რა ეფექტები შეიძლება აფერხებდეს გლიკოლიზს?

გლიკოლიზი არის უნივერსალური მეტაბოლური პროცესი მსოფლიოს ცოცხალ არსებებს შორის. ყველა უჯრედის ციტოპლაზმაში 10 რეაქციის სერია გარდაქმნის ექვს ნახშირბადის შაქრის მოლეკულას გლუკოზა პიროვატის ორ, ATP– ის ორ და NADH– ის ორ მოლეკულად.
შეიტყვეთ გლიკოლიზის შესახებ.

შიგნით პროკარიოტები, რომლებიც უმარტივე ორგანიზმებს წარმოადგენენ, გლიკოლიზი ნამდვილად ერთადერთი ფიჭური მეტაბოლიზმის თამაშია ქალაქში. ამ ორგანიზმებს, რომელთაგან თითქმის შედგება ერთი უჯრედი, შედარებით მცირე შინაარსი, შეზღუდულია მეტაბოლური საჭიროებები და გლიკოლიზი საკმარისია იმისთვის, რომ მათ აყვავდნენ და გამრავლდნენ კონკურენციის არარსებობის შემთხვევაში ფაქტორები ეუკარიოტებიმეორეს მხრივ, გააფართოვეთ გლიკოლიზი, როგორც საჭირო სადღეგრძელო, სანამ აერობული სუნთქვის მთავარი კერძი სურათზე არ შევა.

გლიკოლიზის განხილვა ხშირად ემყარება ისეთ პირობებს, რომლებიც მას ემხრობა, მაგალითად, ადეკვატური სუბსტრატისა და ფერმენტის კონცენტრაცია. ნაკლებად ხშირად ნახსენები, მაგრამ ასევე მნიშვნელოვანია ისეთი რამ, რაც შეიძლება დიზაინის მიხედვით იყოს აფერხებს გლიკოლიზის სიჩქარე. მიუხედავად იმისა, რომ უჯრედებს ენერგია სჭირდებათ, გლიკოლიზის წისქვილზე მუდმივად იმდენი ნედლეულის გატანა ყოველთვის არ არის სასურველი უჯრედული შედეგი. უჯრედის საბედნიეროდ, გლიკოლიზის მრავალრიცხოვან მონაწილეებს აქვთ შესაძლებლობა გავლენა მოახდინონ მის სიჩქარეზე.

გლუკოზა არის ექვს ნახშირბადის შაქარი, ფორმულა C₆ჰ₁₂ო₆. (მხიარული ბიომოლეკულის წვრილმანები: ყველა ნახშირწყალს - იქნება ეს შაქარი, სახამებელი თუ უხსნადი ბოჭკო - აქვს ზოგადი ქიმიური ფორმულა C_ნჰ_2Nო_ნ.) მას აქვს მოლური მასა 180 გ, უფრო დიდი ამინომჟავების მსგავსია მისი ზომით. მას შეუძლია პლაზმური მემბრანის მეშვეობით თავისუფლად დიფუზია უჯრედში და გარეთ.

გლუკოზა არის მონოსაქარიდი, რაც იმას ნიშნავს, რომ იგი არ მიიღება უფრო მცირე შაქრის შერწყმით. ფრუქტოზა არის მონოსაქარიდი, ხოლო საქაროზა ("სუფრის შაქარი") არის დისაქარიდი, რომელიც აწყობილია გლუკოზის მოლეკულისა და ფრუქტოზას მოლეკულისგან.

აღსანიშნავია, რომ გლუკოზა არის რგოლის სახით, რომელიც დიაგრამების უმეტეს ნაწილში წარმოადგენს ექვსკუთხედს. ექვსი რგოლის ატომებიდან ხუთი გლუკოზაა, ხოლო მეექვსე ჟანგბადია. 6 ნომერი ნახშირბადი დევს მეთილში (- CH₃) ჯგუფი ბეჭდის გარეთ.

გლიკოლიზის 10 რეაქციის ჯამის სრული ფორმულაა:

გ₆ჰ₁₂ო₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺

სიტყვებით, ეს ნიშნავს, რომ გლუკოზის მოლეკულა გარდაიქმნება გლუკოზის ორ მოლეკულად, წარმოქმნის 2 ATP და 2 NADH (ნიკოტინამიდის ადენინი დინუკლეოტიდის შემცირებული ფორმა, საერთო "ელექტრონების გადამზიდავი" ბიოქიმია).

გაითვალისწინეთ, რომ ჟანგბადი არ არის საჭირო. მიუხედავად იმისა, რომ პირუვატი თითქმის უცვლელი სახით მიდის სუნთქვის აერობულ ეტაპებზე, გლიკოლიზი ხდება აერობულ და ანაერობულ ორგანიზმებში.

გლიკოლიზი კლასიკურად იყოფა ორ ნაწილად: "ინვესტიციის ფაზა", რომლისთვისაც საჭიროა 2 ATP (ადენოზინტრიფოსფატი, "ენერგია" უჯრედების ვალუტა) გლუკოზის მოლეკულის ფორმირებად, რომელსაც აქვს პოტენციური ენერგიის დიდი რაოდენობა და "გადახდა" ან "მოსავლის აღება" ფაზა, რომელშიც 4 ATP წარმოიქმნება ერთი სამი ნახშირბადის მოლეკულის (გლიცერალდეჰიდი-3-ფოსფატის ან GAP) სხვაში გადაქცევის გზით, პირუვატი ეს ნიშნავს, რომ გლუკოზის მოლეკულაზე სულ 4 -2 = 2 ATP წარმოიქმნება.

როდესაც გლუკოზა შედის უჯრედში, იგი ფოსფორილირდება (ე.ი. მას აქვს ფოსფატის ჯგუფი) ფერმენტის მოქმედებით ჰექსოკინაზა. ეს ფერმენტი, ან ცილის კატალიზატორი, გლიკოლიზის მარეგულირებელი ფერმენტების უმნიშვნელოვანეს კატეგორიაშია. გლიკოლიზის 10 რეაქციიდან თითოეული კატალიზდება ერთი ფერმენტის მიერ და ეს ფერმენტი თავის მხრივ კატალიზებს მხოლოდ ამ ერთ რეაქციას.

ამ ფოსფორილაციის საფეხურის შედეგად მიღებული გლუკოზა -6-ფოსფატი (G6P) შემდეგ გარდაიქმნება ფრუქტოზა-6-ფოსფატში (F6P), სანამ არ მოხდება მეორე ფოსფორილაცია, ამჯერად ფოსფოფრუქტოკინაზა, კიდევ ერთი კრიტიკული მარეგულირებელი ფერმენტი. ამის შედეგად წარმოიქმნება ფრუქტოზა-1,6-ბისფოსფატი (FBP) და გლიკოლიზის პირველი ეტაპი დასრულებულია.

ფრუქტოზა-1,6-ბისფოსფატი იყოფა სამ ნახშირბადოვან მოლეკულად, დიჰიდროქსიაცეტონის ფოსფატად (DHAP) და გლიცერალდეჰიდი-3-ფოსფატად (GAP). DHAP სწრაფად გარდაიქმნება GAP, ამიტომ გაყოფის წმინდა ეფექტი წარმოადგენს ორი იდენტური სამ ნახშირბადის მოლეკულის შექმნას ერთიდან ექვსი ნახშირბადის მოლეკულისგან.

შემდეგ GAP გარდაიქმნება ფერმენტ გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატდეჰიდროგენაზას მიერ 1,3-დიფოსფოგლიცერატად. ეს დატვირთული ნაბიჯია; NAD⁺ გარდაიქმნება NADH და H⁺ წყალბადის ატომების გამოყენებით, რომლებიც ამოღებულია GAP– დან, შემდეგ კი მოლეკულა ფოსფორილირდება.

დარჩენილი საფეხურებით, რომლებიც 1,3-დიფოსფოგლიცერატს პიროვატად გარდაქმნიან, ორივე ფოსფატი თანმიმდევრულად გამოიყოფა სამი ნახშირბადის მოლეკულადან ATP წარმოქმნისთვის. იმის გამო, რომ FBP გაყოფის შემდეგ ყველაფერი ხდება ორჯერ გლუკოზის მოლეკულაზე, ეს ნიშნავს, რომ 2 NADH, 2 H⁺ და 4 ATP წარმოიქმნება დაბრუნების ფაზაში, 2 NADH, 2 H ქსელისთვის⁺ და 2 ATP.
წაიკითხეთ მეტი გლიკოლიზის საბოლოო შედეგის შესახებ.

სამი ფერმენტი, რომელიც მონაწილეობს გლიკოლიზში, მნიშვნელოვან როლს ასრულებს პროცესის რეგულირებაში. უკვე აღინიშნა ორი, ჰექსოკინაზა და ფოსფოფრუქტოკინაზა (ან PFK). Მესამე, პიროვატი კინაზა, პასუხისმგებელია გლიკოლიზის საბოლოო რეაქციის კატალიზებაზე, ფოსფოენოლპიროვატის (PEP) პირავატად გადაქცევაზე.

თითოეულ ამ ფერმენტს აქვს აქტივატორები ისევე, როგორც ინჰიბიტორები. თუ თქვენ იცნობთ ქიმიას და უკუკავშირის ინჰიბირების კონცეფციას, შესაძლოა შეძლოთ წინასწარ განსაზღვროთ პირობები, რის გამოც მოცემული ფერმენტი აჩქარებს ან ანელებს მის აქტივობას. მაგალითად, თუ უჯრედის რეგიონი მდიდარია G6P- ით, მოელით თუ არა ჰექსოკინაზა აგრესიულად მოძებნოს მოხეტიალე გლუკოზის მოლეკულები? თქვენ ალბათ არ იქნებოდით, რადგან ამ პირობებში არ არის აუცილებელი დამატებითი G6P- ის წარმოქმნა. და სწორი იქნებოდი.

მიუხედავად იმისა, რომ ჰექსოკინაზა ინჰიბირებულია G6P- ით, იგი ააქტიურებს AMP (ადენოზინის მონოფოსფატი) და ADP (ადენოზინ დიფოსფატი), ისევე როგორც PFK და პიროვატ კინაზა. ეს იმიტომ ხდება, რომ AMP და ADP უფრო მაღალი დონე ზოგადად ნიშნავს ATP– ის დაბალ დონეს, ხოლო როდესაც ATP დაბალია, გლიკოლიზის განვითარების სტიმული მაღალია.

პიროვატ-კინაზა ასევე აქტიურდება ფრუქტოზა-1,6-ბისფოსფატის მიერ, რასაც აქვს აზრი, რადგან ძალიან ბევრი FBP გულისხმობს რომ გლიკოლიზის შუალედი გროვდება ზემოთ დინებაში და ყველაფერი უფრო სწრაფად უნდა მოხდეს კუდის ბოლოს პროცესი ასევე, ფრუქტოზა-2,6-ბისფოსფატი არის PFK- ის აქტივატორი.

როგორც აღინიშნა, ჰექსოკინაზა ინჰიბირებულია G6P- ით. PFK და პიროვატკინაზა აფერხებს ATP– ს არსებობას იმავე ძირითადი მიზეზით, რომლებიც მათ ააქტიურებს AMP და ADP– ით: უჯრედის ენერგეტიკული მდგომარეობა ხელს უწყობს გლიკოლიზის სიჩქარის შემცირებას.

PFK ასევე ინჰიბირებულია ციტრატი, კრებსის ციკლის კომპონენტი, რომელიც აერობული სუნთქვის ქვემოთ ხდება. პიროვატკინაზა თრგუნავს აცეტილ CoA, რომელია მოლეკულა, რომელშიც პიროვატი გარდაიქმნება გლიკოლიზის დასრულების შემდეგ და კრებსის ციკლის შემდეგ იწყება (სინამდვილეში, აცეტილ CoA ციკლის პირველ საფეხურზე აერთიანებს ოქსალოაცეტატს და ქმნის ციტრატი). დაბოლოს, ამინომჟავა ალანინი ასევე აფერხებს პიროვატ კინაზას.

თქვენ შეიძლება ელით, რომ გლიკოლიზის სხვა პროდუქტები G6P- ის გარდა აინჰიბირებენ ჰექსოკინაზას, რადგან მათი მნიშვნელოვანი რაოდენობით არსებობა, როგორც ჩანს, მიუთითებს G6P- ზე საჭიროების შემცირებაზე. ამასთან, მხოლოდ G6P თავად თრგუნავს ჰექსოკინაზას. Რატომ არის ეს?

მიზეზი საკმაოდ მარტივია: G6P საჭიროა რეაქციის გზებისთვის, გარდა გლიკოლიზისა, პენტოზის ფოსფატის შუნტისა და გლიკოგენის სინთეზი. ამიტომ, თუკი ქვემოთ მოლეკულებს, გარდა G6P– ს, შეეძლება ჰექსოკინაზა დაეშვა მისი მუშაობისგან, ეს სხვა რეაქციის გზები ასევე შენელდება პროცესში G6P– ის არარსებობის გამო და, შესაბამისად, წარმოადგენს ერთგვარი უზრუნველყოფის ზარალს.