Kateri učinki lahko zavirajo glikolizo?

Glikoliza je univerzalni presnovni proces med živimi bitji na svetu. Ta serija 10 reakcij v citoplazmi vseh celic pretvori molekulo sladkorja s šestimi ogljiki glukoza v dve molekuli piruvata, dve molekuli ATP in dve molekuli NADH.
Spoznajte glikolizo.

V prokarionti, ki so najpreprostejši organizmi, je glikoliza resnično edina igra celične presnove v mestu. Ti organizmi, ki so skoraj vsi sestavljeni iz ene same celice z razmeroma malo vsebnosti, so omejeni presnovne potrebe in glikoliza zadostuje, da lahko uspevajo in se razmnožujejo v odsotnosti konkurenčnih dejavniki. Evkarionti, po drugi strani pa razvaljamo glikolizo kot nekaj predjedi, preden glavna slika aerobnega dihanja nastopi na sliki.

Razprave o glikolizi se pogosto osredotočajo na pogoje, ki so ji naklonjeni, npr. Ustrezna koncentracija substrata in encimov. Manj pogosto omenjene, a tudi pomembne so stvari, ki bi lahko bile oblikovane zavirati stopnja glikolize. Čeprav celice potrebujejo energijo, nenehno iztekanje toliko surovin skozi mlin za glikolizo ni vedno zaželen celični rezultat. Na srečo celice lahko številni udeleženci glikolize vplivajo na njeno hitrost.

Glukoza je šest-ogljikov sladkor s formulo C₆H₁₂O₆. (Zabavna malenkost o biomolekulah: Vsak ogljikov hidrat - bodisi sladkor, škrob ali netopne vlaknine - ima splošno kemijsko formulo C_NH_2NO_N.) Ima molsko maso 180 g, po velikosti podobno težjim aminokislinam. Skozi plazemsko membrano lahko prosto difundira v celico in iz nje.

Glukoza je monosaharid, kar pomeni, da ni pridobljena s kombiniranjem manjših sladkorjev. Fruktoza je monosaharid, medtem ko je saharoza ("namizni sladkor") disaharid, sestavljen iz molekule glukoze in molekule fruktoze.

Predvsem je glukoza v obliki obroča, ki je v večini diagramov predstavljen kot šesterokotnik. Pet od šestih obročastih atomov je glukoza, šesti pa kisik. Ogljik številka 6 leži v metilu (- CH₃) skupina zunaj obroča.

Popolna formula za vsoto 10 reakcij glikolize je:

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

Z besedami to pomeni, da se molekula glukoze pretvori v dve molekuli glukoze, pri čemer nastane 2 ATP in 2 NADH (reducirana oblika nikotinamid adenin dinukleotida, pogost "nosilec elektrona" v biokemija).

Upoštevajte, da kisik ni potreben. Čeprav se piruvat skoraj vedno zaužije v aerobnih stopnjah dihanja, se glikoliza dogaja tako v aerobnih kot anaerobnih organizmih.

Glikoliza je klasično razdeljena na dva dela: "investicijska faza", ki zahteva 2 ATP (adenozin trifosfat, "energija" valuto "celic"), da molekulo glukoze oblikuje v nekaj z veliko potencialne energije in "izplačilo" ali "spravilo" faza, v kateri s pretvorbo ene molekule treh ogljikov (gliceraldehid-3-fosfat ali GAP) v drugo nastane 4 ATP, piruvat. To pomeni, da se na molekulo glukoze ustvari skupno 4 -2 = 2 ATP.

Ko glukoza vstopi v celico, je pod delovanjem encima fosforilirana (tj. Nanjo je pritrjena fosfatna skupina) heksokinaza. Ta encim ali beljakovinski katalizator je eden najpomembnejših regulatornih encimov pri glikolizi. Vsako od 10 reakcij v glikolizi katalizira en encim, ta encim pa katalizira samo to eno reakcijo.

Glukoza-6-fosfat (G6P), ki nastane v tej fazi fosforilacije, se nato pretvori v fruktozo-6-fosfat (F6P), preden pride do druge fosforilacije, tokrat v smeri fosfofruktokinaza, še en kritični regulatorni encim. Tako nastane fruktoza-1,6-bisfosfat (FBP) in prva faza glikolize je končana.

Fruktoza-1,6-bisfosfat se razdeli na par molekul s tremi ogljiki, dihidroksiaceton fosfat (DHAP) in gliceraldehid-3-fosfat (GAP). DHAP se hitro pretvori v GAP, zato je neto učinek razcepa ustvarjanje dveh enakih molekul treh ogljikov iz ene šest molekul ogljika.

GAP nato encim gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza pretvori v 1,3-difosfoglicerat. To je naporen korak; NAD⁺ pretvori v NADH in H⁺ z uporabo atomov vodika, odstranjenih iz GAP, in nato molekula fosforilira.

V preostalih korakih, ki 1,3-difosfoglicerat pretvorijo v piruvat, oba fosfata odstranimo zaporedoma iz molekule treh ogljikov, da dobimo ATP. Ker se vse po razdelitvi FBP zgodi dvakrat na molekulo glukoze, to pomeni, da 2 NADH, 2 H⁺ in 4 ATP nastanejo v povratni fazi, za mrežo 2 NADH, 2 H⁺ in 2 ATP.
Preberite več o končnem rezultatu glikolize.

Trije encimi, ki sodelujejo pri glikolizi, igrajo glavno vlogo pri uravnavanju procesa. Dve, ​​heksokinaza in fosfofruktokinaza (ali PFK), sta bili že omenjeni. Tretji, piruvat kinaza, je odgovoren za katalizacijo končne reakcije glikolize, pretvorbe fosfoenolpiruvata (PEP) v piruvat.

Vsak od teh encimov ima aktivatorji tako dobro, kot inhibitorji. Če poznate kemijo in koncept zaviranja povratnih informacij, boste morda lahko predvideli pogoje, zaradi katerih dani encim pospeši ali upočasni njegovo aktivnost. Na primer, če je območje celice bogato z G6P, ali bi pričakovali, da bo heksokinaza agresivno iskala molekule glukoze, ki so tavale? Verjetno ne bi, ker v teh pogojih ni nujno treba ustvariti dodatnega G6P. In bi imel prav.

G6P sicer heksokinazo zavira, vendar jo aktivirata AMP (adenozin monofosfat) in ADP (adenozin difosfat), prav tako PFK in piruvat kinaza. To je zato, ker višje ravni AMP in ADP običajno pomenijo nižje ravni ATP, in kadar je ATP nizek, je zagon za nastanek glikolize velik.

Piruvat kinazo aktivira tudi fruktoza-1,6-bisfosfat, kar je smiselno, ker preveč FBP pomeni da se vmesni del glikolize kopiči v zgornjem toku in da se morajo stvari na koncu konca zgoditi hitreje proces. Tudi fruktoza-2,6-bisfosfat je aktivator PFK.

Kot smo že omenili, heksokinazo zavira G6P. Prisotnost ATP zavira PFK in piruvat kinazo iz istega osnovnega razloga, ker ju aktivirata AMP in ADP: Energijsko stanje celice je naklonjeno zmanjšanju hitrosti glikolize.

PFK zavira tudi citrat, sestavni del Krebsovega cikla, ki se pri aerobnem dihanju pojavi navzdol. Piruvat kinazo zavira acetil CoA, ki je molekula, v katero se piruvat pretvori po koncu glikolize in pred Krebsovim ciklom začne (dejansko se acetil CoA v prvem koraku cikla kombinira z oksaloacetatom, da ustvari citrat). Nazadnje aminokislina alanin zavira tudi piruvat kinazo.

Lahko pričakujete, da drugi proizvodi glikolize poleg G6P zavirajo heksokinazo, saj njihova prisotnost v pomembnih količinah kaže na zmanjšano potrebo po G6P. Vendar le G6P sam zavira heksokinazo. Zakaj je to?

Razlog je dokaj preprost: G6P je potreben za reakcijske poti, ki niso glikoliza, vključno s pentozo fosfatnim šantom in sinteza glikogena. Če bi torej molekule, ki niso G6P na nižji stopnji, heksokinazo lahko preprečile njenemu delu, te druge reakcijske poti bi se upočasnila tudi zaradi pomanjkanja vstopa G6P v postopek in bi zato predstavljala nekakšno stransko škodo.