תוֹכֶן
- יסודות גלוקוזה
- מסלול הגליקוליזה השלם
- גליקוליזה: שלב השקעה
- גליקוליזה: שלב חזרה
- ויסות הגליקוליזה
- הפעלת אנזים גליקוליזה
- עיכוב אנזים גליקוליזה
- עוד על ויסות הקסוקינאז
גליקוליזה הוא תהליך מטבולי אוניברסאלי בין החיים החיים בעולמות. סדרה זו של 10 תגובות בציטופלזמה של כל התאים ממירה את מולקולת הסוכר של שישה פחמן גלוקוזה לשתי מולקולות של פירובט, שתי מולקולות של ATP ושתי מולקולות של NADH.
למדו על גליקוליזה.
בתוך פרוקריוטות, שהם האורגניזמים הפשוטים ביותר, גליקוליזה היא באמת המשחק המטבוליזם הסלולרי היחיד בעיר. לאורגניזמים אלה, שכמעט כולם מורכבים מתא בודד עם מעט יחסית תכנים, יש צרכים מטבוליים מוגבלים, ודי בגליקוליזה כדי לאפשר להם לשגשג ולהתרבות בהיעדר גורמים מתחרים. אוקריוטותלעומת זאת, גלגל את הגליקוליזה כדבר של מנה ראשונה נדרשת לפני שהמנה העיקרית של הנשימה אירובית נכנסת לתמונה.
דיונים בנושא גליקוליזה מתרכזים לעתים קרובות בתנאים המעדיפים אותה, למשל, ריכוז מצע ואנזים נאותים. לעתים קרובות פחות מוזכרים, אך גם חשובים, הם דברים שעלולים לעצב לעכב קצב הגליקוליזה. למרות שתאים זקוקים לאנרגיה, הרי שהריצה של חומר גלם רב דרך טחנת הגליקוליזה אינה תמיד תוצאה תאית רצויה. למרבה המזל של התא, רבים מהמשתתפים בגלייקוליזה יכולים להשפיע על מהירותו.
יסודות גלוקוזה
הגלוקוזה היא סוכר בן שש פחמן עם הנוסחה C6ח12O6. (טריוויה ביו-מולקולה מהנה: לכל פחמימה - בין אם סוכר, עמילן או סיבים בלתי מסיסים - יש את הנוסחה הכימית הכללית Cנח2NOנ.) יש לו מסה טוחנת של 180 גר ', בדומה לחומצות האמינו הכבדות יותר מבחינת גודלן. הוא מסוגל להתפזר בחופשיות לתא ומחוצה לו דרך קרום הפלזמה.
גלוקוז הוא מונוסכריד, כלומר אינו מיוצר על ידי שילוב סוכרים קטנים יותר. פרוקטוז הוא מונוזכריד ואילו סוכרוז ("סוכר שולחן") הוא דיסכריד המורכב ממולקולת גלוקוזה ומולקולת פרוקטוזה.
ראוי לציין כי הגלוקוז הוא בצורת טבעת, המיוצגת כמשושה ברוב הדיאגרמות. חמישה מתוך ששת אטומי הטבעת הם גלוקוזה, ואילו השישי הוא חמצן. המספר 6 פחמן טמון במתיל (- CH3) קבוצה מחוץ לזירה.
מסלול הגליקוליזה השלם
הנוסחה המלאה לסכום של 10 התגובות של גליקוליזה היא:
ג6ח12O6 + 2 NAD+ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
במילים, משמעות הדבר היא שמולקולת גלוקוזה מומרת לשתי מולקולות גלוקוזה, ומייצרת 2 ATP ו- 2 NADH (הצורה המופחתת של ניקוטין אדנין דינוקלוטיד, "נשא אלקטרונים" נפוץ בביוכימיה).
שימו לב כי אין צורך בחמצן. למרות שפירובט כמעט תמיד נצרך בצריכים אירוביים של נשימה, גליקוליזה מתרחשת באורגניזמים אירוביים ואנאירוביים כאחד.
גליקוליזה: שלב השקעה
גליקוליזה מחולקת קלאסית לשני חלקים: "שלב השקעה", הדורש 2 ATP (אדנוזין טריפוספט, "מטבע האנרגיה" של התאים) כדי לעצב את מולקולת הגלוקוז למשהו עם אנרגיה רבה פוטנציאלית, ו"תשלום " או שלב "קציר", בו נוצרים 4 ATP באמצעות המרה של מולקולת אחת עם שלוש פחמן (גליצראלדהיד-3-פוספט, או GAP) לפירובט אחר. משמעות הדבר היא כי בסך הכל נוצרים 4 -2 = 2 ATP לכל מולקולת גלוקוזה.
כאשר הגלוקוזה נכנסת לתא, הוא מוגזם בזרחן (כלומר, קשורה אליו קבוצת פוספטים) תחת פעולת האנזים hexokinase. אנזים זה, או זרז חלבון, הוא בין החשובים באנזימים הרגולטוריים בגלייקוליזה. כל אחת מעשר התגובות בגלייקוליזה מנותזת על ידי אנזים אחד, ואנזים זה מזרז בתורו רק את אותה תגובה אחת.
הגלוקוז-6-פוספט (G6P) הנובע מצעד זרחן זה הופך לאחר מכן לפרוקטוז-6-פוספט (F6P) לפני שמתרחשת זרחן שני, הפעם בכיוון של phosphofructokinase, אנזים רגולטורי נוסף. התוצאה היא היווצרות פרוקטוז-1,6-ביספוספט (FBP), והשלב הראשון של הגליקוליזה הושלם.
גליקוליזה: שלב חזרה
פרוקטוז-1,6-ביספוספט מחולק לזוג מולקולות של שלוש פחמן, דיהידרוקסיצטון פוספט (DHAP) וגליצראלדהיד-3-פוספט (GAP). ה- DHAP מומר במהירות ל- GAP, כך שהאפקט הנקי של הפיצול הוא יצירת שתי מולקולות שלוש-פחמן זהות ממולקולת פחמן אחת-שש.
לאחר מכן ממירים את ה- GAP על ידי האנזים גליצראלדהיד-3-פוספט dehydrogenase ל- 1,3-דיפוספוגליצרט. זהו צעד עמוס; נאד+ מומר ל- NADH ו- H+ באמצעות אטומי מימן שהופשטו מ- GAP ואז המולקולה זרחית.
בשלבים הנותרים, שהופכים 1,3-דו-פוספוגליצרט לפירובט, מוסרים שני הפוספטים ברצף ממולקולת שלוש הפחמן כדי לייצר ATP. מכיוון שהכל לאחר פיצול ה- FBP קורה פעמיים לכל מולקולת גלוקוז, זה אומר ש -2 NADH, 2 H+ ו -4 ATP נוצרים בשלב החזרה, עבור רשת של 2 NADH, 2 H+ ו -2 ATP.
קרא עוד על התוצאה הסופית של גליקוליזה.
ויסות הגליקוליזה
שלושה מהאנזימים שמשתתפים בגליקוליזה ממלאים תפקידים מרכזיים בוויסות התהליך. שניים, hexokinase ו- phosphofructokinase (או PFK), הוזכרו כבר. השלישי, pyruvate kinase, אחראי לזרז את תגובת הגליקוליזה הסופית, להמרה של פוספינולפירובט (PEP) לפירובאט.
לכל אחד מהאנזימים האלה מפעילים ממש כמו מעכבים. אם אתה מכיר את הכימיה ואת הרעיון של עיכוב משוב, ייתכן שתוכל לחזות את התנאים שמובילים אנזים מסוים להאיץ או להאט את פעילותו. לדוגמה, אם אזור בתא עשיר ב- G6P, האם היית מצפה שהקסוקינאז יחקור באגרסיביות מולקולות גלוקוז המשוטטות במקום? סביר להניח שלא, מכיוון שבתנאים אלו, אין צורך דחוף לייצר G6P נוסף. ואתה תהיה צודק.
הפעלת אנזים גליקוליזה
בעוד שהקסוקינאז מעכב על ידי G6P, הוא מופעל על ידי AMP (אדנוזין מונופוספט) ו- ADP (אדנוזין דיפוספט), כמו גם PFK ופירוב קינאזה. הסיבה לכך היא שרמות גבוהות יותר של AMP ו- ADP בדרך כלל מסמנות רמות נמוכות יותר של ATP, וכאשר ATP נמוך, הדחף להתרחש גליקוליזה הוא גבוה.
פירובאט קינאז מופעל גם על ידי פרוקטוז-1,6-ביספוספט, וזה הגיוני, מכיוון שיותר מדי FBP מרמז על כך שחומר ביניים של גליקוליזה מצטבר במעלה הזרם והדברים צריכים לקרות מהר יותר בסוף הזנב של התהליך. כמו כן, פרוקטוז -2,6-ביספוספט הוא פעיל של PFK.
עיכוב אנזים גליקוליזה
הקסוקינאז, כאמור, מעוכב על ידי G6P. PFK ו- pyruvate kinase מעוכבים שניהם על ידי נוכחות של ATP מאותה סיבה בסיסית שהם מופעלים על ידי AMP ו- ADP: מצב האנרגיה של התא מעדיף ירידה בשיעור הגליקוליזה.
PFK מעכב גם על ידי ציטראט, מרכיב במחזור קרבס המתרחש במורד הזרם בנשימה אירובית. Pyruvate kinase מעכב על ידי אצטיל CoA, שהיא המולקולה שאליה מומר פירובט לאחר סיום הגליקוליזה ולפני תחילת מחזור הקרבס (למעשה, אצטיל CoA משלב עם אוקסלואצטט בשלב הראשון של המחזור ליצירת ציטראט). לבסוף, חומצת האמינו אלנין מעכבת גם פירובאט קינאז.
עוד על ויסות הקסוקינאז
ניתן לצפות שמוצרים אחרים של גליקוליזה מלבד G6P יעכבו את הקסוקינאז, מכיוון שנראה כי נוכחותם בכמויות משמעותיות מצביעה על ירידה בצורך ב- G6P. עם זאת, רק G6P עצמו מעכב את הקסוקינאז. למה זה?
הסיבה היא די פשוטה: G6P נחוץ למסלולי תגובה שאינם גליקוליזה, כולל הפונטוז פוספט shunt ו- סינתזת גליקוגן. לפיכך, אם מולקולות במורד הזרם שאינו G6P יכלו להרחיק את הקסוקינאז מהעבודה שלו, מסלולי התגובה האחרים הללו היו מאטים גם מחוסר G6P שנכנס לתהליך, ולכן הם מייצגים נזק בטחונות מסוג זה.