Ποια αποτελέσματα μπορεί να αναστείλουν τη γλυκόλυση;

Γλυκόλυση είναι μια καθολική μεταβολική διαδικασία μεταξύ των ζωντανών όντων του κόσμου. Αυτή η σειρά 10 αντιδράσεων στο κυτταρόπλασμα όλων των κυττάρων μετατρέπει το μόριο σακχάρου έξι ατόμων άνθρακα γλυκόζη σε δύο μόρια πυροσταφυλικού, δύο μόρια ΑΤΡ και δύο μόρια NADH.
Μάθετε για τη γλυκόλυση.

Σε προκαρυώτες, που είναι οι απλούστεροι οργανισμοί, η γλυκόλυση είναι πραγματικά το μόνο παιχνίδι κυτταρικού μεταβολισμού στην πόλη. Αυτοί οι οργανισμοί, σχεδόν όλοι αποτελούνται από ένα μόνο κύτταρο με σχετικά λίγα περιεχόμενα, έχουν περιοριστεί μεταβολικές ανάγκες και η γλυκόλυση είναι αρκετή για να τους επιτρέψει να ευδοκιμήσουν και να αναπαραχθούν ελλείψει ανταγωνιστικών παράγοντες. Ευκαρυώτες, από την άλλη πλευρά, ξεδιπλώστε τη γλυκόλυση ως κάτι απαραίτητο ορεκτικό προτού το κύριο πιάτο αερόβιας αναπνοής εισέλθει στην εικόνα.

Οι συζητήσεις για τη γλυκόλυση συχνά επικεντρώνονται στις συνθήκες που την ευνοούν, π.χ. επαρκή συγκέντρωση υποστρώματος και ενζύμου. Λιγότερο συχνά αναφερόμενες, αλλά και σημαντικές, είναι πράγματα που μπορεί από το σχεδιασμό

Η γλυκόζη είναι ένα σάκχαρο έξι-άνθρακα με τον τύπο C₆Η₁₂Ο₆. (Διασκεδαστικό trivia βιομορίων: Κάθε υδατάνθρακας - είτε ζάχαρη, άμυλο ή αδιάλυτη ίνα - έχει τον γενικό χημικό τύπο C_ΝΗ_2ΝΟ_Ν.) Έχει μοριακή μάζα 180 g, παρόμοια με τα βαρύτερα αμινοξέα ως προς το μέγεθός του. Είναι ικανό να διαχέεται ελεύθερα μέσα και έξω από τα κύτταρα μέσω της μεμβράνης πλάσματος.

Η γλυκόζη είναι ένας μονοσακχαρίτης, που σημαίνει ότι δεν παράγεται με συνδυασμό μικρότερων σακχάρων. Η φρουκτόζη είναι ένας μονοσακχαρίτης, ενώ η σακχαρόζη ("επιτραπέζιο σάκχαρο") είναι ένας δισακχαρίτης συναρμολογημένος από ένα μόριο γλυκόζης και ένα μόριο φρουκτόζης.

Συγκεκριμένα, η γλυκόζη έχει τη μορφή δακτυλίου, που αντιπροσωπεύεται ως εξάγωνο στα περισσότερα διαγράμματα. Πέντε από τα έξι άτομα δακτυλίου είναι γλυκόζη, ενώ το έκτο είναι οξυγόνο. Ο αριθμός 6 άνθρακα βρίσκεται σε ένα μεθύλιο (- CH₃) ομάδα έξω από το δαχτυλίδι.

Ο πλήρης τύπος για το άθροισμα των 10 αντιδράσεων της γλυκόλυσης είναι:

ντο₆Η₁₂Ο₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 Η⁺

Με άλλα λόγια, αυτό σημαίνει ότι ένα μόριο γλυκόζης μετατρέπεται σε δύο μόρια γλυκόζης, δημιουργώντας 2 ΑΤΡ και 2 NADH (η μειωμένη μορφή του νικοτιναμιδίου νικοτιναμιδίου αδενίνης, ένας κοινός "φορέας ηλεκτρονίων" βιοχημεία).

Σημειώστε ότι δεν απαιτείται οξυγόνο. Αν και το πυροσταφυλικό σχεδόν πάντοτε καταναλώνεται σε αερόβια στάδια αναπνοής, η γλυκόλυση συμβαίνει τόσο σε αερόβιους όσο και σε αναερόβιους οργανισμούς.

Η γλυκόλυση χωρίζεται κλασικά σε δύο μέρη: μια «επενδυτική φάση», η οποία απαιτεί 2 ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη, η «ενέργεια») νόμισμα των κυττάρων) για να διαμορφώσει το μόριο της γλυκόζης σε κάτι με μεγάλη πιθανή ενέργεια και μια «απόδοση» ή «συγκομιδή» φάση, στην οποία 4 ATP παράγονται μέσω της μετατροπής ενός μορίου τριών-άνθρακα (γλυκεραλδεϋδη-3-φωσφορικό, ή GAP) σε άλλο, πυροσταφυλικό. Αυτό σημαίνει ότι συνολικά 4 -2 = 2 ΑΤΡ παράγονται ανά μόριο γλυκόζης.

Όταν η γλυκόζη εισέρχεται σε ένα κύτταρο, φωσφορυλιώνεται (δηλαδή, έχει μια φωσφορική ομάδα συνδεδεμένη σε αυτό) υπό τη δράση του ενζύμου εξακινάση. Αυτό το ένζυμο, ή καταλύτης πρωτεΐνης, είναι ένα από τα πιο σημαντικά από τα ρυθμιστικά ένζυμα στη γλυκόλυση. Κάθε μία από τις 10 αντιδράσεις στη γλυκόλυση καταλύεται από ένα ένζυμο, και αυτό το ένζυμο με τη σειρά του καταλύει μόνο αυτή την αντίδραση.

Η 6-φωσφορική γλυκόζη (G6P) που προκύπτει από αυτό το στάδιο φωσφορυλίωσης μετατρέπεται στη συνέχεια σε 6-φωσφορική φρουκτόζη (F6P) πριν εμφανιστεί μια δεύτερη φωσφορυλίωση, αυτή τη φορά προς την κατεύθυνση του φωσφοφρουκτοκινάση, ένα άλλο κρίσιμο ρυθμιστικό ένζυμο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό φρουκτόζης-1,6-διφωσφορικού (FBP) και η πρώτη φάση της γλυκόλυσης έχει ολοκληρωθεί.

Η φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική διαιρείται σε ένα ζεύγος μορίων τριών-άνθρακα, φωσφορικής διϋδροξυακετόνης (DHAP) και 3-φωσφορικής γλυκεραλδεϋδης (GAP). Το DHAP μετατρέπεται γρήγορα σε GAP, οπότε το καθαρό αποτέλεσμα της διάσπασης είναι η δημιουργία δύο πανομοιότυπων μορίων τριών άνθρακα από ένα μόριο έξι ατόμων άνθρακα.

Το GAP στη συνέχεια μετατρέπεται από το ένζυμο αφυδρογονάση 3-φωσφορικής γλυκεραλδεϋδης σε 1,3-διφωσφογλυκερικό. Αυτό είναι ένα πολυάσχολο βήμα. NAD⁺ μετατρέπεται σε NADH και H⁺ χρησιμοποιώντας άτομα υδρογόνου απογυμνωμένα από GAP, και στη συνέχεια το μόριο φωσφορυλιώνεται.

Στα υπόλοιπα στάδια, τα οποία μετασχηματίζουν το 1,3-διφωσφογλυκερικό σε πυροσταφυλικό, αμφότερα τα φωσφορικά απομακρύνονται διαδοχικά από το μόριο τριών-άνθρακα για να δημιουργήσουν ΑΤΡ. Επειδή όλα μετά το διαχωρισμό του FBP συμβαίνουν δύο φορές ανά μόριο γλυκόζης, αυτό σημαίνει ότι 2 NADH, 2 H⁺ και 4 ATP δημιουργούνται στη φάση επιστροφής, για ένα δίχτυ 2 NADH, 2 H⁺ και 2 ATP.
Διαβάστε περισσότερα για το τελικό αποτέλεσμα της γλυκόλυσης.

Τρία από τα ένζυμα που συμμετέχουν στη γλυκόλυση παίζουν σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της διαδικασίας. Δύο, η εξακινάση και η φωσφοφρουκτοκινάση (ή PFK), έχουν ήδη αναφερθεί. Η τρίτη, πυροσταφυλική κινάση, είναι υπεύθυνη για την κατάλυση της τελικής αντίδρασης γλυκόλυσης, τη μετατροπή του φωσφονολυπυρουικού εστέρα (PEP) σε πυροσταφυλικό.

Κάθε ένα από αυτά τα ένζυμα έχει ενεργοποιητές καθώς αναστολείς. Εάν είστε εξοικειωμένοι με τη χημεία και την έννοια της αναστολής της ανατροφοδότησης, ενδέχεται να είστε σε θέση να προβλέψετε τις συνθήκες που οδηγούν ένα δεδομένο ένζυμο στην επιτάχυνση ή την επιβράδυνση της δραστηριότητάς του. Για παράδειγμα, εάν μια περιοχή κυττάρου είναι πλούσια σε G6P, θα περιμένατε ότι η εξακινάση θα αναζητήσει επιθετικά μόρια γλυκόζης που περιπλανιούνται; Πιθανότατα δεν θα, γιατί υπό αυτές τις συνθήκες, δεν υπάρχει επείγουσα ανάγκη δημιουργίας επιπλέον G6P. Και θα έχετε δίκιο.

Ενώ η εξακινάση αναστέλλεται από την G6P, ενεργοποιείται από την ΑΜΡ (μονοφωσφορική αδενοσίνη) και την ΑϋΡ (διφωσφορική αδενοσίνη), όπως είναι η PFK και η πυροσταφυλική κινάση. Αυτό συμβαίνει επειδή τα υψηλότερα επίπεδα AMP και ADP γενικά σημαίνουν χαμηλότερα επίπεδα ATP, και όταν το ATP είναι χαμηλό, η ώθηση για την εμφάνιση γλυκόλυσης είναι υψηλή.

Η πυροσταφυλική κινάση ενεργοποιείται επίσης από τη φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική, η οποία έχει νόημα, επειδή υπονοεί πάρα πολλά FBP ότι μια ενδιάμεση γλυκόλυση συσσωρεύεται ανάντη και τα πράγματα πρέπει να συμβούν γρηγορότερα στο πίσω άκρο του επεξεργάζομαι, διαδικασία. Επίσης, η φρουκτόζη-2,6-διφωσφορική είναι ενεργοποιητής του PFK.

Η εξακινάση, όπως σημειώνεται, αναστέλλεται από την G6P. Η PFK και η πυροσταφυλική κινάση αναστέλλονται αμφότερα από την παρουσία ΑΤΡ για τον ίδιο βασικό λόγο που ενεργοποιούνται από ΑΜΡ και ΑϋΡ: Η ενεργειακή κατάσταση του κυττάρου ευνοεί τη μείωση του ρυθμού γλυκόλυσης.

Το PFK αναστέλλεται επίσης από κιτρικό άλας, ένα συστατικό του κύκλου Krebs που εμφανίζεται κατάντη στην αερόβια αναπνοή. Η πυροσταφυλική κινάση αναστέλλεται από ακετυλο CoA, το οποίο είναι το μόριο στο οποίο το πυροσταφυλικό μετατρέπεται μετά το τέλος της γλυκόλυσης και πριν από τον κύκλο Krebs ξεκινά (στην πραγματικότητα, το ακετύλιο CoA συνδυάζεται με οξαλοξεικό στο πρώτο βήμα του κύκλου για δημιουργία κιτρικό άλας). Τέλος, το αμινοξύ αλανίνη αναστέλλει επίσης την πυροσταφυλική κινάση.

Μπορεί να περιμένετε ότι άλλα προϊόντα γλυκόλυσης εκτός από το G6P θα αναστέλλουν την εξακινάση, καθώς η παρουσία τους σε σημαντικές ποσότητες φαίνεται να υποδηλώνει μειωμένη ανάγκη για G6P. Ωστόσο, μόνο το ίδιο το G6P αναστέλλει την εξακινάση. Γιατί είναι αυτό?

Ο λόγος είναι αρκετά απλός: το G6P απαιτείται για οδοί αντίδρασης εκτός από τη γλυκόλυση, συμπεριλαμβανομένης της διακλάδωσης φωσφορικών πεντόζης και σύνθεση γλυκογόνου. Επομένως, εάν τα κατάντη μόρια διαφορετικά από το G6P θα μπορούσαν να κρατήσουν την εξωκινάση από το έργο της, αυτές οι άλλες οδούς αντίδρασης θα επιβραδύνει επίσης λόγω της έλλειψης G6P που εισέρχεται στη διαδικασία, και ως εκ τούτου θα αντιπροσωπεύει παράπλευρη ζημία ενός είδους.