Реакции аэробного гликолиза и судьба гликолитических посредников



аэробный гликолиз оно определяется как использование избыточной глюкозы, которая не перерабатывается окислительным фосфорилированием в направлении образования «бродильных» продуктов даже в условиях высоких концентраций кислорода и несмотря на снижение энергоэффективности.

Он обычно обнаруживается в тканях с высокой пролиферативной скоростью, у которых высокое потребление глюкозы и кислорода. Примерами этого являются раковые опухолевые клетки, некоторые клетки-паразиты крови млекопитающих и даже клетки некоторых областей мозга млекопитающих.

Энергия, извлекаемая в результате катаболизма глюкозы, сохраняется в форме АТФ и НАДН, которые используются ниже по течению в различных метаболических путях..

Во время аэробного гликолиза пируват направляется к циклу Кребса и цепи переноса электронов, но он также обрабатывается ферментативным путем для регенерации NAD + без дополнительной продукции АТФ, которая заканчивается образованием лактата..

Аэробный или анаэробный гликолиз происходит в основном в цитозоле, за исключением организмов, таких как трипаносоматиды, которые обладают специализированными гликолитическими органеллами, известными как гликозомы.

Гликолиз является одним из самых известных метаболических путей. Он был сформулирован полностью в 1930-х годах Густавом Эмбденом и Отто Мейерхофом, которые изучали путь в клетках скелетных мышц. Однако аэробный гликолиз известен как эффект Варбурга с 1924 года..

индекс

  • 1 Реакции
    • 1.1 Энергетическая фаза инвестиций
    • 1.2 Фаза восстановления энергии
  • 2 Назначение гликолитических посредников
  • 3 Ссылки

реакции

Аэробный катаболизм глюкозы происходит в десять шагов, катализируемых ферментативно. Многие авторы считают, что эти этапы делятся на этап инвестиций в энергию, который направлен на увеличение содержания свободной энергии в посредниках, и другой этап замены и получения энергии в виде АТФ..

Фаза инвестиций в энергетику

1-Фосфорилирование глюкозы в глюкозо-6-фосфат, катализируемое гексокиназой (HK). В этой реакции одна молекула АТФ, которая действует как донор фосфатной группы, инвертируется для каждой молекулы глюкозы. Это дает глюкозо-6-фосфат (G6P) и ADP, и реакция необратима.

Фермент обязательно требует образования полного Mg-ATP2- для его функционирования, поэтому он заслуживает ионов магния.

2-Изомеризация G6P в фруктозу 6-фосфат (F6P). Не требует затрат энергии и является обратимой реакцией, катализируемой фосфоглюкозоизомеразой (PGI).

3-Фосфорилирование F6P до фруктозы 1,6-бисфосфата, катализируемой фосфофруктокиназой-1 (PFK-1). Молекула АТФ используется в качестве донора фосфатной группы, и продуктами реакции являются F1.6-ВР и АДФ. Благодаря значению ΔG эта реакция необратима (так же, как реакция 1).

4-каталитическое расщепление F1.6-BP в дигидроксиацетонфосфате (DHAP), кетозе и глицеральдегид-3-фосфате (GAP), альдозе. Фермент альдолаза ответственен за эту обратимую альдольную конденсацию.

5-Триозофосфатизомераза (TIM) отвечает за взаимопревращение триозофосфата: DHAP и GAP, без дополнительной энергии.

Фаза восстановления энергии

1-GAP окисляется глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (GAPDH), которая катализирует перенос фосфатной группы в GAP с образованием 1,3-бифосфоглицерата. В этой реакции две молекулы NAD + восстанавливаются на молекулу глюкозы, и используются две молекулы неорганического фосфата..

Каждый полученный NADH проходит через цепь переноса электронов, и 6 молекул АТФ синтезируются путем окислительного фосфорилирования..

2-Фосфоглицераткиназа (PGK) переносит фосфорильную группу из 1,3-бифосфоглицерата в ADP, образуя две молекулы АТФ и две из 3-фосфоглицерата (3PG). Этот процесс известен как фосфорилирование на уровне субстрата.

Две молекулы АТФ, потребляемые в реакциях HK и PFK, заменяются PGK на этом этапе маршрута..

3-3PG превращается в 2PG с помощью фосфоглицерат мутазы (PGM), которая катализирует смещение фосфорильной группы между углеродом 3 и 2 глицерата в две стадии и обратимо. Ион магния также требуется этим ферментом.

Реакция дегидратации 4-A, катализируемая енолазой, превращает 2PG в фосфоенолпируват (PEP) в реакции, которая не требует инверсии энергии, но которая генерирует соединение с большим энергетическим потенциалом для переноса фосфатной группы позже.

5-Наконец, пируваткиназа (PYK) катализирует перенос фосфорильной группы в PEP в молекулу ADP с сопутствующим образованием пирувата. Две молекулы АДФ используются на молекулу глюкозы, и генерируются 2 молекулы АТФ. PYK использует ионы калия и магния.

Таким образом, общий энергетический выход гликолиза составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, которая поступает в маршрут. В аэробных условиях полная деградация глюкозы предполагает получение от 30 до 32 молекул АТФ.

Назначение гликолитических посредников

После гликолиза пируват подвергается декарбоксилированию, в результате чего образуется CO2 и отдается ацетильная группа ацетилкоферменту A, который также окисляется до CO2 в цикле Кребса..

Электроны, высвобождаемые во время этого окисления, транспортируются к кислороду через реакции дыхательной цепи митохондрий, что в конечном итоге приводит к синтезу АТФ в этой органелле..

Во время аэробного гликолиза избыток полученного пирувата обрабатывается ферментом лактатдегидрогеназой, которая образует лактат и регенерирует часть NAD +, потребляемую на стадиях гликолиза, но без образования новых молекул АТФ.

Кроме того, пируват может быть использован в анаболических процессах, которые приводят к образованию аминокислоты аланина, например, или он также может действовать как скелет для синтеза жирных кислот.

Как и пируват, конечный продукт гликолиза, многие промежуточные продукты реакции выполняют другие функции в катаболических или анаболических путях, важных для клетки..

Так обстоит дело с глюкозо-6-фосфатом и пентозофосфатным путем, где получают интермедиаты рибосом, присутствующих в нуклеиновых кислотах..

ссылки

  1. Акрам М. (2013). Мини-обзор по гликолизу и раку. J. Canc. общеобразовательный., 28, 454-457.
  2. Esen, E. & Long, F. (2014). Аэробный гликолиз в остеобластах. Курр Остеопорос Реп, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J.R., González-Marcano, E.B., Gualdrón-López, M., & Michels, P.M. (2016). Биогенез, содержание и динамика гликозом у трипаносоматидных паразитов. Biochimica et Biophysica Acta - исследование молекулярных клеток, 1863(5), 1038-1048.
  4. Джонс В. и Бьянки К. (2015). Аэробный гликолиз: за пределами пролиферации. Frontiers в иммунологии, 6, 1-5.
  5. Каваи С., Мукаи Т., Мори С., Миками Б. и Мурата К. (2005). Гипотеза: структуры, эволюция и предок глюкозинкиназ в семействе гексокиназ. Журнал бионауки и биоинженерии, 99(4), 320-330.
  6. Нельсон Д.Л. и Кокс М.М. (2009). Lehninger Принципы биохимии. Омега издания (5-е изд.).