Millised mõjud võivad glükolüüsi pärssida?

Glükolüüs on universaalne ainevahetusprotsess maailma elusolendite seas. See kümne reaktsiooni seeria kõigi rakkude tsütoplasmas muudab kuue süsinikuga suhkru molekuli glükoos kaheks püruvaadi, kaheks ATP ja kaheks NADH molekuliks.
Lisateave glükolüüsi kohta.

Sisse prokarüootid, mis on kõige lihtsamad organismid, on glükolüüs tõepoolest ainus raku ainevahetuse mäng linnas. Need organismid, mis peaaegu kõik koosnevad ühest suhteliselt vähese sisaldusega rakust, on piiratud ainevahetusvajadused ja glükolüüs on piisav, et nad saaksid konkureerimise puudumisel areneda ja paljuneda tegurid. Eukarüoodidteisalt veeretage glükolüüs välja kui vajalik eelroog, enne kui aeroobse hingamise pearoog pildile jõuab.

Glükolüüsi aruteludes keskendutakse sageli seda soodustavatele tingimustele, näiteks piisav substraadi ja ensüümi kontsentratsioon. Vähem sagedamini mainitud, kuid ka olulised on asjad, mis võivad kujunduse järgi olla pärssima glükolüüsi kiirus. Ehkki rakud vajavad energiat, ei ole glükolüüsiveskis pidevalt sama palju tooraine juhtimine alati soovitud rakutulemus. Raku õnneks on paljudel glükolüüsis osalejatel võime selle kiirust mõjutada.

Glükoos on kuue süsinikuga suhkur valemiga C₆H₁₂O₆. (Lõbusad biomolekuli tühiasi: igal süsivesikul - nii suhkrul, tärklisel kui ka lahustumatul kiul - on üldine keemiline valem C_NH_2NO_N.) Molaarmass on 180 g, mis on oma suuruse poolest sarnane raskemate aminohapetega. See suudab plasmamembraani kaudu vabalt rakku ja rakust välja difundeerida.

Glükoos on monosahhariid, see tähendab, et seda ei valmistata väiksemate suhkrute kombineerimisel. Fruktoos on monosahhariid, sahharoos ("lauasuhkur") aga glükoosimolekulist ja fruktoosimolekulist kokku pandud disahhariid.

Nimelt on glükoos rõnga kujul, mis on enamikul diagrammidel kujutatud kuusnurgana. Kuuest tsükliaatomist viis on glükoos, kuues aga hapnik. Number-6 süsinik asub metüülis (- CH₃) rühm väljaspool rõngast.

Glükolüüsi 10 reaktsiooni summa valem on järgmine:

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

Sõnades tähendab see, et glükoosi molekul muundatakse kaheks glükoosi molekuliks, tekitades 2 ATP ja 2 NADH (nikotiinamiidadeniin-dinukleotiidi redutseeritud vorm, tavaline elektronkandja) biokeemia).

Pange tähele, et hapnikku pole vaja. Kuigi püruvaati tarbitakse peaaegu alati aeroobsetes hingamisetappides, toimub glükolüüs nii aeroobsetes kui ka anaeroobsetes organismides.

Glükolüüs jaguneb klassikaliselt kaheks osaks: "investeerimisfaas", mis nõuab 2 ATP-d (adenosiintrifosfaat, "energia" rakkude valuuta), et vormida glükoosimolekul suure potentsiaalse energiaga ja "tasuvaks" või "koristavaks" faas, milles ühe kolm süsinikmolekuli (glütseraldehüüd-3-fosfaat või GAP) muundamisel teiseks moodustub 4 ATP, püruvaat. See tähendab, et glükoosi molekuli kohta tekib kokku 4 -2 = 2 ATP.

Kui glükoos siseneb rakku, fosforüülitakse (st fosfaatrühm on seotud) ensüümi toimel heksokinaas. See ensüüm ehk valgukatalüsaator on glükolüüsis regulatiivsete ensüümide seas kõige olulisem. Kõiki 10 reaktsiooni glükolüüsis katalüüsib üks ensüüm ja see ensüüm omakorda katalüüsib ainult seda ühte reaktsiooni.

Selle fosforüülimisetapi tulemusena saadud glükoos-6-fosfaat (G6P) muundatakse seejärel enne teise fosforüülimise toimumist fruktoos-6-fosfaadiks (F6P), seekord fosfofruktokinaas, teine ​​kriitiline regulatiivne ensüüm. Selle tulemusena moodustub fruktoos-1,6-bisfosfaat (FBP) ja glükolüüsi esimene faas on lõppenud.

Fruktoos-1,6-bisfosfaat jagatakse kolmeks süsinikmolekuliks, dihüdroksüatsetoonfosfaadiks (DHAP) ja glütseraldehüüd-3-fosfaadiks (GAP). DHAP muundatakse kiiresti GAP-ks, nii et jagunemise netomõju on kahe ühesuguse kolme süsinikuga molekuli loomine ühe-kuue süsiniku molekulist.

Seejärel muundatakse GAP ensüümi glütseraldehüüd-3-fosfaatdehüdrogenaasi toimel 1,3-difosfoglütseraadiks. See on kiire samm; NAD⁺ muundatakse NADH-ks ja H-ks⁺ kasutades GAP-st eemaldatud vesiniku aatomeid ja seejärel molekul fosforüülitakse.

Ülejäänud etappides, mis muudavad 1,3-difosfoglütseraadi püruvaadiks, eemaldatakse mõlemad fosfaadid järjestikuselt kolme süsiniku molekulist, et tekitada ATP. Kuna kõik pärast FBP jagamist toimub kaks korda glükoosi molekuli kohta, tähendab see, et 2 NADH, 2 H⁺ ja 4 ATP genereeritakse tagasipöördumisfaasis 2 NADH, 2H neto jaoks⁺ ja 2 ATP-d.
Lisateavet glükolüüsi lõpptulemuse kohta.

Kolm glükolüüsis osalevat ensüümi mängivad protsessi reguleerimisel suurt rolli. Kaks neist, heksokinaas ja fosfofruktokinaas (või PFK), on juba mainitud. Kolmas, püruvaadi kinaas, vastutab lõpliku glükolüüsireaktsiooni, fosfoenoolpüruvaadi (PEP) muundamise püruvaadiks katalüüsimise eest.

Kõigil neist ensüümidest on aktivaatorid sama hästi kui inhibiitorid. Kui olete tuttav keemia ja tagasiside pärssimise kontseptsiooniga, võite osata ennustada tingimusi, mis viivad antud ensüümi aktiivsust kiirendama või aeglustama. Näiteks kui raku piirkonnas on palju G6P-d, kas võiksite heksokinaasilt oodata agressiivselt suvaliste glükoosimolekulide otsimist? Tõenäoliselt te seda ei teeks, sest nendes tingimustes pole kiiret vajadust täiendava G6P loomiseks. Ja teil oleks õigus.

Kuigi heksokinaasi inhibeerib G6P, aktiveerivad selle AMP (adenosiinmonofosfaat) ja ADP (adenosiindifosfaat), nagu ka PFK ja püruvaadi kinaas. Seda seetõttu, et kõrgem AMP ja ADP tase tähistab üldiselt madalamat ATP taset ja kui ATP on madal, on glükolüüsi tekkimise hoog suur.

Püruvaadi kinaasi aktiveerib ka fruktoos-1,6-bisfosfaat, mis on mõistlik, sest liiga palju FBP tähendab et glükolüüsi vaheühendus koguneb ülesvoolu ja asjad peavad kiiremini toimuma saba otsas protsess. Samuti on fruktoos-2,6-bisfosfaat PFK aktivaator.

Nagu märgitud, pärsib heksokinaasi G6P. PFK ja püruvaadi kinaas on mõlemad ATP poolt pärsitud samal põhjusel, et neid aktiveerivad AMP ja ADP: raku energiaseisund soodustab glükolüüsi kiiruse vähenemist.

PFK pärsib ka tsitraat, Krebsi tsükli komponent, mis toimub aeroobses hingamises allavoolu. Püruvaadi kinaasi inhibeerib atsetüül CoA, mis on molekul, mille püruvaat muundatakse pärast glükolüüsi lõppu ja enne Krebsi tsüklit algab (tegelikult ühendab atsetüül CoA loomiseks tsükli esimeses etapis oksaloatsetaadiga tsitraat). Lõpuks pärsib aminohape alaniin ka püruvaadi kinaasi.

Võite eeldada, et heksokinaasi pärsivad peale G6P ka muud glükolüüsi saadused, kuna nende olemasolu märkimisväärsetes kogustes näib viitavat vähenenud vajadusele G6P järele. Kuid ainult G6P ise pärsib heksokinaasi. Miks on see?

Põhjus on üsna lihtne: G6P on vajalik muude reaktsiooniteede jaoks kui glükolüüs, sealhulgas pentoosfosfaadi šunt ja glükogeeni süntees. Seega, kui allavoolu kuuluvad molekulid, välja arvatud G6P, suudaksid heksokinaasi oma töös hoida, siis need muud reaktsioonirajad aeglustaks ka protsessi sisenemise puudumise tõttu G6P-d ja kujutaks seetõttu omamoodi kõrvalist kahju.