Aeroobsed glükolüüsi reaktsioonid ja glükolüütiliste vahendajate saatus



The aeroobne glükolüüs see on määratletud kui glükoosi liia kasutamine, mida ei töödelda oksüdatiivse fosforüülimise teel "fermentatiivsete" toodete moodustumise suunas isegi kõrge hapnikusisalduse tingimustes ja vaatamata energiatõhususe langusele.

Seda esineb tavaliselt kõrge proliferatsioonimääraga kudedes, mille glükoosi ja hapniku tarbimine on kõrge. Selle näiteks on vähkkasvajarakud, mõned imetajate veres olevad parasiitrakud ja isegi mõnede imetajate aju piirkondade rakud..

Glükoosi katabolismiga ekstraheeritud energia on konserveeritud ATP ja NADH kujul, mida kasutatakse allavoolu mitmesugustes metaboolsetes radades.

Aeroobse glükolüüsi ajal on püruvaat suunatud Krebsi tsüklile ja elektronide transpordiahelale, kuid seda töödeldakse ka fermentatiivsel teel NAD + regenereerimiseks ilma täiendava ATP tootmiseta, mis lõpeb laktaadi moodustumisega..

Aeroobset või anaeroobset glükolüüsi esineb peamiselt tsütosoolis, välja arvatud organismid nagu trypanosomatid, millel on spetsiaalsed glükolüütilised organellid, mida tuntakse glükosoomidena.

Glükolüüs on üks tuntumaid ainevahetusradasid. Gustav Embden ja Otto Meyerhof sõnastasid selle täielikult 1930. aastatel, kes uurisid skeleti lihasrakkude teekonda. Kuid aeroobset glükolüüsi tuntakse Warburgi efektina alates 1924. aastast.

Indeks

  • 1 Reaktsioonid
    • 1.1 Energiainvesteeringute etapp
    • 1.2 Energia taastamise faas
  • 2 Glükolüütiliste vahendajate sihtkoht
  • 3 Viited

Reaktsioonid

Glükoosi aeroobne katabolism toimub kümnes etapis katalüüsitud etapis. Paljud autorid leiavad, et need sammud jagunevad energiainvesteeringute faasi, mille eesmärk on suurendada vaba energia sisaldust vahendajates ja teist asendamist ja energiakasutust ATP kujul..

Energiainvesteeringute etapp

1-glükoosi fosforüülimine glükoos-6-fosfaadiks, mida katalüüsib heksokinaas (HK). Selles reaktsioonis pööratakse iga glükoosimolekuli jaoks üks ATP molekul, mis toimib fosfaatrühma doonorina. See annab glükoosi 6-fosfaadi (G6P) ja ADP ning reaktsioon on pöördumatu.

Ensüüm nõuab tingimata täieliku Mg-ATP2- moodustumist, mistõttu see väärib magneesiumi ioone.

2-G6P isomeerimine fruktoos-6-fosfaadiks (F6P). See ei hõlma energiakulusid ja on pöörduv reaktsioon, mida katalüseerib fosforoglükoosi isomeraas (KGT)..

3-F6P fosforüülimine fruktoos-1,6-bisfosfaadiks, mida katalüüsib fosfofruktokinaas-1 (PFK-1). Fosfaatrühma doonorina kasutatakse ATP-molekuli ja reaktsiooni saadused on F1.6-BP ja ADP. Tänu oma väärtusele AG on see reaktsioon pöördumatu (nagu reaktsioon 1).

4-F1.6-BP katalüütiline lagunemine dihüdroksüatsetoonfosfaadis (DHAP), ketoos ja glütseraldehüüdi 3-fosfaat (GAP), aldoos. Aldolaasi ensüüm vastutab selle pöörduva aldooli kondenseerumise eest.

5-triosfosfaadi isomeraas (TIM) vastutab triosfosfaadi: DHAP ja GAP vastastikuse muundumise eest ilma täiendava energia sisendita.

Energia taastamise faas

1-GAP oksüdeeritakse glütseraldehüüdi 3-fosfaatdehüdrogenaasiga (GAPDH), mis katalüüsib fosfaatgrupi ülekandmist GAP-i, saades 1,3-bifosfütseriidi. Selles reaktsioonis redutseeritakse kaks NAD + molekuli glükoosi molekuli kohta ja kasutatakse kahte anorgaanilist fosfaatmolekuli.

Iga toodetud NADH läbib elektronide transpordiahela ja 6 ATP molekuli sünteesitakse oksüdatiivse fosforüülimise teel.

2-fosfoglütseraadi kinaas (PGK) kannab fosforüülrühma 1,3-bifosfoglütseraadist ADP-sse, moodustades kaks ATP molekuli ja kaks 3-fosfoglütseraati (3PG). Seda protsessi nimetatakse fosforüülimiseks substraadi tasandil.

HK ja PFK reaktsioonides kasutatud kaks ATP molekuli asendatakse PGK-ga marsruudi selles etapis.

3-3PG konverteeritakse 2PG-ks fosfoglütseraadi mutaasiga (PGM), mis katalüüsib fosforüülrühma asendamist glütseraadi süsiniku 3 ja 2 vahel kahes etapis ja pöörduvalt. See ensüüm nõuab ka magneesiumiooni.

Enolaasi poolt katalüüsitud 4-A-dehüdratsioonireaktsioon teisendab 2PG-d fosfoenolpüruvaadiks (PEP) reaktsioonis, mis ei nõua energia inversiooni, kuid tekitab ühendi, millel on suurem energiapotentsiaal fosfaadirühma edasiseks ülekandmiseks.

5-Lõpuks katalüüsib püruvaadi kinaas (PYK) fosforüülrühma ülekandmist PEP-sse ADP molekulile koos samaaegse püruvaadi tootmisega. Glükoosi molekuli kohta kasutatakse kahte ADP molekuli ja genereeritakse 2 ATP molekuli. PYK kasutab kaaliumi ja magneesiumi ioone.

Seega on glükolüüsi kogutootlikkus 2 ATP molekuli iga glükoosi molekuli kohta, mis siseneb marsruuti. Aeroobsetes tingimustes tähendab glükoosi täielik lagunemine 30 kuni 32 ATP molekuli saamist.

Glükolüütiliste vahendajate sihtkoht

Pärast glükolüüsi allutatakse püruvaat dekarboksüülimisele, saades CO2 ja annetades atsetüülrühma atsetüül-koensüümile A, mis oksüdeerub samuti CO2-ks Krebsi tsüklis.

Selle oksüdatsiooni käigus vabanenud elektronid transporditakse hapnikku mitokondriaalse hingamisteede ahela reaktsioonide kaudu, mis lõppkokkuvõttes juhib ATP sünteesi selles organellis..

Aeroobse glükolüüsi ajal töödeldakse toodetud püruvaadi liias ensüümi laktaadi dehüdrogenaas, mis moodustab laktaadi ja regenereerib osa NAD + tarbitud astmetest glükolüüsis, kuid ilma uute ATP molekulide moodustamiseta.

Lisaks võib püruvaati kasutada anaboolsetes protsessides, mis viivad näiteks aminohappe alaniini moodustumiseni, või võib see toimida ka skeletina rasvhapete sünteesiks..

Nagu püruvaat, glükolüüsi lõpptoode, täidavad paljud reaktsiooni vaheühendid ka teisi funktsioone raku katabolilistes või anaboolsetes liinides.

Selline on glükoosi 6-fosfaadi ja pentoosfosfaadi raja puhul, kus saadakse nukleiinhapetes esinevate ribosoomide vaheühendid..

Viited

  1. Akram, M. (2013). Mini-ülevaade glükolüüsi ja vähi kohta. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
  2. Esen, E., & Long, F. (2014). Aeroobne glükolüüs Osteoblastides. Curr Osteoporos Rep, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J.R., González-Marcano, E.B., Gualdrón-López, M., & Michels, P.M. (2016). Glükosoomide biogenees, hooldus ja dünaamika trypanosomatide parasiitides. Biochimica et Biophysica Acta - molekulaarrakkude uuring, 1863(5), 1038-1048.
  4. Jones, W. & Bianchi, K. (2015). Aeroobne glükolüüs: lisaks levikule. Piirid immunoloogias, 6, 1-5.
  5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B. ja Murata, K. (2005). Hüpotees: heksokinaasi perekonna glükoosikinaaside struktuurid, evolutsioon ja esivanem. Journal of Bioscience ja Bioengineering, 99(4), 320-330.
  6. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningeri biokeemia põhimõtted. Omega väljaanded (5. väljaanne).