Welke effecten kunnen glycolyse remmen?

glycolyse is een universeel stofwisselingsproces onder de levende wezens van de wereld. Deze reeks van 10 reacties in het cytoplasma van alle cellen zet het suikermolecuul met zes koolstofatomen om glucose in twee moleculen pyruvaat, twee moleculen ATP en twee moleculen NADH.
Meer informatie over glycolyse.

In prokaryoten, wat de eenvoudigste organismen zijn, is glycolyse echt het enige cellulaire metabolismespel in de stad. Deze organismen, die bijna allemaal bestaan ​​uit een enkele cel met relatief weinig inhoud, hebben een beperkte metabolische behoeften, en glycolyse is voldoende om ze te laten gedijen en zich voort te planten in afwezigheid van competitie factoren. Eukaryoten, aan de andere kant, rol glycolyse uit als iets van een verplicht aperitief voordat het hoofdgerecht van aërobe ademhaling in beeld komt.

Discussies over glycolyse concentreren zich vaak op de omstandigheden die dit bevorderen, bijvoorbeeld een adequate substraat- en enzymconcentratie. Minder vaak genoemd, maar ook belangrijk, zijn dingen die door het ontwerp zouden kunnen zijn

Glucose is een suiker met zes koolstofatomen met de formule C₆H₁₂O₆. (Leuk biomolecuul trivia: elk koolhydraat - of het nu een suiker, een zetmeel of een onoplosbare vezel is - heeft de algemene chemische formule C_neeH_2NO_nee.) Het heeft een molecuulmassa van 180 g, vergelijkbaar met de zwaardere aminozuren in termen van grootte. Het kan vrij in en uit de cel diffunderen door het plasmamembraan.

Glucose is een monosacharide, wat betekent dat het niet wordt gemaakt door kleinere suikers te combineren. Fructose is een monosacharide, terwijl sucrose ("tafelsuiker") een disacharide is die is samengesteld uit een glucosemolecuul en een fructosemolecuul.

Met name glucose heeft de vorm van een ring, in de meeste diagrammen weergegeven als een zeshoek. Vijf van de zes ringatomen zijn glucose, terwijl de zesde zuurstof is. De nummer 6 koolstof ligt in een methyl (– CH₃) groep buiten de ring.

De volledige formule voor de som van de 10 reacties van glycolyse is:

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

In woorden betekent dit dat een glucosemolecuul wordt omgezet in twee glucosemoleculen, waarbij 2 ATP. wordt gegenereerd en 2 NADH (de gereduceerde vorm van nicotinamide-adenine-dinucleotide, een veel voorkomende "elektronendrager" in biochemie).

Merk op dat er geen zuurstof nodig is. Hoewel pyruvaat bijna altijd wordt geconsumeerd in aërobe ademhalingsstappen, vindt glycolyse zowel in aërobe als in anaërobe organismen plaats.

Glycolyse is klassiek verdeeld in twee delen: een "investeringsfase", waarvoor 2 ATP (adenosinetrifosfaat, de "energie valuta" van cellen) om het glucosemolecuul te vormen tot iets met veel potentiële energie, en een "uitbetaling" of "oogsten" fase, waarin 4 ATP wordt gegenereerd via de omzetting van het ene molecuul met drie koolstofatomen (glyceraldehyde-3-fosfaat of GAP) in het andere, pyruvaat. Dit betekent dat er in totaal 4 -2 = 2 ATP per molecuul glucose wordt gegenereerd.

Wanneer glucose een cel binnenkomt, wordt het gefosforyleerd (d.w.z. er zit een fosfaatgroep aan vast) onder invloed van het enzym hexokinase. Dit enzym, of eiwitkatalysator, is een van de belangrijkste regulerende enzymen bij glycolyse. Elk van de 10 reacties in glycolyse wordt gekatalyseerd door één enzym, en dat enzym katalyseert op zijn beurt alleen die ene reactie.

Het glucose-6-fosfaat (G6P) dat resulteert uit deze fosforyleringsstap wordt vervolgens omgezet in fructose-6-fosfaat (F6P) voordat een tweede fosforylering plaatsvindt, dit keer in de richting van fosfofructokinase, een ander kritisch regulerend enzym. Dit resulteert in de vorming van fructose-1,6-bisfosfaat (FBP), en de eerste fase van de glycolyse is voltooid.

Fructose-1,6-bisfosfaat wordt gesplitst in een paar drie-koolstofmoleculen, dihydroxyacetonfosfaat (DHAP) en glyceraldehyde-3-fosfaat (GAP). De DHAP wordt snel omgezet in GAP, dus het netto-effect van de splitsing is de creatie van twee identieke drie-koolstofmoleculen uit een enkele-zes koolstofmolecuul.

De GAP wordt vervolgens door het enzym glyceraldehyde-3-fosfaatdehydrogenase omgezet in 1,3-difosfoglyceraat. Dit is een drukke stap; NAD⁺ wordt omgezet in NADH en H⁺ met behulp van waterstofatomen gestript van GAP, en vervolgens wordt het molecuul gefosforyleerd.

In de resterende stappen, die 1,3-difosfoglyceraat omzetten in pyruvaat, worden beide fosfaten achtereenvolgens verwijderd uit het drie-koolstofmolecuul om ATP te genereren. Omdat alles na de splitsing van FBP twee keer per glucosemolecuul gebeurt, betekent dit dat 2 NADH, 2 H⁺ en 4 ATP worden gegenereerd in de retourfase, voor een netto van 2 NADH, 2 H⁺ en 2 ATP.
Lees meer over het eindresultaat van glycolyse.

Drie van de enzymen die deelnemen aan glycolyse spelen een belangrijke rol bij de regulatie van het proces. Twee, hexokinase en fosfofructokinase (of PFK), zijn al genoemd. De derde, pyruvaatkinase, is verantwoordelijk voor het katalyseren van de uiteindelijke glycolysereactie, de omzetting van fosfoenolpyruvaat (PEP) in pyruvaat.

Elk van deze enzymen heeft activatoren net zoals remmers. Als u bekend bent met scheikunde en het concept van feedbackremming, kunt u wellicht de omstandigheden voorspellen die ertoe leiden dat een bepaald enzym zijn activiteit versnelt of vertraagt. Als een gebied van een cel bijvoorbeeld rijk is aan G6P, zou je dan verwachten dat hexokinase agressief op zoek gaat naar glucosemoleculen die voorbij dwalen? Waarschijnlijk niet, want onder deze omstandigheden is het niet dringend nodig om extra G6P te genereren. En je zou gelijk hebben.

Hoewel hexokinase wordt geremd door G6P, wordt het geactiveerd door AMP (adenosinemonofosfaat) en ADP (adenosinedifosfaat), evenals PFK en pyruvaatkinase. Dit komt omdat hogere niveaus van AMP en ADP over het algemeen lagere niveaus van ATP betekenen, en wanneer ATP laag is, is de impuls voor het optreden van glycolyse hoog.

Pyruvaatkinase wordt ook geactiveerd door fructose-1,6-bisfosfaat, wat logisch is, omdat te veel FBP impliceert dat een glycolyse-tussenproduct zich stroomopwaarts ophoopt en dat dingen sneller moeten gebeuren aan het uiteinde van de werkwijze. Ook fructose-2,6-bisfosfaat is een activator van PFK.

Hexokinase wordt, zoals opgemerkt, geremd door G6P. PFK en pyruvaatkinase worden beide geremd door de aanwezigheid van ATP om dezelfde fundamentele reden dat ze worden geactiveerd door AMP en ADP: de energietoestand van de cel bevordert een afname van de snelheid van glycolyse.

PFK wordt ook geremd door citraat, een onderdeel van de Krebs-cyclus die stroomafwaarts optreedt bij aerobe ademhaling. Pyruvaatkinase wordt geremd door acetyl COA, het molecuul waarin pyruvaat wordt omgezet nadat de glycolyse is beëindigd en vóór de Krebs-cyclus begint (in feite combineert acetyl CoA met oxaalacetaat in de eerste stap van de cyclus om te creëren) citraat). Ten slotte remt het aminozuur alanine ook pyruvaatkinase.

Je zou kunnen verwachten dat andere glycolyseproducten naast G6P hexokinase remmen, aangezien hun aanwezigheid in significante hoeveelheden lijkt te wijzen op een verminderde behoefte aan G6P. Alleen G6P zelf remt echter hexokinase. Waarom is dit?

De reden is vrij eenvoudig: G6P is nodig voor andere reactieroutes dan glycolyse, waaronder de pentosefosfaat-shunt en glycogeen synthese. Daarom, als stroomafwaartse moleculen anders dan G6P hexokinase van zijn werk zouden kunnen houden, zouden deze andere reactieroutes zou ook vertragen omdat G6P niet in het proces zou komen, en zou daarom een ​​soort nevenschade betekenen.