Oglaševanje na portalu

Pomen glikolize za telo. Glikoliza. Jaz sem korak. Tvorba izomerov triozofosfata

Glikoliza je glavni proces katabolizma različnih ogljikovih hidratov za mnoge žive organizme. Prav ta omogoča generiranje energije v obliki molekul ATP v tistih celicah, kjer ne pride do fotosinteze. Anaerobna glikoliza poteka v prisotnosti ali odsotnosti kisika.

Posebnosti procesa

Številne študije kemijskega bistva tega procesa so pokazale, da imata začetni stopnji fermentacije in dihanja podobnosti. Zahvaljujoč temu odkritju so znanstveniki pojasnili enotnost v živem svetu. Anaerobna glikoliza se pojavi po zaključku cikla trikarboksilne kisline in prenosa prostih elektronov. Piruvat vstopi v mitohondrije in se oksidira v ogljikov dioksid. Posledica tega je sproščanje proste energije iz heksoze. Encimi, ki pospešujejo glikolitične reakcije, se v mnogih celicah nahajajo v topni obliki v citosolu. Pospeševalci procesa oksidacije heksoze, ki se pojavi v prisotnosti kisika, so koncentrirani v mitohondrijskih membranah.

Za razdelitev molekule ogljikovih hidratov, ki vsebuje šest ogljikovih atomov, na dve molekuli je potrebna prisotnost desetih aktivnih encimov. Raziskovalcem jih je uspelo prepoznati v čista oblika, preučiti njihove fizikalne in kemijske lastnosti.

Faze procesa

Proces glikolize poteka v celicah živih organizmov. Spremlja ga tvorba piruvične kisline in je sestavljen iz več stopenj. Za okvaro dihanja je treba aktivirati glukozo. Podoben proces se zgodi, ko je ogljikov atom fosforiliran pri interakciji z ATP.

glukoza + ATP = glukoza-6-fosfat + ADP

Za izvedbo te kemične interakcije se uporabljajo magnezijevi kationi in heksokinaza (encim). Nato se reakcijski produkt izomerizira v fruktozo-6-fosfat. Kot katalizator se uporablja encim fosfoglukoizomeraza.

Za glikolizo glukoze je značilna druga stopnja, v kateri sodeluje ATP. Dodatek fosforne kisline se pojavi pri prvem atomu ogljika v fruktozi. Naslednje stopnje glikolize so povezane z ločevanjem nastalega fruktozo-1,6-difosfata v trioze, nastanek PGA (3-fosfogliceraldehida).

Glikoliza je večstopenjski proces, povezan s sproščanjem energije. Ko se ena molekula glukoze razgradi, dobimo dve molekuli PHA, zato se ponavljata.

Glikoliza je proces, ki ga povzema enačba:

C6H12O6 + 2ATP + 2NAD + 2Pn + 4ADP → 2PVK 2NADH + 2H+ + 4ATP + 2ADP

Regulacija glikolize

Glikoliza je pomemben proces za živi organizem. Namenjen je opravljanju dveh funkcij:

  • nastajanje ATP med razpadom molekul heksoze;
  • transport gradnikov za nadaljnji proces sinteze.

Regulacija tega procesa je namenjena popolnemu zadovoljevanju teh potreb žive celice. Reakcije, pri katerih encimi delujejo kot katalizatorji, so ireverzibilne.

Poseben pomen pri izvajanju regulativne funkcije je fosfofruktokinaza. Ta encim opravlja regulativno funkcijo in označuje hitrost procesa.

Fiziološki pomen

Glikolizo lahko štejemo za univerzalno metodo katabolizma glukoze. Aktivno ga uporabljajo pro- in evkariontski organizmi. Encimi, ki katalizirajo glikolizo, se raztopijo v vodi in kopičijo v citosolu. Nekatere živalske celice in tkiva lahko katabolizirajo heksozo samo z glikolizo. Na primer, celice ledvičnega kanala in možganski nevroni imajo podobne sposobnosti.

Obstaja nekaj razlik v fiziološki vlogi glikolize v maščobnem tkivu in jetrih. Med prebavo v maščobnem tkivu in v jetrih je ta proces vir substratov, ki se uporabljajo pri sintezi maščob.

Nekatera rastlinska tkiva hranijo škrob v gomoljih. Vodne rastline pridobivajo energijo z glikolizo.

V anaerobnih pogojih se piruvat pretvori v etanol in laktat. Proces spremlja sproščanje velike količine energije.

Glikoliza ima v adipocitih pomemben fiziološki pomen. Z njegovo pomočjo se namesto oksidativnega procesa pojavi lipogeneza, ki zmanjša oksidativni stres.

Medicinski pomen

Ker se laktat, ki nastaja v anaerobnih pogojih, kopiči, se v krvi razvije laktacidoza. Privede do zmanjšanja reakcije krvnega okolja, ki ga spremljajo hude motnje celičnega metabolizma. Podoben proces se pojavi med patološkimi procesi, povezanimi z oslabljeno oskrbo tkiv s kisikom. Na primer z miokardnim infarktom, krvavitvijo, pljučno embolijo. Ta proces je posledica sladkorne bolezni, pri kateri namesto aerobne glikolize pride do anaerobnega procesa.

Glede na to, da je inzulin pospeševalec glikolize, pride pri sladkorni bolezni tipa 1 do upočasnitve glikolize. Zato tista zdravila, ki stimulirajo encime, ki se uporabljajo za ta proces, opravljajo funkcijo zdravljenja bolezni.

Zaključek

Glikoliza je proces, ki je nujen za polno delovanje organizmov. Pri raku se poraba glukoze desetkrat poveča, zato je sposobnost preživetja tumorskih celic odvisna od glikolize.

Po podrobni študiji posebnosti tega procesa so znanstveniki lahko uporabili glikolizo ne samo za hranjenje celic, ampak tudi za zdravljenje nekaterih bolezni.

IN anaerobni proces piruvična kislina se reducira v mlečno kislino (laktat), zato v mikrobiologiji anaerobno glikolizo imenujemo mlečnokislinska fermentacija. Laktat je presnovni slepa ulica in se potem ne spremeni v nič, je edini način za izrabo laktata ta, da ga oksidiramo nazaj v piruvat.

Številne celice v telesu so sposobne anaerobne oksidacije glukoze. Za rdeče krvne celice je edini vir energije. Celice skeletne mišice zaradi razgradnje glukoze brez kisika so sposobni izvajati močno, hitro, intenzivno delo, kot je sprint, napetost pri športih moči. Izven fizične aktivnosti se med hipoksijo poveča brezkisikova oksidacija glukoze v celicah – z različne vrste slabokrvnost, pri motnje krvnega obtoka v tkivih, ne glede na vzrok.

Glikoliza

Anaerobna transformacija glukoze je lokalizirana v citosol in vključuje dva koraka po 11 encimskih reakcij.

Prva stopnja glikolize

Prva stopnja glikolize je pripravljalni, tu se porablja energija ATP, aktivira se glukoza in iz nje nastane trioza fosfati.

Prva reakcija Glikoliza se zmanjša na pretvorbo glukoze v reaktivno spojino zaradi fosforilacije 6. atoma ogljika, ki ni vključen v obroč. Ta reakcija je prva v kateri koli pretvorbi glukoze, ki jo katalizira heksokinaza.

Druga reakcija potreben za odstranitev drugega ogljikovega atoma iz obroča za njegovo kasnejšo fosforilacijo (encim glukoza fosfat izomeraza). Posledično nastane fruktozo-6-fosfat.

Tretja reakcija– encim fosfofruktokinaza fosforilira fruktozo-6-fosfat, da tvori skoraj simetrično molekulo fruktozo-1,6-bifosfata. Ta reakcija je glavna pri uravnavanju hitrosti glikolize.

IN četrta reakcija fruktozo 1,6-bisfosfat prepolovimo fruktoza-1,6-difosfat- aldolaze s tvorbo dveh fosforiliranih izomerov trioze - aldoze gliceraldehid(GAF) in ketoze dioksiaceton(DAF).

Peta reakcija pripravljalna faza - prehod gliceraldehid fosfata in dioksiaceton fosfata drug v drugega s sodelovanjem triozafosfat izomeraza. Ravnotežje reakcije je premaknjeno v korist dihidroksiacetonfosfata, njegov delež je 97 %, delež gliceraldehidfosfata je 3 %. Ta reakcija kljub svoji preprostosti določa nadaljnjo usodo glukoze:

  • ob pomanjkanju energije v celici in aktivaciji oksidacije glukoze se dihidroksiacetonfosfat pretvori v gliceraldehidfosfat, ki se nadalje oksidira v drugi fazi glikolize,
  • z zadostno količino ATP, nasprotno, gliceraldehid fosfat izomerizira v dihidroksiaceton fosfat, slednji pa se pošlje za sintezo maščob.

Druga stopnja glikolize

Druga stopnja glikolize je sproščanje energije, vsebovan v gliceraldehid fosfatu, in shranjevanje v obliki ATP.

Šesta reakcija glikoliza (encim gliceraldehid fosfat dehidrogenaza) – oksidacija gliceraldehidfosfata in dodajanje fosforne kisline vodi do nastanka visokoenergijske spojine 1,3-difosfoglicerinske kisline in NADH.

IN sedma reakcija(encim fosfoglicerat kinaza) energija fosfoestrske vezi, ki jo vsebuje 1,3-difosfoglicerat, se porabi za tvorbo ATP. Reakcija je dobila dodatno ime -, ki pojasnjuje vir energije za pridobivanje visokoenergijske vezi v ATP (iz reakcijskega substrata) v nasprotju z oksidativno fosforilacijo (iz elektrokemijski gradient vodikovi ioni na mitohondrijski membrani).

Osma reakcija– 3-fosfoglicerat, sintetiziran v prejšnji reakciji pod vplivom fosfoglicerat mutaza izomerizira v 2-fosfoglicerat.

Deveta reakcija– encim enolaza odvzema molekulo vode iz 2-fosfoglicerinske kisline in vodi do tvorbe visokoenergijske fosfoestrske vezi v sestavi fosfoenolpiruvata.

Deseta reakcija drugo je glikoliza reakcija fosforilacije substrata– sestoji iz prenosa visokoenergetskega fosfata s piruvat kinazo iz fosfoenolpiruvata v ADP in tvorbo piruvične kisline.

splošni pregled

Glikolitična pot je sestavljena iz 10 zaporednih reakcij, od katerih vsako katalizira ločen encim.

Proces glikolize lahko razdelimo na dve stopnji. Prva faza, ki se pojavi s porabo energije 2 molekul ATP, je sestavljena iz cepitve molekule glukoze v 2 molekuli gliceraldehid-3-fosfata. Na drugi stopnji pride do NAD-odvisne oksidacije gliceraldehid-3-fosfata, ki jo spremlja sinteza ATP. Sama glikoliza je popolnoma anaerobni proces, to pomeni, da ne zahteva prisotnosti kisika, da pride do reakcij.

Glikoliza je eden najstarejših presnovnih procesov, poznan v skoraj vseh živih organizmih. Domnevno se je glikoliza pojavila pred več kot 3,5 milijardami let pri primordialnih prokariontih.

Lokalizacija

V celicah evkariontskih organizmov se v citosolu nahaja deset encimov, ki katalizirajo razgradnjo glukoze v PVC, vsi drugi encimi pa so povezani z energetski metabolizem, - v mitohondrijih in kloroplastih. Glukoza vstopi v celico na dva načina: od natrija odvisen simbol (predvsem za enterocite in epitelij ledvičnih tubulov) in olajšana difuzija glukoze z uporabo nosilnih proteinov. Delo teh transportnih proteinov nadzirajo hormoni in predvsem insulin. Insulin najmočneje spodbuja transport glukoze v mišicah in maščobnem tkivu.

Rezultat

Rezultat glikolize je pretvorba ene molekule glukoze v dve molekuli piruvične kisline (PVA) in nastanek dveh redukcijskih ekvivalentov v obliki koencima NAD∙H.

Popolna enačba za glikolizo je:

Glukoza + 2NAD + + 2ADP + 2P n = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H 2 O + 2H + .

V odsotnosti ali pomanjkanju kisika v celici se piruvična kislina reducira v mlečno kislino, nato splošna enačba glikoliza bo takšna:

Glukoza + 2ADP + 2P n = 2laktat + 2ATP + 2H 2 O.

Tako je med anaerobno razgradnjo ene molekule glukoze skupni neto izkoristek ATP dve molekuli, dobljeni v reakcijah substratne fosforilacije ADP.

V aerobnih organizmih so končni produkti glikolize podvrženi nadaljnjim transformacijam v biokemičnih ciklih, povezanih s celičnim dihanjem. Kot rezultat, po popolni oksidaciji vseh metabolitov ene molekule glukoze na zadnji stopnji celičnega dihanja - oksidativno fosforilacijo, ki se pojavljajo v mitohondrijih dihalne verige ob prisotnosti kisika se za vsako molekulo glukoze sintetizira dodatnih 34 ali 36 molekul ATP.

Pot

Prva reakcija glikoliza je fosforilacija molekule glukoze, ki se pojavi s sodelovanjem tkivno specifičnega encima heksokinaze s porabo energije 1 molekule ATP; nastane aktivna oblika glukoze - glukoza-6-fosfat (G-6-F):

Za potek reakcije je v mediju potrebna prisotnost Mg 2+ ionov, s katerimi je kompleksno vezana molekula ATP. Ta reakcija je ireverzibilna in je prva ključna reakcija glikolize.

Fosforilacija glukoze ima dva namena: prvič, zaradi dejstva, da plazemska membrana, prepustna za nevtralno molekulo glukoze, ne dopušča prehoda negativno nabitih molekul G-6-P, se fosforilirana glukoza zaklene znotraj celice. Drugič, med fosforilacijo se glukoza pretvori v aktivno obliko, ki lahko sodeluje v biokemičnih reakcijah in je vključena v presnovne cikle.

Jetrni izoencim heksokinaze, glukokinaza, je pomemben pri uravnavanju ravni glukoze v krvi.

V naslednji reakciji ( 2 ) z encimom fosfoglukoizomeraza G-6-P se pretvori v fruktoza 6-fosfat (F-6-F):

Za to reakcijo ni potrebna energija in reakcija je popolnoma reverzibilna. Na tej stopnji se lahko fruktoza s fosforilacijo vključi tudi v proces glikolize.

Skoraj takoj ena za drugo sledita dve reakciji: ireverzibilna fosforilacija fruktozo-6-fosfata ( 3 ) in reverzibilno aldolno cepitev nastalega fruktoza 1,6-bifosfat (F-1,6-bF) v dva trioza ( 4 ).

Fosforilacijo P-6-P izvaja fosfofruktokinaza s porabo energije druge molekule ATP; to je drugo ključna reakcija glikolize, njena regulacija določa intenzivnost glikolize kot celote.

Aldolna cepitev F-1,6-bF nastane pod delovanjem fruktozo-1,6-bisfosfat aldolaze:

Kot rezultat četrte reakcije, dihidroksiaceton fosfat in gliceraldehid-3-fosfat, prvi pa je skoraj takoj pod vplivom fosfotrioza izomeraza gre v drugo ( 5 ), ki sodeluje pri nadaljnjih transformacijah:

Vsako molekulo gliceraldehid fosfata oksidira NAD+ v prisotnosti gliceraldehid fosfat dehidrogenaza prej 1,3-difosfoglicerat (6 ):

Naslednji z 1,3-difosfoglicerat ki vsebuje visokoenergijsko vez na položaju 1, encim fosfoglicerat kinaza prenese ostanek fosforne kisline na molekulo ADP (reakcija 7 ) - nastane molekula ATP:

To je prva reakcija fosforilacije substrata. Od tega trenutka naprej proces razgradnje glukoze v energetskem smislu preneha biti nedonosen, saj stroški energije prve stopnje se kompenzirata: sintetizirata se 2 molekuli ATP (ena za vsak 1,3-difosfoglicerat) namesto dveh, porabljenih v reakcijah. 1 in 3 . Za nastanek te reakcije je potrebna prisotnost ADP v citosolu, to pomeni, da ko je v celici presežek ATP (in pomanjkanje ADP), se njegova hitrost zmanjša. Ker se ATP, ki se ne presnavlja, ne odlaga v celici, ampak se preprosto uniči, je ta reakcija pomemben regulator glikolize.

Nato zaporedno: nastane fosfoglicerol mutaza 2-fosfoglicerat (8 ):

Enolazne oblike fosfoenolpiruvat (9 ):

Končno se pojavi druga reakcija substratne fosforilacije ADP s tvorbo enolne oblike piruvata in ATP ( 10 ):

Reakcija poteka pod delovanjem piruvat kinaze. To je zadnja ključna reakcija glikolize. Izomerizacija enolne oblike piruvata v piruvat poteka neencimsko.

Od svojega nastanka F-1,6-bF Pojavijo se le reakcije, ki sproščajo energijo 7 in 10 , pri katerem pride do fosforilacije substrata ADP.

Nadaljnji razvoj

Končna usoda piruvata in NAD∙H, ki nastaneta med glikolizo, je odvisna od organizma in pogojev v celici, zlasti od prisotnosti ali odsotnosti kisika ali drugih sprejemnikov elektronov.

V anaerobnih organizmih piruvat in NAD∙H dodatno fermentirata. Med mlečnokislinsko fermentacijo, na primer v bakterijah, se piruvat reducira v mlečno kislino z encimom laktat dehidrogenaza. Pri kvasu je podoben proces alkoholna fermentacija, kjer sta končna produkta etanol in ogljikov dioksid. Poznamo tudi maslenokislinsko in citronskokislinsko vrenje.

Maslenokislinska fermentacija:

Glukoza → maslena kislina + 2 CO 2 + 2 H 2 O.

Alkoholna fermentacija:

Glukoza → 2 etanol + 2 CO 2 .

Citronsko kislinska fermentacija:

Glukoza → citronska kislina + 2 H 2 O.

Fermentacija je pomembna v prehrambeni industriji.

Pri aerobih piruvat tipično vstopi v cikel trikarboksilne kisline (Krebsov cikel), NAD∙H pa na koncu oksidira kisik v dihalni verigi v mitohondrijih med procesom oksidativne fosforilacije.

Čeprav je človeški metabolizem pretežno aerobni, se anaerobna oksidacija pojavlja v intenzivno delujočih skeletnih mišicah. V pogojih omejenega dostopa kisika se piruvat pretvori v mlečno kislino, kot se zgodi med mlečnokislinsko fermentacijo v številnih mikroorganizmih:

PVK + NAD∙H + H + → laktat + NAD + .

Bolečine v mišicah, ki se pojavijo nekaj časa po nenavadni intenzivni telesni aktivnosti, so povezane s kopičenjem mlečne kisline v njih.

Nastajanje mlečne kisline je slepa veja presnove, ni pa končni produkt presnove. Pod delovanjem laktat dehidrogenaze se mlečna kislina ponovno oksidira in tvori piruvat, ki je vključen v nadaljnje transformacije.

Regulacija glikolize

Obstajajo lokalni in splošni predpisi.

Lokalna regulacija se izvaja s spreminjanjem aktivnosti encimov pod vplivom različnih metabolitov znotraj celice.

Regulacija glikolize kot celote, neposredno za celoten organizem, poteka pod vplivom hormonov, ki prek molekul sekundarnih posrednikov vplivajo na spremembo znotrajcelične presnove.

Insulin ima pomembno vlogo pri spodbujanju glikolize. Glukagon in adrenalin sta najpomembnejša hormonska zaviralca glikolize.

Insulin stimulira glikolizo z:

  • aktivacija heksokinazne reakcije;
  • stimulacija fosfofruktokinaze;
  • stimulacija piruvat kinaze.

Na glikolizo vplivajo tudi drugi hormoni. Na primer, somatotropin zavira glikolitične encime, ščitnični hormoni pa so stimulansi.

Glikoliza je regulirana skozi več ključnih korakov. Reakcije, ki jih katalizira heksokinaza ( 1 ), fosfofruktokinaza ( 3 ) in piruvat kinazo ( 10 ) za katere je značilno znatno zmanjšanje proste energije in so praktično nepopravljive, kar jim omogoča, da so učinkovite točke regulacije glikolize.

Regulacija heksokinaze

Heksokinaza inhibira produkt reakcije, glukoza-6-fosfat, ki se alosterično veže na encim in spremeni njegovo aktivnost.

Ker glavnina G-6-P v celici nastane z razgradnjo glikogena, heksokinazna reakcija dejansko ni potrebna za nastanek glikolize, fosforilacija glukoze pa ni izjemnega pomena pri regulaciji. glikolize. Heksokinazna reakcija je pomemben korak pri uravnavanju koncentracije glukoze v krvi in ​​celici.

Pri fosforilaciji glukoza izgubi sposobnost prenašanja skozi membrano s pomočjo nosilnih molekul, kar ustvarja pogoje za njeno kopičenje v celici. Inhibicija G-6-P heksokinaze omejuje vstop glukoze v celico in preprečuje njeno čezmerno kopičenje.

Glukoza-6-fosfat ne zavira jetrne glukokinaze (IV izotip heksokinaze) in jetrne celice še naprej kopičijo glukozo tudi z visoko vsebnostjo G-6-P, iz katere se nato sintetizira glikogen. V primerjavi z drugimi izotipi se glukokinaza odlikuje z visoko vrednostjo Michaelisove konstante, to pomeni, da encim deluje s polno zmogljivostjo le v pogojih visoke koncentracije glukoze, ki se skoraj vedno pojavi po obroku.

Glukoza-6-fosfat se lahko pretvori nazaj v glukozo z delovanjem glukoza-6-fosfataze. Encima glukokinaza in glukoza-6-fosfataza sodelujeta pri vzdrževanju normalne koncentracije glukoze v krvi.

Regulacija fosfofruktokinaze

Intenzivnost fosfofruktokinazne reakcije odločilno vpliva na celotno pretočnost glikolize, stimulacija fosfofruktokinaze pa velja za najpomembnejšo stopnjo regulacije.

Fosfofruktokinaza (PFK) je tetramerni encim, ki obstaja izmenično v dveh konformacijskih stanjih (R in T), ki sta v ravnovesju in izmenično prehajata iz enega v drugega. ATP je hkrati substrat in alosterični zaviralec FFK.

Vsaka od podenot FFK ima dve vezavni mesti za ATP: substratno mesto in inhibicijsko mesto. Substratno mesto je enako sposobno pritrditi ATP v kateri koli tetramerni konformaciji. Medtem ko inhibicijsko mesto veže ATP izključno, ko je encim v konformacijskem stanju T, je še en substrat PPA fruktoza 6-fosfat, ki se na encim veže prednostno v stanju R. Pri visokih koncentracijah ATP je mesto inhibicije zasedeno, prehodi med encimskimi konformacijami postanejo nemogoči in večina encimskih molekul se stabilizira v T-stanju, ne morejo pritrditi P-6-P. Vendar pa zaviranje fosfofruktokinaze z ATP zavre AMP, ki se veže na konformacije R encima in tako stabilizira stanje encima za vezavo P-6-P.

Najpomembnejši alosterični regulator glikolize in glukoneogeneze je fruktoza 2,6-bifosfat, ki ni vmesni člen teh ciklov. Fruktoza 2,6-bisfosfat alosterično aktivira fosfofruktokinazo.

Sintezo fruktozo-2,6-bifosfata katalizira poseben bifunkcionalni encim - fosfofruktokinaza-2/fruktoza-2,6-bifosfataza (PFK-2/F-2,6-BPaza). V svoji nefosforilirani obliki je protein znan kot fosfofruktokinaza-2 in ima katalitično aktivnost proti fruktozo 6-fosfatu, pri čemer sintetizira fruktozo 2-6-bifosfat. Posledično se znatno stimulira aktivnost FPA in močno zavre aktivnost fruktozo-1,6-bifosfataze. To pomeni, da se pod pogojem aktivnosti FFK-2 ravnotežje te reakcije med glikolizo in glukoneogenezo premakne proti prvemu - sintetizira se fruktoza-1,6-bifosfat.

V svoji fosforilirani obliki bifunkcionalni encim nima kinazne aktivnosti, nasprotno, aktivira se mesto v njegovi molekuli, ki hidrolizira P2,6BP v P6P in anorganski fosfat. Presnovni učinek fosforilacije bifunkcionalnega encima je, da alosterična stimulacija PPA preneha, alosterična inhibicija F-1,6-BPaze je odpravljena in ravnotežje se premakne proti glukoneogenezi. Proizvaja se F6P in nato glukoza.

Medsebojne pretvorbe bifunkcionalnega encima izvaja cAMP-odvisna protein kinaza (PK), ki jo uravnavajo peptidni hormoni, ki krožijo v krvi.

Ko se koncentracija glukoze v krvi zmanjša, se zavre tudi tvorba insulina, nasprotno pa se spodbudi sproščanje glukagona, njegova koncentracija v krvi pa se močno poveča. Glukagon (in drugi kontrainzularni hormoni) se vežejo na receptorje plazemska membrana jetrnih celic, kar povzroči aktivacijo membranske adenilat ciklaze. Adenilat ciklaza katalizira pretvorbo ATP v ciklični AMP. cAMP se veže na regulatorno podenoto protein kinaze, kar povzroči sproščanje in aktivacijo njenih katalitičnih podenot, ki jih fosforilirajo številni encimi, vključno z bifunkcionalno FFK-2/F-2,6-BPazo. Hkrati se ustavi poraba glukoze v jetrih in aktivirata se glukoneogeneza in glikogenoliza, ki ponovno vzpostavijo normoglikemijo.

Piruvat kinaza

Naslednji korak, kjer se izvaja regulacija glikolize, je zadnja reakcija - stopnja delovanja piruvat kinaze. Številni izoencimi z regulatornimi značilnostmi so bili opisani tudi za piruvat kinazo.

Jetrna piruvat kinaza(L-tip) je reguliran s fosforilacijo, asteričnimi efektorji in z uravnavanjem izražanja genov. Encim inhibirata ATP in acetil-CoA, aktivira pa ga fruktoza-1,6-bisfosfat. Zaviranje piruvat kinaze z ATP je podobno učinku ATP na PPA. Vezava ATP na mesto inhibicije encima zmanjša njegovo afiniteto za fosfoenolpiruvat. Jetrna piruvat kinaza je fosforilirana in inhibirana s protein kinazo, zato je tudi pod hormonskim nadzorom. Poleg tega je aktivnost jetrne piruvat kinaze regulirana kvantitativno, to je s spreminjanjem stopnje njene sinteze. To je počasna, dolgoročna ureditev. Povečanje ogljikovih hidratov v prehrani spodbuja izražanje genov, ki kodirajo piruvat kinazo, kar povzroči povečanje ravni encima v celici.

M-tip piruvat kinaze, ki ga najdemo v možganih, mišicah in drugih tkivih, ki potrebujejo glukozo, ne uravnava protein kinaza. To je temeljnega pomena, ker presnovo teh tkiv določajo samo notranje potrebe in ni odvisna od ravni glukoze v krvi.

Zunanji vplivi, kot je znižana raven glukoze v krvi ali sproščanje hormonov, ne vplivajo na mišično piruvat kinazo. Zunajcelična stanja, ki vodijo do fosforilacije in inhibicije jetrnega izoencima, ne spremenijo aktivnosti piruvat kinaze tipa M. To pomeni, da je intenzivnost glikolize v progastih mišicah določena samo s pogoji znotraj celice in ni odvisna od splošne regulacije.

Pomen

Glikoliza je katabolična pot izjemnega pomena. Zagotavlja energijo za celične reakcije, vključno s sintezo beljakovin. Intermediati glikolize se uporabljajo pri sintezi maščob. Piruvat se lahko uporablja tudi za sintezo alanina, aspartata in drugih spojin. Zahvaljujoč glikolizi delovanje mitohondrijev in razpoložljivost kisika ne omejujejo mišične moči med kratkotrajnimi ekstremnimi obremenitvami.

Poglej tudi

Povezave

  • Glikoliza

Anaerobna glikoliza je kompleksen encimski proces zaporednih transformacij glukoze, ki poteka v človeških in živalskih tkivih brez porabe kisika (slika 28).

Reverzibilno pretvorbo piruvične kisline v mlečno kislino katalizira laktat dehidrogenaza:

Skupni rezultat glikolize je izražen z naslednjo enačbo: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP = 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O

Tako je neto izkoristek ATP med anaerobno glikolizo 2 mol ATP na 1 mol glukoze. Zahvaljujoč anaerobni glikolizi lahko človeško in živalsko telo v pogojih pomanjkanja kisika določen čas opravlja številne fiziološke funkcije.

Ta proces v bakterijah se imenuje mlečnokislinska fermentacija: je osnova za pripravo fermentiranih mlečnih izdelkov. Anaerobna glikoliza poteka v citosolu celic, ki vsebuje vse za to potrebne encime in ne zahteva mitohondrijske dihalne verige. ATP v procesu anaerobne glikolize nastane zaradi reakcij fosforilacije substrata.

V kvasovkah v anaerobnih pogojih poteka podoben proces - alkoholna fermentacija, v tem primeru se piruvična kislina dekarboksilira v acetaldehid, ki se nato reducira v etilni alkohol:

CH 3 -CO-COOH → CH 3 -CHO + CO 2;

CH 3 -CHO + NAD.H+H + → CH 3 -CH 2 -OH + NAD + .

Slika 28. Shema anaerobne glikolize glukoze

10.6. Aerobna razgradnja glukoze

Aerobna razgradnja glukoze vključuje tri stopnje:

1) pretvorba glukoze v piruvično kislino (piruvat) - aerobna glikoliza. Ta del je podoben zgoraj obravnavanemu procesu anaerobne glikolize, razen njegove zadnje stopnje (pretvorba piruvata v mlečno kislino);

2) splošna pot katabolizma;

3) mitohondrijska elektronska transportna veriga - proces tkivnega dihanja.

Splošna pot katabolizma

Splošna pot katabolizma je sestavljena iz dveh stopenj.

1. stopnja - oksidativna dekarboksilacija piruvične kisline. To je zapleten večstopenjski proces, ki ga katalizira večencimski sistem - kompleks piruvat dehidrogenaze; lokaliziran v mitohondrijih (notranja membrana in matriks) in se lahko izrazi s povzetkom splošne sheme:

CH 3 -CO-COOH + HS-KoA + NAD + → CH 3 -CO-SkoA + NADH.H+H + + CO 2.

2. stopnja - Krebsov cikel (citratni cikel ali cikel trikarboksilnih in dikarboksilnih kislin) (slika 29); lokaliziran v mitohondrijih (v matriksu). V tem ciklu acetilni ostanek, vključen v acetil-CoA, tvori številne primarne donorje vodika. Nato vodik s sodelovanjem dehidrogenaz vstopi v dihalno verigo. Zaradi skupnega delovanja citratnega cikla in dihalne verige se acetilni ostanek oksidira v CO 2 in H 2 O. Celotna enačba za celotno zaporedje transformacij glukoze med aerobno razgradnjo je naslednja:

C 6 H 12 O 2 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O

Energijski učinek aerobne razgradnje je sinteza 38 molekul ATP iz razgradnje 1 molekule glukoze. Tako je v energetskem smislu popolna oksidacija glukoze v ogljikov dioksid in vodo učinkovitejši proces kot anaerobna glikoliza. Kisik zavira anaerobno glikolizo, zato v prisotnosti presežka kisika v rastlinskih in živalskih tkivih opazimo prehod iz anaerobne glikolize (fermentacije) v dihanje (aerobna glikoliza), tj. preklop celic na učinkovitejši in varčnejši način pridobivanja energije (Pasteurjev učinek). Vloga anaerobne glikolize pri oskrbi telesa z energijo je še posebej velika pri kratkotrajnem intenzivnem delu, ko moč mehanizma za prenos kisika v mitohondrije ni dovolj za zagotavljanje aerobne glikolize. Tako je tek za ~ 30 sekund (200 m) v celoti zagotovljen z anaerobno glikolizo, medtem ko se hitrost anaerobne glikolize zmanjša s povečanim dihanjem, stopnja aerobne razgradnje pa se poveča. Po 4-5 minutah. tek (1,5 km) - polovico energije dobi anaerobni proces, polovico aerobni proces. Po 30 min. (10 km teka) - energijo skoraj v celoti dovaja aerobni proces.

Rdeče krvne celice sploh nimajo mitohondrijev in njihovo potrebo po ATP popolnoma zadovolji anaerobna glikoliza.

(iz grškega glykys - sladek in lysis - razpad, razgradnja) - ena od treh glavnih (glikoliza, Krebsov cikel in Entner-Doudoroffova pot) načinov proizvodnje energije v živih organizmih. To je proces anaerobne (tj. Ne zahteva sodelovanja prostega O 2) encimske nehidrolitične razgradnje ogljikovih hidratov (predvsem glukoze in glikogena) v živalskih tkivih, ki ga spremlja sinteza adenozin trifosforne kisline (ATP) in se konča z nastajanje mlečne kisline. Glikoliza je pomembna za mišične celice, spermo in rastoča tkiva (vključno s tumorji), ker zagotavlja shranjevanje energije v odsotnosti kisika. Poznamo pa tudi glikolizo ob prisotnosti O2 (aerobna glikoliza) – v rdečih krvničkah, očesni mrežnici, plodovem tkivu takoj po rojstvu in v črevesni sluznici. G. in K. Corey, pa tudi pionirji biokemije, kot sta O. Meyerhoff in G. Embden, so veliko prispevali k preučevanju glikolize. Glikoliza je bila prvo popolnoma dešifrirano zaporedje biokemičnih reakcij (od poznega 19. stoletja do 1940-ih). Vlogo dobavitelja energije ima lahko tudi heksozamonofosfatni shunt ali pentozofosfatna pot v nekaterih celicah (eritrociti, maščobno tkivo).

Poleg glukoze lahko v procesu glikolize sodelujejo glicerol, nekatere aminokisline in drugi substrati. V mišičnem tkivu, kjer je glavni substrat glikolize glikogen, se proces začne z reakcijama 2 in 3 ( cm. shema) in se imenuje glikogenoliza. Pogost intermediat med glikogenolizo in glikolizo je glukoza-6-fosfat. Obratna pot tvorbe glikogena se imenuje glikogeneza.

Produkti, ki nastanejo med glikolizo, so substrati za nadaljnje oksidativne transformacije ( cm. Cikel trikarboksilne kisline ali Krebsov cikel). Procesi, podobni glikolizi, so mlečnokislinska, maslenokislinska, alkoholna in glicerolna fermentacija, ki poteka v celicah rastlin, kvasovk in bakterij. Intenzivnost posameznih stopenj glikolize je odvisna od kislosti - pH - pH (optimum pH 7-8), temperature in ionske sestave medija. Zaporedje reakcij glikolize ( cm. shema) je bila dobro raziskana in identificirani so bili vmesni proizvodi. Topni glikolitični encimi, prisotni v celičnem soku, so izolirani v kristalinični ali prečiščeni obliki.

Encimi, ki izvajajo posamezne stopnje glikolize:

1. Heksokinaza KF2.7.1.1 (ali glukokinaza KF2.7.1.2)

2. Glikogen fosforilaza KF2.4.1.1

3. Fosfoglukomutaza KF2.7.5.1

4. Glukoza fosfat izomeraza KF5.3.1.9

5. Fosfofruktokinaza KF2.7.1.11

6. Fruktoza bisfosfat aldolaza KF4.1.2.13

7. Triosefosfat izomeraza KF5.3.1.1

8, 9. Gliceraldehid fosfat dehidrogenaza KF1.2.1.12

10. Fosfoglicerat kinaza KF2.7.2.3

11. Fosfogliceromutaza KF2.7.5.3

12. Enolaza KF4.2.1.11

13. Piruvat kinaza KF2.7.1.40

14. Laktat dehidrogenaza KF1.1.1.27

Glikoliza se začne s tvorbo fosforjevih derivatov sladkorjev, kar prispeva k pretvorbi ciklične oblike substrata v aciklično, bolj reaktivno. Ena od reakcij, ki uravnava hitrost glikolize, je reakcija 2, ki jo katalizira encim fosforilaze. Osrednjo regulatorno vlogo pri glikolizi ima encim fosfofruktokinaza (reakcija 5), ​​katerega delovanje zavirata ATP in citrat, spodbujajo pa ga njegovi razgradni produkti. Osrednji člen glikolize je glikolitična oksidoredukcija (reakcije 8–10), ki je redoks proces, ki poteka z oksidacijo 3-fosfogliceraldehida v 3-fosfoglicerinsko kislino in redukcijo koencima nikotinamid adenin dinukleotida (NAD). Te transformacije izvaja 3-fosfogliceraldehid dehidrogenaza (DPGA) s sodelovanjem fosfoglicerat kinaze. To je edina oksidativna stopnja v glikolizi, vendar ne zahteva prostega kisika, potrebna je le prisotnost NAD +, ki se reducira na NAD-H 2.

Zaradi oksidoredukcije (redoks proces) se sprošča energija, ki se akumulira (v obliki energijsko bogate spojine ATP) v procesu fosforilacije substrata. Druga reakcija, ki zagotavlja tvorbo ATP, je reakcija 13 - tvorba piruvične kisline. V anaerobnih pogojih se glikoliza konča s tvorbo mlečne kisline (reakcija 14) pod delovanjem laktat dehidrogenaze in s sodelovanjem reduciranega NAD, ki se oksidira v NAD (NAD-H 2) in se lahko ponovno uporabi v oksidativni fazi. . V aerobnih pogojih se piruvična kislina oksidira v mitohondrijih med Krebsovim ciklom.

Tako pri razgradnji 1 molekule glukoze nastaneta 2 molekuli mlečne kisline in 4 molekule ATP. Hkrati se v prvih fazah glikolize (glej reakcije 1, 5) porabita 2 molekuli ATP na 1 molekulo glukoze. Med procesom glikogenolize nastanejo 3 molekule ATP, saj ni potrebe po izgubi ATP za proizvodnjo glukoza-6-fosfata. Prvih devet reakcij glikolize predstavlja njeno endergonsko (absorpcija energije) fazo, zadnjih devet reakcij pa njeno eksergonsko (sproščanje energije) fazo. Med procesom glikolize se sprosti le okoli 7 % teoretične energije, ki jo lahko pridobimo s popolno oksidacijo glukoze (v CO 2 in H 2 O). Vendar pa je skupna učinkovitost shranjevanja energije v obliki ATP 35–40 %, v praktičnih celičnih pogojih pa je lahko višja.

Gliceraldehid fosfat dehidrogenaza in laktat dehidrogenaza sta notranje sklopljeni (ena zahteva NAD +, druga proizvaja NAD +), kar zagotavlja kroženje tega koencima. To je lahko glavni biokemični pomen terminalne dehidrogenaze.

Vse reakcije glikolize so reverzibilne, razen 1, 5 in 13. Vendar pa je mogoče dobiti glukozo (reakcija 1) ali fruktozo monofosfat (reakcija 5) iz njunih fosforjevih derivatov s hidrolitično eliminacijo fosforne kisline v prisotnosti ustreznih encimov; reakcija 13 je praktično nepovratna, očitno zaradi visoka energija hidroliza fosforjeve skupine (približno 13 kcal/mol). Zato nastajanje glukoze iz produktov glikolize poteka po drugi poti.

V prisotnosti O 2 se hitrost glikolize zmanjša (Pasteurjev učinek). Obstajajo primeri zatiranja tkivnega dihanja z glikolizo (Crabtreejev učinek) v nekaterih tkivih, ki intenzivno glikolizirajo. Mehanizmi razmerja med anaerobnimi in aerobnimi oksidativnimi procesi niso v celoti raziskani. Hkratna regulacija procesov glikolize in glikogeneze edinstveno določa pretok ogljika skozi vsako od teh poti, odvisno od potreb telesa. Nadzor se izvaja na dveh ravneh - hormonski (pri višjih živalih prek regulatornih kaskad s sodelovanjem sekundarnih prenašalcev) in presnovni (v vseh organizmih).

Igor Rapanovič