אילו השפעות עלולות לעכב גליקוליזה?

גליקוליזה הוא תהליך מטבולי אוניברסלי בקרב היצורים החיים בעולם. סדרה זו של 10 תגובות בציטופלזמה של כל התאים ממירה את מולקולת הסוכר עם שש הפחמן גלוקוז לשתי מולקולות של פירובט, שתי מולקולות של ATP ושתי מולקולות של NADH.
למד על גליקוליזה.

ב פרוקריוטים, שהם האורגניזמים הפשוטים ביותר, הגליקוליזה הוא באמת המשחק היחיד של מטבוליזם בתאי העיר. אורגניזמים אלה, שכמעט כולם מורכבים מתא בודד עם מעט תוכן יחסית, מוגבלים צרכים מטבוליים ומספיק גליקוליזה כדי לאפשר להם לשגשג ולהתרבות בהיעדר מתחרים גורמים. אוקריוטיםמצד שני, מגלגלים גליקוליזה כמתאבן נדרש לפני שהמנה העיקרית של הנשימה האירובית נכנסת לתמונה.

דיונים על גליקוליזה מתמקדים לעיתים קרובות בתנאים המעדיפים אותה, למשל ריכוז מצע ואנזים נאותים. לעתים קרובות פחות מוזכרים, אך גם חשובים, הם דברים שעשויים לפי עיצוב לעכב את קצב הגליקוליזה. אף על פי שתאים זקוקים לאנרגיה, הריצה מתמדת של חומר גלם רב יותר דרך טחנת הגליקוליזה אינה תמיד תוצאה תאית רצויה. למרבה המזל של התא, משתתפים רבים בגליקוליזה מסוגלים להשפיע על מהירותו.

גלוקוז הוא סוכר בעל שישה פחמנים עם הנוסחה C

גלוקוז הוא חד סוכר, כלומר אינו מיוצר על ידי שילוב של סוכרים קטנים יותר. פרוקטוז הוא חד-סוכר, ואילו סוכרוז ("סוכר שולחן") הוא דו-סוכר המורכב ממולקולת גלוקוז וממולקולת פרוקטוז.

יש לציין כי הגלוקוז הוא בצורת טבעת, המיוצג כמשושה ברוב הדיאגרמות. חמישה מתוך ששת אטומי הטבעת הם גלוקוזה, ואילו השישי הוא חמצן. המספר 6 פחמן טמון במתיל (- CH₃) קבוצה מחוץ לטבעת.

הנוסחה המלאה לסכום של עשר התגובות של הגליקוליזה היא:

ג₆ה₁₂או₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺

במילים, פירוש הדבר שמולקולת גלוקוז מומרת לשתי מולקולות של גלוקוז, ויוצרת 2 ATP ו- 2 NADH (הצורה המופחתת של ניקוטינאמיד אדנין דינוקליאוטיד, "נושא אלקטרונים" נפוץ ב בִּיוֹכִימִיָה).

שימו לב שאין צורך בחמצן. אף על פי שפירובט כמעט תמיד נצרך בצעדים אירוביים של נשימה, הגליקוליזה מתרחשת באורגניזמים אירוביים ואנאירוביים כאחד.

הגליקוליזה מחולק קלאסית לשני חלקים: "שלב השקעה", הדורש 2 ATP (אדנוזין טריפוספט, "האנרגיה מטבע "של תאים) כדי לעצב את מולקולת הגלוקוז למשהו עם הרבה מאוד אנרגיה פוטנציאלית, ו"תמורה" או "קציר" שלב בו נוצרים 4 ATP באמצעות המרה של מולקולה אחת עם שלוש פחמן (גליצראלדהיד-3-פוספט, או GAP) למשנה אחרת, פירובט. משמעות הדבר היא כי סך הכל נוצרים 4-2 = 2 ATP לכל מולקולה של גלוקוז.

כאשר גלוקוז נכנס לתא, הוא זרחן (כלומר, יש לו קבוצת פוספט מחוברת אליו) תחת פעולת האנזים. הקסוקינאז. אנזים זה, או זרז חלבונים, הוא בין החשובים ביותר באנזימים המווסתים בגליקוליזה. כל אחת מ -10 התגובות בגליקוליזה מזרזות על ידי אנזים אחד, ואנזים זה בתורו מזרז רק את התגובה האחת.

הגלוקוז -6-פוספט (G6P) הנובע משלב זרחון זה מומר לאחר מכן לפרוקטוז-6-פוספט (F6P) לפני שמתרחש זרחון שני, הפעם בכיוון של פוספרוקטוקינאז, אנזים רגולטורי קריטי נוסף. התוצאה היא היווצרות פרוקטוז -1,6-ביספוספט (FBP), והשלב הראשון של הגליקוליזה הושלם.

פרוקטוז -1,6-ביספוספט מחולק לצמד של מולקולות שלוש פחמן, דיהידרוקסי אצטון פוספט (DHAP) וגליצראלדהיד-3-פוספט (GAP). ה- DHAP מומר במהירות ל- GAP, כך שההשפעה נטו של הפיצול היא יצירת שתי מולקולות שלוש פחמן זהות ממולקולת פחמן אחת-שש.

ה- GAP מומר אז על ידי האנזים גליצראלדהיד-3-פוספט דה-הידרוגנאז ל -1,3-דיפוספוגליצרט. זהו צעד עמוס; נאד⁺ מומר ל- NADH ו- H⁺ באמצעות אטומי מימן המופשטים מ- GAP ואז המולקולה עוברת פוספורילציה.

בשלבים הנותרים, אשר הופכים 1,3-דיפוספוגליצרט לפירובט, שני הפוספטים מוסרים ברצף ממולקולת שלוש הפחמן ליצירת ATP. מכיוון שהכל לאחר פיצול ה- FBP קורה פעמיים לכל מולקולת גלוקוז, זה אומר ש- 2 NADH, 2 H⁺ ו -4 ATP נוצרים בשלב ההחזרה, לרשת 2 NADH, 2 H⁺ ו- 2 ATP.
קרא עוד על התוצאה הסופית של הגליקוליזה.

שלושה מהאנזימים המשתתפים בגליקוליזה ממלאים תפקידים מרכזיים בוויסות התהליך. שניים, hexokinase ו- phosphofructokinase (או PFK), הוזכרו כבר. השלישי, קינאז פירובט, אחראי לזרז את תגובת הגליקוליזה הסופית, את ההמרה של phosphoenolpyruvate (PEP) לפירובט.

לכל אחד מהאנזימים הללו יש מפעילים בנוסף ל מעכבים. אם אתה מכיר את הכימיה ואת הרעיון של עיכוב משוב, ייתכן שתוכל לחזות את התנאים שמובילים אנזים נתון להאיץ או להאט את פעילותו. לדוגמא, אם אזור של תא עשיר ב- G6P, היית מצפה שההקסוקינאז יחפש באגרסיביות את כל מולקולות הגלוקוז הנודדות על ידין? סביר להניח שלא היית עושה זאת, מכיוון שבתנאים אלה, אין צורך דחוף לייצר G6P נוסף. והיית צודק.

בעוד שהקסוקינאז מעוכב על ידי G6P, הוא מופעל על ידי AMP (אדנוזין מונופוספט) ו- ADP (אדנוזין דיפוספט), כמו גם PFK ו קינאז פירובט. הסיבה לכך היא שרמות גבוהות יותר של AMP ו- ADP בדרך כלל מסמלות רמות נמוכות יותר של ATP, וכאשר ATP נמוך, הדחף להתרחשות הגליקוליזה הוא גבוה.

קינאז פירובט מופעל גם על ידי פרוקטוז -1,6-ביספוספט, הגיוני מכיוון שיותר מדי FBP מרמז שמתווך גליקוליזה מצטבר במעלה הזרם והדברים צריכים לקרות מהר יותר בקצה הזנב של תהליך. כמו כן, פרוקטוז -2,6-ביספוספט הוא פעיל של PFK.

Hexokinase, כאמור, מעוכב על ידי G6P. PFK ו- pyruvate kinase מעוכבים על ידי נוכחות ATP מאותה סיבה בסיסית שהם מופעלים על ידי AMP ו- ADP: מצב האנרגיה של התא מעדיף ירידה בקצב הגליקוליזה.

PFK גם מעוכב על ידי ציטראט, מרכיב של מחזור קרבס המתרחש במורד הזרם בנשימה אירובית. קינאז פירובט מעוכב על ידי אצטיל CoA, שהיא המולקולה אליה ממירים פירובט לאחר סיום הגליקוליזה ולפני מחזור קרבס מתחיל (למעשה, אצטיל CoA משלב עם oxaloacetate בשלב הראשון של המחזור ליצור ציטראט). לבסוף, חומצת האמינו אלנין גם מעכבת קינאז פירובט.

אתה יכול לצפות שמוצרים אחרים של גליקוליזה מלבד G6P יעכבו את ההקסוקינאז, מכיוון שנכחותם בכמויות משמעותיות נראית כמעידה על צורך מופחת ב- G6P. עם זאת, רק G6P עצמו מעכב את ההקסוקינאז. למה זה?

הסיבה פשוטה למדי: יש צורך ב- G6P למסלולי תגובה שאינם גליקוליזה, כולל מחלף פנטוז פנטוז ו סינתזת גליקוגן. לכן, אם מולקולות במורד הזרם שאינן G6P יכולות למנוע את הקסוקינאז מעבודתו, מסלולי התגובה האחרים הללו היה מאט גם מחוסר כניסה של G6P לתהליך, ולכן ייצג נזק ביטחוני מסוג כלשהו.