Koji učinci mogu inhibirati glikolizu?

Glikoliza je univerzalni metabolički proces među živim bićima na svijetu. Ova serija od 10 reakcija u citoplazmi svih stanica pretvara molekulu šećernog ugljika sa šest ugljika glukoza u dvije molekule piruvata, dvije molekule ATP i dvije molekule NADH.
Saznajte o glikolizi.

U prokarioti, koji su najjednostavniji organizmi, glikoliza je stvarno jedina igra staničnog metabolizma u gradu. Ti su organizmi, od kojih se gotovo svi sastoje od jedne stanice s relativno malo sadržaja, ograničeni metaboličke potrebe, a glikoliza je dovoljna da im omogući napredovanje i razmnožavanje u odsutnosti nadmetanja čimbenici. Eukarioti, s druge strane, razvaljajte glikolizu kao nešto potrebno predjelo prije nego što glavno jelo aerobnog disanja uđe u sliku.

Rasprave o glikolizi često su usredotočene na uvjete koji joj pogoduju, npr. Odgovarajuću koncentraciju supstrata i enzima. Rjeđe spominjane, ali i važne stvari su stvari koje bi mogle biti dizajnirane inhibirati brzina glikolize. Iako stanice trebaju energiju, kontinuirano propuštanje što više sirovina kroz mlin za glikolizu nije uvijek željeni stanični rezultat. Srećom po stanicu, brojni sudionici u glikolizi mogu utjecati na njezinu brzinu.

Glukoza je šećer s šest ugljika s formulom C₆H₁₂O₆. (Zabavna sitnica o biomolekulima: svaki ugljikohidrat - bilo šećer, škrob ili netopiva vlakna - ima opću kemijsku formulu C_NH_2NO_N.) Ima molarnu masu od 180 g, slično težim aminokiselinama po svojoj veličini. Sposoban je slobodno difundirati u i iz stanice kroz plazemsku membranu.

Glukoza je monosaharid, što znači da se ne stvara kombiniranjem manjih šećera. Fruktoza je monosaharid, dok je saharoza ("stolni šećer") disaharid sastavljen iz molekule glukoze i molekule fruktoze.

Istaknuto je da je glukoza u obliku prstena, na većini dijagrama predstavljena kao šesterokut. Pet od šest atoma u prstenu je glukoza, dok je šesti kisik. Ugljik broj 6 leži u metilu (- CH₃) grupa izvan prstena.

Kompletna formula za zbroj 10 reakcija glikolize je:

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

Riječima to znači da se molekula glukoze pretvara u dvije molekule glukoze, stvarajući 2 ATP i 2 NADH (reducirani oblik nikotinamid adenin dinukleotida, uobičajeni "nosač elektrona" u biokemija).

Imajte na umu da kisik nije potreban. Iako se piruvat gotovo uvijek konzumira u aerobnim koracima disanja, glikoliza se događa i u aerobnim i u anaerobnim organizmima.

Glikoliza je klasično podijeljena u dva dijela: "investicijska faza", koja zahtijeva 2 ATP (adenozin trifosfat, "energija" valuta "stanica") kako bi molekulu glukoze oblikovao u nešto s velikom količinom potencijalne energije i "isplatu" ili "žetvu" faza, u kojoj se 4 ATP generiraju pretvaranjem jedne molekule s tri ugljika (gliceraldehid-3-fosfat ili GAP) u drugu, piruvat. To znači da se generira ukupno 4 -2 = 2 ATP po molekuli glukoze.

Kad glukoza uđe u stanicu, ona se pod djelovanjem enzima fosforilira (tj. Ima fosfatnu skupinu) heksokinaza. Ovaj enzim, ili proteinski katalizator, jedan je od najvažnijih regulatornih enzima u glikolizi. Svaku od 10 reakcija u glikolizi katalizira jedan enzim, a taj enzim zauzvrat katalizira samo tu jednu reakciju.

Glukoza-6-fosfat (G6P) koji je rezultat ovog koraka fosforilacije pretvara se u fruktoza-6-fosfat (F6P) prije nego što se dogodi druga fosforilacija, ovaj put u smjeru fosfofruktokinaza, još jedan kritični regulatorni enzim. To rezultira stvaranjem fruktoza-1,6-bisfosfata (FBP), a prva faza glikolize je završena.

Fruktoza-1,6-bisfosfat podijeljen je u par molekula s tri ugljika, dihidroksiaceton fosfat (DHAP) i gliceraldehid-3-fosfat (GAP). DHAP se brzo pretvara u GAP, pa je neto učinak razdvajanja stvaranje dvije identične molekule s tri ugljika od jedne šest molekula ugljika.

GAP se zatim enzimom gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza pretvara u 1,3-difosfoglicerat. Ovo je naporan korak; NAD⁺ pretvara se u NADH i H⁺ pomoću atoma vodika oduzetih iz GAP-a, a zatim se molekula fosforilira.

U preostalim koracima, koji transformiraju 1,3-difosfoglicerat u piruvat, oba fosfata uklanjaju se u slijedu iz molekule s tri ugljika da bi se dobio ATP. Budući da se sve nakon cijepanja FBP događa dva puta po molekuli glukoze, to znači da 2 NADH, 2 H⁺ i 4 ATP generiraju se u fazi povratka, za mrežu od 2 NADH, 2 H⁺ i 2 ATP.
Pročitajte više o krajnjem rezultatu glikolize.

Tri enzima koji sudjeluju u glikolizi igraju glavnu ulogu u regulaciji procesa. Dvije, heksokinaza i fosfofruktokinaza (ili PFK), već su spomenute. Treći, piruvat kinaza, odgovoran je za kataliziranje konačne reakcije glikolize, pretvorbu fosfoenolpiruvata (PEP) u piruvat.

Svaki od ovih enzima ima aktivatori kao i inhibitori. Ako ste upoznati s kemijom i konceptom inhibicije povratne sprege, možda ćete moći predvidjeti uvjete koji navode dani enzim da ubrza ili uspori njegovu aktivnost. Na primjer, ako je područje stanice bogato G6P-om, biste li očekivali da hexokinaza agresivno traži bilo koje molekule glukoze koje lutaju? Vjerojatno ne biste, jer pod tim uvjetima nema hitne potrebe za generiranjem dodatnih G6P. I bili biste u pravu.

Dok heksokinazu inhibira G6P, on je aktivira AMP (adenozin monofosfat) i ADP (adenozin difosfat), kao i PFK i piruvat kinaza. To je zato što više razine AMP i ADP obično označavaju niže razine ATP, a kada je ATP nizak, poticaj za nastanak glikolize je velik.

Piruvat kinazu također aktivira fruktoza-1,6-bisfosfat, što ima smisla, jer previše FBP podrazumijeva da se međuprodukt glikolize akumulira uzvodno i da se stvari trebaju događati brže na zadnjem kraju postupak. Također, fruktoza-2,6-bisfosfat je aktivator PFK.

Kako je napomenuto, heksokinazu inhibira G6P. Prisutnost ATP inhibira PFK i piruvat kinazu iz istog osnovnog razloga što ih aktiviraju AMP i ADP: Energetsko stanje stanice pogoduje smanjenju brzine glikolize.

PFK također inhibira citrat, komponenta Krebsovog ciklusa koja se javlja nizvodno u aerobnom disanju. Piruvat kinaza inhibira acetil CoA, koja je molekula u koju se piruvat pretvara nakon završetka glikolize i prije Krebsova ciklusa započinje (zapravo, acetil CoA kombinira se s oksaloacetatom u prvom koraku ciklusa da bi se stvorio citrat). Konačno, aminokiselina alanin također inhibira piruvat kinazu.

Mogli biste očekivati ​​da i drugi proizvodi glikolize, osim G6P, inhibiraju heksokinazu, jer njihova prisutnost u značajnim količinama ukazuje na smanjenu potrebu za G6P. Međutim, samo G6P sam inhibira heksokinazu. Zašto je ovo?

Razlog je prilično jednostavan: G6P je potreban za reakcijske puteve koji nisu glikoliza, uključujući pentozo fosfatni šant i sinteza glikogena. Stoga, ako bi molekule nizvodno od G6P mogle spriječiti heksokinazu u radu, ti drugi reakcijski putovi također bi usporio zbog nedostatka G6P-a koji ulazi u proces, te bi stoga predstavljao neku vrstu kolateralne štete.