АЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ: ГЛИКОЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Аэробного гликолиза или аэробные определяется как использование избытка глюкозы не обрабатывается окислительного фосфорилирования с образованием продуктов «ферментативных», даже в условиях высоких концентраций кислорода и , несмотря на снижение эффективности использования энергии.

Это обычно происходит в тканях с высокой скоростью пролиферации, в которых высокое потребление глюкозы и кислорода. Примерами этого являются раковые опухолевые клетки, некоторые паразитарные клетки в крови млекопитающих и даже клетки в некоторых областях мозга млекопитающих.

Гликолитический путь (Источник:] через Wikimedia Commons)

Энергия, извлекаемая при катаболизме глюкозы, сохраняется в форме АТФ и НАДН, которые используются ниже в различных метаболических путях.

Во время аэробного гликолиза пируват направляется к циклу Кребса и цепи переноса электронов, но он также перерабатывается путем ферментации для регенерации НАД + без дополнительного производства АТФ, что 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 гликосомы.

Гликолиз - один из наиболее известных метаболических путей. Он был полностью сформулирован в 1930-х годах Густавом Эмбденом и Отто Мейерхоф, изучавшими путь в клетках скелетных мышц. Однако аэробный гликолиз известен как эффект Варбурга с 1924 года.

Реакции

Аэробный катаболизм глюкозы происходит за десять стадий, катализируемых ферментами. Многие авторы считают, что эти шаги делятся на фазу инвестирования энергии, которая направлена ​​на увеличение содержания свободной энергии в посредниках, и другую фазу замещения и получения энергии в форме АТФ.

Фаза инвестиций в энергию

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

Фермент обязательно требует образования полного Mg-ATP2- для своей работы, поэтому ему необходимы ионы магния.

2-Изомеризация G6P до фруктозо-6-фосфата (F6P). Это не требует затрат энергии и представляет собой обратимую реакцию, катализируемую фосфоглюкозоизомеразой (PGI).

3-Фосфорилирование F6P до фруктозо-1,6-бисфосфата, катализируемое фосфофруктокиназой-1 (PFK-1). В качестве донора фосфатной группы используется молекула АТФ, а продуктами реакции являются F1,6-BP и АДФ. Благодаря значению ∆G эта реакция необратима (как и реакция 1).

4-Каталитическое расщепление F1,6-BP на дигидроксиацетонфосфат (DHAP), кетозу и глицеральдегид-3-фосфат (GAP), альдозу. За эту обратимую альдольную конденсацию отвечает фермент альдолаза.

5-Триозофосфатизомераза (TIM) отвечает за взаимное превращение триозофосфата: DHAP и GAP без дополнительных затрат энергии.

Фаза рекуперации энергии

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

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

2-Фосфоглицераткиназа (PGK) передает фосфорильную группу от 1,3-бисфосфоглицерата к АДФ, образуя две молекулы АТФ и две молекулы 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 пути.

3-3PG превращается в 2PG с помощью фосфоглицератмутазы (PGM), которая катализирует смещение фосфорильной группы между углеродом 3 и 2 глицерата в две обратимые стадии. Ион магния также необходим этому ферменту.

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

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

Таким образом, общий выход энергии гликолиза составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, которая вступает в путь. В аэробных условиях полное разложение глюкозы включает получение от 30 до 32 молекул АТФ.

Судьба промежуточных продуктов гликолиза

После гликолиза пируват подвергается декарбоксилированию, образуя СО2 и отдавая ацетильную группу ацетилкоферменту А, который также окисляется до СО2 в цикле Кребса.

Электроны, высвобождаемые во время этого окисления, переносятся к кислороду через митохондриальные респираторные цепные реакции, что в конечном итоге приводит к синтезу АТФ в этой органелле.

Во время аэробного гликолиза избыточный производимый пируват обрабатывается ферментом лактатдегидрогеназой, который образует лактат и регенерирует часть потребленного НАД + в процессе гликолиза, но без образования новых молекул АТФ.

Механизм лактатдегидрогеназы (Источник: Jazzlw через Wikimedia Commons)

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

Подобно пирувату, конечному продукту гликолиза, многие из промежуточных продуктов реакции выполняют другие функции в катаболических или анаболических путях, важных для клетки.

Так обстоит дело с глюкозо-6-фосфатом и пентозофосфатным путем, где образуются промежуточные соединения рибозы, присутствующие в нуклеиновых кислотах.

Ссылки

1. Акрам, М. (2013). Миниобзор о гликолизе и раке. J. Canc. Образов., 28, 454–457.
2. Эсен Э. и Лонг Ф. (2014). Аэробный гликолиз в остеобластах. Curr Osteoporos Rep, 12, 433–438.
3. Хаанстра, младший, Гонсалес-Маркано, Э.Б., Гуальдрон-Лопес, М., и Михельс, ПАМ (2016). Биогенез, поддержание и динамика гликозом у паразитов трипаносоматид. Biochimica et Biophysica Acta - Исследование молекулярных клеток, 1863 (5), 1038–1048.
4. Джонс, В., и Бианки, К. (2015). Аэробный гликолиз: за пределами распространения. Границы иммунологии, 6, 1–5.
5. Кавай, С., Мукаи, Т., Мори, С., Миками, Б., и Мурата, К. (2005). Гипотеза: структуры, эволюция и предок глюкозокиназ в семействе гексокиназ. Журнал биологии и биоинженерии, 99 (4), 320–330.
6. Нельсон, Д. Л., и Кокс, М. М. (2009). Принципы биохимии Ленингера. Omega Editions (5-е изд.).