De glykolys eller glykolys är den huvudsakliga vägen för glukoskatabolism, vars slutmål är att erhålla energi i form av ATP och reducera kraften i form av NADH, från detta kolhydrat.
Denna väg, fullständigt klargjord på 1930-talet av Gustav Embden och Otto Meyerhof medan han studerade konsumtionen av glukos i skelettmuskelceller, består av fullständig oxidation av denna monosackarid och representerar i sig en anaerob väg för glukos..
Det är en av de viktigaste metaboliska vägarna, eftersom det förekommer med sina skillnader i alla levande organismer som finns, encelliga eller flercelliga, prokaryota eller eukaryota, och det anses vara en reaktionskedja som är evolutionärt mycket bevarad i naturen..
Det finns faktiskt några organismer och celltyper som uteslutande är beroende av denna väg för att överleva..
I första hand består glykolys av oxidationen av glukos, av 6 kolatomer, till pyruvat, som har tre kolatomer; med samtidig produktion av ATP och NADH, användbart för celler ur metabolisk och syntetisk synvinkel.
I celler som kan bearbeta de produkter som erhålls från glukoskatabolism slutar glykolys med produktionen av koldioxid och vatten genom Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan (aerob glykolys)..
Tio enzymatiska reaktioner äger rum under den glykolytiska vägen, och även om regleringen av dessa reaktioner kan vara något annorlunda från en art till en annan, är regleringsmekanismerna också ganska bevarade..
Artikelindex
Ur metabolisk synvinkel är glukos en av de viktigaste kolhydraterna för alla levande varelser.
Det är en stabil och mycket löslig molekyl, så den kan transporteras med relativt lätthet genom hela kroppen av ett djur eller en växt, varifrån den lagras och / eller erhålls till där den behövs som cellulärt bränsle..
Den kemiska energin som finns i glukos utnyttjas av levande celler genom glykolys, som består av en serie mycket kontrollerade steg genom vilka energin som frigörs från oxidationen av detta kolhydrat kan "fångas upp" till mer användbara energiformer, därav dess betydelse..
Genom denna väg erhålls inte bara energi (ATP) och reducerande effekt (NADH), men det ger också en serie metaboliska mellanprodukter som ingår i andra vägar, också viktiga från den anabola (biosyntetiska) och allmänna cellulära funktionen. Här är en lista:
- Glukos 6-fosfat för pentosfosfatvägen (PPP) Pentosfosfatväg)
- Pyruvat för mjölksjäsning
- Pyruvat för syntes av aminosyror (huvudsakligen alanin)
- Pyruvat för trikarboxylsyracykeln
- Fruktos 6-fosfat, glukos 6-fosfat och dihydroxiaceton fosfat, som fungerar som "byggstenar" i andra vägar såsom syntes av glykogen, fettsyror, triglycerider, nukleotider, aminosyror, etc..
Mängden ATP som produceras av den glykolytiska vägen, när cellen som producerar den inte kan leva under aeroba förhållanden, är tillräcklig för att tillgodose en cells energibehov när den är kopplad till olika typer av fermenteringsprocesser.
Men när det gäller aeroba celler fungerar glykolys också som en nödkraftkälla och fungerar som ett "förberedande steg" före de oxidativa fosforyleringsreaktionerna som kännetecknar celler med aerob metabolism..
Glykolys är endast möjlig tack vare deltagande av de 10 enzymerna som katalyserar reaktionerna som kännetecknar denna väg. Många av dessa enzymer är allosteriska och ändrar form eller konformation när de utövar sina katalytiska funktioner..
Det finns enzymer som bryter och bildar kovalenta bindningar mellan deras substrat och det finns andra som kräver specifika kofaktorer för att utföra sina funktioner, främst metalljoner..
Strukturellt sett har alla glykolytiska enzymer ett väsentligen laminerat centrum. β parallell omringad av α spiraler och beställs i mer än en domän. Vidare kännetecknas dessa enzymer av att deras aktiva platser vanligtvis är vid bindningsställena mellan domäner..
Det är också viktigt att notera att den huvudsakliga regleringen av vägen passerar genom kontrollen (hormonella eller metaboliter) av enzymer såsom hexokinas, fosfofruktokinas, glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenas och pyruvatkinas..
Den första glykolysreaktionen (glukosfosforylering) katalyseras av hexokinas (HK), vars verkningsmekanism verkar bestå av ett substrat "inducerad åtdragning" som främjar enzymet "lock-in" runt ATP och av glukos (dess substrat) när det har bundit sig till dessa.
Beroende på vilken organism som beaktas kan det finnas en eller flera isoenzymer, vars molekylvikt sträcker sig mellan 50 (cirka 500 aminosyror) och 100 kDa, eftersom de verkar gruppera i form av dimerer, vars bildning gynnas av närvaro av glukos, magnesiumjoner och ATP.
Hexokinase har en tertiär struktur som består av öppna alfa- och beta-ark, även om det finns många strukturella skillnader i dessa enzymer.
Glukosfosforylerad av hexokinas isomeriseras till fruktos 6-fosfat via fosfoglukosisomeras (PGI), även känd som glukos 6-fosfatisomeras. Enzymet avlägsnar eller adderar alltså inte atomer utan omarrangerar dem på strukturell nivå.
Detta är ett aktivt enzym i sin dimera form (monomeren väger mer eller mindre 66 kDa) och är inte bara involverad i glykolys utan också i glukoneogenes, i syntesen av kolhydrater i växter etc..
Fruktos 6-fosfat är ett substrat för fosfofruktokinasenzymet, som kan återfosforylera denna molekyl med ATP som fosforylgruppsgivare, vilket producerar fruktos 1,6-bisfosfat.
Detta enzym finns i bakterier och däggdjur som ett homotetrameriskt enzym (består av fyra identiska underenheter om 33 kDa vardera för bakterier och 85 kDa vardera i däggdjur) och i jäst är det en oktamer (bestående av större underenheter, mellan 112 och 118 kDa).
Det är ett allosteriskt enzym, vilket innebär att det regleras positivt eller negativt av några av dess produkter (ADP) och av andra molekyler som ATP och citrat..
Även känd som fruktos 1,6-bisfosfat aldolas, katalyserar aldolas den katalytiska nedbrytningen av fruktos 1,6-bisfosfat i dihydroxiacetonfosfat och glyceraldehyd 3-fosfat och den omvända reaktionen, det vill säga föreningen av båda sockerarterna för bildandet av fruktos 1 6-bisfosfat.
Med andra ord skär detta enzym fruktosen 1,6-bisfosfat till hälften och frigör två fosforylerade C3-föreningar. Aldolase består också av fyra identiska underenheter, var och en med sin egen aktiva plats..
Förekomsten av två klasser (I och II) av detta enzym har bestämts, vilka differentieras av reaktionsmekanismen som de katalyserar och eftersom vissa (den första) förekommer i bakterier och "lägre" eukaryoter, och de andra (den andra ) finns i bakterier, protister och metazoaner.
Det "högre" eukaryota aldolaset består av en homotetramer med 40 kDa molekylviktsunderenheter, var och en bestående av ett fat som består av 8 β / a-ark..
De två fosforylerade trioserna kan konverteras med varandra tack vare verkan av trio-fosfatisomeras, vilket gör att båda sockerarterna kan användas under glykolys, vilket säkerställer full användning av varje glukosmolekyl som kommer in i vägen..
Detta enzym har beskrivits som det "perfekta" enzymet, eftersom det katalyserar den beskrivna reaktionen ungefär en biljon gånger snabbare än vad den skulle ske utan ditt deltagande. Dess aktiva plats är i mitten av en beta-tunnstruktur, karakteristisk för många glykolytiska enzymer..
Det är ett dimerprotein, som består av två identiska underenheter på cirka 27 kDa, båda med en globulär struktur..
Glyceraldehyd-3-fosfat producerat genom inverkan av aldolas och triosfosfatisomeras tjänar som ett substrat för GAPDH, vilket är ett homotetrameriskt enzym (34-38 kDa vardera underenhet) som samverkar binder till en molekyl av NAD + i vart och ett av dess 4 aktiva platser samt 2 fosfat- eller sulfatjoner.
I detta steg av vägen medger enzymet fosforylering av ett av dess substrat med användning av oorganiskt fosfat som en fosforylgruppsgivare, med samtidig reduktion av två NAD + -molekyler och produktion av 1,3-bisfosfoglycerat..
Fosfoglyceratkinas är ansvarigt för att överföra en av fosfatgrupperna av 1,3-bisfosfoglycerat till en ADP-molekyl genom fosforylering på substratnivån. Detta enzym använder en mekanism som liknar den som används av hexokinas, eftersom det stänger vid kontakt med dess substrat och skyddar dem från störande vattenmolekyler..
Detta enzym, som andra som använder två eller flera substrat, har ett bindningsställe för ADP och ett annat för sockerfosfat.
Till skillnad från de andra beskrivna enzymerna är detta protein en 44 kDa monomer med en bilobarstruktur, som består av två domäner av samma storlek som är förbundna med en smal "klyfta".
3-fosfoglyceratet genomgår en förändring från fosfatgruppen mot kol 2, i mitten av molekylen, vilket representerar en plats med strategisk instabilitet som underlättar den efterföljande överföringen av gruppen till en ATP-molekyl i den sista reaktionen på vägen..
Denna omläggning katalyseras av enzymet fosfoglyceratmutas, ett dimer enzym för människa och tetrameriskt för jäst, med en underenhetsstorlek nära 27 kDa..
Enolas katalyserar uttorkningen av 2-fosfoglycerat till fosfoenolpyruvat, ett nödvändigt steg för alstringen av ATP i den efterföljande reaktionen.
Det är ett dimer enzym som består av två identiska 45 kDa underenheter. Det beror på magnesiumjoner för dess stabilitet och för den anpassningsförändring som är nödvändig för att binda till dess substrat. Det är ett av de enzymer som överflödigt uttrycks i cytosolen hos många organismer och utför funktioner förutom glykolytika..
Den andra fosforyleringen på substratnivå som uppträder vid glykolys katalyseras av pyruvatkinas, som är ansvarig för överföringen av fosforylgruppen från fosfoenolpyruvat till ADP och för produktionen av pyruvat..
Detta enzym är mer komplext än något av de andra glykolytiska enzymerna och hos däggdjur är det ett homotetrameriskt enzym (57 kDa / subenhet). Hos ryggradsdjur finns minst 4 isoenzymer: L (i lever), R (i erytrocyter), M1 (i muskler och hjärna) och M2 (fostervävnad och vuxna vävnader).
Den glykolytiska vägen består av tio sekventiella steg och börjar med en molekyl glukos. Under processen "aktiveras" eller "bereds" glukosmolekylen med tillsats av två fosfater, vilket inverterar två ATP-molekyler..
Senare "skärs" den i två fragment och slutligen modifieras den kemiskt ett par gånger, syntetiserar fyra ATP-molekyler längs vägen, så att ruttens nettovinst motsvarar två ATP-molekyler..
Av ovanstående kan man dra slutsatsen att vägen är uppdelad i en energi "investeringsfas", grundläggande för fullständig oxidation av glukosmolekylen, och en annan energi "förstärkningsfas", där den använda energin initialt ersätts och två netto ATP molekyler.
1- Det första steget i den glykolytiska vägen består av fosforylering av glukos medierad av hexokinas (HK), för vilken enzymet använder en molekyl ATP för varje molekyl glukos som fosforyleras. Det är en irreversibel reaktion och beror på närvaron av magnesiumjoner (Mg2 +):
Glukos + ATP → Glukos 6-fosfat + ADP
2- Det på detta sätt framställda glukos-6-fosfatet isomeriseras till fruktos-6-fosfat tack vare verkan av enzymet fosfoglukosisomeras (PGI). Detta är en reversibel reaktion och innebär inte ytterligare energiförbrukning:
Glukos 6-fosfat → Fruktos 6-fosfat
3- Därefter involverar ett annat energiinversionssteg fosforylering av fruktos 6-fosfat för att bilda fruktos 1,6-bisfosfat. Denna reaktion katalyseras av enzymet fosfofruktokinas-1 (PFK-1). Liksom det första steget i vägen är givarmolekylen i fosfatgruppen ATP och det är också en irreversibel reaktion.
Fruktos 6-fosfat + ATP → Fruktos 1,6-bisfosfat + ADP
4- I detta steg av glykolys sker katalytisk nedbrytning av fruktos-1,6-bisfosfat i dihydroxiacetonfosfat (DHAP), en ketos och glyceraldehyd-3-fosfat (GAP), en aldos. Denna aldolkondensation katalyseras av enzymet aldolas och är en reversibel process..
Fruktos 1,6-bisfosfat → Dihydroxiacetonfosfat + glyceraldehyd 3-fosfat
5- Den sista reaktionen i energiinversionsfasen består av omvandlingen av triofosfatet DHAP och GAP katalyserat av enzymet triofosfatisomeras (TIM), ett faktum som inte kräver ytterligare energiintag och också är en reversibel process.
Dihydroxiacetonfosfat ↔ Glyceraldehyd 3-fosfat
6- Glyceraldehyd-3-fosfat används "nedströms" i den glykolytiska vägen som ett substrat för en oxidationsreaktion och en annan för fosforylering, katalyserad av samma enzym, glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenas (GAPDH)..
Enzymet katalyserar oxidationen av molekylens C1-kol till en karboxylsyra och dess fosforylering i samma position, vilket ger 1,3-bisfosfoglycerat. Under reaktionen reduceras 2 molekyler NAD + för varje glukemolekyl och 2 molekyler oorganiskt fosfat används..
2Gliceraldehyd 3-fosfat + 2NAD + + 2Pi → 2 (1,3-bisfosfoglycerat) + 2NADH + 2H
I aeroba organismer passerar varje NADH som produceras på detta sätt genom elektrontransportkedjan för att fungera som ett substrat för syntesen av 6 ATP-molekyler genom oxidativ fosforylering..
7- Detta är det första ATP-syntessteget i glykolys och involverar verkan av fosfoglyceratkinas (PGK) på 1,3-bisfosfoglycerat, vilket överför en fosforylgrupp (fosforylering på substratnivå) från denna molekyl till en ADP-molekyl, vilket ger 2ATP och 2 molekyler 3-fosfoglycerat (3PG) för varje molekyl glukos.
2 (1,3-bisfosfoglycerat) + 2ADP → 2 (3-fosfoglycerat) + 2ATP
8- 3-fosfoglyceratet fungerar som ett substrat för enzymet fosfoglyceratmutas (PGM), som omvandlar det till 2-fosfoglycerat genom förskjutning av fosforylgruppen från kol 3 till kol 2 genom en tvåstegsreaktion som är reversibel och beroende av magnesiumjoner (Mg + 2).
2 (3-fosfoglycerat) → 2 (2-fosfoglycerat)
9- Enolasenzymet uttorkar 2-fosfoglycerat och producerar fosfoenolpyruvat (PEP) genom en reaktion som inte kräver tillsats av ytterligare energi och vars syfte är att producera en högenergiförening, som kan donera dess fosforylgrupp i följande reaktion.
2 (2-fosfoglycerat) → 2 fosfoenolpyruvat
10- Fosfoenolpyruvat är ett substrat för enzymet pyruvatkinas (PYK), som ansvarar för överföringen av fosforylgruppen i denna molekyl till en ADP-molekyl, vilket katalyserar en annan fosforyleringsreaktion på substratnivån.
I reaktionen produceras 2ATP och 2 pyruvatmolekyler för varje glukos och närvaron av kalium och magnesium i jonform är nödvändig..
2Fosfoenolpyruvat + 2ADP → 2Pyruvat + 2ATP
Nettoutbytet av glykolys består på detta sätt av 2ATP och 2NAD + för varje glukosmolekyl som kommer in i vägen..
Om det är celler med aerob metabolism, producerar den totala nedbrytningen av en glukosmolekyl mellan 30 och 32 ATP genom Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan.
Den allmänna reaktionen av glykolys är som följer:
Glukos + 2NAD + + 2ADP + 2Pi → 2Pyruvat + 2ATP + 2NADH + 2H+
Om det analyseras kort kan det därför säkerställas att huvudprodukterna av den glykolytiska vägen är pyruvat, ATP, NADH och H.
Emellertid beror det metaboliska ödet för varje reaktionsmellanprodukt i stor utsträckning på cellulära behov, varför alla mellanprodukter kan betraktas som reaktionsprodukter, och de kan listas enligt följande:
- Glukos 6-fosfat
- Fruktos 6-fosfat
- Fruktos 1,6-bisfosfat
- Dihydroxiacetonfosfat och glyceraldehyd 3-fosfat
- 1,3-bisfosfoglycerat
- 3-fosfoglycerat och 2-fosfoglycerat
- Fosfoenolpyruvat och pyruvat
Trots det faktum att glykolys i sig (man kan tala om anaerob glykolys) endast producerar cirka 5% av ATP som kan extraheras från den aeroba katabolismen av glukos, är denna metaboliska väg viktig av flera skäl:
- Det fungerar som en "snabb" energikälla, särskilt i situationer där ett djur snabbt måste komma ur vilotillstånd, för vilket de aeroba oxidationsprocesserna inte skulle vara tillräckligt snabba.
- De "vita" skelettmuskelfibrerna i människokroppen är till exempel snabbfibrerande fibrer och är beroende av anaerob glykolys för att fungera..
- När en cell av någon anledning behöver klara sig utan några av dess mitokondrier (som är organellerna som bland annat utför oxidativ fosforylering av en del av de glykolytiska produkterna) blir cellen mer beroende av den energi som erhålls via glykolytisk.
- Många celler är beroende av glukos som en energikälla genom den glykolytiska vägen, bland dem röda blodceller, saknar inre organeller och ögonceller (särskilt de i hornhinnan) som inte har en hög densitet av mitokondrier.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.