Аеробні реакції гліколізу і доля гліколітичних посередників



The аеробний гліколіз вона визначається як використання надлишкової глюкози, яка не обробляється окислювальним фосфорилюванням в напрямку утворення "ферментативних" продуктів, навіть в умовах високих концентрацій кисню і незважаючи на зниження енергетичної ефективності.

Він зазвичай зустрічається в тканинах з високими проліферативними показниками, у яких високе споживання глюкози і кисню. Прикладами цього є ракові пухлинні клітини, деякі паразитарні клітини крові ссавців і навіть клітини деяких областей мозку ссавців \ t.

Енергія, що видобувається катаболізмом глюкози, зберігається у вигляді АТФ і НАДГ, які використовуються нижче за різними метаболічними шляхами.

Під час аеробного гліколізу піруват спрямований на цикл Кребса і транспортну ланцюг електронів, але він також обробляється ферментативним шляхом для регенерації NAD + без додаткового продукування АТФ, який закінчується утворенням лактату..

Аеробний або анаеробний гліколіз відбувається в основному в цитозолі, за винятком таких організмів, як трипаносоматиди, які мають спеціалізовані гликолитические органели, відомі як глікози..

Гліколіз є одним з найбільш відомих шляхів обміну речовин. Його повністю сформулювали в 1930-х роках Густав Ембден і Отто Мейерхоф, які вивчали шлях у клітинах скелетних м'язів. Однак аеробний гліколіз відомий як ефект Варбурга з 1924 року.

Індекс

  • 1 Реакції
    • 1.1 Етап інвестицій в енергетику
    • 1.2 Фаза відновлення енергії
  • 2 Призначення гліколітичних посередників
  • 3 Посилання

Реакції

Аеробний катаболізм глюкози відбувається в десяти кроках, що каталізуються ферментативно. Багато авторів вважають, що ці кроки поділяються на фазу енергетичних інвестицій, яка спрямована на збільшення вмісту вільної енергії в посередниках, а інша - на заміну і енергетичну вигоду у вигляді АТФ..

Енергетична інвестиційна фаза

1-Фосфорилювання глюкози до 6-фосфату глюкози, каталізованої гексокіназою (НК). У цій реакції одна молекула АТФ, яка діє як донор фосфатної групи, інвертується для кожної молекули глюкози. Він дає глюкозо-6-фосфат (G6P) і ADP, і реакція є незворотною.

Фермент обов'язково вимагає утворення повного Mg-ATP2- для його функціонування, тому він заслуговує іонів магнію..

2-Ізомеризація G6P до 6-фосфату фруктози (F6P). Це не пов'язано з витратами енергії і є оборотною реакцією, катализируемой фосфоглюкозоизомеразой (PGI).

3-Фосфорилювання F6P до фруктози 1,6-бісфосфату, катализируемого фосфофруктокиназой-1 (PFK-1). Молекула АТФ використовується як донор фосфатної групи, а продукти реакції - F1,6-BP і ADP. Завдяки своїй величині ΔG ця реакція є незворотною (подібно до реакції 1).

4-Каталітичне розщеплення F1,6-BP в дигидроксиацетонфосфате (DHAP), кетозу і глицеральдегид 3-фосфат (GAP), альдозу. Фермент альдолаза відповідає за цю оборотну конденсацію альдолу.

5-тріозна фосфат-ізомераза (ТІМ) відповідає за взаємоперетворення триозофосфату: DHAP і GAP, без додаткового введення енергії.

Етап відновлення енергії

1-GAP окислюється гліцеральдегід 3-фосфатдегідрогеназою (GAPDH), яка каталізує перенесення фосфатної групи в GAP з утворенням 1,3-бифосфоглицерата. У цій реакції дві молекули NAD + зменшуються на одну молекулу глюкози і використовуються дві молекули неорганічного фосфату..

Кожна вироблена NADH проходить через ланцюг транспортування електронів і 6 молекул АТФ синтезуються окисним фосфорилюванням.

2-Фосфогліцераткіназа (PGK) переносить фосфорильну групу з 1,3-бифосфоглицерата до АДФ, утворюючи дві молекули АТФ і дві з 3-фосфоглицерата (3PG). Цей процес відомий як фосфорилювання на рівні субстрату.

Дві молекули АТФ, спожиті в реакціях HK і PFK, замінюються PGK на цьому етапі маршруту.

3-3PG перетворюється в 2PG фосфоглицератной мутазой (PGM), яка каталізує витіснення фосфорильної групи між вуглецем 3 і 2 гліцерату в два етапи і оборотно. Іон магнію також необхідний для цього ферменту.

Реакція дегідратації 4-А, катализируемой энолазой, перетворює 2PG в фосфоенолпіруват (PEP) в реакції, яка не вимагає інверсії енергії, але яка генерує з'єднання з більшим енергетичним потенціалом для передачі фосфатної групи пізніше.

5-Нарешті, піруваткіназа (PYK) каталізує перенесення фосфорильної групи в PEP в молекулу ADP, з супутньою продукцією пірувату. Використовують дві молекули АДФ на молекулу глюкози і генерують 2 молекули АТФ. PYK використовує іони калію і магнію.

Таким чином, сумарний вихід енергії гліколізу становить 2 молекули АТФ для кожної молекули глюкози, що надходить у маршрут. У аеробних умовах повна деградація глюкози передбачає отримання від 30 до 32 молекул АТФ.

Призначення гліколітичних посередників

Після гліколізу піруват піддають декарбоксилюванню, продукуючи СО2, і донорну ацетильну групу ацетильним коферментом А, який також окислюється до СО2 у циклі Кребса..

Електрони, що вивільняються під час цього окислення, транспортуються в кисень через реакції мітохондріального дихального ланцюга, що в кінцевому підсумку призводить до синтезу АТФ в цій органелі.

Під час аеробного гліколізу надлишок продукованого пірувату обробляється ферментом лактатдегідрогеназа, який утворює лактат і регенерує частину NAD +, споживаної піднімається в гліколіз, але без утворення нових молекул АТФ.

Крім того, піруват може бути використаний в анаболічних процесах, які призводять до утворення амінокислоти аланін, наприклад, або він також може діяти як скелет для синтезу жирних кислот..

Подібно до пірувату, кінцевого продукту гліколізу, багато проміжні сполуки реакції виконують інші функції в катаболічних або анаболічних шляхах, важливих для клітини.

Такий випадок має місце у випадку глюкозо-6-фосфату та пентозофосфатного шляху, де отримані проміжні продукти рибосом, присутні в нуклеїнових кислотах..

Список літератури

  1. Akram, M. (2013). Міні-огляд про гліколіз і рак. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
  2. Esen, E., & Long, F. (2014). Аеробний гліколіз в остеобластах. Curr Osteoporos Rep, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J.R., González-Marcano, E.B., Gualdrón-López, M., & Michels, P.M. (2016). Біогенез, підтримка і динаміка глікосом у трипаносоматидних паразитах. Biochimica et Biophysica Acta - дослідження молекулярних клітин, 1863(5), 1038-1048.
  4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Аеробний гліколіз: поза проліферацією. Кордони в імунології, 6, 1-5.
  5. Kawai, S., Mukai, Т., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Гіпотеза: структури, еволюція і предки глюкозних кіназ у сімействі гексокіназ. Журнал біологічних наук та біоінженерії, 99(4), 320-330.
  6. Нельсон, Д. Л., & Кокс, М. М. (2009). Принципи біохімії Ленінгера. Видання Omega (5-е изд.).