Mitkä vaikutukset voivat estää glykolyysin?

Glykolyysi on yleinen aineenvaihduntaprosessi maailman elävien joukossa. Tämä 10 reaktion sarja kaikkien solujen sytoplasmassa muuntaa kuuden hiilen sokerimolekyylin glukoosi kahteen pyruvaattimolekyyliin, kahteen ATP- ja kahteen NADH-molekyyliin.
Opi glykolyysistä.

Sisään prokaryootit, jotka ovat yksinkertaisimpia organismeja, glykolyysi on oikeastaan ​​ainoa solujen aineenvaihdunnan peli kaupungissa. Näillä organismeilla, jotka melkein kaikki koostuvat yhdestä solusta, jolla on suhteellisen vähän sisältöä, on rajoitetusti aineenvaihduntatarpeet, ja glykolyysi on riittävä, jotta ne voivat menestyä ja lisääntyä ilman kilpailijoita tekijät. Eukaryootitja toisaalta levitä glykolyysi jonkinlaisena vaadittuna alkupalana ennen kuin aerobisen hengityksen pääateria tulee kuvaan.

Keskustelut glykolyysistä keskittyvät usein sitä suosiviin olosuhteisiin, esimerkiksi riittävään substraatti- ja entsyymikonsentraatioon. Harvemmin mainittuja, mutta myös tärkeitä asioita voidaan suunnitella estää glykolyysinopeus. Vaikka solut tarvitsevat energiaa, niin suuren määrän raaka-aineen jatkuva kuljettaminen glykolyysitehtaan läpi ei ole aina toivottu solutulos. Solun onneksi lukuisilla glykolyysin osallistujilla on kyky vaikuttaa sen nopeuteen.

Glukoosi on kuuden hiilen sokeri, jolla on kaava C₆H₁₂O₆. (Hauska biomolekyylien trivia: Jokaisella hiilihydraatilla - olipa sokeri, tärkkelys tai liukenematon kuitu - on yleinen kemiallinen kaava C_NH_2NO_N.) Sen moolimassa on 180 g, joka on kooltaan samanlainen kuin raskaammat aminohapot. Se kykenee diffundoitumaan vapaasti soluun ja ulos solusta plasmamembraanin läpi.

Glukoosi on monosakkaridi, mikä tarkoittaa, että sitä ei valmisteta yhdistämällä pienempiä sokereita. Fruktoosi on monosakkaridi, kun taas sakkaroosi ("pöytäsokeri") on disakkaridi, joka on koottu glukoosimolekyylistä ja fruktoosimolekyylistä.

Erityisesti glukoosi on renkaan muodossa, jota edustaa kuusikulmio useimmissa kaavioissa. Viisi kuudesta rengasatomista on glukoosia, kun taas kuudes on happea. Numero-6 hiili on metyylissä (- CH₃) ryhmä renkaan ulkopuolella.

Täydellinen kaava glykolyysin 10 reaktion summalle on:

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

Sanalla sanoen tämä tarkoittaa, että glukoosimolekyyli muuttuu kahdeksi glukoosimolekyyliksi, jolloin syntyy 2 ATP: tä ja 2 NADH (nikotiiniamidiadeniinidinukleotidin pelkistetty muoto, yleinen "elektronikantaja" biokemia).

Huomaa, että happea ei tarvita. Vaikka pyruvaattia kulutetaan melkein poikkeuksetta aerobisissa hengitysvaiheissa, glykolyysi tapahtuu sekä aerobisissa että anaerobisissa organismeissa.

Glykolyysi on jaettu klassisesti kahteen osaan: "investointivaihe", joka vaatii 2 ATP: tä (adenosiinitrifosfaatti, "energia" "solujen valuutta" muokkaamaan glukoosimolekyylin sellaiseksi, jolla on paljon potentiaalista energiaa ja "tuottoa" tai "sadonkorjuuta" vaihe, jossa 4 ATP: tä syntyy muuttamalla yksi kolmen hiilen molekyyli (glyseraldehydi-3-fosfaatti tai GAP) toiseen, pyruvaatti. Tämä tarkoittaa, että glukoosimolekyyliä kohti syntyy yhteensä 4 -2 = 2 ATP: tä.

Kun glukoosi pääsee soluun, se fosforyloituu (ts. Siihen on kiinnittynyt fosfaattiryhmä) entsyymin vaikutuksesta heksokinaasi. Tämä entsyymi tai proteiinikatalyytti on yksi tärkeimmistä säätelyentsyymeistä glykolyysissä. Kutakin glykolyysin 10 reaktiota katalysoi yksi entsyymi, ja tämä entsyymi puolestaan ​​katalysoi vain yhden reaktion.

Tästä fosforylaatiovaiheesta saatu glukoosi-6-fosfaatti (G6P) muutetaan sitten fruktoosi-6-fosfaatiksi (F6P) ennen toisen fosforylaation tapahtumista, tällä kertaa fosfofruktokinaasi, toinen kriittinen säätelyentsyymi. Tämä johtaa fruktoosi-1,6-bisfosfaatin (FBP) muodostumiseen, ja glykolyysin ensimmäinen vaihe on valmis.

Fruktoosi-1,6-bisfosfaatti jaetaan pariksi kolmihiilimolekyylejä, dihydroksiasetonifosfaatti (DHAP) ja glyseraldehydi-3-fosfaatti (GAP). DHAP muuttuu nopeasti GAP: ksi, joten jakautumisen nettovaikutus on kahden identtisen kolmen hiilen molekyylin luominen yhdestä kuuteen hiilimolekyylistä.

GAP muunnetaan sitten glyseraldehydi-3-fosfaattidehydrogenaasin entsyymillä 1,3-difosfoglyseraatiksi. Tämä on kiireinen askel; NAD⁺ muunnetaan NADH: ksi ja H: ksi⁺ käyttäen vetyatomeja, jotka on poistettu GAP: stä, ja sitten molekyyli fosforyloidaan.

Jäljellä olevissa vaiheissa, jotka muuttavat 1,3-difosfoglyseraatin pyruvaatiksi, molemmat fosfaatit poistetaan peräkkäin kolmihiilimolekyylistä ATP: n muodostamiseksi. Koska kaikki FBP: n jakamisen jälkeen tapahtuu kahdesti glukoosimolekyyliä kohti, tämä tarkoittaa, että 2 NADH, 2 H⁺ ja 4 ATP: tä muodostetaan paluuvaiheessa 2 NADH: n, 2 H: n nettomäärälle⁺ ja 2 ATP: tä.
Lue lisää glykolyysin lopputuloksesta.

Kolmella glykolyysiin osallistuvalla entsyymillä on tärkeä rooli prosessin säätelyssä. Kaksi, heksokinaasi ja fosfofruktokinaasi (tai PFK), on jo mainittu. Kolmas, pyruvaattikinaasi, on vastuussa lopullisen glykolyysireaktion katalysoinnista, fosfoenolipyruvaatin (PEP) muuttumisesta pyruvaatiksi.

Jokaisella näistä entsyymeistä on aktivaattorit yhtä hyvin kuin estäjät. Jos olet perehtynyt kemiaan ja palautteen eston käsitteeseen, saatat pystyä ennustamaan olosuhteet, jotka johtavat tietyn entsyymin nopeuttamaan tai hidastamaan sen aktiivisuutta. Esimerkiksi, jos solun alueella on runsaasti G6P: tä, odotatko heksokinaasin etsivän aggressiivisesti mahdollisia glukoosimolekyylejä? Luultavasti et, koska näissä olosuhteissa ei ole kiireellistä tarvetta luoda lisää G6P: tä. Ja olisit oikeassa.

Vaikka G6P estää heksokinaasia, se aktivoituu AMP: llä (adenosiinimonofosfaatti) ja ADP: llä (adenosiinidifosfaatti), samoin kuin PFK ja pyruvaattikinaasi. Tämä johtuu siitä, että korkeammat AMP- ja ADP-tasot merkitsevät yleensä matalampia ATP-tasoja, ja kun ATP on matala, sysäys glykolyysin esiintymiselle on korkea.

Pyruvaattikinaasia aktivoi myös fruktoosi-1,6-bisfosfaatti, mikä on järkevää, koska liikaa FBP: tä tarkoittaa että glykolyysivälituote kerääntyy ylävirtaan ja asioiden on tapahduttava nopeammin prosessi. Myös fruktoosi-2,6-bisfosfaatti on PFK: n aktivaattori.

Heksokinaasia, kuten huomautettiin, inhiboi G6P. PFK: ta ja pyruvaattikinaasia estävät molemmat ATP: n läsnäolo samasta perussyystä, minkä AMP ja ADP aktivoivat: Solun energiatila suosii glykolyysinopeuden laskua.

PFK: ta estävät myös sitraatti, Krebs-syklin komponentti, joka tapahtuu alavirtaan aerobisessa hengityksessä. Pyruvaattikinaasi estyy asetyyli CoA, joka on molekyyli, josta pyruvaatti muuttuu glykolyysin päättymisen jälkeen ja ennen Krebsin sykliä alkaa (itse asiassa asetyyli-CoA yhdistyy oksaloasetaattiin syklin ensimmäisessä vaiheessa luomiseksi sitraatti). Lopuksi aminohappo alaniini estää myös pyruvaattikinaasia.

Voit odottaa, että muut glykolyysituotteet paitsi G6P estävät heksokinaasia, koska niiden läsnäolo merkittävinä määrinä näyttää osoittavan vähentyneen G6P-tarpeen. Kuitenkin vain G6P itse estää heksokinaasia. Miksi tämä on?

Syy on melko yksinkertainen: G6P: tä tarvitaan muille reaktioreiteille kuin glykolyysille, mukaan lukien pentoosifosfaattisuntti ja glykogeenisynteesi. Siksi, jos alavirran molekyylit kuin G6P pystyisivät pitämään heksokinaasin toiminnassaan, nämä muut reaktioreitit hidastaisi myös G6P: n puuttumista prosessiin ja olisi siten eräänlainen vakuusvahinko.