Гликолиза
 |
Гликолиза је процес који се састоји од низа реакција и којим се глукоза конвертује у пирогрожђану киселину и при чему се производи релативно мала количина молекула АТП-а.[1][2][3] У аеробним организмима гликолиза је праћена Кребсовим циклусом и ланцем електронског трансфера, којим се и производи највећа количина молекула АТП-а, (АТП је извор енергије коју ћелије користе). У аеробним условима, тј. у присуству кисеоника, пирогрожђана киселина улази у митохондрију, где се потпуно оксидише у угљен-диоксид и воду. Ако је количина кисеоника неадекватна, на пример као у мишићима током интезивне активности (трчање, интензивни физички рад, итд.) пирогрожђана киселина бива конвертована у млечну киселину. У анаеробним условима, у условима где кисеоник није присутан, пирогрођжана киселина се конвертује у етанол. Ова трансформације пирогрожђане киселине у етанол је пример ферментације. Алтернативни катаболички пут разградње глукозе је фосфоглуконатни пут у којем настају редукциони еквиваленти кључни за бројне анаболичке процесе.
Гликолиза је одређена секвенцом од десет реакција посредованих ензимима. Интермедијери представљају улазне тачке у гликолизу. На пример, већина моносахарида, као што су фруктоза и галактоза, могу да буду конвертовани у један о тих интермедијера. Интермедијери исто тако могу да буду директно корисни. На пример, интермедијер дихидроксиацетон фосфат (DHAP) је извор глицерола, који се комбинује са масним киселинама и формира масти.
Гликолиза је од кисеоника независтан метаболички пут. Dругим речима у њој се не користи молекуларни кисеоник (тј. атмосферски кисеоник) за било коју од њених реакција. Међутим продукти гликолизе (пируват NADH + H+) у неким случајевима бивају метаболизовани користећи атмосферски кисеоник.[4] Кад се молекулски кисеоник користи за метаболизам продуката гликолизе процес се обично сматра аеробним, док ако се кисеоник не користи, онда се за процес каже да је анаеробан.[5] Нека од варијанти гликолизе се јавља у скори свим организмима, аеробним и анаеробним. Широка заступљеност гликолизе је индикација да је она један од најстаријих метаболичких путева.[6] У ствари, реакције које сачињавају гликолизу и њен паралелни пут, пут пентоза фосфата, су се одвијале у посредству метала под бескисеоничним условима Архејских океана.[7] Могуће је да је гликолиза проистекла из хемијских ограничења пребиотичког света.
Гликолиза се одвија у већини организама у цитосолу ћелија. Најзаступљенији тип гликолизе је Ембден–Мејерхофов–Парнасов (ЕМП) пут, који су открили Густав Ембден, Ото Мајерхоф, и Јакуб Карол Парнас. Гликолиза се исто тако односи на друге путеве, као што је Ентнер-Доудорофов пут и разни хетероферментативни и хомоферментативни путеви.[8]
Целокупни гликолизни пут се може раздвојити у две фазе:[2]
- Препараторна фаза – у којој се ATP конзумира
- Фаза исплате – у којој се ATP производи.
Преглед[уреди | уреди извор]
Свеукупна реакција гликолизе је:
Као полазни материјал у процесу дисања, полисахариди се могу се користити тек након претходне разградње на простије шећере. Тако се скроб у ткивима за нагмнилавање енергетских резерви најпре разлаже до простих шећера, у присуству воде и ензима амилазе: скроб + n H2O → амилаза + n глукоза.
У другим ткивима, где се скроб налази само привреремено, његова хидролиза се одвија помоћу ензима фосфорилазе:
- скроб + n H3P04 → фосфорилаза + n глукозо-1-фосфат.
Топлотна енергија која се ослобађа у разградњи скроба путем фосфорилације остаје везана у фосфат-естарској вези глукоза-1-фосфата. Да би се тај спој могао укључити у гликолизу, мора се претходно претворити у пирогрожђану киселину.[9] Настала пирогрожђана киселина у анаеробнитн условима, при фементацији, подвргава се алкохолном или млечном врењу, а у аеробним условима, након активације улази у тзв. Кребсов циклус. У младим ткивима биљака глукоза се претежно разграђује у процесу гликолизе. Са старењем ткива, постепено се повећава разградња глукозе, путем њене директне оксидације.
Основни типови реакција гликолизе[уреди | уреди извор]
Гликолиза је веома важан процес без којег ћелије не би могле да функционишу. Гликолиза је такође веома сложен процес, али упознавањем основних типова рекација, и сам процес бива јаснији. Типови рекација које чине гликолизу, заједно са ензимима који катализују реакције, су:
Премештање фосфорил групе[уреди | уреди извор]
У овој реакција, фосфорил група бива премештена са једног атома кисеоника на други у самом молекулу. Катализатор ове реакције је ензим који припада породици мутаза.
Трансфер фосфорил групе[уреди | уреди извор]
У овој реакцији фосфорил група бива премештена са АТП молекула на међучлан гликолизе или са међучлана на АТП. Катализатор реакције припада породоци аензима киназа.
Изомеризација[уреди | уреди извор]
При изомеризацији кетоза се конвертује у алдозу, и обрнуто, ензимом изомераза.
Дехидрација[уреди | уреди извор]
При дехидрацији молекуле воде се елиминише. Реакција је катализована од стране ензима дехидратаза.
Кидање алдол везе[уреди | уреди извор]
Веза између два угљеникова атома се кида при овој реакцији, која је катализована ензимом типа алдолазе.
Реакције гликолизе[уреди | уреди извор]
Глукоза 6-фосфат[уреди | уреди извор]
Глукоза улази у ћелију помоћу специјалних транспортних протеина процесом олакшане дифузије и бива конвертована у глукозу-6-фосфат. Ово је могуће фосфорилацијом помоћу молекула АТП-а, тако што се врши трансфер фосфорил групе са молекула АТП-а на хидроксилну групу С-6 атома глукозе. Ова реакција је катализована ензимом хексокиназа. У хепатоцитама пак, концентрација хексокиназе није од каталитичког значаја, а у јетри ову реакцију катализује глукокиназа. Кинетика реакције је таква да се значајнији степен фосфорилације одиграва само у присуству велике концентрације супстрата што је од посебног значаја са расподелу глукозе између ћелија јетре и других ћелија организма.
Фруктоза 6-фосфат[уреди | уреди извор]
Следећи корак у гликолизи је изомеризација глукозе 6-фосфата у фруктозу 6-фосфат. Алдехид на С-1 атому реагује са хидроксил групом на С-5 атому и ствара прстен фурана. Ова изомеризација претвара молекул алдозе у кетозу, и реакција је катализована ензимом фосфоглукоза изомераза.
Фруктоза 1,6-бифосфат[уреди | уреди извор]
Још једном фосфорилацијом молекула АТП-ом, фруктоза-6-фосфат се конвертује у фруктозу-1,6-бифосфат. Ова реакција је катализована ензимом фосфофруктокиназа-1, алостерним ензимом. Фосфофруктокиназа-1 је главни регулаторни ензим гликолитичког пута па брзина остатка реакција гликолизе директно зависи од активности овог ензима, односно брзине реакције коју катализује.
Глицералдехид 3-фосфат[уреди | уреди извор]
Цепањем фруктозе-1,6-дифосфата добијају се два једињења са по 3 угљникова атома: глицералдехид-3-фосфат и дихидроксиацетон фосфат. Цепање фруктозе 1,6-фосфата је постигнуто реакцијом коју катализује ензим алдолаза. Глицералдехид-3-фосфат је у облику који је потребан да би се наставио процес гликолизе, док дихидроксиацетон-фосфат није.
Дихидроксиацетон фосфат[уреди | уреди извор]
Дихидроксиацетон-фосфат не може да настави гликолитичку разградњу у облику у којем је, већ се мора преобратити у глицералдехид-3-фосфат. Ова два једињења, дихидроксиацетон-фосфат и глицералдехид-3-фосфат представљају изомере. Реакција изомеризације је катализована од стране ензима триоза-фосфат изомеразе, веома је брза и повратна. Под нормалним условима, равнотежа је значајно померена ка дихидроксиацетон-фосфату (његов удео у равнотежи је око 90%) али се при повећаним концентрација сусптрата односно смањеној концентрацији глицералдехид-3-фосфата, равнотежа лако помера удесно (према Ле Шатељеовом принципу).
1,3-бифосфоглицерат[уреди | уреди извор]
До овог корака, у гликолизу је већ уложена енергија у виду два молекула АТП-а. Реакције које следе су прве у гликолизи при којима се производе молекули АТП-а, и уложено враћа (тзв. pay-off фаза). Прва реакција представља конверзију глицералдехид-3-фосфата у 1,3-бифосфоглицерат, коју катализује глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа (скраћено GAPDH). Овом оксидо-редукцијом алдехидна група на првом угњениковом атому (С1) трансформише се у ацил-фосфат, енергетски веома богато једињење. Да би се реакција одиграла потребно је и присуство оксидационог еквивалента — NAD+ који прихвата електронски пар.
3-Фосфоглицерат[уреди | уреди извор]
Високи потенцијал трансфера фосфорил групе са 1,3-бифосфоглицерата је извор енергије за настанак молекула АТП. Фосфоглицерат киназа катализује трансфер фосфорил групе са ацил-фосфата 1,3-бифосфоглицерата на АДП при чему се ослобођена енергија користи за формирање енергетски богате фосфоанхидридне везе молекула АТП. У овој реакцији фосфорилације на нивоу супстрата као производи настају 3-фосфоглицерат и први молекул АТП.
2-фосфоглицерат[уреди | уреди извор]
Реакцијом премештања фосфорил-групе конверзијом 3-фосфоглицерата добија се 2-фосфоглицерат. Реакцију катализује ензим фосфоглицерат мутаза. Механизам премештања је следећи: 2-фосфоглицерат се везује за активно место ензима при чему долази до премештања фосфорил-групе са активног места на положај 2 супстрата. Настали 2,3-дифосфоглицерат остаје у комплексу са ензимом до тренутка регенерације активног места преласком фосфорил-групе са положаја 3 назад на ензим, након чега долази до ослобађања производа конверзије — 2-фосфоглицерата. Интермедијерни 2,3-дифосфоглицерат је важан регулаторни фактор у еритроцитима (који су гликолитички активни) јер утиче на афинитет хемоглобина ка везивању кисеоника.
Фосфоенол пирогрожђане киселине[уреди | уреди извор]
Дехидрацијом 2-фосфоглицерата формира се енол. Енолаза катализује ову реакцију и за продукат има фосфоенолпируват (фосфоенол пирогрожђане киселине).
Пирогрожђана киселина[уреди | уреди извор]
У последњој реакцији гликолизе, формира се пирогрожђана киселина и истовремено се добија још један молекул АТП-а. Пируват киназа катализује ову реакцију и уједно представља последњи регулаторни ензим гликолитичког пута. За нормално одвијање реакције потребно је присуство K+ и Mg2+ јона као кофактора.
Референце[уреди | уреди извор]
- ^ Donald Voet; Judith G. Voet (2005). „Chapter 17 Glycolysis”. Biochemistry (3 изд.). Wiley. ISBN 9780471193500.
- ^ а б Glycolysis – Animation and Notes
- ^ Bailey, Regina. „10 Steps of Glycolysis”. Архивирано из оригинала 15. 05. 2013. г. Приступљено 18. 04. 2018.
- ^ Stryer, Lubert (1995). „Glycolysis.”. In: Biochemistry. (Fourth изд.). New York: W.H. Freeman and Company. стр. 483-508. ISBN 978-0-7167-2009-6.
- ^ Anderson, Douglas M., ур. (2003). Dorland’s Illustrated Medical Dictionary (30th изд.). Philadelphia, PA: Saunders. стр. 35, 71. ISBN 978-0-8089-2288-9.
- ^ Romano, AH; Conway, T (1996). „Evolution of carbohydrate metabolic pathways”. Res Microbiol. 147 (6–7): 448—55. PMID 9084754. doi:10.1016/0923-2508(96)83998-2.
- ^ Keller; Ralser; Turchyn (април 2014). „Non-enzymatic glycolysis and pentose phosphate pathway-like reactions in a plausible Archean ocean”. Mol Syst Biol. 10 (4): 725. PMC 4023395
. PMID 24771084. doi:10.1002/msb.20145228.
- ^ Kim BH, Gadd GM. (2011) Bacterial Physiology and Metabolism, 3rd edition.
- ^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 978-9958-10-222-6.
Спољашње везе[уреди | уреди извор]
- A Detailed Glycolysis Animation provided by IUBMB (Adobe Flash Required)
- The Glycolytic enzymes in Glycolysis at RCSB PDB
- Glycolytic cycle with animations at wdv.com
- Metabolism, Cellular Respiration and Photosynthesis - The Virtual Library of Biochemistry, Molecular Biology and Cell Biology at biochemweb.net
- The chemical logic behind glycolysis at ufp.pt
- Expasy biochemical pathways poster at ExPASy
- metpath: Interactive representation of glycolysis
Мапа метаболизма | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||
