Гликолиза

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето
При метаболичкиот пат на гликолиза, глукозата се конвертира во пируват преку серија на интермедиерни метаболити.    Секоја хемиска модификација се врши под дејство на различен ензим.    Чекорите 1 и 3 се одвиваат со потрошувачка на ATP, а во    чекорите 7 и 10 се создава ATP. Бидејќи чекорите 6–10 два пати се повторуваат на една молекула глукоза, тоа доведува до нето продукција на ATP.

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 | уреди извор]

Почетните и крајните учесници во гликолизата се:

D-Глукоза Пируват
D-glucose wpmp.svg 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi Biochem reaction arrow forward NNNN horiz med.svg 2 Pyruvic-acid-2D-skeletal.svg 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 | уреди извор]

Фаза на енергетско инвестирање[уреди | уреди извор]

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:

d-Глукоза (Glc) Хексокиназа глукокиназа (HK)
трансфераза
α-d-Глукоза-6-фосфат (G6P)
D-glucose wpmp.svg   Alpha-D-glucose-6-phosphate wpmp.svg
ATP H+ + ADP
Biochem reaction arrow forward YYNN horiz med.svg
 
 

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.
α-d-Глукоза 6-фосфат (G6P) Фосфоглукоизомераза (PGI)
изомераза
β-d-Фруктоза 6-фосфат (F6P)
Alpha-D-glucose-6-phosphate wpmp.svg   Beta-D-fructose-6-phosphate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.svg
 
 

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

β-d-Фруктоза 6-фосфат (F6P) Фосфофруктокиназа (PFK-1)
трансфераза
β-d-Фруктоза 1,6-бисфосфат (F1,6BP)
Beta-D-fructose-6-phosphate wpmp.png   Beta-D-fructose-1,6-bisphosphate wpmp.svg
ATP H+ + ADP
Biochem reaction arrow forward YYNN horiz med.svg
 
 

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.

β-d-Фруктоза 1,6-бисфосфат (F1,6BP) Фруктоза-бисфосфат алдолаза (ALDO)
лиаза
d-Глицералдехид 3-фосфат (GADP) Дихидроксиацетон фосфат (DHAP)
Beta-D-fructose-1,6-bisphosphate wpmp.svg D-glyceraldehyde-3-phosphate wpmp.png + Glycerone-phosphate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.svg

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.

Дихидроксиацетон фосфат (DHAP) Триозафосфат изомераза (TPI)
изомераза
d-Глицералдехид 3-фосфат (GADP)
Glycerone-phosphate wpmp.png   D-glyceraldehyde-3-phosphate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.svg
 
 

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.

Фаза на енергетско генерирање[уреди | уреди извор]

Глицералдехид 3-фосфат (GADP) Глицералдехид фосфат дехидрогеназа (GAPDH)
оксидоредуктаза
d-1,3-Бисфосфоглицерат (1,3BPG)
D-glyceraldehyde-3-phosphate wpmp.png   1,3-bisphospho-D-glycerate.png
NAD+ + Pi NADH + H+
Biochem reaction arrow reversible YYYY horiz med.svg
   
 
 

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.

1,3-Бисфосфоглицерат (1,3BPG) Фосфоглицерат киназа (PGK)
трансфераза
3-Фосфоглицерат (3PG)
1,3-bisphospho-D-glycerate.png   3-phospho-D-glycerate wpmp.png
ADP ATP
Biochem reaction arrow reversible YYYY horiz med.svg
   
 
  Фосфоглицерат киназа (PGK)

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.

3-Фосфоглицерат (3PG) Фосфоглицерат мутаза (PGM)
мутаза
2-Фосфоглицерат (2PG)
3-phospho-D-glycerate wpmp.png   2-phospho-D-glycerate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.svg
 
 

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.

2-Фосфоглицерат (2PG) Енолаза (ENO)
a lyase
Фосфоенолпируват (PEP)
2-phospho-D-glycerate wpmp.png   Phosphoenolpyruvate wpmp.png
H2O
Biochem reaction arrow reversible NYYN horiz med.svg
 
 
  Енолаза (ENO)

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.

Фосфоенолпируват (PEP) Пируват киназа (PK)
трансфераза
Пируват (Pyr)
Phosphoenolpyruvate wpmp.png   Pyruvate wpmp.png
ADP + H+ ATP
Biochem reaction arrow forward YYNN horiz med.svg
 
 


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