ANAEROB GLYCOLYSE: REAKTIONER OG FERMENTERINGSVEJE - BIOLOGI - 2025

Den anaerobe glycolyse eller den anaerobe er en katabolisk vej, der bruges af mange typer celler til nedbrydning af glukose i fravær af ilt. Med andre ord oxideres glukose ikke fuldstændigt til carbondioxid og vand, som det er tilfældet med aerob glycolyse, men der genereres snarere fermenteringsprodukter.

Det kaldes anaerob glycolyse, da den finder sted uden tilstedeværelse af ilt, som i andre tilfælde fungerer som den endelige elektronacceptor i den mitokondriske transportkæde, hvor der produceres store mængder energi fra behandlingen af ​​glykolytiske produkter.

Glykolyse (Kilde: RegisFrey via Wikimedia Commons)

Afhængigt af organismen vil en tilstand af anaerobiose eller mangel på ilt resultere i produktionen af ​​mælkesyre (for eksempel muskelceller) eller ethanol (gær) fra pyruvat genereret af katabolismen af ​​glukose.

Som et resultat falder energiudbyttet dramatisk, da der kun produceres to mol ATP for hver mol glucose, der behandles, sammenlignet med 8 mol, der kan opnås under aerob glycolyse (kun i den glykolytiske fase).

Forskellen i antallet af ATP-molekyler har at gøre med reoxideringen af ​​NADH, som ikke frembringer yderligere ATP, i modsætning til hvad der sker i aerob glycolyse, hvor der opnås 3 ATP-molekyler for hver NADH.

Reaktioner

Anaerob glykolyse adskiller sig slet ikke fra aerob glykolyse, da udtrykket “anaerob” snarere henviser til hvad der sker efter den glykolytiske vej, dvs. til skæbnen for reaktionsprodukterne og mellemprodukterne.

Ti forskellige enzymer er således involveret i anaerobe glycolysereaktioner, nemlig:

1-hexokinase (HK): bruger et ATP-molekyle til hvert glukosemolekyle. Det producerer glukose 6-phosphat (G6P) og ADP. Reaktionen er irreversibel og kræver magnesiumioner.

2-Phosphoglucose-isomerase (PGI): isomeriserer G6P til fructose 6-phosphat (F6P).

3-Phosphofructokinase (PFK): phosphorylaterer F6P til fructose 1,6-bisphosphat (F1,6-BP) under anvendelse af et ATP-molekyle for hver F6P, denne reaktion er også irreversibel.

4-Aldolase: spalter F1,6-BP-molekylet og producerer glyceraldehyd 3-phosphat (GAP) og dihydroxyacetonphosphat (DHAP).

5-Triose phosphatisomerase (TIM): deltager i interkonvertering af DHAP og GAP.

6-Glyceraldehyd 3-phosphatdehydrogenase (GAPDH): bruger to molekyler af NAD ⁺ og 2 molekyler af uorganisk phosphat (Pi) til phosphorylat af GAP, giver 1,3-bisphosphoglycerat (1,3-BPG) og 2 NADH.

7-Phosphoglyceratkinase (PGK): producerer to ATP-molekyler ved phosphorylering på substratniveauet af to ADP-molekyler. Den bruger som en phosphatgruppegiver hver 1,3-BPG-molekyle. Fremstiller 2 molekyler 3-phosphoglycerat (3PG).

8-fosfoglyceratmutase (PGM): omorganiserer 3PG-molekylet for at producere et mellemprodukt med højere energi, 2PG.

9-Enolase: fra 2PG producerer den phosphoenolpyruvat (PEP) ved dehydrering af førstnævnte.

10-Pyruvat-kinase (PYK): phosphoenolpyruvat anvendes af dette enzym til dannelse af pyruvat. Reaktionen involverer overførslen af ​​phosphatgruppen i position 2 fra phosphoenolpyruvat til et ADP-molekyle. 2 pyruvater og 2 ATP produceres for hver glukose.

Fermenteringsveje

Fermentering er det udtryk, der bruges til at indikere, at glukose eller andre næringsstoffer nedbrydes i fravær af ilt for at få energi.

I fravær af ilt har elektrontransportkæden ikke en endelig acceptor, og der forekommer derfor ikke oxidativ phosphorylering, hvilket giver store mængder energi i form af ATP. NADH genoxideres ikke via den mitokondriske rute, men med alternative ruter, der ikke producerer ATP.

Uden tilstrækkelig NAD ⁺ stopper den glykolytiske vej, da overførslen af ​​fosfat til GAP kræver en samtidig reduktion af denne kofaktor.

Nogle celler har alternative mekanismer til at håndtere perioder med anaerobiose, og disse mekanismer involverer generelt en form for gæring. Andre celler er på den anden side næsten udelukkende afhængige af fermenteringsprocesser for deres eksistens.

Produkterne fra fermenteringsveje for mange organismer er økonomisk relevante for mennesker; Eksempler er produktionen af ​​ethanol af nogle anaerobe gærer og dannelsen af ​​mælkesyre af laktobakterierne, der er anvendt til fremstilling af yoghurt.

Mælkesyreproduktion

Mange typer celler i fravær af ilt producerer mælkesyre takket være reaktionen katalyseret af lactatdehydrogenase-komplekset, der bruger kulhydraterne af pyruvat og NADH produceret i reaktionen fra GAPDH.

Laktisk gæring (Kilde: Sjantoni via Wikimedia Commons)

Ethanolproduktion

Pyruvat omdannes til acetaldehyd og CO2 ved pyruvat decarboxylase. Acetaldehyd bruges derefter af alkoholdehydrogenase, der reducerer det, producerer ethanol og regenererer et molekyle NAD ⁺ for hvert molekyle af pyruvat, der kommer ind på denne måde.

Alkoholisk gæring (Kilde: Arobson1 via Wikimedia Commons)

Aerob gæring

Anaerob glykolyse har som hovedkarakteristik, at slutprodukterne ikke svarer til CO ₂ og vand, som i tilfælde af aerob glykolyse. I stedet genereres typiske produkter af gæringsreaktioner.

Nogle forfattere har beskrevet en proces med "aerob fermentering" eller aerob glykolyse af glukose for visse organismer, blandt hvilke nogle parasitter fra Trypanosomatidae-familien og mange kræfttumorceller skiller sig ud.

I disse organismer er det vist, at selv i nærværelse af ilt, svarer produkterne fra den glykolytiske bane til produkter fra fermenteringsveje, hvorfor det antages, at der forekommer en "delvis" oxidation af glukose, da ikke al energi udvindes muligt af dets kulhydrater.

Selvom den "aerobe fermentering" af glukose ikke indebærer det totale fravær af åndedrætsaktivitet, da det ikke er en alt eller intet-proces. Imidlertid angiver litteraturen udskillelsen af ​​produkter såsom pyruvat, laktat, succinat, malat og andre organiske syrer.

Glykolyse og kræft

Mange kræftceller viser en stigning i glukoseoptagelse og glykolytisk strøm.

Tumorer hos kræftpatienter vokser hurtigt, så blodkarene er hypoksiske. Energitilskuddet til disse celler afhænger således hovedsageligt af anaerob glycolyse.

Imidlertid hjælpes dette fænomen med en hypoxiainducerbar transkriptionsfaktor (HIF), der øger ekspressionen af ​​glykolytiske enzymer og glukoseetransportører i membranen gennem komplekse mekanismer.

Referencer

1. Akram, M. (2013). Mini-anmeldelse af glykolyse og kræft. J. Canc. Educ., 28, 454–457.
2. Bustamante, E., & Pedersen, P. (1977). Høj aerob glykolyse af rottehepatomceller i kultur: Roll af mitokondrial hexokinase. Proc. Natl. Acad. Sci., 74 (9), 3735–3739.
3. Cazzulo, JJ (1992). Aerob fermentering af glukose med trypanosomatider. FASEB-tidsskriftet, 6, 3153–3161.
4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aerob glycolyse: ud over proliferation. Frontiers in Immunology, 6, 1–5.
5. Li, X., Gu, J., & Zhou, Q. (2015). Gennemgang af aerob glykolyse og dens centrale enzymer - nye mål for lungekræftterapi. Thoracic Cancer, 6, 17–24.
6. Maris, AJA Van, Abbott, Æ. DA, Bellissimi, Æ. E., Brink, J. Van Den, Kuyper, Æ. M., Luttik, Æ. MAH, Pronk, JT (2006). Alkoholisk gæring af kulstofkilder i biomassehydrolysater af Saccharomyces cerevisiae: nuværende status. Antonie van Leeuwenhoek, 90, 391–418.
7. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-principper for biokemi. Omega-udgaver (5. udgave).