Dzielić:
Fazy i funkcje glikolizy
The glikoliza lub glikoliza to proces, w którym cząsteczka glukozy jest rozkładana na dwie cząsteczki pirogronianu. Energia jest wytwarzana przez glikolizę, która jest wykorzystywana przez organizm w różnych procesach komórkowych.
Glikoliza znana jest również jako cykl Embden-Meyerhof, na cześć Gustava Embdena i Otto Fritza Meyerhofa, którzy byli odkrywcami tej procedury.
Glikoliza jest wytwarzana w komórkach, w szczególności w cytozolu znajdującym się w cytoplazmie. Jest to najbardziej rozpowszechniona procedura u wszystkich żywych istot, ponieważ jest generowana we wszystkich typach komórek, zarówno eukariotycznych, jak i prokariotycznych..
Oznacza to, że zwierzęta, rośliny, bakterie, grzyby, glony, a nawet organizmy pierwotniakowe są podatne na proces glikolizy.
Głównym celem glikolizy jest wytwarzanie energii, która jest następnie wykorzystywana w innych procesach komórkowych organizmu.
Glikoliza odpowiada początkowemu etapowi, z którego generowany jest proces oddychania komórkowego lub tlenowego, w którym konieczna jest obecność tlenu.
W przypadku środowisk, w których brakuje tlenu, glikoliza ma również ważny udział, ponieważ przyczynia się do procesu fermentacji.
Indeks
- 1 Fazy glikolizy
- 1.1 Faza zapotrzebowania na energię
- 1.2 Faza uwalniania energii
- 2 Funkcje glikolizy
- 2.1 Ochrona neuronowa
- 3 referencje
Fazy glikolizy
Glikoliza powstaje w wyniku dziesięciu faz. Te dziesięć faz można wyjaśnić w uproszczony sposób, określając dwie główne kategorie: pierwszą, w której występuje zapotrzebowanie na energię; a drugi, w którym więcej energii jest produkowane lub uwalniane.
Faza zapotrzebowania na energię
Zaczyna się od cząsteczki glukozy otrzymanej z cukru, która ma cząsteczkę glukozy i cząsteczkę fruktozy.
Po oddzieleniu cząsteczki glukozy łączy się ją z dwiema grupami fosforanowymi, zwanymi również kwasami fosforowymi.
Te kwasy fosforowe pochodzą z trójfosforanu adenozyny (ATP), elementu uważanego za jedno z głównych źródeł energii wymaganych w różnych czynnościach i funkcjach komórek.
Wraz z włączeniem tych grup fosforanowych modyfikuje się cząsteczkę glukozy i przyjmuje inną nazwę: fruktozo-1,6-bisfosforan.
Kwasy fosforowe wytwarzają niestabilną sytuację w tej nowej cząsteczce, co w konsekwencji powoduje, że dzieli się ona na dwie części.
W rezultacie powstają dwa różne cukry, każdy z cechami fosfatyzacji i trzema węglami.
Chociaż te dwa cukry mają te same zasady, mają cechy, które odróżniają je od siebie.
Pierwszy z nich zwany jest aldehydem glicerynowo-3-fosforanowym i to on przejdzie bezpośrednio do następnej fazy procesu glikolizy.
Drugi wytwarzany trójwęglowy cukier fosforanowy nazywany jest fosforanem dihydroksyacetonu, znanym pod skrótem DHAP. Bierze również udział w następujących etapach glikolizy po tym, jak stał się tym samym składnikiem pierwszego cukru wytworzonego w procesie: gliceraldehyd-3-fosforan.
Ta transformacja fosforanu dihydroksyacetonu do 3-fosforanu gliceraldehydu jest wytwarzana przez enzym, który znajduje się w cytozolu komórek i nazywany jest dehydrogenazą 3-fosforanu glicerolu. Ten proces konwersji jest znany jako „transfer fosforanu glicerolu”.
Następnie, ogólnie rzecz biorąc, można powiedzieć, że pierwsza faza glikolizy opiera się na modyfikacji cząsteczki glukozy w dwóch cząsteczkach fosforanu triozy. Jest to etap, w którym nie występuje utlenianie.
Wspomniany etap składa się z pięciu etapów zwanych reakcjami, a każdy z nich jest katalizowany przez swój specyficzny enzym. 5 etapów fazy przygotowawczej lub zapotrzebowania na energię są następujące:
Pierwszy krok
Pierwszym krokiem w glikolizie jest przekształcenie glukozy w glukozo-6-fosforan. Enzymem, który katalizuje tę reakcję, jest heksokinaza. Tutaj pierścień glukozy jest fosforylowany.
Fosforylacja polega na dodaniu grupy fosforanowej do cząsteczki pochodzącej z ATP. W rezultacie w tym punkcie glikolizy zużyto 1 cząsteczkę ATP.
Reakcja zachodzi za pomocą enzymu heksokinazy, enzymu, który katalizuje fosforylację wielu sześcioczłonowych pierścieniowych struktur glukozy.
Atomowy magnez (Mg) również interweniuje, aby pomóc chronić ujemne ładunki grup fosforanowych w cząsteczce ATP.
Wynikiem tej fosforylacji jest cząsteczka zwana glukozo-6-fosforanem (G6P), tak zwana, ponieważ węgiel 6 glukozy nabywa grupę fosforanową.
Drugi krok
Drugi etap glikolizy obejmuje przekształcenie glukozo-6-fosforanu w fruktozo-6-fosforan (F6P). Ta reakcja zachodzi przy pomocy enzymu izomerazy fosfoglukozowej.
Jak sugeruje nazwa enzymu, ta reakcja pociąga za sobą efekt izomeryzacji.
Reakcja obejmuje transformację wiązania węgiel-tlen w celu modyfikacji sześcioczłonowego pierścienia w pięcioczłonowym pierścieniu.
Reorganizacja ma miejsce, gdy sześcioelementowy pierścień jest otwierany, a następnie zamykany w taki sposób, że pierwszy węgiel staje się teraz na zewnątrz pierścienia.
Trzeci krok
W trzecim etapie glikolizy fruktozo-6-fosforan przekształca się w fruktozo-1,6-bifosforan (FBP).
Podobnie do reakcji, która zachodzi w pierwszym etapie glikolizy, druga cząsteczka ATP dostarcza grupę fosforanową, która jest dodawana do cząsteczki fruktozo-6-fosforanu.
Enzymem katalizującym tę reakcję jest fosfofruktokinaza. Podobnie jak w kroku 1, atom magnezu jest zaangażowany w ochronę ładunków ujemnych.
Czwarty krok
Enzym aldolaza dzieli 1,6-bisfosforan fruktozy na dwa cukry, które są wzajemnymi izomerami. Te dwa cukry to fosforan dihydroksyacetonu i trifosforan gliceraldehydu.
W tym etapie stosuje się enzym aldolazę, który katalizuje rozszczepienie 1,6-bifosforanu fruktozy (FBP) w celu wytworzenia dwóch cząsteczek 3-węglowych. Jedna z tych cząsteczek nazywa się trifosforanem gliceraldehydu, a druga nazywa się fosforanem dihydroksyacetonu.
Krok piąty
Enzym izomeraza trifosforanowa szybko przenika cząsteczki fosforanu dihydroksyacetonu i trifosforanu gliceraldehydu. Fosforan gliceraldehydu jest eliminowany i / lub stosowany w następnym etapie glikolizy.
Trifosforan gliceraldehydu jest jedyną cząsteczką, która kontynuuje szlak glikolityczny. W rezultacie po wszystkich wytwarzanych cząsteczkach fosforanu dihydroksyacetonu następuje enzym izomeraza trifosforanowa, który przestawia fosforan dihydroksyacetonu w trifosforan aldehydu glicerynowego, aby mógł on kontynuować glikolizę.
W tym punkcie szlaku glikolitycznego znajdują się dwie cząsteczki po trzy węgle, ale glukoza nie została jeszcze całkowicie przekształcona w pirogronian.
Faza uwalniania energii
Dwie trójwęglowe cząsteczki cukru, które zostały wygenerowane z pierwszego etapu, zostaną teraz poddane kolejnej serii transformacji. Proces, który zostanie opisany poniżej, zostanie wygenerowany dwukrotnie dla każdej cząsteczki cukru.
Po pierwsze, jedna z cząsteczek pozbędzie się dwóch elektronów i dwóch protonów, a w konsekwencji tego uwolnienia do cząsteczki cukru zostanie dodany jeszcze jeden fosforan. Powstały składnik nazywany jest 1,3-bifosfoglicerydem.
Następnie 1,3-bifosfogliceryna pozbywa się jednej z grup fosforanowych, która ostatecznie staje się cząsteczką ATP.
W tym momencie energia jest uwalniana. Cząsteczka, która powstaje w wyniku uwolnienia fosforanu, nazywana jest 3-fosfoglicerynianem.
3-fosfoglicerynian staje się kolejnym elementem równym mu, ale o pewnych właściwościach pod względem struktury molekularnej. Ten nowy element to 2-fosfoglicerynian.
W przedostatnim etapie procesu glikolizy 2-fosfoglicerynian przekształca się w fosfoenolopirogronian w wyniku utraty cząsteczki wody.
Wreszcie fosfoenolopirogronian pozbywa się innej grupy fosforanowej, która to procedura obejmuje również tworzenie cząsteczki ATP, a zatem uwolnienie energii.
Bez fosforanów, fosfoenolopirogronian powstaje na końcu procesu w cząsteczce pirogronianu.
Pod koniec glikolizy powstają dwie cząsteczki pirogronianu, cztery ATP i dwa z dinukleotydowego wodoru nikotynamidoadeninowego (NADH), pierwiastek tego ostatniego, który również sprzyja tworzeniu cząsteczek ATP w organizmie.
Jak widzieliśmy, w drugiej połowie glikolizy zachodzi pięć pozostałych reakcji. Ten etap jest również znany jako utleniający.
Dodatkowo, specyficzny enzym interweniuje dla każdego etapu i reakcje tego etapu zachodzą dwukrotnie dla każdej cząsteczki glukozy. 5 etapów fazy korzyści lub uwolnienia energii to:
Pierwszy krok
W tym etapie zachodzą dwa główne zdarzenia, z których jednym jest utlenianie trifosforanu gliceraldehydu przez koenzymowy dinukleotyd nikotynamidoadeninowy (NAD); z drugiej strony cząsteczka jest fosforylowana przez dodanie wolnej grupy fosforanowej.
Enzymem, który katalizuje tę reakcję, jest dehydrogenaza trifosforanu gliceraldehydu.
Enzym ten zawiera odpowiednie struktury i utrzymuje cząsteczkę w takiej pozycji, że pozwala cząsteczce dinukleotyd nikotynamidoadeninowy na ekstrakcję wodoru z trifosforanu gliceraldehydu, przekształcając NAD w dehydrogenazę NAD (NADH).
Grupa fosforanowa atakuje następnie cząsteczkę trifosforanu aldehydu glicerynowego i uwalnia ją z enzymu, tworząc 1,3 bis-fosfogrylan, NADH i atom wodoru.
Drugi krok
Na tym etapie 1,3 bisfosfogrylan jest przekształcany w trifosfoglicerynian przez enzym kinazę fosfoglicerynianową.
Ta reakcja obejmuje utratę grupy fosforanowej z materiału wyjściowego. Fosforan jest przenoszony do cząsteczki difosforanu adenozyny, która wytwarza pierwszą cząsteczkę ATP.
Ponieważ w rzeczywistości istnieją dwie cząsteczki 1,3 biphosglycerate (ponieważ były dwa produkty 3 węgli z etapu 1 glikolizy), w tym etapie syntetyzowane są dwie cząsteczki ATP.
Dzięki tej syntezie ATP dwie pierwsze cząsteczki zastosowanego ATP zostają anulowane, powodując powstanie sieci 0 cząsteczek ATP do tego etapu glikolizy.
Ponownie obserwuje się, że atom magnezu jest zaangażowany w celu ochrony ładunków ujemnych w grupach fosforanowych cząsteczki ATP.
Trzeci krok
Ten etap obejmuje prostą zmianę położenia grupy fosforanowej w cząsteczce 3-fosfoglicerynianu, która przekształca ją w 2-fosfoglicerynian.
Cząsteczka biorąca udział w katalizie tej reakcji nazywa się mutazą fosfoglicerynianową (PGM). Mutaza jest enzymem, który katalizuje transfer grupy funkcyjnej z jednej pozycji w jednej cząsteczce do drugiej.
Mechanizm reakcji przebiega najpierw przez dodanie dodatkowej grupy fosforanowej do pozycji 2 '3 fosfoglicerynianu. Następnie enzym usuwa fosforan z pozycji 3 ', pozostawiając tylko fosforan 2', a tym samym dając 2 fosfogliceryny. W ten sposób enzym jest również przywracany do pierwotnego stanu fosforylacji.
Czwarty krok
Ten etap obejmuje konwersję 2 fosfoglicerynianu do fosfoenolopirogronianu (PEP). Reakcja jest katalizowana przez enzym enolazę.
Enolaza działa poprzez usunięcie grupy wody lub odwodnienie 2 fosfoglicerynianu. Specyficzność kieszeni enzymu umożliwia przemieszczenie elektronów w podłożu w taki sposób, że pozostałe wiązanie fosforanowe staje się bardzo niestabilne, przygotowując w ten sposób substrat do następnej reakcji.
Krok piąty
Ostatni etap glikolizy przekształca fosfoenolopirogronian w pirogronian za pomocą enzymu kinazy pirogronianowej.
Jak sugeruje nazwa enzymu, ta reakcja obejmuje przeniesienie grupy fosforanowej. Grupa fosforanowa przyłączona do węgla 2 'fosfoenolopirogronianu jest przenoszona do cząsteczki difosforanu adenozyny, wytwarzając ATP.
Ponownie, ponieważ istnieją dwie cząsteczki fosfoenolopirogronianu, w rzeczywistości generowane są dwie cząsteczki trifosforanu adenozyny lub ATP.
Funkcje glikolizy
Proces glikolizy ma zasadnicze znaczenie dla wszystkich żywych organizmów, ponieważ reprezentuje procedurę generowania energii komórkowej.
Ta generacja energii sprzyja procesom oddechowym komórek, a także procesowi fermentacji.
Glukoza, która dostaje się do organizmu poprzez spożycie cukrów, ma złożony skład.
Poprzez glikolizę można uprościć tę kompozycję i przekształcić ją w związek, z którego organizm może skorzystać w celu wytworzenia energii.
W procesie glikolizy powstają cztery cząsteczki ATP. Te cząsteczki ATP są głównym sposobem, w jaki organizm uzyskuje energię i sprzyja tworzeniu nowych komórek; Dlatego wytwarzanie tych cząsteczek jest niezbędne dla organizmu.
Ochrona neuronowa
Badania wykazały, że glikoliza odgrywa ważną rolę w zachowaniu neuronów.
Naukowcy z Uniwersytetu w Salamance, Instytutu Nauk Neurologicznych w Kastylii i León oraz Szpitala Uniwersyteckiego w Salamance ustalili, że zwiększenie glikolizy w neuronach oznacza szybszą śmierć tych neuronów.
Jest to konsekwencja neuronów cierpiących na to, co nazwali stresem oksydacyjnym. Następnie, im niższa glikoliza, tym większa siła przeciwutleniająca neuronów i większa możliwość przeżycia.
Implikacje tego odkrycia mogą mieć pozytywny wpływ na badania chorób charakteryzujących się degeneracją neuronów, takich jak choroba Alzheimera lub Parkinsona..
Referencje
- „Co to jest pirogronian?” W przewodniku metabolicznym. Źródło: 11 września 2017 z Metabolic Guide: guiametabolica.org
- „Glucolysis” w National Cancer Institute. Pobrane 11 września 2017 r. Z National Cancer Institute: cancer.gov
- Pichel, J. „Znalazł mechanizm kontrolujący glikolizę i stres oksydacyjny w neuronach” (11 czerwca 2009 r.) W Iberoamerykańskiej Agencji ds. Upowszechniania Nauki i Technologii. Źródło: 11 września 2017 r. Z Ibero-American Agency for Dissemination of Science and Technology: dicyt.com
- „Glucolysis” w Khan Academy. Źródło: 11 września 2017 z Khan Academy: en.khanacademy.org
- González, A. i Raisman, J. „Glucolysis: cykl cytozolu” (31 sierpnia 2005 r.) W hipertekstach obszaru biologii. Źródło: 11 września 2017 z Hypertexts in the Biology Area: biologia.edu.ar
- Smith, J. „Co to jest glikoliza” (31 maja 2017 r.) W News Medical. Źródło: 11 września 2017 r. Z News Medical: news-medical.net
- Bailey, L. „10 kroków glikolizy” (8 czerwca 2017) w Thoughco. Pobrane 11 września 2017 r. Z Thoughco: thoughtco.com
- Berg, J., Tymoczko, J. and Stryer, L. „Biochemia. 5. edycja. ” W Narodowym Centrum Informacji Biotechnologicznej. Źródło: 11 września 2017 r. Z Narodowego Centrum Informacji Biotechnologicznej: ncbi.nlm.nih.gov
- „Dehydrogenaza glicerol-3-fosforanowa” w Clínica Universidad de Navarra. Źródło: 11 września 2017 z Clínica Universidad de Navarra: cun.es
- „Kroki oddychania komórkowego” w Khan Academy. Źródło: 11 września 2017 z Khan Academy: en.khanacademy.org.