AEROB GLYKOLYSE: GLYKOLYTISKE REAKTIONER OG MELLEMPRODUKTER - BIOLOGI - 2025

Den aerobe glycolyse eller den aerobe, defineret som anvendelsen af ​​overskydende glukose, behandles ikke ved oxidativ phosphorylering til dannelsen af ​​produkter "fermenterende", selv ikke under betingelser med høje iltkoncentrationer og på trods af faldet i energieffektivitet.

Det forekommer ofte i væv med høj proliferativ hastighed, hvis forbrug af glukose og ilt er stort. Eksempler på dette er kræfttumorceller, nogle parasitceller i blodet fra pattedyr og endda celler i nogle områder af pattedyrs hjerne.

Glykolytisk sti (Kilde:] via Wikimedia Commons)

Energien, der udvindes ved katabolismen af ​​glukose, bevares i form af ATP og NADH, som bruges nedstrøms i forskellige metabolske veje.

Under aerob glycolyse dirigeres pyruvat mod Krebs-cyklussen og elektrontransportkæden, men den behandles også gennem fermenteringsvejen til regenerering af NAD + uden yderligere produktion af ATP, som ender med dannelsen af ​​laktat.

Aerob eller anaerob glycolyse forekommer primært i cytosol, med undtagelse af organismer såsom trypanosomatider, der har specialiserede glycolytiske organeller kendt som glycosomer.

Glykolyse er en af ​​de mest kendte metaboliske veje. Det blev fuldstændigt formuleret i 1930'erne af Gustav Embden og Otto Meyerhof, som studerede vejen i skeletmuskelceller. Aerob glycolyse har imidlertid været kendt som Warburg-effekten siden 1924.

Reaktioner

Den aerobe katabolisme af glukose forekommer i ti enzymatisk katalyserede trin. Mange forfattere mener, at disse trin er opdelt i en fase af energiinvesteringer, der sigter mod at øge indholdet af fri energi i formidlere, og et andet om udskiftning og energiforøgelse i form af ATP.

Energiinvesteringsfase

1-phosphorylering af glukose til glucose 6-phosphat katalyseret med hexokinase (HK). I denne reaktion inverteres et molekyle af ATP for hvert glukosemolekyle, der fungerer som en fosfatgruppedonor. Det giver glukose 6-phosphat (G6P) og ADP, og reaktionen er irreversibel.

Enzymet kræver nødvendigvis dannelse af en komplet Mg-ATP2- for dens drift, hvorfor det kræver magnesiumioner.

2-isomerisering af G6P til fructose 6-phosphat (F6P). Det involverer ikke energiudgifter og er en reversibel reaktion katalyseret af phosphoglucoseisomerase (PGI).

3-phosphorylering af F6P til fructose 1,6-bisphosphat katalyseret med phosphofructokinase-1 (PFK-1). Et molekyle af ATP anvendes som fosfatgruppedonor, og reaktionsprodukterne er F1,6-BP og ADP. Takket være dens værdi af ∆G er denne reaktion irreversibel (ligesom reaktion 1).

4-katalytisk opdeling af F1,6-BP i dihydroxyacetonphosphat (DHAP), en ketose og glyceraldehyd 3-phosphat (GAP), en aldose. Enzymet aldolase er ansvarlig for denne reversible aldolkondensation.

5-Triose phosphate isomerase (TIM) er ansvarlig for interkonvertering af triose phosphate: DHAP og GAP, uden yderligere energiindgang.

Energigendannelsesfase

1-GAP oxideres af glyceraldehyd 3-phosphatdehydrogenase (GAPDH), der katalyserer overførslen af ​​en phosphatgruppe til GAP til dannelse af 1,3-bisphosphoglycerat. I denne reaktion reduceres to molekyler af NAD + pr. Molekyle glukose, og to molekyler uorganisk fosfat anvendes.

Hver produceret NADH passerer gennem elektrontransportkæden, og 6 ATP-molekyler syntetiseres ved oxidativ phosphorylering.

2-Phosphoglyceratkinase (PGK) overfører en phosphorylgruppe fra 1,3-bisphosphoglycerat til ADP og danner to ATP og to 3-phosphoglycerat (3PG) molekyler. Denne proces er kendt som substratniveau-phosphorylering.

De to ATP-molekyler, der konsumeres i reaktionerne fra HK og PFK, erstattes af PGK på dette trin i vejen.

3-3PG omdannes til 2PG ved hjælp af phosphoglyceratmutase (PGM), der katalyserer forskydningen af ​​phosphorylgruppen mellem carbon 3 og 2 af glycerat i to reversible trin. Magnesiumion kræves også af dette enzym.

4-A dehydratiseringsreaktion katalyseret af enolase omdanner 2PG til phosphoenolpyruvat (PEP) i en reaktion, der ikke kræver energiinvestering, men genererer en forbindelse med større energipotentiale til overførsel af phosphatgruppen senere.

5-Endelig katalyserer pyruvatkinase (PYK) overførslen af ​​phosphorylgruppen i PEP til et ADP-molekyle med den samtidige produktion af pyruvat. To ADP-molekyler anvendes pr. Glukosemolekyle, og der genereres 2 ATP-molekyler. PYK bruger kalium- og magnesiumioner.

Således er det totale energiudbytte af glykolyse 2 molekyler af ATP for hvert molekyle glukose, der kommer ind i banen. Under aerobe forhold involverer den komplette nedbrydning af glukose opnåelse af mellem 30 og 32 molekyler af ATP.

Skæbne af glykolytiske mellemprodukter

Efter glykolyse gennemgår pyruvat decarboxylering, producerer CO2 og donerer acetylgruppen til acetyl-coenzym A, der også oxideres til CO2 i Krebs-cyklussen.

Elektroner frigivet under denne oxidation transporteres til ilt gennem mitokondrielle respiratoriske kædereaktioner, hvilket i sidste ende driver ATP-syntese i denne organelle.

Under aerob glykolyse behandles det overskydende producerede pyruvat af enzymet lactatdehydrogenase, der danner laktat og regenererer en del af de NAD + -forbrugte trin op i glycolyse, men uden dannelse af nye ATP-molekyler.

Laktatdehydrogenase-mekanisme (kilde: Jazzlw via Wikimedia Commons)

Derudover kan pyruvat anvendes i anabolske processer, der fører til dannelse af for eksempel aminosyren alanin, eller det kan også fungere som et skelet til syntese af fedtsyrer.

Ligesom pyruvat, slutproduktet af glykolyse, tjener mange af reaktionsmellemprodukterne andre funktioner i katabolske eller anabolske veje, der er vigtige for cellen.

Sådan er tilfældet med glukose 6-phosphat og pentosefosfatvej, hvor ribose mellemprodukterne til stede i nukleinsyrer opnås.

Referencer

1. Akram, M. (2013). Mini-anmeldelse af glykolyse og kræft. J. Canc. Educ., 28, 454–457.
2. Esen, E., & Long, F. (2014). Aerob glykolyse i osteoblaster. Curr Osteoporos Rep, 12, 433–438.
3. Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Biogenese, vedligeholdelse og dynamik af glycosomer i trypanosomatidparasitter. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863 (5), 1038–1048.
4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aerob glycolyse: ud over proliferation. Frontiers in Immunology, 6, 1–5.
5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hypotese: strukturer, evolution og forfader til glukosekinaser i hexokinase-familien. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
6. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-principper for biokemi. Omega-udgaver (5. udgave).