Reakce aerobní glykolýzy a osud glykolytických zprostředkovatelů



aerobní glykolýza je definován jako použití přebytečné glukózy, která není zpracována oxidační fosforylací směrem k tvorbě "fermentačních" produktů, a to ani v podmínkách vysokých koncentrací kyslíku a navzdory poklesu energetické účinnosti.

Běžně se vyskytuje ve tkáních s vysokou proliferační rychlostí, jejichž spotřeba glukózy a kyslíku je vysoká. Příkladem jsou rakovinné nádorové buňky, některé parazitické buňky krve savců a dokonce i buňky některých oblastí mozku savců..

Energie získaná katabolismem glukózy je zachována ve formě ATP a NADH, které jsou používány downstream v různých metabolických drahách.

Během aerobní glykolýzy je pyruvát nasměrován na Krebsův cyklus a elektronový transportní řetězec, ale je také zpracován fermentační cestou pro regeneraci NAD + bez další produkce ATP, která končí tvorbou laktátu..

Aerobní nebo anaerobní glykolýza se vyskytuje hlavně v cytosolu, s výjimkou organismů, jako jsou trypanosomatidy, které mají specializované glykolytické organely známé jako glykosomy..

Glykolýza je jednou z nejznámějších metabolických drah. Byl formulován výhradně ve třicátých letech minulého století Gustavem Embdenem a Otto Meyerhofem, kteří studovali dráhu v buňkách kosterních svalů. Nicméně, aerobní glykolýza je známá jako Warburg účinek protože 1924.

Index

  • 1 Reakce
    • 1.1 Energetická investiční fáze
    • 1.2 Fáze využití energie
  • 2 Určení glykolytických zprostředkovatelů
  • 3 Odkazy

Reakce

Aerobní katabolismus glukózy se vyskytuje v deseti krocích katalyzovaných enzymaticky. Mnozí autoři se domnívají, že tyto kroky jsou rozděleny na fázi investic do energie, jejímž cílem je zvýšit obsah volné energie v prostředích zprostředkovatelů a další v oblasti náhrad a energetického zisku ve formě ATP..

Energetická investiční fáze

1-Fosforylace glukózy na glukózový 6-fosfát katalyzovaný hexokinázou (HK). V této reakci je jedna molekula ATP, která působí jako donor fosfátové skupiny, invertována pro každou molekulu glukózy. Poskytuje glukózový 6-fosfát (G6P) a ADP a reakce je nevratná.

Enzym nutně vyžaduje vytvoření kompletního Mg-ATP2 - pro jeho fungování, což je důvod, proč si zaslouží ionty hořčíku.

2-Izomerizace G6P na fruktóza-6-fosfát (F6P). Nezahrnuje výdaje na energii a je reverzibilní reakcí katalyzovanou fosfoglukózovou izomerázou (PGI)..

3-Fosforylace F6P na fruktózový 1,6-bisfosfát katalyzovaný fosfofruktokinázou-1 (PFK-1). ATP molekula se používá jako donor fosfátové skupiny a produkty reakce jsou F1.6-BP a ADP. Díky své hodnotě ΔG je tato reakce nevratná (stejně jako reakce 1).

4-Katalytické štěpení F1.6-BP v dihydroxyaceton fosfátu (DHAP), ketose a glyceraldehyd 3-fosfátu (GAP), aldóze. Za tuto reverzibilní kondenzaci aldolu je zodpovědný enzym aldolasa.

5-Triose fosfát izomeráza (TIM) je zodpovědná za interkonverzi triosefosfátu: DHAP a GAP, bez dodatečného vstupu energie.

Fáze zpětného získávání energie

1-GAP je oxidován glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázou (GAPDH), která katalyzuje přenos fosfátové skupiny na GAP za vzniku 1,3-bifosfoglycerátu. V této reakci jsou dvě molekuly NAD + redukovány na molekulu glukózy a používají se dvě anorganické molekuly fosfátu.

Každý vyrobený NADH prochází elektronovým transportním řetězcem a 6 molekul ATP je syntetizováno oxidační fosforylací.

2-Fosfoglycerátkináza (PGK) přenáší fosforylovou skupinu z 1,3-bifosfoglycerátu na ADP, přičemž tvoří dvě ATP molekuly a dva 3-fosfoglyceráty (3PG). Tento proces je znám jako fosforylace na úrovni substrátu.

Dvě molekuly ATP spotřebované v reakcích HK a PFK jsou v tomto kroku cesty nahrazeny PGK..

3-3PG je konvertován na 2PG fosfoglycerátovou mutasou (PGM), která katalyzuje vytěsnění fosforylové skupiny mezi uhlíkem 3 a 2 glycerátu ve dvou krocích a reverzibilně. Tento enzym také vyžaduje iont hořčíku.

Dehydratační reakce 4-A katalyzovaná enolázou konvertuje 2PG na fosfoenolpyruvát (PEP) v reakci, která nevyžaduje energetickou inverzi, ale která generuje sloučeninu s větším energetickým potenciálem pro přenos fosfátové skupiny později..

5-Nakonec pyruvátkináza (PYK) katalyzuje přenos fosforylové skupiny v PEP na molekulu ADP, přičemž dochází k současné produkci pyruvátu. Na molekulu glukózy se používají dvě molekuly ADP a generují se 2 molekuly ATP. PYK používá ionty draslíku a hořčíku.

Celkový energetický výtěžek glykolýzy je tedy 2 molekuly ATP pro každou molekulu glukózy, která vstupuje do cesty. V aerobních podmínkách úplná degradace glukózy znamená získání 30 až 32 molekul ATP.

Určení glykolytických zprostředkovatelů

Po glykolýze je pyruvát podroben dekarboxylaci, produkuje CO2 a daruje acetylovou skupinu acetylkoenzymu A, který je také oxidován na CO2 v Krebsově cyklu..

Elektrony uvolněné během této oxidace jsou transportovány na kyslík reakcemi mitochondriálního respiračního řetězce, který v konečném důsledku řídí syntézu ATP v této organele..

Během aerobní glykolýzy je přebytek produkovaného pyruvátu zpracován enzymem laktátdehydrogenázou, který tvoří laktát a regeneruje část kroků spotřebovaných NAD + v glykolýze, ale bez tvorby nových molekul ATP.

Kromě toho může být pyruvát použit v anabolických procesech, které vedou například k tvorbě aminokyseliny alaninu, nebo může také působit jako kostra pro syntézu mastných kyselin..

Jako pyruvát, konečný produkt glykolýzy, mnoho reakčních meziproduktů plní další funkce v katabolických nebo anabolických cestách důležitých pro buňku..

Takový je případ glukóza-6-fosfát a pentóza-fosfátová cesta, kde jsou získány meziprodukty ribozomů přítomných v nukleových kyselinách..

Odkazy

  1. Akram, M. (2013). Mini-recenze na glykolýzu a rakovinu. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
  2. Esen, E., & Long, F. (2014). Aerobní glykolýza v osteoblastech. Curr. Osteoporos Rep, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J. R., González-Marcano, E.B., Gualdrón-López, M., & Michels, P.M. (2016). Biogeneze, udržování a dynamika glykosomů u trypanosomatidních parazitů. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863(5), 1038-1048.
  4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aerobní glykolýza: mimo proliferaci. Hranice v imunologii, 6, 1-5.
  5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hypotéza: struktury, evoluce a předchůdce glukózových kináz v rodině hexokináz. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99(4), 320-330.
  6. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání).