Οι αντιδράσεις αερόβιας γλυκόλυσης και η τύχη των γλυκολυτικών ενδιαμέσων



Το αερόβια γλυκόλυση ορίζεται ως η χρήση περίσσειας γλυκόζης που δεν υφίσταται επεξεργασία με οξειδωτική φωσφορυλίωση προς το σχηματισμό "ζυμωτικών" προϊόντων, ακόμη και σε συνθήκες υψηλών συγκεντρώσεων οξυγόνου και παρά τη μείωση της ενεργειακής απόδοσης.

Συχνά απαντάται σε ιστούς με υψηλά ποσοστά πολλαπλασιασμού, των οποίων η κατανάλωση γλυκόζης και οξυγόνου είναι υψηλή. Παραδείγματα αυτού είναι καρκινικά κύτταρα όγκου, μερικά παρασιτικά κύτταρα του αίματος των θηλαστικών και ακόμη και τα κύτταρα ορισμένων περιοχών του εγκεφάλου των θηλαστικών.

Η ενέργεια που εξάγεται από τον καταβολισμό της γλυκόζης διατηρείται με τη μορφή ΑΤΡ και ΝΑϋΗ, οι οποίες χρησιμοποιούνται κατάντη σε διάφορες μεταβολικές οδούς.

Κατά τη διάρκεια της αερόβιας γλυκόλυσης πυροσταφυλικό κατευθύνεται προς τον κύκλο του Krebs και της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων, αλλά επίσης σε επεξεργασία από το ζύμωση μονοπάτι για την αναγέννηση του NAD + χωρίς επιπλέον ΑΤΡ παραγωγής, η οποία τελειώνει με τον σχηματισμό γαλακτικού.

Η αερόβια ή αναερόβια γλυκόλυση εμφανίζεται κυρίως στο κυτοσόλιο, με εξαίρεση τους οργανισμούς όπως οι τρυπανοσωματίδια, που διαθέτουν εξειδικευμένα γλυκολυτικά οργανίδια γνωστά ως γλυκοσώματα.

Η γλυκόλυση είναι μία από τις πιο γνωστές μεταβολικές οδούς. Διατυπώθηκε εξ ολοκλήρου στη δεκαετία του 1930 από τους Gustav Embden και Otto Meyerhof, οι οποίοι μελέτησαν το μονοπάτι των κυττάρων του σκελετικού μυός. Ωστόσο, η αερόβια γλυκόλυση είναι γνωστή ως το φαινόμενο Warburg από το 1924.

Ευρετήριο

  • 1 Αντιδράσεις
    • 1.1 Φάση επένδυσης ενέργειας
    • 1.2 Φάση ανάκτησης ενέργειας
  • 2 Προορισμός των γλυκολυτικών ενδιαμέσων
  • 3 Αναφορές

Αντιδράσεις

Ο αερόβιος καταβολισμός της γλυκόζης λαμβάνει χώρα σε δέκα στάδια που καταλύονται ενζυματικά. Πολλοί συγγραφείς θεωρούν ότι αυτά τα βήματα χωρίζονται σε μια φάση ενεργειακών επενδύσεων, η οποία στοχεύει στην αύξηση του περιεχομένου της ελεύθερης ενέργειας σε μεσάζοντες και ένα άλλο στην αντικατάσταση και την αύξηση της ενέργειας με τη μορφή ATP.

Ενεργειακή φάση επενδύσεων

1-φωσφορυλίωση της γλυκόζης σε 6-φωσφορική γλυκόζη που καταλύεται από εξοκινάση (ΗΚ). Στην αντίδραση αυτή, ένα μόριο ΑΤΡ, το οποίο δρα ως δότης ομάδας φωσφορικών, αναστρέφεται για κάθε μόριο γλυκόζης. Αποδίδει 6-φωσφορική γλυκόζη (G6P) και ADP και η αντίδραση είναι μη αναστρέψιμη.

Το ένζυμο απαιτεί απαραίτητα τον σχηματισμό ενός πλήρους Mg-ATP2- για τη λειτουργία του, γι 'αυτό αξίζει ιόντα μαγνησίου.

2-Ισομερισμός της G6P σε 6-φωσφορική φρουκτόζη (F6P). Δεν περιλαμβάνει την ενεργειακή δαπάνη και είναι μια αναστρέψιμη αντίδραση που καταλύεται από ισομεράση φωσφογλυκόζης (PGI).

3-φωσφορυλίωση του F6P σε 1,6-διφωσφορικό φρουκτόζη που καταλύεται από φωσφοφρουκτοκινάση-1 (PFK-1). Ένα μόριο ΑΤΡ χρησιμοποιείται ως δότης ομάδας φωσφορικών ενώσεων και τα προϊόντα της αντίδρασης είναι F1.6-BP και ADP. Χάρη στην αξία του ΔG, αυτή η αντίδραση είναι μη αναστρέψιμη (ακριβώς όπως η αντίδραση 1).

4-Καταλυτική διάσπαση του F1.6-BP σε φωσφορική διϋδροξυακετόνη (DHAP), μία κετόζη και 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη (GAP), μία αλδόζη. Το ένζυμο αλδαλάση είναι υπεύθυνο για αυτή την αναστρέψιμη συμπύκνωση αλδολίου.

Η ισομεράση φωσφορικής 5-τριόζης (TIM) είναι υπεύθυνη για την ενδομετατροπή της φωσφορικής τριαζης: DHAP και GAP, χωρίς πρόσθετη ενέργεια.

Φάση ανάκτησης ενέργειας

Το 1-GAP οξειδώνεται με 3-φωσφορική αφυδρογονάση γλυκεραλδεϋδης (GAPDH), η οποία καταλύει τη μεταφορά μιας φωσφορικής ομάδας σε GAP για να σχηματίσει 1,3-διφωσφογλυκερικό άλας. Στην αντίδραση αυτή, δύο μόρια NAD + μειώνονται ανά μόριο γλυκόζης και χρησιμοποιούνται δύο ανόργανα φωσφορικά μόρια.

Κάθε παραγόμενο NADH περνά μέσω της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων και 6 μόρια του ΑΤΡ συντίθενται με οξειδωτική φωσφορυλίωση.

2-κινάση (PGK) μεταφέρει μια ομάδα φωσφορυλίου από 1,3 έως ADP-δισφωσφογλυκερικό, σχηματίζοντας δύο ΑΤΡ μόρια και δύο 3-φωσφογλυκερικού (3PG). Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως φωσφορυλίωση σε επίπεδο υποστρώματος.

Τα δύο μόρια του ΑΤΡ που καταναλώνονται στις αντιδράσεις του ΗΚ και του PFK αντικαθίστανται από το PGK σε αυτό το στάδιο της οδού.

3-Η 3PG μετατρέπεται 2PG από φωσφογλυκερική μουτάση (PGM), το οποίο καταλύει την εκτόπιση της ομάδας φωσφορυλίου μεταξύ άνθρακα 3 και 2 γλυκερικό σε δύο βήματα και αναστρέψιμα. Το ιόν μαγνησίου απαιτείται επίσης από αυτό το ένζυμο.

4-Μια αντίδραση αφυδάτωσης που καταλύεται από ενολάση 2PG μετατρέπει φωσφοενολοπυροσταφυλικό (ΡΕΡ) σε μία αντίδραση που δεν απαιτεί εισαγωγή ενέργειας, αλλά ότι παράγει μία ένωση με μεγαλύτερη ενεργειακή δυναμικό για τη μεταφορά της φωσφορικής ομάδος στη συνέχεια.

Τέλος, η πυροσταφυλική κινάση (PYK) καταλύει τη μεταφορά της φωσφορυλικής ομάδας στο PEP σε ένα μόριο ADP, με την ταυτόχρονη παραγωγή πυροσταφυλικού οξέος. Δύο μόρια ADP χρησιμοποιούνται ανά μόριο γλυκόζης και παράγονται 2 μόρια ΑΤΡ. Το PYK χρησιμοποιεί ιόντα καλίου και μαγνησίου.

Έτσι, η συνολική ενεργειακή απόδοση της γλυκόλυσης είναι 2 μόρια ΑΤΡ για κάθε μόριο γλυκόζης που εισέρχεται στη διαδρομή. Σε αερόβιες συνθήκες η πλήρης αποικοδόμηση της γλυκόζης συνεπάγεται την απόκτηση μεταξύ 30 και 32 μορίων ΑΤΡ.

Προορισμός γλυκολυτικών ενδιαμέσων

Μετά τη γλυκόλυση, το πυρουβικό οξύ υποβάλλεται σε αποκαρβοξυλίωση, παράγοντας CO2 και δωρίζοντας την ομάδα ακετυλίου στο ακετυλο-συνένζυμο Α, το οποίο επίσης οξειδώνεται σε CO2 στον κύκλο Krebs.

Τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια αυτής της οξείδωσης μεταφέρονται στο οξυγόνο μέσω των αντιδράσεων της μιτοχονδριακής αναπνευστικής αλυσίδας, η οποία τελικά οδηγεί τη σύνθεση του ΑΤΡ σε αυτό το οργανίδιο.

Κατά τη διάρκεια της αερόβιας γλυκόλυσης, περίσσεια πυροσταφυλικού που παράγεται υποβάλλεται σε επεξεργασία από το ένζυμο γαλακτική αφυδρογονάση, η οποία αποτελεί μέρος του γαλακτικού και NAD + αναγεννήσεως καταναλώνεται σε βήματα γλυκόλυση ανωτέρω, αλλά χωρίς τον σχηματισμό νέων μορίων ΑΤΡ.

Επιπλέον, το πυροσταφυλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αναβολικές διεργασίες που οδηγούν για παράδειγμα στον σχηματισμό του αμινοξέος αλανίνη ή μπορεί επίσης να δράσει ως σκελετός για τη σύνθεση λιπαρών οξέων.

Όπως το πυροσταφυλικό, το τελικό προϊόν της γλυκόλυσης, πολλά από τα ενδιάμεσα της αντίδρασης εκπληρώνουν άλλες λειτουργίες σε καταβολικές ή αναβολικές οδούς σημαντικές για το κύτταρο.

Αυτή είναι η περίπτωση της 6-φωσφορικής γλυκόζης και της οδού φωσφορικής πεντόζης, όπου λαμβάνονται ενδιάμεσα των ριβοσωμάτων που υπάρχουν στα νουκλεϊνικά οξέα.

Αναφορές

  1. Akram, Μ. (2013). Μίνι-ανασκόπηση σχετικά με τη γλυκόλυση και τον καρκίνο. J. Canc. Εκπαιδεύστε., 28, 454-457.
  2. Esen, Ε., & Long, F. (2014). Αερόβια Γλυκόλυση σε Οστεοβλάστες. Curr Osteoporos Rep, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J.R., González-Marcano, Ε.Β., Gualdrón-López, Μ. & Michels, Ρ.Μ. (2016). Βιογένεση, συντήρηση και δυναμική των γλυκοσφαιρίων στα τρυπανοσωματικά παράσιτα. Biochimica et Biophysica Acta - Μοριακή κυτταρική έρευνα, 1863(5), 1038-1048.
  4. Jones, W., & Bianchi, Κ. (2015). Αερόβια γλυκόλυση: πέρα ​​από τον πολλαπλασιασμό. Τα σύνορα στην ανοσολογία, 6, 1-5.
  5. Kawai, S., Mukai, Τ., Mori, S., Mikami, Β., & Murata, Κ. (2005). Υπόθεση: δομές, εξέλιξη και πρόγονος κινάσεων γλυκόζης στην οικογένεια εξοκινάσης. Εφημερίδα της Βιοϊατρικής και Βιοϊατρικής, 99(4), 320-330.
  6. Nelson, D. L., & Cox, Μ. Μ. (2009). Αρχές Lehninger της Βιοχημείας. Εκδόσεις Omega (5η έκδοση).