Reakcje tlenowej glikolizy i losy glikolitycznych związków pośrednich



The tlenowa glikoliza definiuje się go jako użycie nadmiaru glukozy, który nie jest przetwarzany przez fosforylację oksydacyjną w kierunku powstawania produktów „fermentacyjnych”, nawet w warunkach wysokiego stężenia tlenu i pomimo spadku wydajności energetycznej.

Jest powszechnie spotykany w tkankach o wysokich wskaźnikach proliferacji, których spożycie glukozy i tlenu jest wysokie. Przykładami tego są komórki nowotworowe nowotworu, niektóre komórki pasożytnicze krwi ssaków, a nawet komórki niektórych obszarów mózgu ssaków.

Energia wyekstrahowana przez katabolizm glukozy jest konserwowana w postaci ATP i NADH, które są wykorzystywane w dalszych szlakach metabolicznych.

Podczas tlenowej glikolizy pirogronian jest kierowany w kierunku cyklu Krebsa i łańcucha transportu elektronów, ale jest również przetwarzany drogą fermentacji w celu regeneracji NAD + bez dodatkowej produkcji ATP, która kończy się tworzeniem mleczanu..

Glikoliza tlenowa lub beztlenowa występuje głównie w cytozolu, z wyjątkiem organizmów takich jak trypanosomatidy, które posiadają wyspecjalizowane organelle glikolityczne znane jako glikozomy.

Glikoliza jest jednym z najbardziej znanych szlaków metabolicznych. Został on sformułowany w całości w 1930 roku przez Gustava Embdena i Otto Meyerhofa, którzy badali ścieżkę w komórkach mięśni szkieletowych. Jednak glikoliza tlenowa jest znana jako efekt Warburga od 1924 roku.

Indeks

  • 1 Reakcje
    • 1.1 Faza inwestycji w energię
    • 1.2 Faza odzyskiwania energii
  • 2 Miejsce docelowe pośredników glikolitycznych
  • 3 referencje

Reakcje

Tlenowy katabolizm glukozy występuje w dziesięciu etapach katalizowanych enzymatycznie. Wielu autorów uważa, że ​​kroki te są podzielone na fazę inwestycji w energię, która ma na celu zwiększenie zawartości darmowej energii w pośrednikach, a drugą wymianę i zysk energii w postaci ATP.

Faza inwestycji w energię

1-fosforylacja glukozy do 6-fosforanu glukozy katalizowana przez heksokinazę (HK). W tej reakcji jedna cząsteczka ATP, która działa jako donor grupy fosforanowej, jest odwracana dla każdej cząsteczki glukozy. Daje glukozo-6-fosforan (G6P) i ADP, a reakcja jest nieodwracalna.

Enzym koniecznie wymaga utworzenia kompletnego Mg-ATP2- dla jego funkcjonowania, dlatego zasługuje na jony magnezu.

2-Izomeryzacja G6P do 6-fosforanu fruktozy (F6P). Nie wiąże się z wydatkiem energetycznym i jest reakcją odwracalną katalizowaną przez izomerazę fosfoglukozy (PGI).

3-fosforylacja F6P do 1,6-bisfosforanu fruktozy katalizowana przez fosfofruktokinazę-1 (PFK-1). Cząsteczka ATP jest stosowana jako donor grupy fosforanowej, a produktami reakcji są F1.6-BP i ADP. Dzięki wartości ΔG ta reakcja jest nieodwracalna (podobnie jak reakcja 1).

4-Katalityczny rozkład F1.6-BP w fosforanie dihydroksyacetonu (DHAP), ketozie i 3-fosforanie gliceraldehydu (GAP), aldoza. Enzym aldolaza odpowiada za odwracalną kondensację aldolową.

Izomeraza fosforanowa 5-triozy (TIM) odpowiada za interkonwersję fosforanu triozy: DHAP i GAP, bez dodatkowego wkładu energii.

Faza odzyskiwania energii

1-GAP jest utleniany przez dehydrogenazę 3-fosforanową gliceraldehydu (GAPDH), która katalizuje przeniesienie grupy fosforanowej do GAP z utworzeniem 1,3-bifosfoglicerynianu. W tej reakcji dwie cząsteczki NAD + są redukowane na cząsteczkę glukozy i stosowane są dwie nieorganiczne cząsteczki fosforanu.

Każdy wytworzony NADH przechodzi przez łańcuch transportu elektronów, a 6 cząsteczek ATP jest syntetyzowanych przez fosforylację oksydacyjną.

2-Kinaza fosfoglicerynianowa (PGK) przenosi grupę fosforylową z 1,3-bifosfoglicerynianu do ADP, tworząc dwie cząsteczki ATP i dwa 3-fosfoglicerynian (3PG). Ten proces jest znany jako fosforylacja na poziomie substratu.

Dwie cząsteczki ATP zużyte w reakcjach HK i PFK są zastępowane przez PGK na tym etapie trasy.

3-3PG jest przekształcany w 2PG przez mutazę fosfoglicerynianową (PGM), która katalizuje wypieranie grupy fosforylowej między węglem 3 i 2 gliceratu w dwóch etapach i odwracalnie. Ten enzym wymaga także jonu magnezu.

Reakcja odwodnienia 4-A katalizowana przez enolazę przekształca 2PG w fosfoenolopirogronian (PEP) w reakcji, która nie wymaga inwersji energii, ale generuje związek o większym potencjale energetycznym do późniejszego przeniesienia grupy fosforanowej.

5-Wreszcie kinaza pirogronianowa (PYK) katalizuje przeniesienie grupy fosforylowej w PEP do cząsteczki ADP, z jednoczesnym wytwarzaniem pirogronianu. Na cząsteczkę glukozy stosuje się dwie cząsteczki ADP i generowane są 2 cząsteczki ATP. PYK wykorzystuje jony potasu i magnezu.

Zatem całkowita wydajność energetyczna glikolizy wynosi 2 cząsteczki ATP dla każdej cząsteczki glukozy, która wchodzi na trasę. W warunkach tlenowych całkowita degradacja glukozy oznacza uzyskanie od 30 do 32 cząsteczek ATP.

Przeznaczenie pośredników glikolitycznych

Po glikolizie pirogronian poddaje się dekarboksylacji, wytwarzając CO2 i przekazując grupę acetylową do acetylokoenzymu A, który jest również utleniany do CO2 w cyklu Krebsa.

Elektrony uwalniane podczas tego utleniania są transportowane do tlenu poprzez reakcje mitochondrialnego łańcucha oddechowego, co ostatecznie napędza syntezę ATP w tej organelli.

Podczas tlenowej glikolizy nadmiar wytworzonego pirogronianu jest przetwarzany przez enzym dehydrogenazę mleczanową, która tworzy mleczan i regeneruje część NAD + zużytych etapów glikolizy, ale bez tworzenia nowych cząsteczek ATP.

Ponadto pirogronian może być stosowany w procesach anabolicznych, które prowadzą do powstawania aminokwasu, na przykład alaniny, lub może również działać jako szkielet do syntezy kwasów tłuszczowych.

Podobnie jak pirogronian, produkt końcowy glikolizy, wiele półproduktów reakcji spełnia inne funkcje w szlakach katabolicznych lub anabolicznych ważnych dla komórki.

Tak jest w przypadku szlaku glukozo-6-fosforanowego i pentozowego fosforanu, w którym otrzymuje się półprodukty rybosomów obecnych w kwasach nukleinowych.

Referencje

  1. Akram, M. (2013). Mini-recenzja na temat glikolizy i raka. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
  2. Esen, E. i Long, F. (2014). Glikoliza tlenowa w osteoblastach. Curr Osteoporos Rep, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J.R., González-Marcano, E.B., Gualdrón-López, M., i Michels, P.M. (2016). Biogeneza, utrzymanie i dynamika glikozomów w pasożytach trypanosomatid. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863(5), 1038-1048.
  4. Jones, W. i Bianchi, K. (2015). Glikoliza tlenowa: poza proliferacją. Frontiers in Immunology, 6, 1-5.
  5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B. i Murata, K. (2005). Hipoteza: struktury, ewolucja i przodek kinaz glukozowych w rodzinie heksokinaz. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99(4), 320-330.
  6. Nelson, D. L. i Cox, M. M. (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Edycje Omega (5 wyd.).