Aerob glykolys: reaktioner och öde för glykolytiska mellanhänder

Aerob eller aerob glykolys definieras som användningen av överskott av glukos som inte behandlas genom oxidativ fosforylering till bildandet av "fermentativa" produkter, även under förhållanden med hög syrekoncentration och trots minskningen av energieffektivitet.

Det finns vanligen i vävnader med höga proliferativa hastigheter, vars glukos och syreförbrukning är hög. Exempel på detta är cancer-tumörceller, några parasitiska celler i blodet från däggdjur och till och med cellerna i vissa delar av hjärnan hos däggdjur.

Den energi som extraheras av katabolismen av glukos är bevarad i form av ATP och NADH, vilka används nedströms i olika metaboliska vägar.

Under aerob glykolys riktas pyruvat mot Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan, men det behandlas också genom den fermentativa vägen för regenerering av NAD + utan ytterligare produktion av ATP, vilket slutar med bildningen av laktat.

Aerob eller anaerob glykolys förekommer huvudsakligen i cytosolen, med undantag av organismer som trypanosomatider, vilka har specialiserade glykolytiska organeller kända som glykosomer.

Glykolys är en av de mest kända metaboliska vägarna. Den formulerades helt under 1930-talet av Gustav Embden och Otto Meyerhof, som studerade vägen i skelettmuskler. Aerobisk glykolys är dock känd som Warburg-effekten sedan 1924.

reaktioner

Den aeroba katabolismen av glukos förekommer i tio steg som katalyseras enzymatiskt. Många författare anser att dessa steg är indelade i en fas av energiinvesteringar, som syftar till att öka innehållet i fri energi i mellanhänder och en annan av ersättning och energiförbättring i form av ATP.

Energi investeringsfas

1-fosforylering av glukos till glukos 6-fosfat katalyserad av hexokinas (HK). I denna reaktion inverteras en molekyl av ATP, som verkar som en fosfatgruppdonor, för varje glukosmolekyl. Det ger glukos 6-fosfat (G6P) och ADP, och reaktionen är irreversibel.

Enzymet kräver nödvändigtvis bildandet av en fullständig Mg-ATP2- för dess funktion, varför det kräver magnesiumjoner.

2-isomerisering av G6P till fruktos-6-fosfat (F6P). Det innebär inte energiförbrukning och är en reversibel reaktion katalyserad av fosfoglukosisomeras (BGB).

3-fosforylering av F6P till fruktos-1, 6-bisfosfat katalyserad av fosfofructokinas-1 (PFK-1). En ATP-molekyl används som en fosfatgruppdonor och reaktionsprodukterna är F1.6-BP och ADP. Tack vare sitt värde av ΔG är denna reaktion irreversibel (precis som reaktion 1).

4-katalytisk nedbrytning av F1.6-BP i dihydroxiacetonfosfat (DHAP), en ketos och glyceraldehyd-3-fosfat (GAP), en aldos. Enzym aldolasen är ansvarig för denna reversibla aldolkondensation.

5-triosfosfatisomeras (TIM) är ansvarig för interkonversionen av triosfosfatet: DHAP och GAP, utan ytterligare energiinmatning.

Energiåtervinningsfas

1-GAP oxideras av glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenas (GAPDH), som katalyserar överföringen av en fosfatgrupp till GAP för att bilda 1, 3-bifosfoglycerat. I denna reaktion reduceras två molekyler NAD + per molekyl glukos och två molekyler oorganiskt fosfat används.

Varje NADH som produceras passerar genom elektrontransportkedjan och 6 molekyler av ATP syntetiseras genom oxidativ fosforylering.

2-fosfoglyceratkinas (PGK) överför en fosforylgrupp från 1, 3-bifosfoglyceratet till ADP, som bildar två ATP-molekyler och två av 3-fosfoglycerat (3PG). Denna process är känd som fosforylering vid substratnivå.

De två molekylerna av ATP som konsumeras i reaktionerna från HK och PFK ersätts av PGK vid detta steg av vägen.

3-The 3PG omvandlas till 2PG av fosfoglyceratmutasen (PGM), vilken katalyserar förskjutningen av fosforylgruppen mellan kol 3 och 2 av glyceratet i två steg och reversibelt. Magnesiumjonen krävs också av detta enzym.

4-A-dehydreringsreaktion katalyserad av enolas omvandlar 2PG till fosfoenolpyruvat (PEP) i en reaktion som inte kräver energiinversion, men som alstrar en förening med större energipotential för överföringen av fosfatgruppen senare.

5 - Slutligen katalyserar pyruvatkinas (PYK) överföringen av fosforylgruppen i PEP till en ADP-molekyl, med samtidig produktion av pyruvat. Två molekyler av ADP används per glukosmolekyl och 2 molekyler av ATP genereras. PYK använder kalium- och magnesiumjoner.

Således är det totala energiutbytet av glykolys 2 molekyler av ATP för varje glukosmolekyl som kommer in på vägen. Vid aeroba betingelser innebär den fullständiga nedbrytningen av glukos att man erhåller mellan 30 och 32 molekyler av ATP.

Destinations för glykolytiska mellanhänder

Efter glykolys utsätts pyruvat för en dekarboxylering, som producerar CO2 och donerar acetylgruppen till acetylko-enzym A, som också oxideras till CO2 i Krebs-cykeln.

De elektroner som frigörs under denna oxidation transporteras till syre genom reaktionerna i mitokondriella andningsvägarna, som i slutändan driver syntesen av ATP i denna organell.

Under aerob glykolys bearbetas det överskott av pyruvat som framställs av enzymet laktatdehydrogenas, vilket bildar laktat och regenererar en del av NAD + konsumeras i glykolysstegen men utan bildande av nya ATP-molekyler.

Dessutom kan pyruvat användas i anabola processer som leder till bildningen av aminosyraalaninen, eller det kan också fungera som ett skelett för syntes av fettsyror.

Liksom pyruvat uppfyller slutprodukten av glykolys, många av reaktionsmellanprodukterna andra funktioner i kataboliska eller anabola vägar som är viktiga för cellen.

Sådan är fallet med glukos 6-fosfat och pentosfosfatvägen, där mellanprodukter av ribosomer närvarande i nukleinsyror erhålles.