Millised toimed võivad glükolüüsi pärssida?

Sisu

• Glükoosi põhitõed
• Täielik glükolüüsi rada
• Glükolüüs: investeerimisfaas
• Glükolüüs: tagastamise faas
• Glükolüüsi reguleerimine
• Glükolüüsi ensüümi aktiveerimine
• Glükolüüsi ensüümi pärssimine
• Lisateave heksokinaasi regulatsiooni kohta

Glükolüüs on universaalne ainevahetusprotsess maailma elusolendite seas. See 10 reaktsiooni seeria kõigi rakkude tsütoplasmas muundab kuue süsiniku suhkru molekuli glükoos kaheks molekuliks püruvaadiks, kaheks molekuliks ATP ja kaheks molekuliks NADH.
Lugege glükolüüsi kohta.

Sisse prokarüootid, mis on kõige lihtsamad organismid, on glükolüüs tõesti ainus raku metabolismi mäng linnas. Nendel organismidel, mis peaaegu kõik koosnevad suhteliselt vähesisulisest rakust, on metaboolsed vajadused piiratud ja glükolüüsist piisab, et nad saaksid areneda ja paljuneda konkureerivate tegurite puudumisel. Eukarüootidseevastu rullige glükolüüs kui vajalik eelroog, enne kui aeroobse hingamise põhiroog pildile jõuab.

Glükolüüsi arutelud keskenduvad sageli tingimustele, mis seda soodustavad, nt substraadi ja ensüümi piisav kontsentratsioon. Harvemini mainitakse, kuid samas on olulised ka asjad, mis võivad kujunduse järgi olla pärssima glükolüüsi kiirus. Ehkki rakud vajavad energiat, ei ole glükolüüsivabriku pidev voolamine nii palju toorainet alati soovitud rakuline tulemus. Raku õnneks on paljudel glükolüüsis osalejatel võime mõjutada selle kiirust.

Glükoosi põhitõed

Glükoos on kuue süsiniku suhkur valemiga C₆H₁₂O₆. (Lõbusad biomolekulaarsed tühiasi: igal süsivesikul - olgu suhkur, tärklis või lahustumatu kiudaine - on üldine keemiline valem C_NH_2NO_N.) Selle molaarmass on 180 g, mis on oma suuruse poolest sarnane raskemate aminohapetega. See on võimeline plasmamembraani kaudu vabalt difundeeruma rakusse ja rakkudest välja.

Glükoos on monosahhariid, mis tähendab, et seda ei tehta väiksemate suhkrute kombineerimise teel. Fruktoos on monosahhariid, sahharoos ("lauasuhkur") - disahhariid, mis on kokku pandud glükoosimolekulist ja fruktoosimolekulist.

Nimelt on glükoos ringikujuline, enamikus diagrammides kujutatud kuusnurgana. Kuuest tsükliaatomist viis on glükoos, kuues aga hapnik. Number 6 sisaldab süsinikku metüülrühmas (- CH₃) grupp väljaspool ringi.

Täielik glükolüüsi rada

Glükolüüsi 10 reaktsiooni summaarne valem on järgmine:

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2H⁺

Sõnades tähendab see seda, et glükoosimolekul muundatakse kaheks glükoosimolekuliks, moodustades 2 ATP ja 2 NADH (nikotiinamiidadeniini dinukleotiidi redutseeritud vorm, biokeemias tavaline "elektronkandja").

Pange tähele, et hapnikku pole vaja. Ehkki püruvaati tarbitakse peaaegu alati aeroobsetes hingamisetappides, toimub glükolüüs nii aeroobsetes kui ka anaeroobsetes organismides.

Glükolüüs: investeerimisfaas

Glükolüüs jaguneb klassikaliselt kaheks osaks: "investeerimisfaas", milleks on vaja 2 ATP-d (adenosiintrifosfaat, rakkude "energiavaluuta"), et vormida glükoosimolekul molekuliks, millel on palju potentsiaalset energiat, ja "väljamakse" või "kogumisfaas", milles 4 ATP-d genereeritakse ühe kolme süsiniku molekuli (glütseraldehüüd-3-fosfaat või GAP) muundamise teel teiseks püruvaadiks. See tähendab, et glükoosi molekulis tekib kokku 4 -2 = 2 ATP.

Kui glükoos siseneb rakku, fosforüleeritakse see (see tähendab, et selle külge on kinnitatud fosfaatrühm) ensüümi toimel heksokinaas. See ensüüm ehk valgukatalüsaator on glükolüüsi reguleerivate ensüümide hulgas kõige olulisem. Kõiki 10 glükolüüsi reaktsiooni katalüüsib üks ensüüm ja see ensüüm omakorda katalüüsib ainult seda ühte reaktsiooni.

Sellest fosforüülimisetapist saadud glükoos-6-fosfaat (G6P) muundatakse enne teise fosforüülimise toimumist fruktoos-6-fosfaadiks (F6P), seekord fosfofruktokinaas, veel üks kriitiline regulatiivne ensüüm. Selle tulemuseks on fruktoos-1,6-bisfosfaadi (FBP) moodustumine ja glükolüüsi esimene etapp on lõppenud.

Glükolüüs: tagastamise faas

Fruktoos-1,6-bisfosfaat jaotatakse kolme süsiniku molekulide, dihüdroksüatsetoonfosfaadi (DHAP) ja glütseraldehüüd-3-fosfaadi (GAP) paariks. DHAP muundatakse kiiresti GAP-iks, seega on lõhe netomõjuks kahe identse kolme süsiniku molekuli loomine ühest-kuuest süsiniku molekulist.

Seejärel muundatakse GAP ensüümi glütseraldehüüd-3-fosfaatdehüdrogenaasi abil 1,3-difosfoglütseraadiks. See on hõivatud samm; NAD⁺ teisendatakse NADH ja H⁺ kasutades GAP-st eraldatud vesinikuaatomeid ja seejärel molekul fosforüülitakse.

Ülejäänud etappides, mis muudavad 1,3-difosfoglütseraadi püruvaadiks, eemaldatakse mõlemad fosfaadid järjestikku kolme süsiniku molekulist ATP saamiseks. Kuna kõik pärast FBP jagunemist toimub kaks korda glükoosi molekuli kohta, tähendab see, et 2 NADH, 2 H⁺ ja 4 ATP genereeritakse tagastamisfaasis 2 NADH, 2 H võrgu jaoks⁺ ja 2 ATP.
Loe lähemalt glükolüüsi lõpptulemuse kohta.

Glükolüüsi reguleerimine

Kolmel glükolüüsis osaleval ensüümil on oluline roll protsessi reguleerimisel. Kaks neist, heksokinaas ja fosfofruktokinaas (või PFK), on juba mainitud. Kolmas, püruvaat kinaas, vastutab lõpliku glükolüüsireaktsiooni katalüüsimise, fosfoenolpüruvaadi (PEP) muutmise eest püruvaadiks.

Kõigil neil ensüümidel on aktivaatorid sama hästi kui inhibiitorid. Kui olete tuttav keemia ja tagasiside pärssimise mõistega, võiksite ehk ennustada tingimusi, mis viivad antud ensüümi kiirendama või aeglustama selle aktiivsust. Näiteks kui mõni raku piirkond on rikas G6P-ga, kas võiksite oodata, et heksokinaas otsiks agressiivselt mingeid ekslevaid glükoosimolekule? Ilmselt ei tahaks, sest nendel tingimustel pole kiiret vajadust täiendavat G6P-d genereerida. Ja teil oleks õigus.

Glükolüüsi ensüümi aktiveerimine

Kuigi G6P pärsib heksokinaasi, aktiveerivad seda AMP (adenosiinmonofosfaat) ja ADP (adenosiindifosfaat), nagu ka PFK ja püruvaatkinaas. Selle põhjuseks on asjaolu, et kõrgemad AMP ja ADP tasemed tähistavad üldiselt madalamat ATP taset ja kui ATP on madal, on glükolüüsi toimimise hoog kõrge.

Püruvaat kinaasi aktiveerib ka fruktoos-1,6-bisfosfaat, mis on mõttekas, sest liiga palju FBP tähendab, et ülesvoolu koguneb glükolüüsi vaheprodukt ja toimingud peavad protsessi kiiremas otsas toimuma kiiremini. Samuti on fruktoos-2,6-bisfosfaat PFK aktivaator.

Glükolüüsi ensüümi pärssimine

Nagu märgitud, pärsib heksokinaas G6P. ATP juuresolek pärsib nii PFK-d kui ka püruvaat-kinaasi samal põhilisel põhjusel, et neid aktiveerivad AMP ja ADP: raku energiaseisund soodustab glükolüüsi kiiruse vähenemist.

Samuti pärsib PFK-d tsitraat, Krebsi tsükli komponent, mis toimub aeroobses hingamises allavoolu. Püruvaat kinaasi pärsib atsetüül CoA, mis on molekul, milleks püruvaat muundatakse pärast glükolüüsi lõppu ja enne Krebsi tsükli algust (tegelikult ühendab atsetüül-CoA tsükli esimeses etapis tsitraadi saamiseks oksaloatsetaadiga). Lõpuks pärsib aminohape alaniin ka püruvaatsinaasi.

Lisateave heksokinaasi regulatsiooni kohta

Võib arvata, et heksokinaasi pärsivad lisaks G6P-le ka muud glükolüüsi produktid, kuna nende esinemine märkimisväärses koguses näib viitavat vähenenud vajadusele G6P järele. Kuid ainult G6P ise pärsib heksokinaasi. Miks on see?

Põhjus on üsna lihtne: G6P on vaja muudeks reaktsiooniteedeks kui glükolüüs, sealhulgas pentoosfosfaadi šunti ja glükogeeni süntees. Seega, kui muud kui G6P-st pärit allavoolu molekulid suudaksid heksokinaasi oma tööst eemale hoida, aeglustuksid ka need muud reaktsiooniteed G6P puudumise tõttu protsessi sisenemisel ja kujutaksid endast seega omamoodi lisakahjustust.