Гликолиза

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај

Во метаболизмот, гликолизата е биохемиски пат со кој започнуваат процесите на ферментација и клеточно дишење. Всушност, гликолизата е процес при кој глукозата и фруктозата (кои имаат 6 С-атоми) се делат на две молекули со по 3 С-атоми познати како пирогроздова киселина (пируват). Со овој процес се добива енергија во форма на високоенергетското соединение АТР. Гликолизата е веројатно најстариот познат начин на производство на АТР. Постојат докази дека овој биохемиски пат постоел и пред појавата на кислородот во Земјината атмосфера и органелите во клетките. На ова укажуваат неколку факти:

  • За одвивање на гликолизата не е потребен кислород. Таа е прва етапа во различните аеробни и анаеробни реакции за добивање на енергија
  • Гликолизата се одвива во цитоплазмата на клетките, а не во некоја специјализирана органела
  • Гликолизата е единствен метаболички (биохемиски) пат најден кај сите живи организми.

Краток преглед на гликолизата[уреди]

Почетните и крајните учесници во гликолизата се:

D-Глукоза Пируват
D-glucose wpmp.png 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi Biochem reaction arrow forward NNNN horiz med.png 2 Pyruvate wpmp.png 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

Сите продукти имаат витални клеточни употреби:

  • АТР е енергетски извор за многу клеточни функции.
  • NADH + H+ дава редуцирачка моќ за други метаболички патишта или за понатамошна синтеза на АТР.
  • Пируватот се користи во Кребсовиот циклус при аеробното дишење за производство на повеќе АТР или се претвора во други мали јаглеродни молекули при анаеробното дишење.

Реакции на гликолизата[уреди]

Реакциите на гликолитичкиот метаболички пат се одвиваат во цитозолот на клетките. Глукозата влегува во гликолитичкиот пат претворена во глукоза-6-фосфат. Почетокот на процесот добива енергија од цепењето на две ~Р врски од АТР. Гликолизата се одвива во неколку етапи, односно фази:

1 етапа: Хексокиназата ja катализира реакцијата:
глукоза + АТР → глукоза-6-фосфат + ADP

Хексокиназната реакција се состои од нуклеофилен напад на С6 хидроксилниот кислород на глукозата врз фосфорот од терминалниот фосфат на АТР. АТР се врзува за ензимот како комплекс со Mg++.

Позитивно наелектризираниот Mg++ стапува во интеракција со негативно наелектризираните фосфатокислородни атоми на АТР, овозможувајќи компензација на полнежите и давајќи поволна конформација на АТР на активниот центар на ензимот.

Реакцијата катализирана од хексокиназата е спонтана во голема мерка. Фосфоанхидридната врска на АТР (~Р) се цепи. Фосфатниот естер (глукоза-6-фосфат) има помал степен на хидролиза.

Глукозата која се сврзува за хексокиназата стабилизира конформација во која:

  • С6 хидроксилот на врзаната глукоза е близу до терминалниот фосфат на АТР, со што ја овозможува катализата.
  • Молекулата на водата не навлегува во активниот центар на ензимот. Ова го спречува ензимот да ја катализира хидролизата на АТР, а овозможува трансфер на фосфат до глукозата.

2 етапа: Фосфоглукозната изомераза ja катализира реакцијата:
глукозо-6-фосфат (алдоза) → фруктоза-6-фосфат (кетоза)

Фосфоглукозо изомеразниот механизам вклучува киселинско-базна катализа, со отворање на прстените, потоа изомеризација преку енедиолатен меѓупродукт, а потоа затворање на прстенот.

3 етапа: Фосфофруктокиназата ja катализира реакцијата:
глукозо-6-фосфат + АТР → фруктоза-1,6-бисфосфат + АDP

Оваа високо спонтана реакција има механизам сличен со оној на хексокиназата. Фосфофруктокиназната реакција е ограничувачка етапа за степенот на гликолиза. Овој ензим е високо регулиран.

4 етапа: Алдолазата ja катализира реакцијата:
фруктоза-1,6-бисфосфат → дихидроксиацетон фосфат + глицералдехид-3-фосфат

Алдолазната реакција се состои од делење на алдол, обратен процес од алдолна кондензација. Тука јаглеродните атоми добиваат нови бројни вредности во реакционите продукти.

Остатокот од лизин на активниот центар на алдолазата делува при катализата. Кето-групата на фруктоза-1,6-бисфосфатот реагира со е-амино групата на лизинот и образува протониран меѓупродукт - Шифова база. Потоа следи делење на врските помеѓу С3 и С4.

5 етапа: Триоза фосфат изомеразата (ТФИ) ja катализира реакцијата:
дихидроксиацетон фосфат (кетоза) → глицералдехид-3-фосфат (алдоза)

Гликолизата продолжува од глицералдехид-3-фосфат. Константата на рамнотежа (Keq) за ТФИ реакцијата е во полза на дихидроксиацетон фосфат, но отстранувањето на глицералдехид-3-фосфатот од последователната спонтана реакција овозможува промена на истата.

Конверзијата кетоза/алдоза на TФИ вклучува киселинско-базна катализа, и се претпоставува дека продолжува низ енедиолен меѓупродукт, како во случајот со фосфоглукозо изомеразата. Се мисли дека остатоците од Glu и His на активните центри на ензимот донираат протони за време на катализата.

2-фосфогликолатот е пример на преоден аналог кој се врзува за активниот центар на триоза фосфат изомеразата. Овој инхибитор на катализата со ТФИ е сличен во структурата со предложениот енедиолатен меѓупродукт.

6 етапа: Глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназата ja катализира реакцијата:
глицералдехид-3-фосфат + NAD+ + Pi → 1,3-бисфосфоглицерат + NADH + H+

Егзергонската оксидација на алдехидот глицералдехид-3-фосфат во карбоксилна киселина доведува до формација на ацил фосфат, високоенергетска врска (~Р) во 1,3-бисфосфоглицерат. Ова е единствениот чекор во гликолизата во кој NAD+ се редуцира до NADH.

Цистеински тиол на активниот центар на глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа има улога во катализата.

Глицералдехид-3-фосфатот реагира со цистеинскиот тиол и формира тиохемиацетален меѓупродукт. Оксидацијата до карбоксилна киселина (во високоенергетски тиоестер) се случува, и NAD+ се редуцира до NADH.

Високоенергетскиот ацилен тиоестер е нападнат од Pi и дава ацил фосфатен (~Р) продукт.

За потсетување, NAD+ прифаќа 2 e- и еден H+ (хидрид) кога се редуцира.

7 етапа: Фосфоглицерат киназата ja катализира реакцијата:
1,3-бисфосфоглицерат + ADР → 3-фосфоглицерат + АТР

Овој трансфер на фосфат до ADP, од карбоксилната група на 1,3-бисфосфоглицерат, е повратен бидејќи една ~Р врска се цепи, а друга се синтетизира. Ензинот подлежи на конформациона промена слична на онаа на хексокиназата.

8 етапа: Фосфоглицерат мутазата ja катализира реакцијата:
3-фосфоглицерат → 2-фосфоглицерат

Фосфатот се преместува од хидроксилот на С3 од 3-фосфоглицератот на хидроксилот позициониран на С2.

Хистидинот од активниот центар на ензимот учествува во фосфатниот трансфер со донирање и прифаќање на фосфатот. Процесот го вклучува 2,3-бисфосфат како меѓупродукт.

9 етапа: Енолазата ja катализира реакцијата:
2-фосфоглицерат → фосфоенолпируват + H2O

Оваа дехидратациска реакција е зависна од Mg++. Два Mg++ јона стапуваат во интеракција со кислородните атоми на карбоксилната група на активниот центар. Овие јони помагаат да се стабилизира енолатниот анјонски меѓупродукт кој се формира кога лизинската амино група зема протон од С2.

10 етапа: Пируват киназата ja катализира реакцијата:
фосфоенолпируват + ADP → пируват + ATP

Овој трансфер на фосфат од ФЕП до ADP е спонтан. ФЕП има поголем степен на фосфатна хидролиза отколку АТР.