Какви ефекти могат да възпрепятстват гликолизата?

Гликолиза е универсален метаболитен процес сред живите същества в света. Тази поредица от 10 реакции в цитоплазмата на всички клетки преобразува шествъглеродната захарна молекула глюкоза в две молекули пируват, две молекули АТФ и две молекули NADH.
Научете за гликолизата.

В прокариоти, които са най-простите организми, гликолизата е наистина единствената игра за клетъчен метаболизъм в града. Тези организми, почти всички от които се състоят от една клетка с относително малко съдържание, са ограничени метаболитни нужди и гликолизата е достатъчна, за да им позволи да процъфтяват и да се възпроизвеждат при липса на конкурентни фактори. Еукариоти, от друга страна, разгърнете гликолизата като нещо като необходимо мезе, преди основното ястие на аеробно дишане да влезе в картината.

Дискусиите за гликолизата често се съсредоточават върху условията, които я благоприятстват, например адекватна концентрация на субстрат и ензим. По-рядко се споменават, но също така са важни неща, които могат да бъдат проектирани

Глюкозата е шествъглеродна захар с формула С₆Н₁₂О₆. (Забавни биомолекулни любопитни факти: Всеки въглехидрат - независимо дали е захар, нишесте или неразтворими фибри - има общата химическа формула С_нН_2NО_н.) Той има моларна маса 180 g, подобна на по-тежките аминокиселини по отношение на размера си. Той е в състояние да дифузира свободно в и извън клетката през плазмената мембрана.

Глюкозата е монозахарид, което означава, че не се получава чрез комбиниране на по-малки захари. Фруктозата е монозахарид, докато захарозата („трапезна захар“) е дизахарид, сглобен от молекула глюкоза и молекула фруктоза.

Забележително е, че глюкозата е под формата на пръстен, представен като шестоъгълник в повечето диаграми. Пет от шестте пръстенни атома са глюкоза, докато шестият е кислород. Въглеродът номер 6 се намира в метил (- CH₃) група извън ринга.

Пълната формула за сумата от 10-те реакции на гликолиза е:

° С₆Н₁₂О₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺

С думи, това означава, че молекула глюкоза се превръща в две молекули глюкоза, генерирайки 2 АТФ и 2 NADH (редуцираната форма на никотинамид аденин динуклеотид, често срещан "електронен носител" в биохимия).

Имайте предвид, че не е необходим кислород. Въпреки че пируватът почти винаги се консумира в аеробни стъпки на дишане, гликолизата се случва както при аеробни, така и при анаеробни организми.

Гликолизата е класически разделена на две части: "инвестиционна фаза", която изисква 2 АТФ (аденозин трифосфат, "енергията" валута "на клетките"), за да оформи молекулата на глюкозата в нещо с много потенциална енергия и "изплащане" или "събиране на реколтата" фаза, при която 4 АТФ се генерират чрез превръщането на една тривъглеродна молекула (глицералдехид-3-фосфат или GAP) в друга, пируват. Това означава, че на молекула глюкоза се генерират общо 4 -2 = 2 АТФ.

Когато глюкозата навлезе в клетката, тя се фосфорилира (т.е. има фосфатна група, прикрепена към нея) под действието на ензима хексокиназа. Този ензим или протеинов катализатор е сред най-важните от регулаторните ензими в гликолизата. Всяка от 10-те реакции при гликолизата се катализира от един ензим и този ензим от своя страна катализира само тази реакция.

Полученият от този етап на фосфорилиране глюкозо-6-фосфат (G6P) се превръща във фруктоза-6-фосфат (F6P), преди да се случи второ фосфорилиране, този път по посока на фосфофруктокиназа, друг критичен регулаторен ензим. Това води до образуването на фруктоза-1,6-бисфосфат (FBP) и първата фаза на гликолиза е завършена.

Фруктоза-1,6-бисфосфатът се разделя на двойка тривъглеродни молекули, дихидроксиацетон фосфат (DHAP) и глицералдехид-3-фосфат (GAP). DHAP бързо се преобразува в GAP, така че нетният ефект от разделянето е създаването на две еднакви три въглеродни молекули от една-шест въглеродни молекули.

След това GAP се превръща от ензима глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа в 1,3-дифосфоглицерат. Това е натоварена стъпка; NAD⁺ се превръща в NADH и H⁺ като се използват водородни атоми, отстранени от GAP, и след това молекулата се фосфорилира.

В останалите етапи, които трансформират 1,3-дифосфоглицерат в пируват, двата фосфата се отстраняват последователно от тривъглеродната молекула, за да се генерира АТФ. Тъй като всичко след разделянето на FBP се случва два пъти на молекула глюкоза, това означава, че 2 NADH, 2 H⁺ и 4 ATP се генерират във фазата на връщане, за мрежа от 2 NADH, 2 H⁺ и 2 ATP.
Прочетете повече за крайния резултат от гликолиза.

Три от ензимите, които участват в гликолизата, играят основна роля в регулирането на процеса. Две, хексокиназа и фосфофруктокиназа (или PFK), вече бяха споменати. Третият, пируват киназа, отговаря за катализирането на крайната реакция на гликолиза, превръщането на фосфоенолпируват (PEP) в пируват.

Всеки от тези ензими има активатори както и инхибитори. Ако сте запознати с химията и концепцията за инхибиране на обратната връзка, може да сте в състояние да предскажете условията, които водят даден ензим до ускоряване или забавяне на неговата активност. Например, ако даден регион на клетка е богат на G6P, бихте ли очаквали хексокиназата да търси агресивно някакви молекули глюкоза, които се разхождат? Вероятно не бихте, защото при тези условия няма спешна нужда да се генерира допълнителен G6P. И бихте били прави.

Докато хексокиназата се инхибира от G6P, тя се активира от AMP (аденозин монофосфат) и ADP (аденозин дифосфат), както и PFK и пируват киназата. Това е така, защото по-високите нива на АМР и АДФ обикновено означават по-ниски нива на АТФ и когато АТФ е нисък, тласъкът за възникване на гликолиза е висок.

Пируват киназата се активира и от фруктоза-1,6-бисфосфат, което има смисъл, защото твърде много FBP предполага че междинен продукт за гликолиза се натрупва нагоре по течението и нещата трябва да се случват по-бързо в края на опашката процес. Също така, фруктоза-2,6-бисфосфатът е активатор на PFK.

Както е отбелязано, хексокиназата се инхибира от G6P. PFK и пируват киназата се инхибират от присъствието на ATP по същата основна причина, поради която се активират от AMP и ADP: Енергийното състояние на клетката благоприятства намаляването на скоростта на гликолиза.

PFK също се инхибира от цитрат, компонент от цикъла на Кребс, който се появява надолу по веригата при аеробно дишане. Пируват киназата се инхибира от ацетил КоА, която е молекулата, в която пируватът се превръща след края на гликолизата и преди цикъла на Кребс започва (всъщност ацетил КоА се комбинира с оксалоацетат в първата стъпка от цикъла, за да създаде цитрат). И накрая, аминокиселината аланин също инхибира пируват киназата.

Може да очаквате други продукти на гликолиза освен G6P да инхибират хексокиназата, тъй като тяхното присъствие в значителни количества изглежда показва намалена нужда от G6P. Само G6P обаче инхибира хексокиназата. Защо е това?

Причината е доста проста: G6P е необходим за реакционни пътища, различни от гликолиза, включително пентозофосфатен шънт и синтез на гликоген. Следователно, ако молекулите надолу по веригата, различни от G6P, могат да попречат на хексокиназата да работи, тези други реакционни пътища би се забавил и поради липса на G6P, който влиза в процеса, и следователно би представлявал допълнителна вреда от един вид.