Jaké účinky mohou inhibovat glykolýzu?

Glykolýza je univerzální metabolický proces mezi živými bytostmi světa. Tato série 10 reakcí v cytoplazmě všech buněk převádí molekulu cukru se šesti uhlíky glukóza do dvou molekul pyruvátu, dvou molekul ATP a dvou molekul NADH.
Zjistěte více o glykolýze.

v prokaryoty, což jsou nejjednodušší organismy, je glykolýza opravdu jedinou hrou na buněčný metabolismus ve městě. Tyto organismy, z nichž téměř všechny sestávají z jediné buňky s relativně malým obsahem, mají omezené množství metabolické potřeby a glykolýza je dostatečná k tomu, aby jim umožnily prospívat a reprodukovat se bez konkurence faktory. Eukaryoty, na druhou stranu, zavést glykolýzu jako něco požadovaného předkrmu, než do obrazu vstoupí hlavní jídlo aerobního dýchání.

Diskuse o glykolýze se často soustředí na podmínky, které ji upřednostňují, např. Adekvátní koncentrace substrátu a enzymu. Méně často zmiňované, ale také důležité, jsou věci, které by mohly být záměrné inhibovat rychlost glykolýzy. Ačkoli buňky potřebují energii, neustálé procházení tolik suroviny glykolýzou není vždy požadovaným buněčným výsledkem. Naštěstí pro buňku má mnoho účastníků glykolýzy schopnost ovlivnit její rychlost.

Glukóza je cukr se šesti uhlíky se vzorcem C.₆H₁₂Ó₆. (Zábavné vědomosti o biomolekulách: Každý sacharid - ať už je to cukr, škrob nebo nerozpustná vláknina - má obecný chemický vzorec C_NH_2NÓ_N.) Má molární hmotnost 180 g, co do velikosti je podobná těžším aminokyselinám. Je schopen volně difundovat do a ven z buňky plazmatickou membránou.

Glukóza je monosacharid, což znamená, že se nevyrábí kombinováním menších cukrů. Fruktóza je monosacharid, zatímco sacharóza („stolní cukr“) je disacharid sestavený z molekuly glukózy a molekuly fruktózy.

Glukóza je zejména ve formě prstence, který je ve většině diagramů reprezentován jako šestiúhelník. Pět ze šesti atomů kruhu je glukóza, zatímco šestý je kyslík. Uhlík číslo 6 leží v methylu (- CH₃) skupina mimo kruh.

Úplný vzorec pro součet 10 reakcí glykolýzy je:

C₆H₁₂Ó₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺

To znamená, že molekula glukózy se převede na dvě molekuly glukózy a vytvoří 2 ATP a 2 NADH (redukovaná forma nikotinamidadenindinukleotidu, běžný „elektronový nosič“ v biochemie).

Pamatujte, že není vyžadován žádný kyslík. Ačkoli se pyruvát téměř vždy spotřebovává v aerobních krocích dýchání, glykolýza probíhá u aerobních i anaerobních organismů.

Glykolýza se klasicky dělí na dvě části: „investiční fáze“, která vyžaduje 2 ATP (adenosintrifosfát, „energie měna "buněk) pro tvarování molekuly glukózy na něco s velkou dávkou potenciální energie a" výplatou "nebo" sklizní " fáze, ve které jsou 4 ATP generovány přeměnou jedné molekuly se třemi uhlíky (glyceraldehyd-3-fosfát nebo GAP) na jinou, pyruvát. To znamená, že na molekulu glukózy je generováno celkem 4 -2 = 2 ATP.

Když glukóza vstupuje do buňky, je fosforylována (tj. Je k ní připojena fosfátová skupina) působením enzymu hexokináza. Tento enzym nebo proteinový katalyzátor patří mezi nejdůležitější z regulačních enzymů v glykolýze. Každá z 10 reakcí v glykolýze je katalyzována jedním enzymem a tento enzym zase katalyzuje pouze tuto jednu reakci.

Glukóza-6-fosfát (G6P), který je výsledkem tohoto fosforylačního kroku, se poté převede na fruktóza-6-fosfát (F6P), než dojde k druhé fosforylaci, tentokrát ve směru fosfofruktokináza, další kritický regulační enzym. Výsledkem je tvorba fruktóza-1,6-bisfosfátu (FBP) a první fáze glykolýzy je dokončena.

Fruktóza-1,6-bisfosfát je rozdělen na dvojici tří uhlíkových molekul, dihydroxyaceton fosfát (DHAP) a glyceraldehyd-3-fosfát (GAP). DHAP se rychle převádí na GAP, takže čistým účinkem rozdělení je vytvoření dvou identických molekul se třemi uhlíky z molekuly s jedním až šesti uhlíky.

GAP se poté převede pomocí enzymu glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázy na 1,3-difosfoglycerát. Toto je náročný krok; NAD⁺ se převádí na NADH a H⁺ za použití atomů vodíku zbavených GAP a poté je molekula fosforylována.

Ve zbývajících krocích, které transformují 1,3-difosfoglycerát na pyruvát, se oba fosfáty postupně odstraní z molekuly se třemi uhlíky, aby se vytvořil ATP. Protože všechno po štěpení FBP se děje dvakrát na molekulu glukózy, znamená to, že 2 NADH, 2 H⁺ a 4 ATP jsou generovány ve návratové fázi pro síť 2 NADH, 2 H⁺ a 2 ATP.
Přečtěte si více o konečném výsledku glykolýzy.

Tři z enzymů, které se účastní glykolýzy, hrají hlavní roli v regulaci procesu. Dva, hexokináza a fosfofruktokináza (nebo PFK), již byly zmíněny. Třetí, pyruvátkináza, je zodpovědný za katalýzu konečné glykolýzní reakce, přeměny fosfoenolpyruvátu (PEP) na pyruvát.

Každý z těchto enzymů má aktivátory jakož i inhibitory. Pokud jste obeznámeni s chemií a konceptem inhibice zpětné vazby, můžete být schopni předpovědět podmínky, které vedou daný enzym k urychlení nebo zpomalení jeho aktivity. Například pokud je oblast buňky bohatá na G6P, očekávali byste, že hexokináza agresivně vyhledá nějaké molekuly glukózy, které bloudí? Pravděpodobně byste to neudělali, protože za těchto podmínek není nutné generovat další G6P. A měli byste pravdu.

Zatímco hexokináza je inhibována G6P, aktivuje se AMP (adenosinmonofosfát) a ADP (adenosindifosfát), stejně jako PFK a pyruvátkináza. Je to proto, že vyšší hladiny AMP a ADP obecně znamenají nižší hladiny ATP, a když je ATP nízká, je podnět ke vzniku glykolýzy vysoký.

Pyruvátkináza je také aktivována fruktóza-1,6-bisfosfátem, což dává smysl, protože příliš mnoho FBP znamená že glykolýzní meziprodukt se hromadí proti proudu a věci se musí stát rychleji na konci ocasu proces. Aktivátorem PFK je také fruktóza-2,6-bisfosfát.

Jak je uvedeno, hexokináza je inhibována G6P. PFK a pyruvátkináza jsou inhibovány přítomností ATP ze stejného základního důvodu, že jsou aktivovány AMP a ADP: Energetický stav buňky podporuje snížení rychlosti glykolýzy.

PFK je také inhibován citrát, součást Krebsova cyklu, ke kterému dochází po proudu v aerobním dýchání. Pyruvátkináza je inhibována acetyl CoA, což je molekula, na kterou se pyruvát převádí po ukončení glykolýzy a před Krebsovým cyklem začíná (ve skutečnosti se acetyl CoA kombinuje s oxaloacetátem v prvním kroku cyklu citrát). A konečně, aminokyselina alanin také inhibuje pyruvátkinázu.

Můžete očekávat, že jiné produkty glykolýzy kromě G6P budou inhibovat hexokinázu, protože jejich přítomnost ve významných množstvích ukazuje na sníženou potřebu G6P. Avšak pouze samotný G6P inhibuje hexokinázu. Proč je to?

Důvod je poměrně jednoduchý: G6P je potřebný pro jiné reakční cesty než glykolýzu, včetně zkratky pentóza-fosfát a syntéza glykogenu. Proto, pokud by následné molekuly jiné než G6P mohly udržet hexokinázu ve své práci, tyto další reakční cesty zpomalil by také nedostatek vstupu G6P do procesu, a představoval by tedy jakési vedlejší škody.