АЕРОБНА ГЛИКОЛИЗА: ГЛИКОЛИТИЧКЕ РЕАКЦИЈЕ И ИНТЕРМЕДИЈАРИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Аеробиц гликолиза или аеробне дефинисана као коришћење вишка глукозе не обрађује оксидативне фосфорилације формирању производа "ферментативну", чак и под условима високих концентрација кисеоника и упркос пада енергетске ефикасности.

Најчешће се јавља у ткивима високе пролиферативне стопе, чија је потрошња глукозе и кисеоника велика. Примери за то су ћелије тумора рака, неке паразитске ћелије у крви сисара, па чак и ћелије у неким деловима мозга сисара.

Гликолитички пут (Извор:] путем Викимедиа Цоммонс)

Енергија извучена катаболизмом глукозе чува се у облику АТП-а и НАДХ-а који се користе низводно у различитим метаболичким путевима.

Током аеробне гликолизе пируват је усмерен према Кребсовом циклусу и ланцу преноса електрона, али се такође обрађује путем ферментације за регенерацију НАД + без додатне производње АТП-а, што се завршава стварањем лактата.

Аеробна или анаеробна гликолиза јавља се првенствено у цитосолу, с изузетком организама као што су трипаносоматиди, који поседују специјализоване гликолитичке органеле познате као гликозоми.

Гликолиза је један од најпознатијих метаболичких путева. Потпуно су га формулисали 1930-их Густав Ембден и Отто Меиерхоф, који су проучавали пут у ћелијама скелетних мишића. Међутим, аеробна гликолиза позната је као Варбург ефекат од 1924.

Реакције

Аеробни катаболизам глукозе јавља се у десет ензимски катализираних корака. Многи аутори сматрају да су ови кораци подељени у фазу улагања у енергију, која има за циљ да повећа садржај бесплатне енергије у посредницима, и још једну замену и добитак енергије у виду АТП-а.

Фаза инвестирања у енергију

1-фосфорилација глукозе у 6-фосфат глукозе коју катализује хекокиназа (ХК). У овој реакцији, један молекул АТП се инвертира за сваки молекул глукозе, који делује као донор фосфатне групе. Даје 6-фосфат глукозе (Г6П) и АДП, а реакција је неповратна.

За свој рад ензиму је неопходно формирање комплетног Мг-АТП2, због чега му су потребни јони магнезијума.

2-Изомеризација Г6П у 6-фосфат фруктозе (Ф6П). Не укључује трошење енергије и представља реверзибилну реакцију коју катализује фосфоглукоза изомераза (ПГИ).

3-фосфорилација Ф6П у фруктозу 1,6-бисфосфат катализује фосхофруктокиназа-1 (ПФК-1). Молекул АТП се користи као донатор фосфатне групе, а продукти реакције су Ф1,6-БП и АДП. Захваљујући вредности офГ, ова реакција је неповратна (баш као и реакција 1).

4-каталитичко цепање Ф1,6-БП у дихидроксиацетон фосфат (ДХАП), кетозу и глицералдехид 3-фосфат (ГАП), алдозу. Ензим алдолаза је одговоран за ову реверзибилну кондензацију алдола.

5-триозна фосфатна изомераза (ТИМ) одговорна је за међусобну конверзију триозног фосфата: ДХАП и ГАП, без додатног уноса енергије.

Фаза опоравка енергије

1-ГАП се оксидује 3-фосфат дехидрогеназом глицералдехид 3-фосфат дехидрогеназом (ГАПДХ), која катализује пренос фосфатне групе у ГАП и формира 1,3-бисфосфоглицерат. У овој реакцији, два молекула НАД + се смањују по молекули глукозе и користе се два молекула неорганског фосфата.

Сваки НАДХ произведен пролази кроз транспортни ланац електрона и 6 АТП молекула се синтетише оксидативном фосфорилацијом.

2-фосфоглицерат киназа (ПГК) преноси фосфорилну групу из 1,3-бисфосфоглицерата у АДП, формирајући два молекула АТП и два 3-фосфоглицерата (3ПГ). Овај поступак је познат и као фосфорилација на нивоу супстрата.

Два молекула АТП-а потрошена у реакцијама ХК и ПФК су замењена ПГК-ом на овом кораку у путу.

3-3ПГ се претвара у 2ПГ фосфоглицерратном мутазом (ПГМ), која катализује премештање фосфорилне групе између угљеника 3 и 2 глицерата у два реверзибилна корака. Овај ензим је потребан и магнезијум јона.

4-Реакција дехидрације катализирана енолазом претвара 2ПГ у фосфоенолпируват (ПЕП) у реакцији која не захтева улагање енергије, али ствара једињење са већим енергетским потенцијалом за пренос фосфатне групе касније.

На крају, пируват киназа (ПИК) катализује пренос фосфорилне групе у ПЕП-у у молекулу АДП, уз истодобну производњу пирувата. Користе се два молекула АДП по молекули глукозе и настају 2 молекула АТП. ПИК користи јоне калијума и магнезијума.

Дакле, укупни енергетски принос гликолизе је 2 молекула АТП-а за сваки молекул глукозе који уђе у тај пут. Под аеробним условима, потпуна разградња глукозе укључује добијање између 30 и 32 молекула АТП.

Судбина гликолитичких интермедијара

Након гликолизе, пируват се подвргава декарбоксилацији, стварајући ЦО2 и донирајући ацетилну групу ацетилном коенциму А, који се такође оксидује у ЦО2 у Кребсовом циклусу.

Електрони ослобођени током ове оксидације преносе се на кисеоник путем митохондријских реакција респираторног ланца, што на крају покреће синтезу АТП-а у овој органели.

Током аеробне гликолизе, добијени вишак пирувата се обрађује ензимом лактат дехидрогеназа, који формира лактат и регенерише део НАД + утрошеног корака у гликолизи, али без стварања нових молекула АТП.

Механизам лактатне дехидрогеназе (Извор: Јаззлв путем Викимедиа Цоммонс)

Поред тога, пируват се може користити у анаболичким процесима који, на пример, доводе до стварања аминокиселине аланина, или може деловати и као костур за синтезу масних киселина.

Као и пируват, крајњи продукт гликолизе, и многи реакциони интермедијери служе другим функцијама у катаболичким или анаболичким путевима важним за ћелију.

Такав је случај глукозног 6-фосфата и пута пентоз-фосфата, где се добијају међупродукти рибозе присутни у нуклеинским киселинама.

Референце

1. Акрам, М. (2013). Мини преглед о гликолизи и раку. Ј. Цанц Едуц., 28, 454–457.
2. Есен, Е., & Лонг, Ф. (2014). Аеробна гликолиза у остеобластима. Цурр Остеопорос Реп, 12, 433–438.
3. Хаанстра, ЈР, Гонзалез-Марцано, ЕБ, Гуалдрон-Лопез, М., & Мицхелс, ПАМ (2016). Биогенеза, одржавање и динамика гликозома код трипаносоматидних паразита. Биоцхимица ет Биопхисица Ацта - Молецулар Целл Ресеарцх, 1863 (5), 1038–1048.
4. Јонес, В. и Бианцхи, К. (2015). Аеробна гликолиза: изван пролиферације. Границе у имунологији, 6, 1–5.
5. Каваи, С., Мукаи, Т., Мори, С., Миками, Б., и Мурата, К. (2005). Хипотеза: структуре, еволуција и предака глукозних киназа из породице хекокиназа. Часопис за биознаност и биоинжињеринг, 99 (4), 320–330.
6. Нелсон, ДЛ и Цок, ММ (2009). Лехнингерови принципи биохемије. Омега издања (5. изд.).