Aké účinky môžu inhibovať glykolýzu?

Glykolýza je univerzálny metabolický proces medzi živými bytosťami sveta. Táto séria 10 reakcií v cytoplazme všetkých buniek prevádza molekulu cukru so šiestimi uhlíkmi glukóza na dve molekuly pyruvátu, dve molekuly ATP a dve molekuly NADH.
Dozviete sa viac o glykolýze.

V prokaryoty, ktoré sú najjednoduchšími organizmami, je glykolýza skutočne jedinou bunkovo-metabolickou hrou v meste. Tieto organizmy, z ktorých takmer všetky pozostávajú z jednej bunky s relatívne malým obsahom, majú obmedzené množstvo metabolické potreby a glykolýza je dostatočná na to, aby im umožnili prosperovať a rozmnožovať sa bez konkurencie faktorov. Eukaryoty, na druhej strane zaviesť glykolýzu ako požadované predjedlo skôr, ako sa do obrazu dostane hlavné jedlo z aeróbneho dýchania.

Diskusie o glykolýze sa často sústreďujú na podmienky, ktoré ju uprednostňujú, napr. Adekvátna koncentrácia substrátu a enzýmu. Menej často spomínané, ale tiež dôležité, sú veci, ktoré by mohli byť pripravené brzdiť rýchlosť glykolýzy. Aj keď bunky potrebujú energiu, neustále prechádzanie toľkého množstva surovín cez glykolýzny mlyn nie je vždy požadovaným bunkovým výsledkom. Našťastie pre túto bunku má mnoho účastníkov glykolýzy schopnosť ovplyvňovať jej rýchlosť.

Glukóza je šesťuhlíkový cukor so vzorcom C.₆H₁₂O₆. (Zábavné vedomosti o biomolekulách: Každý sacharid - či už je to cukor, škrob alebo nerozpustná vláknina - má všeobecný chemický vzorec C_NH_2NO_N.) Má molárnu hmotnosť 180 g, čo sa týka veľkosti ťažších aminokyselín. Je schopný voľne difundovať do a z bunky cez plazmatickú membránu.

Glukóza je monosacharid, čo znamená, že sa nevyrába kombináciou menších cukrov. Fruktóza je monosacharid, zatiaľ čo sacharóza („stolový cukor“) je disacharid zostavený z molekuly glukózy a molekuly fruktózy.

Glukóza je pozoruhodne vo forme kruhu, ktorý je vo väčšine diagramov predstavovaný ako šesťuholník. Päť zo šiestich atómov kruhu je glukóza, zatiaľ čo šiestym atómom kyslíka. Uhlík číslo 6 spočíva v metyle (- CH₃) skupina mimo kruhu.

Celý vzorec pre súčet 10 reakcií glykolýzy je:

C.₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH₃(C = 0) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺

Slovom to znamená, že molekula glukózy sa prevedie na dve molekuly glukózy a vytvorí sa 2 ATP a 2 NADH (redukovaná forma nikotínamidu adeníndinukleotidu, bežný „elektrónový nosič“ v biochémia).

Upozorňujeme, že nie je potrebný žiadny kyslík. Aj keď sa pyruvát takmer vždy konzumuje v aeróbnych krokoch dýchania, glykolýza sa vyskytuje u aeróbnych aj anaeróbnych organizmov.

Glykolýza sa klasicky delí na dve časti: „investičná fáza“, ktorá si vyžaduje 2 ATP (adenozíntrifosfát, „energetická mena) buniek) na tvarovanie molekuly glukózy do podoby niečoho s veľkou potenciálnou energiou a „výplatou“ alebo „zberom“ fáza, v ktorej sa 4 ATP vytvárajú konverziou jednej trojuhlíkovej molekuly (glyceraldehyd-3-fosfát alebo GAP) na inú, pyruvát. To znamená, že na molekulu glukózy sa generuje celkom 4 -2 = 2 ATP.

Keď glukóza vstúpi do bunky, je fosforylovaná (tj. Je na ňu pripojená fosfátová skupina) pôsobením enzýmu hexokináza. Tento enzým alebo proteínový katalyzátor patrí medzi najdôležitejšie z regulačných enzýmov pri glykolýze. Každá z 10 reakcií v glykolýze je katalyzovaná jedným enzýmom a tento enzým zase katalyzuje iba túto jednu reakciu.

Glukóza-6-fosfát (G6P), ktorý je výsledkom tohto fosforylačného kroku, sa potom prevedie na fruktóza-6-fosfát (F6P) predtým, ako dôjde k druhej fosforylácii, tentokrát v smere fosfofruktokináza, ďalší kritický regulačný enzým. To má za následok tvorbu fruktóza-1,6-bisfosfátu (FBP) a prvá fáza glykolýzy je dokončená.

Fruktóza-1,6-bisfosfát sa rozdelí na pár troch uhlíkových molekúl, dihydroxyacetónfosfát (DHAP) a glyceraldehyd-3-fosfát (GAP). DHAP sa rýchlo prevádza na GAP, takže čistým účinkom rozdelenia je vytvorenie dvoch identických molekúl s tromi uhlíkmi z molekuly s jedným až šiestimi uhlíkami.

GAP sa potom prevedie pomocou enzýmu glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázy na 1,3-difosfoglycerát. Toto je náročný krok; NAD⁺ sa prevádza na NADH a H⁺ pomocou atómov vodíka zbavených GAP a potom je molekula fosforylovaná.

V zostávajúcich krokoch, ktoré transformujú 1,3-difosfoglycerát na pyruvát, sa obidva fosfáty postupne odstránia z molekuly s tromi uhlíkmi, aby sa vytvoril ATP. Pretože všetko po rozdelení FBP sa deje dvakrát na molekulu glukózy, znamená to, že 2 NADH, 2 H⁺ a 4 ATP sú generované vo vratnej fáze pre sieť 2 NADH, 2H⁺ a 2 ATP.
Prečítajte si viac o konečnom výsledku glykolýzy.

Tri z enzýmov, ktoré sa podieľajú na glykolýze, hrajú hlavnú úlohu v regulácii procesu. Dve z nich, hexokináza a fosfofruktokináza (alebo PFK), už boli spomenuté. Tretia, pyruvátkináza, je zodpovedný za katalýzu konečnej glykolýznej reakcie, premeny fosfoenolpyruvátu (PEP) na pyruvát.

Každý z týchto enzýmov má aktivátory ako aj inhibítory. Ak poznáte chémiu a pojem inhibície spätnej väzby, budete pravdepodobne schopný predvídať podmienky, ktoré vedú daný enzým k urýchleniu alebo spomaleniu jeho činnosti. Napríklad, ak je oblasť bunky bohatá na G6P, čakali by ste, že hexokináza bude agresívne vyhľadávať akékoľvek molekuly glukózy, ktoré blúdia? Pravdepodobne by ste to neurobili, pretože za týchto podmienok nie je potrebné urgentne generovať ďalšie G6P. A mali by ste pravdu.

Zatiaľ čo hexokináza je inhibovaná G6P, je aktivovaná AMP (adenozínmonofosfát) a ADP (adenozíndifosfát), rovnako ako PFK a pyruvátkináza. Je to preto, že vyššie hladiny AMP a ADP vo všeobecnosti znamenajú nižšie hladiny ATP, a keď je ATP nízka, je vysoký podnet na vznik glykolýzy.

Pyruvátkináza je tiež aktivovaná fruktóza-1,6-bisfosfátom, čo má zmysel, pretože príliš veľa FBP znamená že medziprodukt glykolýzy sa hromadí proti prúdu a na konci chvosta sa musia veci diať rýchlejšie procesu. Aktivátor PFK je tiež fruktóza-2,6-bisfosfát.

Ako je uvedené, hexokináza je inhibovaná G6P. PFK aj pyruvátkináza sú inhibované prítomnosťou ATP z rovnakého základného dôvodu, že sú aktivované AMP a ADP: Energetický stav bunky podporuje zníženie rýchlosti glykolýzy.

PFK je tiež inhibovaný citrát, súčasť Krebsovho cyklu, ktorý sa vyskytuje po prúde v aeróbnom dýchaní. Pyruvátkináza je inhibovaná acetyl CoA, čo je molekula, na ktorú sa pyruvát prevedie po ukončení glykolýzy a pred Krebsovým cyklom začína (v skutočnosti sa acetyl CoA kombinuje s oxaloacetátom v prvom kroku cyklu, aby sa vytvoril citrát). Aminokyselina alanín nakoniec tiež inhibuje pyruvátkinázu.

Môžete očakávať, že iné produkty glykolýzy okrem G6P budú inhibovať hexokinázu, pretože sa zdá, že ich prítomnosť vo významných množstvách naznačuje zníženú potrebu G6P. Avšak iba samotný G6P inhibuje hexokinázu. Prečo je toto?

Dôvod je dosť jednoduchý: G6P je potrebný pre iné reakčné cesty ako glykolýzu, vrátane skratky pentóza-fosfát a syntéza glykogénu. Preto, ak by následné molekuly iné ako G6P mohli udržať hexokinázu vo svojej práci, tieto ďalšie reakčné cesty spomalil by tiež nedostatok G6P pri vstupe do procesu, a preto by predstavoval akúsi vedľajšiu škodu.