Funkcie glykolýzy, enzýmy, fázy, výrobky, dôležitosť

Ten Glykolýza o Glykolýza je hlavná cesta katabolizmu glukózy, ktorej konečným cieľom je získať energiu vo forme ATP a NADH redukčnej energie z tohto uhľohydrátu.

Táto trasa, úplne objasnená v 30. rokoch 20. storočia Gustavom Emdenom a Ottom Meyerhofom pri štúdiu konzumácie glukózy v bunkách kostrových svalov, pozostáva z úplnej oxidácie uvedeného monosacharidu a samo osebe predstavuje anaeróbnu dráhu na získanie energie.

Molekulárna štruktúra ATP, jedného z glykolytických produktov (Zhrnutie glykolytickej dráhy (zdroj: Tekks at English Wikipedia/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0) Via Wikimedia Commons) cez Wikimedia Commons)

Je to jedna z hlavných metabolických trás, pretože sa vyskytuje, s rozdielom, vo všetkých živých organizmoch, ktoré existujú, jednobunkový alebo mnohobunkový, prokaryoty alebo eukaryoty, a predpokladá sa, že ide o reťaz reakcií veľmi zachovaných evolučných evolučných v povahe v povahe v prírode v prírode.

V skutočnosti existujú niektoré organizmy a typy buniek, ktoré závisia výlučne od tejto cesty k existencii.

V prvom rade glykolýza spočíva v oxidácii glukózy 6 atómov uhlíka na pyruvát, ktorý má tri atómy uhlíka; S sprievodnou produkciou ATP a NADH, užitočná pre bunky z metabolického a syntetického hľadiska.

V tých bunkách schopných ďalšieho spracovania produktov získaných z glukózového katabolizmu končí glykolýza výrobou oxidu uhličitého a vody prostredníctvom cyklu Krebs a reťazca elektrónového dopravníka (aeróbna glykolýza).

Desať enzymatických reakcií sa uskutočňuje v priebehu glykolytickej cesty a hoci regulácia týchto reakcií môže byť niečo iné od jedného druhu k druhému, regulačné mechanizmy sú tiež dosť zachované.

[TOC]

Funkcie glykolýzy

Z metabolického hľadiska je glukóza jedným z najdôležitejších uhľohydrátov pre všetky živé bytosti.

Je to stabilná a veľmi rozpustná molekula, takže sa môže relatívne ľahko transportovať v tele zvieraťa alebo rastliny, odkiaľ je uložená a/alebo získaná tam, kde je potrebná ako bunkové palivo.

Štruktúra glukózy (zdroj: oliva93/cc bid-s (https: // creativecommons.Org/licencie/By-SA/3.0) Via Wikimedia Commons)

Chemická energia obsiahnutá v glukóze sa využíva živými bunkami prostredníctvom glykolýzy, ktorá pozostáva zo série extrémne kontrolovaných krokov, pomocou ktorých je možné „zachytiť energiu uvoľnenú z oxidácie tohto uhľohydrátu v použiteľnejších energetických formách energie“.

Prostredníctvom tejto trasy sa získa iba energia (ATP) a redukcia výkonu (NADH), ale poskytuje sériu metabolických sprostredkovateľov, ktoré sú súčasťou iných trás, tiež dôležité z anabolických (biosyntetických) a všeobecnej bunkovej operácie. Tu je zoznam:

- Glukóza 6-fosfát pre trasu fosfátu pentosas (PPP, angličtina Pantos Mushco Cesta)

- Pyruvát pre mliečnu fermentáciu

- Pyruvát pre syntézu aminokyselín (hlavne alanín)

- Pyruvát pre cyklus kyseliny trikarboxylovej

- Fruktóza 6-fosfát, glukóza 6-fosfát a dihydroxyacetón fosfát, ktorý funguje ako „stavebné bloky“ na iných trasách, ako je syntéza glykogénu, mastné kyseliny, triglyceridy, nukleotidy, aminokyseliny atď.

Výroba energie

Množstvo ATP produkovaného glykolytickou cestou.

Pokiaľ však ide o aeróbne bunky, glykolýza tiež pôsobí ako núdzový zdroj energie a slúži ako „prípravný krok“ pred oxidačnými fosforylačnými reakciami, ktoré charakterizujú bunky s aeróbnym metabolizmom.

Enzýmy zúčastňujúce sa na glykolýze

Glykolýza je možná iba vďaka účasti 10 enzýmov, ktoré katalyzujú reakcie, ktoré charakterizujú túto cestu. Mnohé z týchto enzýmov sú aterické a mení formu alebo konformáciu, keď cvičia svoje katalytické funkcie.

Medzi ich substrátmi existujú enzýmy, ktoré prelomia a tvoria kovalentné väzby a existujú ďalšie, ktoré vyžadujú, aby špecifické kofaktory vykonávali svoje funkcie, najmä kovové ióny.

Štrukturálne povedané, všetky glykolytické enzýmy majú centrum v podstate tvorené listami β paralelne obklopený Hellices α a objednané vo viac ako jednej doméne. Okrem toho sú tieto enzýmy charakterizované, pretože ich aktívne miesta sú zvyčajne na miestach odborov medzi doménami.

Je tiež dôležité zdôrazniť, že hlavná regulácia trasy prechádza kontrolou (hormonálne alebo metabolity) enzýmov, ako je hexoquináza, fosfofrucerachináza, glyceraldehyd 3-fosfát dehydrogenáza a pyruvát kináza.

Môže vám slúžiť: Pľúcny parenchým: Opis, histológia, chorobyHlavné regulačné body glykolytickej dráhy.Org/licencie/By-SA/3.0) Via Wikimedia Commons)

1- Hexoquináza (HK)

Prvá reakcia glykolýzy (glukózová fosforylácia) je katalyzovaná hexoquinázou (HK), ktorej mechanizmus účinku sa zdá, že pozostáva z „indukovanej úpravy“ substrátom, ktorý podporuje „uzavretie“ enzýmu okolo ATP a glukózy ( jeho substráty), keď sa k nim pripojili.

V závislosti od zvažovaného organizmu môže existovať jeden alebo viac izoenzýmov, ktorých molekulová hmotnosť sa pohybuje medzi 50 (asi 500 aminokyselín) a 100 kDa, pretože sa zdá, že sú zoskupené vo forme hraníc, ktorých tvorba je zvýhodnená prítomnosť glukózy, iónov horčíka a ATP.

Hexoquináza má terciárnu štruktúru zloženú z otvorených listov alfa a beta, hoci v týchto enzýmoch existuje veľa štrukturálnych rozdielov.

2- izomeráza fosfoglukóza (PGI)

Fosforylovaná glukóza hexoquinázou je izomerizovaná na 6-fosfátovú fruktózu pomocou izomerázovej fosfoglukózy (PGI), tiež známa ako glukóza 6-fosfátová izomeráza. Enzým teda neodstraňuje ani nepridáva atómy, ale skôr ich usporiadať na konštrukčnej úrovni.

Je to aktívny enzým vo svojej dimorickej podobe (monomér váži viac -menej 66 kDa) a je zapojený nielen do glykolýzy, ale aj glukoneogenézy, v syntéze uhľohydrátov v rastlinách atď.

3-fosfrofrotequináza (PFK)

6-fosfátový fruktóza je substrát pre fosfofrucerachinázový enzým, ktorý je opäť schopný fosforylácie tejto molekuly s použitím ATP ako darcu fosforylovej skupiny, ktorý produkuje 1,6-biffosfátovú fruktózu.

Tento enzým existuje u baktérií a cicavcov ako homotrametický enzým (zložený zo štyroch identických podjednotiek po 33 kDa pre baktérie a každá z 85 kDa u cicavcov) a v kvasinkách je oktameter (zložený z väčších podjednotiek, medzi 112 a 118 kDa).

Je to výlučný enzým, čo znamená, že je pozitívne alebo negatívne regulovaný ktorýmkoľvek z jeho produktov (ADP) a inými molekulami, ako sú ATP a citrát.

4- aldoláza

Aldoláza tiež známa ako fruktóza 1,6-biffosfátová aldoláza, katalyzuje katalytické prasknutie fruktózy 1,6-bifosfátu v dihydroxyacetóne fosfátu a glycerálneho-fosfátu 3-fosfátu a reakčnej reakcie, a to je spojenie formácie formácie frukózy 1,6-Bipfázového.

Inými slovami, tento enzým prerušuje fruktózu 1,6-bifosfáty priamo v strede a uvoľňuje dve fosforylované zlúčeniny 3 atómov uhlíka. Aldolas sa tiež skladá zo 4 rovnakých podjednotiek, z ktorých každá má vlastnú aktívnu stránku.

Bola stanovená existencia dvoch tried (I a II) tohto enzýmu, ktoré sa líšia mechanizmom reakcie, ktorá katalyzuje a pretože niektoré (prvé) sa vyskytujú v „nižších“ baktériách a eukaryotoch a ostatných (ostatné (ostatné (ďalšie (ďalšie (ďalšie (ďalšie (ostatné (ďalšie (ďalšie Druhé) sú v baktériách, protistoch a metazooch.

Aldoláza „nadradených“ eukaryotov pozostáva z homotermetra podjednotiek molekulovej hmotnosti 40 kDa, z ktorých každá je tvorená sudom zloženým z 8 β/a listov.

5- Triosa-fosfátová izomeráza (TIM)

Dva triosasové fosforylované, ktoré sa môžu navzájom vzájomne premieňať vďaka pôsobeniu izomerázy triosa-fosfátu, ktorý umožňuje používanie oboch cukrov počas glykolýzy, čím sa zaisťuje úplné použitie každej molekuly glukózy, ktorá vstupuje do cesty.

Tento enzým bol opísaný ako „dokonalý“ enzým, pretože katalyzuje reakciu opísanú približne miliardy krát rýchlejšie, ako by sa stalo bez jej účasti. Jeho aktívne miesto sa nachádza v strede štruktúry beta-barelov, čo je charakteristika mnohých glykolytických enzýmov.

Je to proteín DiMérica, tvorený dvoma rovnakými podjednotkami približne 27 kDa, obidve s globulárnou štruktúrou.

6- glyceraldehyd 3-fosfát dehydrogenáza (GAPDH)

3-fosfát glycerálnydehyd produkovaný pôsobením izomerázy triosa-fosfátu slúži ako substrát pre GAPDH, ktorý je homoterrameterickým enzýmom (34-38 kDa každá podjednotka), ktorý sa viaže na molekulu NAD+ v každom z jeho 4 aktívnych miest. ako aj 2 fosfátové alebo sulfátové ióny.

V tomto priechode trasy enzým umožňuje fosforyláciu jedného zo svojich substrátov používaných anorganického fosfátu ako darcu fosforylovej skupiny, so sprievodným znížením dvoch molekúl NAD+ a produkciou 1,3-bifosphoglyceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoceratoce.

7- Fosfoglycerato kináza (PGK)

Fosfoglycerát kináza je zodpovedná za prenos jednej z 1,3-bifosfoglyceračných fosfátových skupín do molekuly ADP v dôsledku fosforylácie na úrovni substrátu. Tento enzým používa mechanizmus podobný mechanizmu, ktorý používa Hexoquináza, pretože sa uzatvára, aby sa kontaktoval na svojich substrátoch a chráni ich pred interferenciálnymi molekulami vody.

Môže vám slúžiť: Aponeuróza: Charakteristiky, funkcie, umiestnenie

Tento enzým, rovnako ako ostatní, ktorí používajú dva alebo viac substrátov, má väzbové miesto pre ADP a ďalší pre fosfátový cukor.

Na rozdiel od ostatných opísaných enzýmov, tento proteín je 44 kDa monomér s bilobulárnou štruktúrou, zložený z dvoch domén rovnakej veľkosti spojenej úzkym „drážkou“.

8- mutázová fosfoglyceleratera

3-fosfoglycerát prechádza zmenou zo skupiny fosfátov na uhlík 2, v strede molekuly, čo predstavuje strategické miesto nestability, ktoré uľahčuje následný prenos skupiny na molekulu ATP v poslednej reakcii trasy.

Tento chrbát je katalyzovaný enzýmom fosfoglycerát Mutasa, enzýmom Dimérica pre ľudí a tetramerickými pre kvasinky, s veľkosťou podjednotky blízko 27 kDa.

9-enoláza

Enoláza katalyzuje dehydratáciu 2-fosfoglycelera na fosfoenolpiruvát, čo je potrebný krok na tvorbu ATP v nasledujúcej reakcii.

Je to enzým DiMérica zložený z dvoch rovnakých podjednotiek 45 kDa. Závisí to od iónov horčíka pre stabilitu a pre konformačnú zmenu potrebnú na pripojenie sa k vášmu substrátu. Je to jeden z enzýmov exprimovaných s väčšou hojnosťou v cytosóle mnohých organizmov a cvičí ďalšie funkcie glykolytické.

10- Quinasa piruvato

Druhá fosforylácia na úrovni substrátu, ktorá sa uskutočňuje pri glykolýze, sa katalyzuje kinázovým pyruvátom, ktorý je zodpovedný za prenos fosforylovej skupiny fosfoenolpiruvátu do ADP a produkciu pyruvátu.

Tento enzým je zložitejší ako ktorýkoľvek z iných glykolytických enzýmov a u cicavcov je to homotramálny enzým (57 kDa/podjednotka). V stavovcoch sú najmenej 4 izoenzýmy: L (v pečeni), R (v erytrocytoch), M1 (vo svale a mozgu) a M2 (tkanivo fetálneho tkaniva a dospelých tkanív).

Fázy glykolýzy (krok za krokom)

Glykolytická cesta pozostáva z desiatich sekvenčných krokov a začína molekulou glukózy. Počas tohto procesu je molekula glukózy „aktivovaná“ alebo „pripravená“ s pridaním dvoch fosfátov a investuje dve molekuly ATP.

Následne je „rezaný“ v dvoch fragmentoch a konečne sa niekoľkokrát chemicky modifikuje, syntetizuje sa na ceste, štyri molekuly ATP, takže čistý zisk trasy zodpovedá dvom molekúl ATP.

Z vyššie uvedeného je možné odvodiť, že trasa je rozdelená do fázy „investície“ energie, ktorá je základom pre úplnú oxidáciu molekuly glukózy a ďalšiu fázu „zisku“ energie, kde sa energia použila na pôvodne použitú energiu a dva ATP sieťové sieť molekuly.

- Fáza investícií do energie

1- Prvý krok glykolytickej trasy pozostáva z fosforylácie glukózy sprostredkovanej hexoquinázou (HK), pre ktorú enzým používa molekulu ATP pre každú molekulu glukózy, ktorá je fosforylovaná. Je to ireverzibilná reakcia a závisí od prítomnosti iónov horčíka (Mg2+):

Glukóza + ATP → glukóza 6-fosfát + ADP

Takto produkovaná glukóza 2- 6-fosfátu je izomerizovaná na 6-fosfátovú fruktózu vďaka pôsobeniu enzýmu fosfoglukózy izomerázy (PGI) (PGI). Toto je reverzibilná reakcia a neznamená to ďalšie energetické výdavky:

Glukóza 6-fosfát → fruktóza 6-fosfát

3-následne ďalší krok investície do energie znamená fosforyláciu fruktózy 6-fosfátu za vzniku 1,6-bifosfátovej fruktózy. Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom fosfofrotequinázou-1 (PFK-1). Rovnako ako prvý krok trasy, aj molekula darcu fosfátovej skupiny je ATP a je to tiež ireverzibilná reakcia.

Fruktóza 6-fosfát + ATP → fruktóza 1,6-bifosfát + ADP

4-V tomto kroku glykolýzy dochádza k katalytickému prasknutiu fruktózy 1,6-bifosfátu v dihydroxyacetónovom fosforečnanom (DHAP) a ketóze a v glyceraldehyde 3-fosforečnanu (Gap) ALDOSA A ALDOSA. Táto aldolická kondenzácia je katalyzovaná enzýmom aldolázou a je reverzibilným procesom.

Fruktóza 1,6-biffosfátu → dihydroxyacetón fosfát + glyceraldehyd 3-fosfát

5- Posledná reakcia fázy investícií do energetiky spočíva v vzájomnej vzájomnej miere enzýmu Triosas DHAP fosfátu a medzery katalyzovaných triosa-fosfátovými izomerázovými (TIM), skutočnosť, ktorá nevyžaduje ďalší energetický príspevok a ktorý je tiež reverzibilným procesom.

Dihydroxyacetón fosfát ↔ glyceraldehyd 3-fosfát

- Fáza energie

6- 3-fosfát Glyceraldehyd sa používa „downstream“ na glykolytickej ceste ako substrát pre oxidačnú reakciu a ďalšiu fosforyláciu, katalyzovaný rovnakým enzýmom, glyceraldehydom 3-fosfát dehydrogenáza).

Enzým katalyzuje oxidáciu uhlíka C1 molekuly na kyselinu karboxylovú a fosforyláciu v rovnakej polohe, ktorá produkuje 1,3-bifoscikáciu. V priebehu reakcie sú 2 molekuly NAD+ redukované na molekulu glukózy a používajú sa 2 anorganické molekuly fosfátu.

Môže vám slúžiť: priedušnica

2glyceraldehyd 3-fosfát + 2NAD + + 2PI → 2 (1,3-bifosfoglycerato) + 2nadh + 2H

V aeróbnych organizmoch prechádza každý NADH tak týmto spôsobom cez elektrónový dopravný reťazec, aby slúžil ako substrát pre syntézu 6 molekúl ATP v dôsledku oxidačnej fosforylácie.

7- Toto je prvý krok syntézy ATP v glykolýze a znamená pôsobenie kinázy fosfoglycerato (PGK) na 1,3-bifosfoglycele, prenos fosforylovej skupiny (fosforylácia na úrovni substrátu) z tejto molekuly do molekuly ADP poskytuje 2ATP (fosforyláciu na substráte) z tejto molekuly do molekuly ADP, čo vedie k 2ATP (fosforylácia na substráte) z tejto molekuly do molekuly ADP, čo vedie k 2ATP (fosforylácia na substráte) z molekuly do molekuly ADP, čo vedie k 2ATP (fosforylácia na substráte) z tejto molekuly do molekuly ADP, čo vedie k 2ATP (fosforylácia na substráte) z tejto molekuly do molekuly ADP, čím sa získa 2ATP 2ATP. a 2 molekuly 3-fosfoglycelera (3pg) pre každú molekulu glukózy.

2 (1,3-bifosfoglycerato) + 2ADP → 2 (3-fosfoglycerát) + 2ATP

8- 3-fosfoglycerát slúži ako substrát pre enzým fosfoglycerato mutasu (PGM), čo ho robí 2-fosfoglycelerovou presídlením fosforylovej skupiny uhlíka 3 na uhlík 2 pomocou dvojkrokovej reakcie, ktorá je reverzibilná a závisí od Ióny horčíka (mg+2).

2 (3-fosfoglycerát) → 2 (2-fosfoglycerát)

9- Enzým v 2-fosfoglyceračnom dehydráte a vytvára fosfoenolpiruvát (PEP) pomocou reakcie, ktorá si nezaslúži pridanie ďalšej energie a ktorej cieľom je vyrobiť zlúčeninu s vysokou energiou, ktorá je schopná darovať svoju fosforylovú skupinu v ďalšej reakcii.

2 (2-fosfoglycerát) → 2fosfoenolpiruvát

10-fosfoenolpiruvát je substrát enzýmu pyruvátu kinázy (PYK), ktorý je zodpovedný za prenos fosforylovej skupiny v tejto molekule smerom k molekule ADP, a preto katalyzuje ďalšia reakcia fosforylácie na substráte.

V reakcii sa pre každú glukózu vyrábajú molekuly 2ATP a 2 pyruvát a je potrebná prítomnosť draslíka a horčíka v iónovej forme.

2Fospo Elplivato + 2ADP → 2Pyruvate + 2ATP

Čistá výkonnosť glykolýzy týmto spôsobom pozostáva z 2ATP a 2NAD+ pre každú molekulu glukózy, ktorá vstupuje do trasy.

Ak ide o bunky s aeróbnym metabolizmom, potom celková degradácia molekuly glukózy produkuje medzi 30 a 32 ATP cez cyklus Krebs a elektrónový transportný reťaz.

Glykolýza produktov

Všeobecná reakcia glykolýzy je nasledovná:

Glukóza + 2NAD + + 2ADP + 2PI → 2Pyruvate + 2atp + 2nadh + 2H+

Preto, ak sa stručne analyzuje, môže zabezpečiť, aby hlavnými produktmi glykolytickej trasy boli pyruvát, ATP, NADH a H.

Metabolický cieľ každého sprostredkovateľa reakcie však vo veľkej miere závisí od bunkových potrieb, a preto sa všetci sprostredkovatelia môžu považovať za reakčné produkty, ktoré sú schopné vyťažiť takto:

- Glukóza 6-fosfát

- Fruktóza 6-fosfát

- Fruktóza 1,6-bifosfát

- Dihydroxyacetón fosfát a glyceraldehyd 3-fosfát

- 1,3-bifosfoglycerato

- 3-fosfoglycerát a 2-fosfoglyceleratera

- Fosfoenolpiruvát a pyruvát

Dôležitosť

Aj keď glykolýza sama osebe (mohla hovoriť o anaeróbnej glykolýze) produkuje iba asi 5% ATP, ktoré sa dá extrahovať z aeróbneho katabolizmu glukózy, táto metabolická cesta je zásadná z niekoľkých dôvodov:

- Slúži ako „rýchly“ zdroj energie, najmä v situáciách, v ktorých musí zviera rýchlo opustiť stav odpočinku, pre ktoré by procesy aeróbnej oxidácie neboli dostatočne rýchle.

- Kostrové „biele“ svalové vlákna v ľudskom tele sú napríklad rýchle kontrakčné vlákna a závisia od anaeróbnej glykolýzy na funkciu.

- Keď z nejakého dôvodu bunka potrebuje glykolytic.

- Mnoho buniek závisí od glukózy ako zdroj energie glykolytickou cestou vrátane červené krvinky, Chýbajúce vnútorné organely a očné bunky (najmä bunky rohovky), ktoré nemajú veľkú hustotu mitochondrií.

Odkazy

1. Canback, b., Andersson, s. G. A., & Kurland, C. G. (2002). Globálna fylogénia glykolytických enzýmov. Zborník Národnej akadémie vied, 99 (9), 6097-6102.
2. Chaudhry R, ​​Varacallo M. Biochémia, glykolýza. [Aktualizované 2019 AP 21]. In: Statpearls [internet]. Treasure Island (FL): Publishing Statpearls; 2020 Jan-. K dispozícii od: https: // www.Ncbi.NLM.NIH.Gov/Books/NBK482303/
3. Fothergill-Gilmore, L. Do., & Michels, P. Do. (1993). Vývoj glykolýzy. Pokrok v biofyzike a molekulárnej biológii, 59 (2), 105-235.
4. Kim, J. W., & Dang, c. Vložka. (2005). Mnohostranné úlohy glykolytických enzýmov. Trendy v biochemických vedách, 30 (3), 142-150.
5. Kumari, a. (2017). Sweet Biochemistry: Spomienka na štruktúry, cykly a chodníky od Mnemonics. Akademická tlač.
6. Li, x. B., Gu, J. D., & Zhou, Q. H. (2015). Prehľad aeróbnej glykolýzy a jej kľúčových enzýmov nových ciele na liečbu rakoviny pľúc. Rakovina hrudníka, 6 (1), 17-24.