Reaksi glikolisis aerobik dan nasib pengantara glikolitik



The glikolisis aerobik ia ditakrifkan sebagai penggunaan glukosa berlebihan yang tidak diproses oleh fosforilasi oksidatif ke arah pembentukan produk "fermentatif", walaupun dalam keadaan kepekatan oksigen yang tinggi dan walaupun penurunan kecekapan tenaga.

Ia biasanya dijumpai di tisu dengan kadar proliferatif tinggi, yang penggunaan glukosa dan oksigen tinggi. Contohnya adalah sel-sel tumor kanser, beberapa sel parasit darah mamalia dan juga sel beberapa kawasan otak mamalia.

Tenaga yang diekstrak oleh katabolisme glukosa dipelihara dalam bentuk ATP dan NADH, yang digunakan di hilir dalam pelbagai laluan metabolik.

Semasa aerobik glikolisis pyruvate adalah menjurus ke arah kitaran Krebs dan rantaian pengangkutan elektron, tetapi juga diproses oleh laluan penapaian untuk pertumbuhan semula NAD + ada pengeluaran ATP tambahan, yang berakhir dengan pembentukan lactate.

Glikolisis aerobik atau anaerobik berlaku terutamanya dalam sitosol, kecuali organisma seperti trypanosomatid, yang mempunyai organel glikolitik khusus yang dikenali sebagai glikosom.

Glikolisis adalah salah satu daripada laluan metabolik yang paling terkenal. Ia dirumuskan sepenuhnya pada tahun 1930 oleh Gustav Embden dan Otto Meyerhof, yang mempelajari jalur dalam sel-sel otot rangka. Walau bagaimanapun, glikolisis aerobik dikenali sebagai kesan Warburg sejak tahun 1924.

Indeks

  • 1 Reaksi
    • 1.1 Fasa pelaburan tenaga
    • 1.2 Fasa pemulihan tenaga
  • 2 Destinasi perantara glikolitik
  • 3 Rujukan

Reaksi

Katabolisme aerobik glukosa berlaku dalam sepuluh langkah yang dikatalisasi secara enzimatik. Ramai penulis berpendapat bahawa langkah-langkah ini dibahagikan kepada fasa pelaburan tenaga, yang bertujuan untuk meningkatkan kandungan tenaga bebas dalam perantara, dan satu lagi pengganti dan keuntungan tenaga dalam bentuk ATP.

Fasa pelaburan tenaga

1-fosforilasi glukosa ke glukosa 6-fosfat yang dipangkin oleh hexokinase (HK). Dalam tindak balas ini, satu molekul ATP, yang bertindak sebagai penderma kumpulan fosfat, terbalik untuk setiap molekul glukosa. Ia menghasilkan glukosa 6-fosfat (G6P) dan ADP, dan tindak balasnya tidak dapat dipulihkan.

Enzim semestinya memerlukan pembentukan lengkap Mg-ATP2- untuk berfungsi, itulah sebabnya ia memerlukan ion magnesium.

2-Isomerisasi G6P kepada fruktosa 6-fosfat (F6P). Ia tidak melibatkan perbelanjaan tenaga dan merupakan tindak balas yang boleh dipertimbangkan oleh katalis fosfoglucosa isomerase (PGI).

3-fosforilasi F6P kepada fruktosa 1,6-bisfosfat yang dipangkal oleh phosphofructokinase-1 (PFK-1). Molekul ATP digunakan sebagai penderma kumpulan fosfat dan produk tindak balas adalah F1.6-BP dan ADP. Terima kasih kepada nilai ΔG, tindak balas ini tidak dapat dipulihkan (seperti reaksi 1).

4-Catalytic breakdown F1.6-BP dalam dihydroxyacetone phosphate (DHAP), ketose, dan glyceraldehyde 3-phosphate (GAP), aldosa. Enzim aldolase bertanggungjawab untuk pemeluwapan aldol ini.

5-Triose isoserase fosfat (TIM) bertanggungjawab untuk interconversion trios fosfat: DHAP dan GAP, tanpa input tenaga tambahan.

Fasa pemulihan tenaga

1-GAP dioksidakan oleh gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase (GAPDH), yang memangkinkan pemindahan kumpulan fosfat untuk membentuk 1,3-GAP bisphosphoglycerate. Dalam tindak balas ini dua molekul NAD + dikurangkan molekul glukosa dan dua molekul fosfat bukan organik digunakan.

Setiap NADH dihasilkan melalui rantaian pengangkutan elektron dan 6 molekul ATP disintesis oleh fosforilasi oksidatif.

2-kinase (PGK) memindahkan sekumpulan phosphoryl dari 1.3 kepada ADP-bisphosphoglycerate, membentuk dua molekul ATP dan dua 3-phosphoglycerate (3PG). Proses ini dikenali sebagai substrat peringkat pemfosforilan.

Kedua-dua molekul ATP yang digunakan dalam reaksi HK dan PFK digantikan oleh PGK dalam langkah laluan ini.

3-The 3PG ditukarkan menjadi 2PG oleh mutasi phosphoglycerate (PGM), yang memangkinkan anjakan kumpulan fosforil antara karbon 3 dan 2 dari gliserin dalam dua langkah dan terbalik. Ion magnesium juga diperlukan oleh enzim ini.

4-A reaksi dehidrasi dimangkinkan oleh enolase 2PG menukarkan phosphoenolpyruvate (PEP) dalam satu tindak balas yang tidak memerlukan input tenaga, tetapi yang menjana sebatian yang mempunyai potensi tenaga yang lebih besar bagi pemindahan kumpulan fosfat kemudian.

5-Akhirnya, pyruvate kinase (PYK) mempercepat pemindahan kumpulan fosforil dalam PEP ke molekul ADP, dengan penghasilan pyruvate bersamaan. Dua molekul ADP digunakan setiap molekul glukosa dan 2 molekul ATP dihasilkan. PYK menggunakan ion kalium dan magnesium.

Oleh itu, jumlah tenaga glikolisis ialah 2 molekul ATP bagi setiap molekul glukosa yang memasuki laluan. Dalam keadaan aerobik, penyusutan glukosa lengkap membayangkan memperoleh antara 30 dan 32 molekul ATP.

Tujuan pengantara glycolytic

Selepas glikolisis, pyruvate tertakluk kepada decarboxylation, menghasilkan CO2 dan menderma kumpulan asetil kepada asetil coenzyme A, yang juga teroksida kepada CO2 dalam kitaran Krebs.

Elektron yang dikeluarkan semasa pengoksidaan ini diangkut ke oksigen melalui tindak balas rantai pernafasan mitokondria, yang akhirnya mendorong sintesis ATP dalam organelle ini.

Semasa glikolisis aerobik, pyruvate berlebihan yang dihasilkan diproses oleh enzim dehidrogenase laktat, yang menjadi sebahagian daripada lactate dan NAD + regenerasi digunakan dalam langkah-langkah glikolisis di atas, tetapi tanpa pembentukan molekul baru ATP.

Di samping itu, piruvat boleh digunakan dalam proses anabolik yang membawa kepada pembentukan alanin asid amino, contohnya, atau ia juga boleh bertindak sebagai rangka untuk sintesis asid lemak.

Seperti piruvat, produk akhir glikolisis, banyak perantara reaksi memenuhi fungsi lain dalam laluan katabolik atau anabolik yang penting untuk sel.

Begitu pula dengan glukosa 6-fosfat dan laluan pentos fosfat, di mana perantaraan ribosom yang terdapat dalam asid nukleik diperolehi.

Rujukan

  1. Akram, M. (2013). Kajian mini terhadap Glikolisis dan Kanser. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
  2. Esen, E., & Long, F. (2014). Glikolisis aerobik di Osteoblasts. Curr Osteoporos Rep, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J.R., González-Marcano, E.B., Gualdrón-López, M., & Michels, P. (2016). Biogenesis, penyelenggaraan dan dinamik glycosomes dalam parasit trypanosomatid. Biochimica et Biophysica Acta - Penyelidikan Sel Molekul, 1863(5), 1038-1048.
  4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Glikolisis aerobik: melampaui percambahan. Perbatasan dalam Imunologi, 6, 1-5.
  5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hipotesis: struktur, evolusi, dan leluhur kinase glukosa dalam keluarga hexokinase. Jurnal Biosains dan Bioengineering, 99(4), 320-330.
  6. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Prinsip Biokimia Lehninger. Edisi Omega (5th ed.).