Hvilke effekter kan hæmme glykolyse?

Glykolyse er en universel metabolisk proces blandt verdens levende ting. Denne serie af 10 reaktioner i cytoplasmaet i alle celler omdanner seks-kulstof sukkermolekylet glukose i to molekyler af pyruvat, to molekyler af ATP og to molekyler af NADH.
Lær om glykolyse.

I prokaryoter, som er de mest enkle organismer, er glykolyse virkelig det eneste cellulære stofskifte-spil i byen. Disse organismer, som næsten alle består af en enkelt celle med relativt få indhold, har begrænset metaboliske behov, og glykolyse er nok til at give dem mulighed for at trives og reproducere i fravær af konkurrence faktorer. Eukaryoterpå den anden side udruler glykolyse som noget af en påkrævet forretter, før hovedskålen med aerob respiration kommer ind i billedet.

Diskussioner af glykolyse centrerer ofte om de betingelser, der favoriserer det, fx tilstrækkelig substrat- og enzymkoncentration. Mindre ofte nævnt, men også vigtigt, er ting, der måske ved design inhibere hastigheden af ​​glykolyse. Selvom celler har brug for energi, er det ikke altid et ønsket cellulært resultat at køre så meget råmateriale gennem glykolysemøllen. Heldigvis for cellen har mange deltagere i glykolyse kapacitet til at påvirke dens hastighed.

Glucose er et seks-kulstof sukker med formlen C₆H₁₂O₆. (Sjov biomolekyle trivia: Hvert kulhydrat - hvad enten det er sukker, stivelse eller uopløselig fiber - har den generelle kemiske formel C_NH_2NO_N.) Den har en molær masse på 180 g svarende til de tungere aminosyrer med hensyn til dens størrelse. Det er i stand til at diffundere frit ind i og ud af cellen gennem plasmamembranen.

Glukose er et monosaccharid, hvilket betyder, at det ikke fremstilles ved at kombinere mindre sukkerarter. Fruktose er et monosaccharid, mens saccharose ("bordsukker") er et disaccharid samlet fra et glukosemolekyle og et fruktosemolekyle.

Især er glucose i form af en ring, repræsenteret som en sekskant i de fleste diagrammer. Fem af de seks ringatomer er glukose, mens den sjette er ilt. Tallet 6 kulstof ligger i en methyl (- CH₃) gruppe uden for ringen.

Den komplette formel for summen af ​​de 10 reaktioner i glykolyse er:

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺

Med ord betyder dette, at et molekyle glukose omdannes til to glukosemolekyler, der genererer 2 ATP og 2 NADH (den reducerede form af nicotinamidadenindinukleotid, en almindelig "elektronbærer" i biokemi).

Bemærk, at der ikke kræves ilt. Selvom pyruvat næsten altid fortsætter med at indtages i aerobe respirationstrin, sker glykolyse i både aerobe og anaerobe organismer.

Glykolyse er klassisk opdelt i to dele: en "investeringsfase", som kræver 2 ATP (adenosintrifosfat, "energi valuta "af celler) til at forme glukosemolekylet til noget med en stor potentiel energi og en" udbetaling "eller" høst " fase, hvor 4 ATP genereres via omdannelsen af ​​et tre-carbonmolekyle (glyceraldehyd-3-phosphat eller GAP) til et andet, pyruvat. Dette betyder, at der i alt genereres 4-2 = 2 ATP pr. Molekyle glukose.

Når glucose kommer ind i en celle, fosforyleres den (dvs. har en fosfatgruppe bundet til den) under enzymets virkning hexokinase. Dette enzym eller proteinkatalysator er blandt de vigtigste af de regulerende enzymer i glykolyse. Hver af de 10 reaktioner i glykolyse katalyseres af et enzym, og det enzym katalyserer igen kun den ene reaktion.

Glukose-6-phosphat (G6P), der er resultatet af dette phosphoryleringstrin, omdannes derefter til fruktose-6-phosphat (F6P), før en anden phosphorylering finder sted, denne gang i retning af phosphofructokinase, et andet kritisk regulerende enzym. Dette resulterer i dannelsen af ​​fruktose-1,6-bisphosphat (FBP), og den første fase af glykolyse er afsluttet.

Fruktose-1,6-bisphosphat opdeles i et par med tre carbonmolekyler, dihydroxyacetonphosphat (DHAP) og glyceraldehyd-3-phosphat (GAP). DHAP omdannes hurtigt til GAP, så splittets nettoeffekt er oprettelsen af ​​to identiske tre-kulstofmolekyler fra et enkelt-seks kulstofmolekyle.

GAP omdannes derefter af enzymet glyceraldehyd-3-phosphatdehydrogenase til 1,3-diphosphoglycerat. Dette er et travlt skridt; NAD⁺ konverteres til NADH og H⁺ ved anvendelse af hydrogenatomer fjernet fra GAP, og derefter phosphoryleres molekylet.

I de resterende trin, som transformerer 1,3-diphosphoglycerat til pyruvat, fjernes begge phosphater i rækkefølge fra tre-carbonmolekylet for at generere ATP. Fordi alt efter opdeling af FBP sker to gange pr. Glukosemolekyle, betyder det, at 2 NADH, 2 H⁺ og 4 ATP genereres i returfasen for et netto på 2 NADH, 2H⁺ og 2 ATP.
Læs mere om slutresultatet af glykolyse.

Tre af de enzymer, der deltager i glykolyse, spiller vigtige roller i reguleringen af ​​processen. To, hexokinase og phosphofructokinase (eller PFK), er allerede blevet nævnt. Den tredje, pyruvatkinase, er ansvarlig for at katalysere den endelige glykolysereaktion, omdannelsen af ​​phosphoenolpyruvat (PEP) til pyruvat.

Hver af disse enzymer har aktivatorer såvel som hæmmere. Hvis du er fortrolig med kemi og begrebet feedbackhæmning, kan du muligvis forudsige de betingelser, der får et givet enzym til at fremskynde eller bremse dets aktivitet. For eksempel, hvis en region i en celle er rig på G6P, ville du forvente, at hexokinase aggressivt opsøger eventuelle glukosemolekyler, der vandrer forbi? Du ville sandsynligvis ikke, for under disse betingelser er der ikke noget presserende behov for at generere yderligere G6P. Og du ville være korrekt.

Mens hexokinase inhiberes af G6P, aktiveres den af ​​AMP (adenosinmonophosphat) og ADP (adenosindiphosphat), ligesom PFK og pyruvatkinase er. Dette skyldes, at højere niveauer af AMP og ADP generelt betyder lavere niveauer af ATP, og når ATP er lavt, er drivkraften for glykolyse at forekomme høj.

Pyruvat kinase aktiveres også af fruktose-1,6-bisphosphat, hvilket giver mening, fordi for meget FBP indebærer at et glykolysemellemprodukt akkumuleres opstrøms, og ting skal ske hurtigere i halenden af behandle. Fructose-2,6-bisphosphat er også en aktivator af PFK.

Hexokinase inhiberes, som bemærket, af G6P. PFK og pyruvatkinase inhiberes begge af tilstedeværelsen af ​​ATP af samme grundlæggende årsag til, at de aktiveres af AMP og ADP: Energitilstanden i cellen favoriserer et fald i hastigheden af ​​glykolyse.

PFK hæmmes også af citrat, en komponent i Krebs-cyklussen, der forekommer nedstrøms i aerob respiration. Pyruvatkinase hæmmes af acetyl CoA, som er det molekyle, som pyruvat omdannes til efter glykolysens afslutning og før Krebs-cyklussen begynder (faktisk acetyl CoA kombineres med oxaloacetat i det første trin i cyklussen for at skabe citrat). Endelig inhiberer aminosyren alanin også pyruvatkinase.

Du kan forvente, at andre produkter af glykolyse udover G6P hæmmer hexokinase, da deres tilstedeværelse i betydelige mængder synes at indikere et nedsat behov for G6P. Imidlertid hæmmer kun G6P i sig selv hexokinase. Hvorfor er det?

Årsagen er ret enkel: G6P er nødvendig til andre reaktionsveje end glykolyse, herunder pentose-phosphat shunt og glykogensyntese. Derfor, hvis andre nedstrømsmolekyler end G6P kunne holde hexokinase fra sit arbejde, disse andre reaktionsveje ville også bremse på grund af mangel på G6P, der kommer ind i processen, og vil derfor repræsentere sikkerhedsskader af en slags.