesos, kas izraisa, piemēram, aminoskābes alanīna veidošanos, vai arī tas var darboties kā skelets taukskābju sintēzei.

Līdzīgi kā piruvāts, glikolīzes gala produkts, daudzi no reakcijas starpproduktiem kalpo citām funkcijām kataboliskos vai anaboliskajos šūnās.

Tas attiecas uz glikozes 6-fosfātu un pentozes fosfāta ceļu, kur iegūst nukleīnskābēs esošos ribozes starpproduktus.

Atsauces

1. Akram, M. (2013). Mini apskats par glikolīzi un vēzi. J. Kank. Educ., 28, 454–457.
2. Esens, E., & Long, F. (2014). Aerobā glikolīze osteoblastos. Curr Osteoporos Rep, 12, 433–438.
3. Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Trypanosomatid parazītu glikozomu bioģenēze, uzturēšana un dinamika. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863 (5), 1038–1048.
4. Džounss, W. un Bianchi, K. (2015). Aerobā glikolīze: ārpus proliferācijas. Robežas imunoloģijā, 6., 1. – 5.
5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hipotēze: glikozes kināžu struktūras, evolūcija un sencis heksokināžu saimē. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
6. Nelsons, DL, & Cox, MM (2009). Lehingera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums).