Зміст
- Основи глюкози
- Повний шлях гліколізу
- Гліколіз: інвестиційна фаза
- Гліколіз: фаза повернення
- Регуляція гліколізу
- Активація ферментів гліколізу
- Пригнічення ферментів гліколізу
- Детальніше про регулювання гексокінази
Гліколіз це універсальний обмінний процес серед живих світів. Ця серія 10 реакцій в цитоплазмі всіх клітин перетворює молекулу цукру з шести вуглецю глюкоза на дві молекули пірувату, дві молекули АТФ і дві молекули НАДГ.
Дізнайтеся про гліколіз.
В прокаріоти, які є найпростішими організмами, гліколіз - це справді єдина гра в клітинній обміні. Ці організми, майже всі з яких складаються з однієї клітини з відносно невеликим вмістом, мають обмежені метаболічні потреби, і гліколізу достатньо, щоб вони могли процвітати та розмножуватися за відсутності конкуруючих факторів. Еукаріотиз іншого боку, розкачайте гліколіз як щось необхідне закуску до появи основної страви аеробного дихання.
Обговорення гліколізу часто зосереджується на умовах, які йому сприяють, наприклад, на достатній концентрації субстрату та ферментів. Рідше згадуються, але також важливі речі, які можуть бути замисленими гальмувати швидкість гліколізу. Хоча клітинам потрібна енергія, постійний пробіг стільки сировини через млин гликолізу не завжди є бажаним клітинним результатом. На щастя для клітини, численні учасники гліколізу здатні впливати на її швидкість.
Основи глюкози
Глюкоза - це шестивуглецевий цукор з формулою C6Н12О6. (Веселі біомолекулярні дрібниці: кожен вуглевод - будь то цукор, крохмаль або нерозчинна клітковина - має загальну хімічну формулу CNН2НОN.) Він має молярну масу 180 г, за розміром схожий на більш важкі амінокислоти. Він здатний вільно дифундувати в клітину і виходити з неї через плазматичну мембрану.
Глюкоза є моносахаридом, це означає, що вона не утворюється шляхом комбінування менших цукрів. Фруктоза є моносахаридом, тоді як сахароза («столовий цукор») - це дисахарид, зібраний з молекули глюкози та молекули фруктози.
Зокрема, глюкоза має форму кільця, представленого у вигляді шестикутника на більшості діаграм. П’ять із шести атомів кільця - це глюкоза, а шосте - кисень. Вуглець числа 6 лежить у метилі (- CH3) група поза рингом.
Повний шлях гліколізу
Повна формула для суми 10 реакцій гліколізу:
С6Н12О6 + 2 НАД+ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
Словом, це означає, що молекула глюкози перетворюється на дві молекули глюкози, генеруючи 2 АТФ і 2 НАДГ (зменшена форма нікотинамід-аденінудинуклеотиду, поширений "носій електронів" в біохімії).
Зауважте, що кисню не потрібно. Хоча піруват майже незмінно продовжує вживатися в аеробних стадіях дихання, гліколіз відбувається як у аеробних, так і в анаеробних організмах.
Гліколіз: інвестиційна фаза
Гліколіз класично поділяється на дві частини: "інвестиційна фаза", яка вимагає 2 АТФ (аденозинтрифосфат, "енергетична валюта" клітин) для формування молекули глюкози в щось з великою кількістю потенційної енергії та "викуп" або фаза "збирання врожаю", в якій 4 АТФ утворюються за допомогою перетворення однієї тривуглецевої молекули (гліцеральдегід-3-фосфат або GAP) в іншу піруват. Це означає, що в цілому на молекулу глюкози утворюється 4 -2 = 2 АТФ.
Коли глюкоза потрапляє в клітину, вона під дією ферменту фосфорилюється (тобто має приєднану до неї фосфатну групу). гексокіназа. Цей фермент, або білковий каталізатор, є одним з найважливіших з регуляторних ферментів гліколізу. Кожна з 10 реакцій гліколізу каталізується одним ферментом, і цей фермент, в свою чергу, каталізує лише одну реакцію.
Глюкозо-6-фосфат (G6P), отриманий в результаті цього етапу фосфорилювання, потім перетворюється на фруктозу-6-фосфат (F6P) до того, як відбудеться друге фосфорилювання, на цей раз у напрямку фосфофруктокіназа, ще один критичний регуляторний фермент. Це призводить до утворення фруктози-1,6-бісфосфату (FBP), і перша фаза гліколізу завершена.
Гліколіз: фаза повернення
Фруктоза-1,6-бісфосфат розщеплюється на пару трьох вуглецевих молекул, дигідроксіацетонфосфату (DHAP) та гліцеральдегід-3-фосфату (GAP). DHAP швидко перетворюється на GAP, тому чистий ефект розщеплення полягає у створенні двох однакових тривуглецевих молекул із одно-шести молекул вуглецю.
Потім GAP перетворюється ферментом гліцеральдегід-3-фосфатдегідрогеназа в 1,3-дифосфогліцерат. Це зайнятий крок; НАД+ перетворюється на NADH та H+ використовуючи атоми водню, позбавлені ГАП, і потім молекула фосфорилюється.
На решті етапів, які перетворюють 1,3-дифосфогліцерат в піруват, обидва фосфати видаляються послідовно з тривуглецевої молекули для отримання АТФ. Оскільки після розщеплення FBP все відбувається двічі на одну молекулу глюкози, це означає, що 2 НАДГ, 2 год+ і 4 АТФ генеруються у фазі повернення для мережі 2 NADH, 2 H+ та 2 АТФ.
Детальніше про кінцевий результат гліколізу.
Регуляція гліколізу
Три ферменти, які беруть участь у гліколізі, відіграють головну роль у регуляції процесу. Дві, гексокіназа та фосфофруктокіназа (або PFK), вже були згадані. Третій, піруваткіназа, відповідає за каталізацію кінцевої реакції гліколізу, перетворення фосфоенолпірувату (PEP) у піруват.
У кожного з цих ферментів є активатори так добре як інгібітори. Якщо ви знайомі з хімією та концепцією гальмування зворотного зв’язку, ви, можливо, зможете передбачити умови, які призводять даний фермент до прискорення або уповільнення його активності. Наприклад, якщо область клітини багата G6P, чи очікуєте ви, що гексокіназа агресивно шукає будь-які молекули глюкози, що блукають? Ви, мабуть, не хочете, тому що в цих умовах немає нагальної потреби генерувати додаткові G6P. І ти б прав.
Активація ферментів гліколізу
Хоча гексокіназа інгібується G6P, вона активується АМФ (аденозинмонофосфат) та АДФ (аденозиндифосфат), як і ПФК та піруваткіназа. Це пояснюється тим, що більш високі рівні АМФ і АДФ зазвичай означають нижчий рівень АТФ, а коли АТФ низький, поштовх до виникнення гліколізу є високим.
Піруватнакіназа також активується фруктозо-1,6-бісфосфатом, що має сенс, оскільки занадто багато ФБП означає, що проміжне середовище гліколізу накопичується вгору за течією і все має відбуватися швидше в кінці процесу. Також фруктоза-2,6-бісфосфат є активатором ПФК.
Пригнічення ферментів гліколізу
Як зазначалося, гексокіназа інгібується G6P. ПФК і піруваткіназа інгібуються присутністю АТФ з тієї ж основної причини, що вони активуються АМФ і АДФ: Енергетичний стан клітини сприяє зниженню швидкості гліколізу.
ПФК також гальмується цитрат- компонент циклу Кребса, який відбувається вниз за течією при аеробному диханні. Піруваткіназа інгібується ацетил КоА, яка є молекулою, до якої піруват перетворюється після закінчення гліколізу і до початку циклу Кребса (насправді ацетил КоА поєднується з оксалоацетатом на першому етапі циклу, щоб створити цитрат). Нарешті, амінокислота аланін також інгібує піруваткіназу.
Детальніше про регулювання гексокінази
Можна очікувати, що інші продукти гліколізу, окрім G6P, інгібують гексокіназу, оскільки їх присутність у значних кількостях свідчить про зменшення потреби в G6P. Однак тільки G6P інгібує гексокіназу. Чому це?
Причина досить проста: G6P необхідний для реакційних шляхів, відмінних від гліколізу, включаючи пентазофосфатний шунт і синтез глікогену. Отже, якби молекули, що перебувають нижче за течією, крім G6P, могли б утримати свою роботу гексокіназу, ці інші реакційні шляхи також сповільнюватимуться через відсутність G6P, що надходить у процес, і, отже, представляють собою побічне пошкодження.