Какие эффекты могут препятствовать гликолизу?

Гликолиз это универсальный метаболический процесс среди живых существ в мире. Эта серия из 10 реакций в цитоплазме всех клеток превращает молекулу шестиуглеродного сахара. глюкоза на две молекулы пирувата, две молекулы АТФ и две молекулы НАДН.
Узнайте о гликолизе.

В прокариоты, которые являются простейшими организмами, гликолиз действительно является единственной игрой в клеточном метаболизме в городе. Эти организмы, почти все из которых состоят из одной клетки с относительно небольшим содержанием, имеют ограниченное метаболических потребностей, и гликолиза достаточно, чтобы позволить им развиваться и воспроизводиться в отсутствие конкурирующих факторы. Эукариотыс другой стороны, разверните гликолиз как нечто вроде обязательной закуски, прежде чем на сцену выходит основное блюдо аэробного дыхания.

Обсуждения гликолиза часто сосредоточены на благоприятных для него условиях, например, на адекватной концентрации субстрата и фермента. Реже упоминаются, но также важны вещи, которые по замыслу

Глюкоза - это шестиуглеродный сахар с формулой C₆ЧАС₁₂О₆. (Забавный факт о биомолекулах: каждый углевод - будь то сахар, крахмал или нерастворимая клетчатка - имеет общую химическую формулу C_NЧАС_2NО_N.) Он имеет молярную массу 180 г, что соответствует размеру более тяжелых аминокислот. Он способен свободно диффундировать внутрь и из клетки через плазматическую мембрану.

Глюкоза - это моносахарид, а это означает, что она не образуется путем объединения более мелких сахаров. Фруктоза представляет собой моносахарид, а сахароза («столовый сахар») представляет собой дисахарид, состоящий из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы.

Примечательно, что глюкоза имеет форму кольца, представленного в виде шестиугольника на большинстве диаграмм. Пять из шести кольцевых атомов - это глюкоза, а шестой - кислород. Углерод номер 6 находится в метил (- CH₃) группа вне кольца.

Полная формула суммы 10 реакций гликолиза:

C₆ЧАС₁₂О₆ + 2 НАД⁺ + 2 пи + 2 ADP → 2 канала₃(C = O) COOH + 2 АТФ + 2 НАДН + 2 Н⁺

На словах это означает, что молекула глюкозы превращается в две молекулы глюкозы, генерируя 2 АТФ. и 2 НАДН (восстановленная форма никотинамидадениндинуклеотида, общий «переносчик электронов» в биохимия).

Обратите внимание, что кислород не требуется. Хотя пируват почти всегда потребляется на аэробных этапах дыхания, гликолиз происходит как у аэробных, так и у анаэробных организмов.

Гликолиз классически делится на две части: «инвестиционная фаза», которая требует 2 АТФ (аденозинтрифосфат, «энергетическая фаза»). валюта клеток), чтобы преобразовать молекулу глюкозы во что-то с большим количеством потенциальной энергии, а также «выплатой» или «сбором урожая». фаза, в которой 4 АТФ генерируются посредством превращения одной трехуглеродной молекулы (глицеральдегид-3-фосфат или GAP) в другую, пируват. Это означает, что в общей сложности на молекулу глюкозы генерируется 4-2 = 2 АТФ.

Когда глюкоза попадает в клетку, она фосфорилируется (т. Е. Имеет присоединенную к ней фосфатную группу) под действием фермента. гексокиназа. Этот фермент или белковый катализатор является одним из наиболее важных регулирующих ферментов гликолиза. Каждая из 10 реакций гликолиза катализируется одним ферментом, а этот фермент, в свою очередь, катализирует только эту одну реакцию.

Глюкозо-6-фосфат (G6P), образующийся на этой стадии фосфорилирования, затем превращается во фруктозо-6-фосфат (F6P) до того, как произойдет второе фосфорилирование, на этот раз в направлении фосфофруктокиназа, еще один важный регуляторный фермент. Это приводит к образованию фруктозо-1,6-бисфосфата (FBP), и первая фаза гликолиза завершается.

Фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на пару трехуглеродных молекул, дигидроксиацетонфосфат (DHAP) и глицеральдегид-3-фосфат (GAP). DHAP быстро преобразуется в GAP, поэтому чистым эффектом расщепления является создание двух идентичных трехуглеродных молекул из одной шестиуглеродной молекулы.

Затем GAP превращается ферментом глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой в 1,3-дифосфоглицерат. Это трудный шаг; НАД⁺ преобразуется в NADH и H⁺ с использованием атомов водорода, оторванных от GAP, а затем молекула фосфорилируется.

На оставшихся стадиях, которые превращают 1,3-дифосфоглицерат в пируват, оба фосфата последовательно удаляются из трехуглеродной молекулы с образованием АТФ. Поскольку все после расщепления FBP происходит дважды на молекулу глюкозы, это означает, что 2 NADH, 2 H⁺ и 4 АТФ образуются в фазе возврата, в сумме 2 НАДН, 2 Н⁺ и 2 АТФ.
Узнайте больше о конечном результате гликолиза.

Три фермента, участвующие в гликолизе, играют важную роль в регуляции этого процесса. Два, гексокиназа и фосфофруктокиназа (или PFK), уже упоминались. Третий, пируваткиназа, отвечает за катализ конечной реакции гликолиза, превращения фосфоенолпирувата (PEP) в пируват.

Каждый из этих ферментов имеет активаторы также как и ингибиторы. Если вы знакомы с химией и концепцией подавления обратной связи, вы можете предсказать условия, которые заставляют данный фермент ускорять или замедлять свою активность. Например, если область клетки богата G6P, ожидаете ли вы, что гексокиназа будет агрессивно искать какие-либо молекулы глюкозы, проходящие мимо? Вы, вероятно, не стали бы этого делать, потому что в этих условиях нет срочной необходимости генерировать дополнительный G6P. И ты был бы прав.

В то время как гексокиназа ингибируется G6P, она активируется AMP (аденозинмонофосфат) и ADP (аденозиндифосфат), а также PFK и пируваткиназа. Это связано с тем, что более высокие уровни АМФ и АДФ обычно означают более низкие уровни АТФ, а когда АТФ низкий, стимул для прохождения гликолиза высок.

Пируваткиназа также активируется фруктозо-1,6-бисфосфатом, что имеет смысл, потому что слишком много FBP подразумевает что промежуточный продукт гликолиза накапливается выше по потоку, и все должно происходить быстрее в хвостовой части процесс. Также активатором ПФК является фруктозо-2,6-бисфосфат.

Как уже отмечалось, гексокиназа ингибируется G6P. ПФК и пируваткиназа ингибируются присутствием АТФ по той же основной причине, по которой они активируются АМФ и АДФ: энергетическое состояние клетки способствует снижению скорости гликолиза.

ПФК также ингибируется цитрат, компонент цикла Кребса, который происходит после аэробного дыхания. Пируваткиназа ингибируется ацетил-КоА, которая представляет собой молекулу, в которую пируват превращается после завершения гликолиза и до цикла Кребса. начинается (фактически, ацетил-КоА соединяется с оксалоацетатом на первом этапе цикла, чтобы создать цитрат). Наконец, аминокислота аланин также ингибирует пируваткиназу.

Вы можете ожидать, что другие продукты гликолиза, помимо G6P, будут ингибировать гексокиназу, поскольку их присутствие в значительных количествах, по-видимому, указывает на снижение потребности в G6P. Однако только сам G6P ингибирует гексокиназу. Почему это?

Причина довольно проста: G6P необходим для других путей реакции, помимо гликолиза, включая пентозофосфатный шунт и синтез гликогена. Следовательно, если нижестоящие молекулы, отличные от G6P, могут удерживать гексокиназу от ее работы, эти другие пути реакции также замедлится из-за отсутствия G6P, участвующего в процессе, и, следовательно, будет представлять собой своего рода сопутствующий ущерб.