Inligting

Waarom is fruktolise onafhanklik van glikolise?

Waarom is fruktolise onafhanklik van glikolise?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

In glikolise, glukose word omgeskakel na fruktose-6-fosfaat voor verdere afbreek. Maar fruktose, in plaas daarvan om deur glukokinase tot fruktose-6-fosfaat gefosforieer te word (en daarna om deur glikolise te piruvaat), lewer fruktose-1-fosfaat in die reaksie wat deur fruktokinase gekataliseer word.

Hoekom is dit so?

Dit moet net so maklik wees om fruktose aan beide verbindings te fosforileer. Sou dit nie meer ekonomies wees om 'n enkele reaksie te gebruik nie, sodat alles makliker sou wees om te reguleer? Aangesien daar verskeie afwykings is wat voortspruit uit die tekort aan ensieme wat in fruktolise gebruik word, sou daar nie 'n seleksiedruk wees teen twee afsonderlike metaboliese weë nie?

Redigeer:

Dankie vir Dawid se kritiek; Ek sien die verwarring, ek het eintlik bedoel dat dit is hoofsaaklik gemetaboliseer in die lewer. Ek het nie regtig enige werklike bronne nie, want ek het nie toegang tot veel nie en 'n redelike groot gedeelte van aanlyn bronne is agter betaalmuur. Na 'n bietjie grawe kon ek 'n oorsig vind wat die meeste van my bewerings herhaal. Jammer dat ek nie meer kon verskaf nie.

In die lewer word fruktose vinnig omgeskakel na fruktose 1-fosfaat via fruktokinase. Fruktose 1-fosfaat word dan via aldolase B in die trioses dihidroksasetoonfosfaat en gliseraldehied omgeskakel.

Die lewer kan 40-70% van dieetfruktose in beide rotte en mense onttrek. Die hoë doeltreffendheid van fruktose-ekstraksie deur die lewer is te danke aan die feit dat die lewer die hoofbron van GLUT-5 is. Anatomies is die lewer die eerste orgaan wat geabsorbeerde voedingstowwe via die poortaar ontvang; op dié manier dra dit by tot fruktose-ekstraksie. In teenstelling hiermee is die lewer verantwoordelik vir 'n kleiner persentasie van glukose-ekstraksie vir glikogeen-herstel

Hierbo is twee uittreksels uit Hoofstuk 19 - Fruktose-geïnduseerde hipertrigliseriedemie: 'n oorsig. Hierdie bron stel ook (alhoewel vaagweg) dat die resulterende triosefosfate (gliseraldehied en dihidroksiesetoonfosfaat) weë soos glikoneogenese, glukoneogenese ens. kan en sal binnegaan.

Tot op hierdie punt in fruktosemetabolisme was daar geen tempo-beperkende stappe nie en gevolglik is daar 'n verhoogde hoeveelheid substraat wat lei tot metaboliese weë vanaf triosefosfaat (dws glikolise, glikogenese, glikoneogenese, lipogenese en vetsuurverestering). ).

Nog 'n bron vir my bewering dat fruktose hoofsaaklik gemetaboliseer word na fruktose-1-fosfaat (Elsevier's Integrated Biochemistry):

Unieke kenmerke-Aldolase B-spesifisiteit Fruktokinase, soos glukokinase, word hoofsaaklik in die lewer aangetref. Anders as heksokinase en glukokinase, fosforileer dit die suiker by die C-1 posisie. Aldolase B, wat spesifiek vir die lewer is, werk op beide F1,6-BP en F1P. In ekstrahepatiese weefsels soos spier- of vetweefsel word fruktose deur heksokinase tot F6P gefosforileer.

Ook 'n moontlike leiding, van Fruktose: Absorpsie en Metabolisme. Ensiklopedie van Menslike Voeding:

Die allosteriese inhibisie van PFK verminder effektief die tempo van glikolise en verlaag hepatiese glukose-opname algehele. Daarteenoor gaan die toetrede van fruktose-koolstowwe deur die pad voort sonder hierdie beperking.

Die gebruik van verskillende ensieme (en dus 'n ander pad) laat regulering van glikolise in die lewer toe sonder om fruktolise onnodig te beïnvloed.


Opsomming

  • Die meganistiese rede waarom fruktose omgeskakel word na fruktose 1-fosfaat deur fruktokinase eerder as fruktose 6-fosfaat deur heksokinase word verduidelik in terme van die Km waardes van fruktose en glukose vir laasgenoemde ensiem.
  • 'n Moontlike algemene rede vir die twee afsonderlike weë van metabolisme is om hulle toe te laat om onafhanklik van mekaar te funksioneer en gereguleer te word. Alhoewel dit aanneemlik is, is ek nie bewus van verdere data wat hierdie idee ondersteun nie.
  • Die manier waarop die fruktokinase-baan ontwikkel het, is 'n saak van vermoede. Ek bespreek watter tipe benaderings tot hierdie vraag geldig kan wees, en die tipe argumente wat ek as ongeldig beskou.

"Hoekom?" Vrae - 'n Nota van versigtigheid

Voordat ek hierdie vraag aanspreek, dink ek dit is belangrik om te oorweeg wat bedoel word met 'n "Hoekom?" vraag in biologie. Dit kan 'n strik wees vir die onoplettendes as dit nie duidelik is of 'n vraag objektief of slegs spekulatief beantwoord kan word nie. Daar is twee hooftipes "Hoekom?"-vrae:

  • Meganistiese "Hoekom?" vrae. Vir hierdie SE-vraag blyk dit te wees: "Wat is die meganistiese verklaring van die feit dat fruktose in die lewer na fruktose 1-fosfaat omgeskakel word, eerder as na fruktose 6-fosfaat?"
  • Rasionalisering "Hoekom?" vrae. In hierdie geval blyk dit te wees "Hoe kan 'n mens die feit rasionaliseer dat 'n aparte weg vir fruktosemetabolisme bestaan?"

Meganistiese vrae kan objektief beantwoord word indien daar voldoende eksperimentele waarnemings is. Rasionalisasievrae kan nie.

Rasionalisering is nuttig om sin te probeer maak uit waarnemings - om 'n raamwerk vir verdere eksperimentele werk te verskaf. Dit is nuttig in onderrig en leer, en daarom kom mens dit gereeld in handboeke teë. Maar net omdat dit in handboeke is, moet dit nie beskou word as gelykstaande aan die feite wat daarin beskryf word nie. Dit is net 'n mening, 'n interpretasie, wat krities beskou moet word. Daar is 'n gevaar in die aanvaarding van 'n onvoldoende verduideliking, net omdat dit die enigste een is wat voorgestel is vir iets wat moeilik is om te verstaan, maar ons dink dit moet 'n verduideliking hê.

Rasionalisering "Hoekom?" vrae word dikwels verwar met vrae oor hoe iets Ontwikkel. Hierdie moet duidelik onderskei word. Rasionalisasie verduidelikings verwys na die funksionele nut van 'n stelsel, nie sy evolusionêre geskiedenis nie. As die enigste verduideliking in terme van evolusie is, dan kan daar 'n geloofwaardige evolusionêre verklaring wees, maar geen rasionaal nie.

'n Antwoord op die meganistiese vraag

Fruktose word nie in die lewer na fruktose 6-fosfaat omgeskakel nie, want dit het 'n baie hoër Km vir heksokinase as wat glukose doen. Verder is glukose normaalweg teen 'n hoër konsentrasie teenwoordig en sal dus as 'n kompeterende inhibeerder optree. In plaas daarvan, soos die plakkaat skryf, is daar 'n spesifieke fruktokinase, wat dit omskakel na fruktose 1-fosfaat en 'n verdere ensiem wat omskakel na die fruktose 1-fosfaat na gliseraldehied en dihidroksiesetoonfosfaat. Die gliseraldehied word gefosforileer tot gliseraldehied 3-fosfaat.

Probeer om die rasionaliseringsvraag te beantwoord

"Hoe kan 'n mens die feit rasionaliseer dat 'n aparte weg vir fruktosemetabolisme bestaan?" Die verduideliking wat in die Encyclopedia of Human Nutrition gegee word - dat dit afsonderlike regulering van glukose- en fruktosebenutting moontlik maak - blyk moontlik, maar versuim om die omstandighede te verduidelik waarin dit voordelig sal wees vir fruktose om na piruvaat omgeskakel te word, maar glukose na, sê, glikogeen. In die afwesigheid hiervan sou ek sê dat daar geen oortuigende verduideliking is nie, en dat 'n mens 'n aantal verskillende moontlikhede noukeurig moet oorweeg:

  • Dit is chemies moeilik om 'n ensiem spesifiek vir fruktose te skep om die vorming van fruktose 6-fosfaat te kataliseer. Dit lyk onwaarskynlik - ons het nie te doen met twee molekules wat so soortgelyk is soos serien en treonien nie.
  • Fruktose 1-fosfaat het ander funksies (metaboliese lot of regulerende rolle) as energieopwekking in die laaste stadiums van glikolise. Die Kegg-roetekaart stel niks in eersgenoemde opsig voor nie, maar die inskrywing in die Encyclopedia of Human Nutrition sê:"Soos fruktose-1-fosfaat gevorm word, voed dit vorentoe en verbeter dit die aktivering van piruvaatkinase en fasiliteer daardeur die oorgang van fruktose-koolstof na piruvaat en laktaat."Ek het nie toegang tot die boek nie, so kan nie sê of hierdie argument verder ontwikkel word nie. Aangesien piruvaatkinase egter ook deur fruktose-1,6-bisfosfaat (gegenereer uit fruktose 6-fosfaat) geaktiveer word, blyk dit geen regulatoriese verskil tussen fruktose en glukosemetabolisme in hierdie opsig te wees nie.
  • Fruktose 1-fosfaat het 'n gebrek aan 'n regulerende rol van fruktose 6-fosfaat (of fruktose-1,6-bisfosfaat) en lei dus tot verskillende vloei van fruktose en glukose deur glikolise. Dit is die omgekeerde van die vorige moontlikheid. Dit is waar dat fosfofruktokinase geaktiveer word deur fruktose 2,6-bisfosfaat, wat uit fruktose 6-fosfaat gevorm word, en daar is dus 'n aanvoer-effek wanneer die konsentrasie fruktose 6-fosfaat hoog is. Die feit dat fruktose 1-fosfaat nie hierdie effek het nie, blyk egter geen betekenis te hê nie aangesien dit nie fosfofruktokinase gebruik nie. Nog 'n moontlikheid word voorgestel in die Encyclopedia of Human Nutrition:"Aangesien fruktose die glikolitiese pad binnedring [later as die fosfofruktokinase reaksie] het dit nie 'n inhiberende effek op die glukoneogeniese tempo-beperkende ensiem, fruktose-1,6-bisfosfatase nie."Aangesien die enigste relevante molekule wat fruktose-1,6-bisfosfatase reguleer fruktose 2,6-bisfosfaat is - wat dit inhibeer - wil die argument blyk te wees dat die toetrede van fruktose in glikolise deur fruktose 1-fosfaat meer glukoseproduksie vir ander weefsels moontlik maak. . Hoekom dit 'n "goeie ding" sou wees, is egter nie vir my duidelik nie.
  • Ongefosforileerde gliseraldehied het ander rolle in metabolisme, so die produksie daarvan onafhanklik van gliseraldehied 3-fosfaat is meer energie-doeltreffend. Ongelukkig is die ander metaboliese lotgevalle van gliseraldehied gespesialiseerd en gering, en dit lyk nie of dit hierdie moontlikheid ondersteun nie.

Ten slotte, ek persoonlik kan nie 'n rasionaal sien vir die afsonderlike weg van fruktosemetabolisme na piruvaat nie, hoewel ek glo dat daar een moet wees.

Die evolusionêre vraag

Kom ons gebruik die vraag om argumente op hierdie gebied te oorweeg. Die benaderings wat ek voorstel, kan - in beginsel - geldig wees, is dié wat verband hou met werklike meganisme. 'n Mens kan die aantal evolusionêre gebeure oorweeg wat moet plaasvind vir 'n nuwe pad om te ontwikkel - hoe meer stappe, hoe moeiliker. (Ek het 'n soortgelyke argument in 'n ander SE-antwoord gebruik). In hierdie vraag is die implisiete argument:

“Die evolusie van die pad van fruktose na gliseraldehiedfosfaat via fruktose 1-fosfaat vereis drie stappe, terwyl dit vir 'n hoogs spesifieke ensiem wat fruktose omgeskakel het na fruktose 6-fosfaat slegs een sal vereis.

As 'n mens hierdie argument aanvaar, sou dit voorstel dat daar 'n rasionaal is vir die fruktose 1-fosfaatpad wat ons ontgaan het. Alhoewel dit ook om ander redes waarskynlik lyk, moet 'n mens vra of die argument korrek is. Het drie afsonderlike ensieme werklik ontwikkel om dit te bereik, of was sommige van die ensieme dalk reeds teenwoordig en het ander doeleindes gedien?

Twee voorbeelde van algemene tipe argument wat ek dink ongeldig is, is in die oorspronklike vraag.

"Aangesien daar verskeie afwykings is wat voortspruit uit die tekort aan ensieme wat in fruktolise gebruik word, sou daar nie 'n seleksiedruk teen twee afsonderlike metaboliese weë wees nie?"

Seleksiedruk teen oorsake van 'n menslike siekte vereis dat hulle 'n ernstige uitwerking op die voortbestaan ​​van die spesie het, om dood te veroorsaak voordat die individu van 'n reproduktiewe ouderdom is, en om relevant te wees vir vroeë mense. Geringe ensiemtekortafwykings van fruktosemetabolisme, of selfs versteurings wat voortspruit uit moderne oorverbruik van sukrose sal absoluut geen selektiewe druk uitoefen nie. Soos dit blyk, is fruktokinase (EC 2.7.1.3) wydverspreid in die natuur - As 'n mens na fruktosemetabolisme in vrugtevlieë op KEGG kyk, kan 'n mens 'n spoor volg na 'n lang lys spesies waarin die ensiem teenwoordig is. Die punt wat ek dink dit demonstreer, is dat 'n mens vir biochemiese evolusie moet dink wanneer en waar die pad moontlik ontwikkel het.

Die tweede voorbeeld van argument wat ek dink ongeldig is, is

"Sal dit nie meer ekonomies wees om 'n enkele reaksie te gebruik nie, sodat alles makliker sou wees om te reguleer?"

Ek verwys na hierdie tipe argument as "speel God" of "tweede raai die natuur" aangesien dit vir my veronderstel dat 'n mens in 'n posisie van so kennis en wysheid is dat jy in staat is om die optimale ontwerp vir die lewe voor te stel.

Ekonomies in watter sin? Is ons konsep van ekonomie die deurslaggewende kenmerk wat soogdierevolusie aandryf? Veelvuldige reaksies en isoënsieme is volop in die metabolisme van diere. Blykbaar is 'verkwistende' energie- of materiaalverbruikende reaksies soos splitsing oral. En die regulering van intermediêre metabolisme is verbysterend in sy kompleksiteit. Regulasie het duidelik na die paaie ontwikkel, en die "gemak" om dit te doen blyk nie 'n dryfveer in evolusie te wees nie.

Die les wat ek hieruit trek, is dat selfs die mees kundige molekulêre wetenskaplike in 'n swak posisie is om te sê wat ekonomies of doeltreffend is, en om die uitkoms van die koste/voordeel-afruiling te voorspel wat die natuur sal maak of gemaak het om dinge "beter" te doen. . En dit is moeilik om te sê wat “beter” is.


Wanneer glukose na die sitoplasma van selle vervoer word, word dit afgebreek in twee molekules van pyruvat. Hierdie proses word genoem glikolise (gliko- vir glukose en -lise, wat beteken om uitmekaar te breek). Glikolise behels die gekoördineerde werking van baie verskillende ensieme. Soos hierdie ensieme begin om die glukosemolekule uitmekaar te breek, word 'n aanvanklike inset van energie vereis. Hierdie aanvanklike energie word geskenk deur molekules van ATP.

Alhoewel twee molekules ATP gebruik word om glikolise aan die gang te kry, word nog vier molekules ATP tydens die reaksie geproduseer, wat lei tot die netto produksie van twee ATP per molekule glukose. Benewens ATP, word twee molekules NAD+ gereduseer om NADH te vorm. Wanneer 'n molekule gereduseer word, is elektrone daarby gevoeg. Elektrone het 'n negatiewe lading, so dit word &ldquoreduction&rdquo genoem. Wanneer NAD+ na NADH gereduseer word, word twee hoë-energie-elektrone wat verkry word deur die breek van die glukosebindings daarby gevoeg. Een van daardie negatief gelaaide elektrone word gebalanseer deur die positiewe lading (+) op NAD+. Die ander een word gebalanseer deur 'n proton by te voeg ((ce)) na die molekule. Omdat NADH twee hoë-energie elektrone dra, word dit dikwels na verwys as 'n elektrondraer.

Alternatiewe paaie: Fermentasie

Op hierdie stadium maak selle 'n kontrole: Is daar suurstof teenwoordig of nie? Indien nie, kan sommige organismes deur 'n proses gaan wat genoem word fermentasie. In fermentasie is glikolise die enigste deel van glukose-afbraak wat 'n sel kan doen. Slegs twee netto ATP kan dus uit elke glukosemolekule verkry word. Om voort te gaan met fermentasie, moet die sel die NAD+ regenereer wat nodig is om glikolise te doen.

Daar is twee primêre weë om NAD+ te herstel. In jou liggaam kan selle NAD+ regenereer deur laktaat en (ce). Dit word genoem melksuurfermentasie, alhoewel melksuur nooit eintlik geproduseer word nie, so dit is 'n bietjie van 'n verkeerde benaming. Sommige bakterieë, soos Lactobacillus, is ook in staat om hierdie tipe fermentasie te doen.

Maak jogurt met melksuurfermentasie

Gooi 'n bietjie melk in 'n fles en voeg 'n lepel jogurt by. Meng deeglik, bedek en plaas in 'n warm omgewing. Oor die volgende 24 uur sal die suikers in die melk gefermenteer word tot laktaat en H+ ione. Dit verdik die melk en voeg suurheid by, wat jogurt maak.

Hoekom het jy die lepel jogurt bygevoeg om dit te begin? Wat het dit by die melk gevoeg wat sou toelaat dat fermentasie plaasvind?

Hoekom moes jy dit in 'n warm omgewing plaas?

Dink jy die tipe melk wat jy gebruik, beïnvloed die tyd wat dit neem om jogurt te kry? Verduidelik jou antwoord.

Nog 'n pad om NAD+ te herstel, is om (ce) en etanol (alkohol). Sekere giste, soos Saccharomyces cerevisea, voer hierdie tipe van alkohol fermentasie wanneer hulle nie toegang tot suurstof het nie.

Figuur (PageIndex<2>): Alkoholfermentasie, David Carmack [CC BY-SA 3.0]

Eksperimentele Ontwerp: Tariewe van alkoholiese fermentasie

Vir hierdie eksperiment sal jy probeer om die volgende vraag te beantwoord:

& ldquo Watter faktore beïnvloed die tempo van fermentasie deur gis?& rdquo

Jy sal die keuse hê tussen een van twee onafhanklike veranderlikes. Die onafhanklike veranderlike is die veranderlike waaroor jy vrae vra. Dit moet die enigste ding wees wat jy as verskillend tussen jou behandelingsgroepe bepaal:

Hoekom sal dit belangrik wees om net een onafhanklike veranderlike te hê?

Vir die afhanklike veranderlike, sal jy die omtrek van 'n ballon meet wat oor jou fermentasiefles geplaas is. Die afhanklike veranderlike is die een wat jy meet om die invloed van die onafhanklike veranderlike op jou verskillende behandelings te bepaal.

Hoekom sal die omtrek van die ballon 'n goeie aanduiding wees vir die fermentasietempo? Wat sal die ballon versamel?

Kies 'n onafhanklike veranderlike en maak 'n voorspelling oor hoe dit die afhanklike veranderlike sal beïnvloed. Dit word jou genoem hipotese.

Om die effekte van die onafhanklike veranderlike op die fermentasietempo te meet, moet jy vasstel behandelingsgroepe en kontroles. Jou behandelingsgroepe moet 'n mate van verandering aan die onafhanklike veranderlike hê (soos verskillende temperature of verskillende soorte sap). Kies drie verskillende variasies van jou onafhanklike veranderlike en teken hulle hieronder aan:

Kontroles word ingestel om rekening te hou met enige bykomende veranderlikes binne die eksperiment, asook om jou inligting te gee oor of jou eksperiment werklik gewerk het. A positiewe beheer moet altyd werk (gee verwagte resultate). In hierdie eksperiment moet fermentasie beslis plaasvind in die positiewe kontrole vir hierdie eksperiment. As fermentasie nie in die positiewe kontrole plaasvind nie, weet jy iets oor jou eksperiment is af en jy kan vals negatiewe kry. Dink aan 'n positiewe kontrole wat jy vir jou eksperiment kan gebruik en teken dit hieronder aan:

Positiewe beheer (C+):

A negatiewe beheer is net die teenoorgestelde. In 'n negatiewe kontrole wil jy geen verandering van aanvanklike toestande sien nie. As daar 'n verandering in die afhanklike veranderlike in die negatiewe kontrole is, gee dit jou 'n basislyn van veranderlikheid wat jy kan verwag in die afwesigheid van veranderinge aan die onafhanklike veranderlike. Byvoorbeeld, in hierdie eksperiment behoort 'n negatiewe kontrole geen fermentasie te hê nie en dus geen opblaas van die ballon nie. Gasse kan egter in hoër temperature uitsit, so 'n negatiewe beheer wat in 'n warmer omgewing geplaas word, sal uitsetting van die ballon hê. Dit gee ons 'n paar basislyndata vir hoe temperatuur die gasse in die ballon sal beïnvloed sonder die invloed van fermentasie. Dink aan 'n negatiewe kontrole wat jy vir jou eksperiment kan gebruik en teken dit hieronder aan (jy sal dalk meer as een nodig hê):

Negatiewe kontrole(s) (C-):

Noudat jy die eksperiment ontwerp het, is dit tyd om dit uit te voer en data oor die afhanklike veranderlike in te samel.Tik jou resultate in die tabel hieronder:


Energie-vereiste stappe

Die eerste deel van die glikolise-weg vereis 'n inset van energie om te begin. Die eerste stap in glikolise word gekataliseer deur heksokinase, 'n ensiem met breë spesifisiteit wat die fosforilering van ses-koolstof suikers kataliseer. Heksokinase fosforileer (voeg 'n fosfaat by) glukose met behulp van ATP as die bron van die fosfaat (Figuur 2). Dit produseer glukose-6-fosfaat, 'n meer chemies reaktiewe vorm van glukose. Hierdie gefosforileerde glukosemolekule kan nie meer die sel verlaat nie omdat die negatief gelaaide fosfaat dit nie sal toelaat om die hidrofobiese binnekant van die plasmamembraan te kruis nie.

Verskeie bykomende ensiematiese reaksies vind plaas (Figuur 2), waarvan een 'n bykomende ATP-molekule vereis. Aan die einde van die energie-vereiste stappe is die oorspronklike glukose in twee driekoolstofmolekules verdeel, en twee ATP's is as energiebronne vir hierdie proses gebruik.

Figuur 2 Die eerste helfte van glikolise gebruik twee ATP-molekules in die fosforilering van glukose, wat dan in twee driekoolstofmolekules verdeel word.


Die reaksies van glikolise

Daar is twee hoofstadia van glikolise, wat elk uit vyf stappe bestaan. Die eerste fase vereis die besteding van energie, terwyl die tweede fase die verlangde energie opwek. Die eerste vyf reaksies in die glikolitiese proses word die voorbereidende fase genoem, terwyl die laaste vyf reaksies die afbetalingsfase genoem word.

Voorbereidende fase

1. Begin met 'n enkele molekule glukose en eindig met glukose-6-fosfaat, die eerste reaksie vereis die gebruik van 'n heksokinase ensiem om 'n ATP af te breek, dit om te skakel na ADP, om die glukose molekule te fosforileer.

2. Die tweede reaksie gebruik isomerase (ensiem) om glukose-6-fosfaat in fruktose-6-fosfaat te transformeer.

3. Fosfo-fruktokinase sal dan 'n ander fosforileringsreaksie kataliseer, wat nog 'n fosforgroep by die fruktose-6-fosfaat voeg, wat fruktose-1,6-bisfosfaat skep. Soortgelyk aan die eerste fosforileringsreaksie, vereis dit ook die besteding van een ATP-molekule, wat in ADP omgeskakel word.

4. Die fruktose-1,6-bisfosfaat sal dan afgebreek word in twee 3-koolstofverbindings, met behulp van aldolase, in gliseraldehied-3-fosfaat en dihidroksiesetoonfosfaat. Terwyl hierdie twee produkte isomere is, neig die balans na gliseraldehied-3-fosfaat, aangesien dit vorentoe in die glikolise-weg gebruik sal word.

Let daarop dat 2 ATP-molekules in die eerste en derde stappe van die voorbereidingsfase verbruik word.

Afbetalingsfase

1. In hierdie eerste stap van die tweede glikolisefase, gebruik die ensiem GL-3-P dehidrogenase 'n anorganiese fosformolekule en NAD om NADH en 1-3 bisfosfo-gliseraat uit gliseraldehied-3-fosfaat te produseer.

2. Deur gebruik te maak van fosfogliseraatkinase, word die 1-3 bisfosfo-gliseraat in 3-fosfo-gliseraat omgeskakel. Hierdie chemiese reaksie sal 'n fosforgroep terugbeweeg na 'n ADP-molekule, wat daartoe lei dat 'n ATP-molekule geproduseer word. Interessant om daarop te let, hierdie stap in die reaksieproses is omkeerbaar.

3. Die 3-fosfogliseraat ondergaan 'n eenvoudige herrangskikkingsreaksie, met behulp van fosfogliseraatmutase, na 2-fosfogliseraat. Hierdie stap vereis of produseer geen energie nie.

4. 2-fosfo-gliseraat word dan met behulp van Mg2+ ('n magnesiumioon) en enolase, 'n ensiem, in fosfoenolpiruvaat omgeskakel.

5. Die laaste stap in glikolise bestaan ​​uit fosfoenol piruvaat wat deur die werking van piruvaat kinase in piruvaat afgebreek word. Hierdie reaksie stel ook 'n molekule fosfor vry, wat 'n molekule ADP na ATP omskakel. Dit is nie 'n omkeerbare reaksie nie.


7.2 Glikolise

In hierdie afdeling sal jy die volgende vraag ondersoek:

  • Wat is die algehele resultaat, in terme van molekules wat geproduseer word, in die afbreek van glukose deur glikolise?

Verbinding vir AP ® -kursusse

Alle organismes, van eenvoudige bakterieë en gis tot komplekse plante en diere, voer een of ander vorm van sellulêre respirasie uit om vrye energie vir sellulêre prosesse vas te vang en te verskaf. Alhoewel sellulêre respirasie en fotosintese as onafhanklike prosesse ontwikkel het, is hulle vandag interafhanklik. Die produkte van fotosintese, koolhidrate en suurstofgas, word tydens sellulêre respirasie gebruik. Net so is die byproduk van sellulêre respirasie, CO2 gas, word tydens fotosintese gebruik. Glikolise is die eerste pad wat gebruik word in die afbreek van glukose om vrye energie te onttrek. Glikolise, wat vandag deur byna alle organismes op aarde gebruik word, het waarskynlik ontwikkel as een van die eerste metaboliese weë. Dit is belangrik om daarop te let dat glikolise in die sitoplasma van beide prokariotiese en eukariotiese selle voorkom. (Onthou dat slegs eukariotiese selle mitochondria het.)

Soos alle metaboliese weë, vind glikolise in stappe of stadiums plaas. In die eerste fase word die ses-koolstofring van glukose voorberei vir splitsing (“splitsing”) in twee driekoolstofmolekules deur twee molekules ATP te belê om die skeiding aan te wakker. (Moenie bekommerd wees nie die sel sal die belegging van ATP terugkry. Dit is soos die aandelemark: Jy moet geld belê om, hopelik, geld te maak!) Soos glukose verder gemetaboliseer word, word bindings herrangskik deur 'n reeks ensiem-gekataliseerde stappe, en vrye energie word vrygestel om ATP uit ADP en vry fosfaatmolekules te vorm. Die beskikbaarheid van ensieme kan die tempo van glukosemetabolisme beïnvloed. Twee molekules piruvaat word uiteindelik geproduseer. Hoë-energie elektrone en waterstofatome gaan na NAD + oor, wat dit na NADH reduseer. Alhoewel twee molekules ATP belê is om glukose aan die begin van die proses te destabiliseer, word vier molekules ATP gevorm deur substraatvlak-fosforilering, wat 'n netto wins van twee ATP- en twee NADH-molekules vir die sel tot gevolg het.

Inligting aangebied en die voorbeelde wat in die afdeling uitgelig word, ondersteun konsepte en leerdoelwitte uiteengesit in Big Idea 1 en Big Idea 2 van die AP ® Biologie Kurrikulumraamwerk, soos in die tabel getoon. Die leerdoelwitte wat in die Kurrikulumraamwerk gelys word, bied 'n deursigtige grondslag vir die AP ® Biologie-kursus, 'n ondersoekgebaseerde laboratoriumervaring, onderrigaktiwiteite en AP ® eksamenvrae. 'n Leerdoelwit voeg vereiste inhoud saam met een of meer van die sewe Wetenskappraktyke.

Groot idee 1 Die proses van evolusie dryf die diversiteit en eenheid van lewe aan.
Blywende begrip 1.B Organismes word verbind deur lyne van afkoms van gemeenskaplike afkoms.
Noodsaaklike kennis 1.B.1 Organismes deel baie bewaarde kernprosesse en kenmerke wat ontwikkel het en vandag wydverspreid onder organismes voorkom.
Wetenskappraktyk 7.2 Die student kan konsepte in en oor domein(e) verbind om te veralgemeen of ekstrapoleer in en/of oor blywende begrippe en/of groot idees.
Leerdoelwit 1.15 Die student is in staat om spesifieke voorbeelde te beskryf van bewaarde kernbiologiese prosesse en kenmerke wat deur alle domeine of binne een domein van die lewe gedeel word, en hoe hierdie gedeelde, bewaarde kernprosesse en kenmerke die konsep van gemeenskaplike afkoms vir alle organismes ondersteun.
Groot idee 2 Biologiese stelsels gebruik vrye energie en molekulêre boublokke om te groei, voort te plant en om dinamiese homeostase te handhaaf.
Blywende begrip 2.A Groei, voortplanting en instandhouding van lewende sisteme vereis vrye energie en materie.
Noodsaaklike kennis 2.A.2 Organismes vang en stoor vrye energie vir gebruik in biologiese prosesse.
Wetenskappraktyk 1.4 Die student kan voorstellings en modelle gebruik om situasies te analiseer of probleme kwalitatief en kwantitatief op te los.
Wetenskappraktyk 3.1 Die student kan wetenskaplike vrae stel.
Leerdoelwit 2.4 Die student is in staat om voorstellings te gebruik om wetenskaplike vrae te stel oor watter meganismes en strukturele kenmerke organismes toelaat om vrye energie op te vang, te berg en te gebruik.
Noodsaaklike kennis 2.A.2 Organismes vang en stoor vrye energie vir gebruik in biologiese prosesse.
Wetenskappraktyk 6.2 Die student kan verduidelikings van verskynsels konstrueer gebaseer op bewyse wat deur wetenskaplike praktyke geproduseer is.
Leerdoelwit 2.5 Die student is in staat om verduidelikings te konstrueer van die meganismes en strukturele kenmerke van selle wat organismes toelaat om vrye energie op te vang, te berg of te gebruik.

Onderwysersondersteuning

Bespreek met studente hoe glikolise as die oudste en mees bewaarde metaboliese weg beskou word. Bespreek met studente hoe hierdie proses in alle lewensdomeine gevind word. Glikolise is 'n anaërobiese proses, en die vroeë atmosfeer van die Aarde het baie min suurstof gehad. Dit beteken dat glikolise in vroeë prokariote kon plaasgevind het omdat dit nie suurstof benodig nie. Glikolise vind plaas in die sel sitosol, en nie die mitochondriale membraan nie. Prokariote, wat nie membraangebonde organelle het nie, kan glikolise uitvoer.

Stel die proses van glikolise bekend deur beeldmateriaal soos hierdie video te gebruik.

Jy het gelees dat byna al die energie wat deur lewende selle gebruik word, na hulle toe kom in die bindings van die suiker, glukose. Glikolise is die eerste stap in die afbreek van glukose om energie te onttrek vir sellulêre metabolisme. Byna alle lewende organismes voer glikolise uit as deel van hul metabolisme. Die proses gebruik nie suurstof nie en is dus anaërobies. Glikolise vind plaas in die sitoplasma van beide prokariotiese en eukariotiese selle. Glukose gaan heterotrofiese selle op twee maniere binne. Een metode is deur middel van sekondêre aktiewe vervoer waarin die vervoer teen die glukosekonsentrasiegradiënt plaasvind. Die ander meganisme gebruik 'n groep integrale proteïene genaamd GLUT proteïene, ook bekend as glukose vervoerder proteïene. Hierdie vervoermiddels help met die gefasiliteer diffusie van glukose.

Glikolise begin met die ses koolstof ringvormige struktuur van 'n enkele glukose molekule en eindig met twee molekules van 'n drie-koolstof suiker genaamd piruvaat. Glikolise bestaan ​​uit twee verskillende fases. Die eerste deel van die glikolise-weg vang die glukosemolekule in die sel vas en gebruik energie om dit te verander sodat die ses-koolstof-suikermolekule eweredig in die twee drie-koolstofmolekules verdeel kan word. Die tweede deel van glikolise onttrek energie uit die molekules en stoor dit in die vorm van ATP en NADH, die gereduseerde vorm van NAD +.

Eerste helfte van glikolise (energie-vereiste stappe)

Stap 1. Die eerste stap in glikolise (Figuur 7.6) word gekataliseer deur heksokinase, 'n ensiem met breë spesifisiteit wat die fosforilering van ses-koolstof suikers kataliseer. Hexokinase fosforileer glukose deur ATP as die bron van die fosfaat te gebruik, wat glukose-6-fosfaat produseer, 'n meer reaktiewe vorm van glukose. Hierdie reaksie verhoed dat die gefosforileerde glukosemolekule voortgaan om met die GLUT-proteïene te reageer, en dit kan nie meer die sel verlaat nie omdat die negatief gelaaide fosfaat dit nie sal toelaat om die hidrofobiese binnekant van die plasmamembraan oor te steek nie.

Stap 2. In die tweede stap van glikolise, skakel 'n isomerase glukose-6-fosfaat om in een van sy isomere, fruktose-6-fosfaat. 'n Isomerase is 'n ensiem wat die omskakeling van 'n molekule in een van sy isomere kataliseer. (Hierdie verandering van fosfoglukose na fosfofruktose laat die uiteindelike verdeling van die suiker in twee driekoolstofmolekules toe.).

Stap 3. Die derde stap is die fosforilering van fruktose-6-fosfaat, gekataliseer deur die ensiem fosfofruktokinase. 'n Tweede ATP-molekule skenk 'n hoë-energie fosfaat aan fruktose-6-fosfaat, wat fruktose-1,6- produseerbisfosfaat. In hierdie pad is fosfofruktokinase 'n tempo-beperkende ensiem. Dit is aktief wanneer die konsentrasie van ADP hoog is dit is minder aktief wanneer ADP vlakke laag is en die konsentrasie van ATP hoog is. Dus, as daar "voldoende" ATP in die stelsel is, vertraag die pad. Dit is 'n tipe eindproduk-inhibisie, aangesien ATP die eindproduk van glukosekatabolisme is.

Stap 4. Die nuut bygevoegde hoë-energie fosfate destabiliseer fruktose-1,6-bisfosfaat verder. Die vierde stap in glikolise gebruik 'n ensiem, aldolase, om fruktose-1,6-bisfosfaat in twee driekoolstof-isomere te splits: dihidroksasetoon-fosfaat en gliseraldehied-3-fosfaat.

Stap 5. In die vyfde stap transformeer 'n isomerase die dihidroksiesetoon-fosfaat in sy isomeer, gliseraldehied-3-fosfaat. Die pad sal dus voortgaan met twee molekules gliseraldehied-3-fosfaat. Op hierdie punt in die pad is daar 'n netto belegging van energie van twee ATP-molekules in die afbreek van een glukosemolekule.

Tweede helfte van glikolise (energie-vrystellingstappe)

Tot dusver het glikolise die sel twee ATP-molekules gekos en twee klein driekoolstofsuikermolekules geproduseer. Albei hierdie molekules sal deur die tweede helfte van die pad voortgaan, en voldoende energie sal onttrek word om die twee ATP-molekules wat as 'n aanvanklike belegging gebruik is terug te betaal en 'n wins vir die sel te produseer van twee bykomende ATP-molekules en twee selfs hoër-energie NADH molekules.

Stap 6. Die sesde stap in glikolise (Figuur 7.7) oksideer die suiker (gliseraldehied-3-fosfaat), wat hoë-energie elektrone onttrek, wat deur die elektrondraer NAD + opgetel word, wat NADH produseer. Die suiker word dan gefosforileer deur die byvoeging van 'n tweede fosfaatgroep, wat 1,3-bisfosfogliseraat produseer. Let daarop dat die tweede fosfaatgroep nie 'n ander ATP-molekule benodig nie.

Hier is weer 'n potensiële beperkende faktor vir hierdie pad. Die voortsetting van die reaksie hang af van die beskikbaarheid van die geoksideerde vorm van die elektrondraer, NAD +. NADH moet dus voortdurend teruggeoksideer word in NAD + om hierdie stap aan die gang te hou. As NAD + nie beskikbaar is nie, vertraag of stop die tweede helfte van glikolise. As suurstof in die stelsel beskikbaar is, sal die NADH geredelik geoksideer word, hoewel indirek, en die hoë-energie elektrone van die waterstof wat in hierdie proses vrygestel word, sal gebruik word om ATP te produseer. In 'n omgewing sonder suurstof kan 'n alternatiewe pad (fermentasie) die oksidasie van NADH na NAD + verskaf.

Stap 7. In die sewende stap, gekataliseer deur fosfogliseraatkinase ('n ensiem vernoem na die omgekeerde reaksie), skenk 1,3-bisfosfogliseraat 'n hoë-energie fosfaat aan ADP, wat een molekule ATP vorm. (Hierdie is 'n voorbeeld van substraatvlakfosforilering.) 'n Karbonielgroep op die 1,3-bisfosfogliseraat word tot 'n karboksielgroep geoksideer, en 3-fosfogliseraat word gevorm.

Stap 8. In die agtste stap beweeg die oorblywende fosfaatgroep in 3-fosfogliseraat van die derde koolstof na die tweede koolstof, wat 2-fosfogliseraat ('n isomeer van 3-fosfogliseraat) produseer. Die ensiem wat hierdie stap kataliseer is 'n mutase (isomerase).

Stap 9. Enolase kataliseer die negende stap. Hierdie ensiem veroorsaak dat 2-fosfogliseraat water uit sy struktuur verloor dit is 'n dehidrasiereaksie, wat lei tot die vorming van 'n dubbelbinding wat die potensiële energie in die oorblywende fosfaatbinding verhoog en fosfoenolpiruvaat (PEP) produseer.

Stap 10. Die laaste stap in glikolise word gekataliseer deur die ensiem piruvaatkinase (die ensiem in hierdie geval is vernoem na die omgekeerde reaksie van piruvaat se omskakeling na PEP) en lei tot die produksie van 'n tweede ATP-molekule deur substraatvlak-fosforilering en die saamgestelde pirodruivensuur (of sy soutvorm, pirovaat). Baie ensieme in ensiematiese weë word na die terugwaartse reaksies genoem, aangesien die ensiem beide voorwaartse en terugwaartse reaksies kan kataliseer (dit is moontlik aanvanklik beskryf deur die terugwaartse reaksie wat in vitro plaasvind, onder nie-fisiologiese toestande).

Skakel na Leer

Kry 'n beter begrip van die afbreek van glukose deur glikolise deur hierdie webwerf te besoek om die proses in aksie te sien.

  1. eks_6 teks_<12> eks_6 + eks_2 egspyl eks_2 + eks_2 teks + eks , waar glukose geoksideer word om koolstofdioksied saam met energie vry te stel en suurstof is die finale aanvaarder van elektrone.
  2. eks_6 teks_<12> eks_6 + eks_2 egspyl eks_2 + eks_2 teks + eks , waar glukose verminder word om suurstof en water vry te stel. Hierdie suurstof aanvaar op sy beurt elektrone van die elektronvervoerketting om water te vorm.
  3. eks_6 teks_<12> eks_6 + eks_2 + eks_2 teks ightarrow ext_2 + energie, waar glukose verminder word om koolstofdioksied met energie vry te stel. Suurstof werk as 'n reduseermiddel deur elektrone te skenk.
  4. eks_6 teks_<12> eks_6 + eks_2 ightarrow ext<(CH>_2 ext + eks_2 teks + eks_2 waar glukose geoksideer word om piruvaat en water vry te stel. Die suurstof wat gevorm word, dien as die finale aanvaarder van elektrone.

Alledaagse verbinding vir AP®-kursusse

Glikolise vind in die sitoplasma van byna elke sel plaas. Organismes, van die klein, sirkelvormige kolonies bakterieë wat hier afgebeeld word tot die mens wat die petriskottel vashou, voer glikolise uit met dieselfde tien ensieme. As gevolg hiervan word gedink dat glikolise in die heel vroegste lewensvorme moes ontwikkel het.

ATP-energie is nodig vir glikolise. Verwys na die illustrasie verskaf van die vele stappe in glikolise, verduidelik hoe hierdie ATP-skuld tydens die reaksie afbetaal word.

  1. deur die fosforilering van fruktose-6-fosfaat
  2. deur die oksidasie van gliseraldehied-3-fosfaat
  3. deur die vorming van 3-fosfogliseraat
  4. deur die vorming van fosfoenolpiruvaat

Uitkomste van Glikolise

Glikolise begin met glukose en eindig met twee piruvaatmolekules, 'n totaal van vier ATP-molekules en twee molekules NADH. Twee ATP-molekules is in die eerste helfte van die pad gebruik om die ses-koolstofring voor te berei vir splitsing, so die sel het 'n netto wins van twee ATP-molekules en 2 NADH-molekules vir die gebruik daarvan. As die sel nie die piruvaatmolekules verder kan kataboliseer nie, sal dit slegs twee ATP-molekules van een molekule glukose oes. Volwasse rooibloedselle van soogdiere is nie in staat tot aërobiese respirasie nie—die proses waarin organismes energie in die teenwoordigheid van suurstof omskakel—en glikolise is hul enigste bron van ATP. As glikolise onderbreek word, verloor hierdie selle hul vermoë om hul natrium-kaliumpompe in stand te hou, en uiteindelik sterf hulle.

Die laaste stap in glikolise sal nie plaasvind as piruvaatkinase, die ensiem wat die vorming van piruvaat kataliseer, nie in voldoende hoeveelhede beskikbaar is nie. In hierdie situasie sal die hele glikolise-weg voortgaan, maar slegs twee ATP-molekules sal in die tweede helfte gemaak word. Piruvaatkinase is dus 'n tempobeperkende ensiem vir glikolise.

Verbinding tussen wetenskap en praktyk vir AP® -kursusse

Dink daaroor

  • Byna alle organismes op aarde voer een of ander vorm van glikolise uit. Hoe ondersteun die feit die stelling dat glikolise een van die oudste metaboliese paaie is, al dan nie? Motiveer jou antwoord.
  • Menslike rooibloedselle verrig nie aërobiese respirasie nie, maar wel glikolise. Wat kan gebeur as glikolise in 'n rooibloedsel geblokkeer word? Kan rooibloedselle ander bronne van vrye energie gebruik wat nodig is vir hul funksies?

Onderwysersondersteuning

Die eerste Dink daaroor-vraag is 'n toepassing van Leerdoelwit 1.15 en Wetenskappraktyk 7.2 omdat metaboliese weë voorbeelde is van bewaarde kernprosesse wat deur alle organismes gedeel word.

Die tweede Dink daaroor-vraag is 'n toepassing van Leerdoelwit 2.4 en Wetenskappraktyke 1.4 en 3.1 omdat studente vrae aanspreek oor hoe die kenmerke van selle die sel se vermoë kan beïnvloed om gratis energie uit verskillende bronne te oes.

Moontlike antwoorde:

  • As glikolise relatief laat ontwikkel het, sou dit waarskynlik nie so universeel in organismes wees soos dit is nie. Dit het waarskynlik in baie primitiewe organismes ontwikkel en aangehou, selfs toe bykomende weë van koolhidraatmetabolisme later ontwikkel het.
  • Alle selle moet energie verbruik om basiese funksies uit te voer, soos om ione oor membrane te pomp. 'n Rooibloedsel sal sy membraanpotensiaal verloor as glikolise geblokkeer word, en dit sal uiteindelik sterf. Volwasse rooibloedselle van soogdiere is nie in staat tot aërobiese respirasie nie - die proses waarin organismes energie omskakel in die teenwoordigheid van suurstof - en glikolise is hul enigste bron van ATP. As glikolise onderbreek word, verloor hierdie selle hul vermoë om hul natrium-kaliumpompe in stand te hou, en uiteindelik sterf hulle.

As Amazon Associate verdien ons uit kwalifiserende aankope.

Wil u hierdie boek aanhaal, deel of wysig? Hierdie boek is Creative Commons Attribution License 4.0 en jy moet OpenStax toeskryf.

    As u die hele of 'n gedeelte van hierdie boek in 'n gedrukte formaat herverdeel, moet u op elke fisiese bladsy die volgende kenmerk insluit:

  • Gebruik die inligting hieronder om 'n aanhaling te genereer. Ons beveel aan dat u 'n aanhalingshulpmiddel soos hierdie gebruik.
    • Skrywers: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Uitgewer/webwerf: OpenStax
    • Boektitel: Biologie vir AP® -kursusse
    • Publikasiedatum: 8 Maart 2018
    • Plek: Houston, Texas
    • Boek URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • Afdeling-URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/7-2-glycolysis

    © 12 Januarie 2021 OpenStax. Handboekinhoud wat deur OpenStax vervaardig word, is gelisensieer onder 'n Creative Commons Attribution License 4.0-lisensie. Die OpenStax -naam, OpenStax -logo, OpenStax -boekomslag, OpenStax CNX -naam en OpenStax CNX -logo is nie onderhewig aan die Creative Commons -lisensie nie en mag nie gereproduseer word sonder die voorafgaande en uitdruklike skriftelike toestemming van Rice University nie.


    Inhoud

    Die algehele reaksie van glikolise is:

    Die gebruik van simbole in hierdie vergelyking laat dit ongebalanseerd voorkom met betrekking tot suurstofatome, waterstofatome en ladings. Atoombalans word gehandhaaf deur die twee fosfate (Pek) groepe: [6]

    • Elkeen bestaan ​​in die vorm van 'n waterstoffosfaat anioon (HPO4 2− ), dissosieer om 2 H + in die algemeen by te dra
    • Elkeen maak 'n suurstofatoom vry wanneer dit aan 'n adenosien difosfaat (ADP) molekule bind, wat in totaal 2 O bydra

    Heffings word gebalanseer deur die verskil tussen ADP en ATP. In die sellulêre omgewing dissosieer al drie hidroksielgroepe van ADP in −O − en H + , wat ADP 3− gee, en hierdie ioon is geneig om in 'n ioniese binding met Mg 2+ te bestaan, wat ADPMg − gee. ATP tree identies op, behalwe dat dit vier hidroksielgroepe het, wat ATPMg 2− gee. Wanneer hierdie verskille saam met die ware ladings op die twee fosfaatgroepe saam beskou word, word die netto ladings van -4 aan elke kant gebalanseer.

    Vir eenvoudige fermentasies het die metabolisme van een molekule glukose na twee molekules piruvaat 'n netto opbrengs van twee molekules ATP. Die meeste selle sal dan verdere reaksies uitvoer om die gebruikte NAD + te "terugbetaal" en 'n finale produk van etanol of melksuur te produseer. Baie bakterieë gebruik anorganiese verbindings as waterstofaannemers om die NAD + te regenereer.

    Selle wat aërobiese respirasie uitvoer, sintetiseer baie meer ATP, maar nie as deel van glikolise nie. Hierdie verdere aërobiese reaksies gebruik piruvaat, en NADH + H + van glikolise. Eukariotiese aërobiese respirasie produseer ongeveer 34 addisionele molekules ATP vir elke glukosemolekule, maar die meeste hiervan word geproduseer deur 'n meganisme wat baie verskil van die substraatvlakfosforilering in glikolise.

    Die laer-energieproduksie, per glukose, van anaërobiese respirasie relatief tot aërobiese respirasie, lei tot groter vloed deur die pad onder hipoksiese (lae-suurstof) toestande, tensy alternatiewe bronne van anaërobies oksideerbare substrate, soos vetsure, gevind word.

    Die weg van glikolise soos dit vandag bekend staan ​​het byna 100 jaar geneem om ten volle te verduidelik. [7] Die gekombineerde resultate van baie kleiner eksperimente was nodig om die pad as geheel te verstaan.

    Die eerste stappe in die verstaan ​​van glikolise het in die negentiende eeu met die wynbedryf begin. Om ekonomiese redes het die Franse wynbedryf probeer om te ondersoek hoekom wyn soms onsmaaklik geword het, in plaas daarvan om in alkohol te gis. Die Franse wetenskaplike Louis Pasteur het hierdie kwessie gedurende die 1850's nagevors, en die resultate van sy eksperimente het die lang pad begin om die weg van glikolise te verduidelik. [8] Sy eksperimente het getoon dat fermentasie plaasvind deur die werking van lewende mikroörganismes, giste, en dat gis se glukoseverbruik onder aërobiese toestande van fermentasie afgeneem het, in vergelyking met anaërobiese toestande (die Pasteur-effek). [9]

    Insig in die komponentstappe van glikolise is verskaf deur die nie-sellulêre fermentasie-eksperimente van Eduard Buchner gedurende die 1890's. [10] [11] Buchner het gedemonstreer dat die omskakeling van glukose na etanol moontlik was deur 'n nie-lewende uittreksel van gis, as gevolg van die werking van ensieme in die ekstrak. [12] Hierdie eksperiment het nie net biochemie 'n rewolusie teweeggebring nie, maar het ook latere wetenskaplikes toegelaat om hierdie pad in 'n meer beheerde laboratoriumomgewing te ontleed. In 'n reeks eksperimente (1905-1911) het wetenskaplikes Arthur Harden en William Young meer stukke glikolise ontdek. [13] Hulle het die regulatoriese uitwerking van ATP op glukoseverbruik tydens alkoholfermentasie ontdek. Hulle werp ook lig op die rol van een verbinding as 'n glikolise-tussenproduk: fruktose 1,6-bisfosfaat. [14]

    Die opheldering van fruktose 1,6-bisfosfaat is bewerkstellig deur CO2 te meet2 vlakke wanneer gissap met glukose geïnkubeer is. CO2 produksie het vinnig toegeneem en dan vertraag. Harden en Young het opgemerk dat hierdie proses weer sou begin as 'n anorganiese fosfaat (Pi) by die mengsel gevoeg word. Harden en Young het afgelei dat hierdie proses organiese fosfaatesters geproduseer het, en verdere eksperimente het hulle toegelaat om fruktosedifosfaat (F-1,6-DP) te onttrek.

    Arthur Harden en William Young saam met Nick Sheppard het in 'n tweede eksperiment vasgestel dat 'n hitte-sensitiewe hoë-molekulêre gewig subsellulêre fraksie (die ensieme) en 'n hitte-onsensitiewe lae-molekulêre gewig sitoplasma fraksie (ADP, ATP en NAD) + en ander kofaktore) word saam benodig vir fermentasie om voort te gaan. Hierdie eksperiment het begin deur waar te neem dat gedialiseerde (gesuiwerde) gissap nie kon fermenteer of selfs 'n suikerfosfaat kon skep nie. Hierdie mengsel is gered met die byvoeging van ongedialiseerde gisekstrak wat gekook is. Die kook van die gisekstrak maak alle proteïene onaktief (soos dit hulle denatureer). Die vermoë van gekookte ekstrak plus gedialiseerde sap om fermentasie te voltooi, dui daarop dat die kofaktore nie-proteïen van karakter was. [13]

    In die 1920's kon Otto Meyerhof 'n paar van die baie individuele stukke glikolise wat deur Buchner, Harden en Young ontdek is, aan mekaar koppel. Meyerhof en sy span kon verskillende glikolitiese ensieme uit spierweefsel onttrek en dit kombineer om die pad van glikogeen na melksuur kunsmatig te skep. [15] [16]

    In een referaat het Meyerhof en wetenskaplike Renate Junowicz-Kockolaty die reaksie ondersoek wat fruktose 1,6-difosfaat in die twee triose fosfate verdeel. Vorige werk het voorgestel dat die splitsing plaasgevind het via 1,3-difosfogliseraldehied plus 'n oksiderende ensiem en cozymase. Meyerhoff en Junowicz het gevind dat die ewewigskonstante vir die isomerase- en aldose-reaksie nie deur anorganiese fosfate of enige ander cozymase of oksiderende ensieme beïnvloed is nie. Hulle het verder difosfogliseraldehied verwyder as 'n moontlike tussenproduk in glikolise. [16]

    Met al hierdie stukke beskikbaar teen die 1930's, het Gustav Embden 'n gedetailleerde, stap-vir-stap uiteensetting voorgestel van daardie pad wat ons nou as glikolise ken. [17] Die grootste probleme met die bepaling van die ingewikkeldhede van die pad was te wyte aan die baie kort leeftyd en lae bestendige toestand konsentrasies van die tussenprodukte van die vinnige glikolitiese reaksies. Teen die 1940's het Meyerhof, Embden en baie ander biochemici uiteindelik die legkaart van glikolise voltooi. [16] Die begrip van die geïsoleerde pad is in die daaropvolgende dekades uitgebrei, om verdere besonderhede van die regulering en integrasie daarvan met ander metaboliese weë in te sluit.

    Opsomming van reaksies Wysig

    Voorbereidende fase Edit

    Die eerste vyf stappe van Glikolise word beskou as die voorbereidende (of beleggings) fase, aangesien hulle energie verbruik om die glukose in twee driekoolstofsuikerfosfate [1] (G3P) om te skakel.

    Die eerste stap is fosforilering van glukose deur 'n familie van ensieme genaamd heksokinases om glukose 6-fosfaat (G6P) te vorm. Hierdie reaksie verbruik ATP, maar dit dien om die glukosekonsentrasie laag te hou, wat deurlopende vervoer van glukose na die sel deur die plasmamembraanvervoerders bevorder. Boonop keer dit die glukose om uit te lek – die sel het nie vervoerders vir G6P nie, en vrye diffusie uit die sel word verhoed as gevolg van die gelaaide aard van G6P. Glukose kan alternatiewelik gevorm word uit die fosforolise of hidrolise van intrasellulêre stysel of glikogeen.

    By diere word 'n isosiem van heksokinase genaamd glukokinase ook in die lewer gebruik, wat 'n baie laer affiniteit vir glukose het (Km in die omgewing van normale glukemie), en verskil in regulatoriese eienskappe. Die verskillende substraataffiniteit en alternatiewe regulering van hierdie ensiem is 'n weerspieëling van die rol van die lewer in die handhawing van bloedsuikervlakke.

    G6P word dan herrangskik in fruktose 6-fosfaat (F6P) deur glukose fosfaat isomerase. Fruktose kan ook die glikolitiese pad binnedring deur fosforilering op hierdie punt.

    Die verandering in struktuur is 'n isomerisering, waarin die G6P na F6P omgeskakel is. Die reaksie vereis 'n ensiem, fosfoglukose-isomerase, om voort te gaan. Hierdie reaksie is vrylik omkeerbaar onder normale seltoestande. Dit word egter dikwels vorentoe gedryf as gevolg van 'n lae konsentrasie F6P, wat voortdurend tydens die volgende stap van glikolise verbruik word. Onder toestande van hoë F6P-konsentrasie verloop hierdie reaksie geredelik omgekeerd. Hierdie verskynsel kan deur Le Chatelier se Beginsel verduidelik word. Isomerisasie na 'n ketosuiker is nodig vir karbanionstabilisering in die vierde reaksiestap (hieronder).

    Die energieverbruik van 'n ander ATP in hierdie stap word op 2 maniere geregverdig: Die glikolitiese proses (tot hierdie stap) word onomkeerbaar, en die energie wat verskaf word, destabiliseer die molekule. Omdat die reaksie wat deur fosfofruktokinase 1 (PFK-1) gekataliseer word aan die hidrolise van ATP ('n energeties gunstige stap) gekoppel is, is dit in wese onomkeerbaar, en 'n ander pad moet gebruik word om die omgekeerde omskakeling tydens glukoneogenese te doen. Dit maak die reaksie 'n belangrike regulatoriese punt (sien hieronder). Dit is ook die koersbeperkende stap.

    Verder is die tweede fosforileringsgebeurtenis nodig om die vorming van twee gelaaide groepe (eerder as net een) in die daaropvolgende stap van glikolise moontlik te maak, wat die voorkoming van vrye diffusie van substrate uit die sel verseker.

    Dieselfde reaksie kan ook gekataliseer word deur pirofosfaat-afhanklike fosfofruktokinase (PFP of PPi-PFK), wat in die meeste plante, sommige bakterieë, archea en protiste voorkom, maar nie in diere nie. Hierdie ensiem gebruik pirofosfaat (PPi) as 'n fosfaatskenker in plaas van ATP. Dit is 'n omkeerbare reaksie, wat die buigsaamheid van glikolitiese metabolisme verhoog. [18] 'n Skaarser ADP-afhanklike PFK-ensiemvariant is in argaïese spesies geïdentifiseer. [19]

    Destabilisering van die molekule in die vorige reaksie laat toe dat die heksosering deur aldolase in twee triose-suikers verdeel word: dihidroksasetoonfosfaat ('n ketose), en gliseraldehied-3-fosfaat ('n aldose). Daar is twee klasse aldolases: klas I aldolases, teenwoordig in diere en plante, en klas II aldolases, teenwoordig in swamme en bakterieë, die twee klasse gebruik verskillende meganismes om die ketosering te splits.

    Elektrone wat gedelokaliseer is in die koolstof-koolstofbindingsplitsing assosieer met die alkoholgroep. Die resulterende karbanion word gestabiliseer deur die struktuur van die karbanion self via resonansieladingverspreiding en deur die teenwoordigheid van 'n gelaaide ioonprostetiese groep.

    Triosefosfaat-isomerase skakel dihidroksiesetoonfosfaat vinnig om met gliseraldehied 3-fosfaat (GADP) wat verder in glikolise ingaan. Dit is voordelig, aangesien dit dihidroksiesetoonfosfaat op dieselfde pad as gliseraldehied 3-fosfaat lei, wat regulering vereenvoudig.

    Afbetalingsfase Wysig

    Die tweede helfte van glikolise staan ​​bekend as die afbetalingsfase, gekenmerk deur 'n netto wins van die energieryke molekules ATP en NADH. [1] Aangesien glukose in die voorbereidingsfase tot twee triosesuikers lei, vind elke reaksie in die afbetalingsfase twee keer per glukosemolekule plaas. Dit lewer 2 NADH-molekules en 4 ATP-molekules, wat lei tot 'n netto wins van 2 NADH-molekules en 2 ATP-molekules vanaf die glikolitiese pad per glukose.

    Die aldehiedgroepe van die triose-suikers word geoksideer, en anorganiese fosfaat word daarby gevoeg, wat 1,3-bisfosfogliseraat vorm.

    Die waterstof word gebruik om twee molekules NAD +, 'n waterstofdraer, te reduseer om NADH te gee + H + vir elke triose.

    Waterstofatoombalans en ladingbalans word albei gehandhaaf omdat die fosfaat (Pek) groep bestaan ​​eintlik in die vorm van 'n waterstoffosfaat anioon (HPO4 2− ), [6] wat dissosieer om die ekstra H + ioon by te dra en 'n netto lading van -3 aan beide kante gee.

    Hier, arsenaat (AsO4 3− ), kan 'n anioon soortgelyk aan anorganiese fosfaat fosfaat as 'n substraat vervang om 1-arseno-3-fosfogliseraat te vorm. Dit is egter onstabiel en hidroliseer maklik om 3-fosfogliseraat te vorm, die intermediêre in die volgende stap van die pad. As gevolg van die omseil van hierdie stap, sal die molekule ATP wat gegenereer word uit 1-3 bisfosfogliseraat in die volgende reaksie nie gemaak word nie, alhoewel die reaksie voortgaan. As gevolg hiervan is arsenaat 'n ontkoppelaar van glikolise. [20]

    Hierdie stap is die ensiematiese oordrag van 'n fosfaatgroep van 1,3-bisfosfogliseraat na ADP deur fosfogliseraatkinase, wat ATP en 3-fosfogliseraat vorm. Op hierdie stap het glikolise die gelykbreekpunt bereik: 2 molekules ATP is verbruik, en 2 nuwe molekules is nou gesintetiseer. Hierdie stap, een van die twee substraat-vlak fosforilering stappe, vereis ADP dus, wanneer die sel baie ATP (en min ADP) het, vind hierdie reaksie nie plaas nie. Omdat ATP relatief vinnig verval wanneer dit nie gemetaboliseer word nie, is dit 'n belangrike regulatoriese punt in die glikolitiese pad.

    ADP bestaan ​​eintlik as ADPMg − , en ATP as ATPMg 2− , wat die ladings by −5 beide kante balanseer.

    Enolase skakel vervolgens 2-fosfogliseraat om na fosfoenolpiruvaat. Hierdie reaksie is 'n eliminasiereaksie wat 'n E1cB-meganisme behels.

    Kofaktore: 2 Mg 2+ , een "konformasie" ioon om te koördineer met die karboksilaatgroep van die substraat, en een "katalitiese" ioon wat aan die dehidrasie deelneem.

    'n Finale substraatvlak-fosforilering vorm nou 'n molekule piruvaat en 'n molekule ATP deur middel van die ensiem piruvaatkinase. Dit dien as 'n bykomende regulatoriese stap, soortgelyk aan die fosfogliseraatkinase-stap.

    Biochemiese logika Edit

    Die bestaan ​​van meer as een punt van regulering dui aan dat tussenprodukte tussen daardie punte die glikolise-weg binnegaan en verlaat deur ander prosesse. Byvoorbeeld, in die eerste gereguleerde stap, skakel heksokinase glukose om in glukose-6-fosfaat. In plaas daarvan om deur die glikolise-weg voort te gaan, kan hierdie intermediêre omgeskakel word in glukoseopbergingsmolekules, soos glikogeen of stysel. Die omgekeerde reaksie, wat bv glikogeen afbreek, produseer hoofsaaklik glukose-6-fosfaat baie min vrye glukose word in die reaksie gevorm. Die glukose-6-fosfaat wat so geproduseer word, kan glikolise binnegaan na die eerste beheerpunt.

    In die tweede gereguleerde stap (die derde stap van glikolise), sit fosfofruktokinase fruktose-6-fosfaat om in fruktose-1,6-bisfosfaat, wat dan omgeskakel word in gliseraldehied-3-fosfaat en dihidroksiesetoonfosfaat. Die dihidroksiesetoonfosfaat kan uit glikolise verwyder word deur omskakeling in gliserol-3-fosfaat, wat gebruik kan word om trigliseriede te vorm. [21] Omgekeerd kan trigliseriede in vetsure afgebreek word en gliserol kan laasgenoemde op sy beurt omgeskakel word in dihidroksiesetoonfosfaat, wat in glikolise kan ingaan. na die tweede beheerpunt.

    Gratis energie verander Wysig

    Konsentrasies van metaboliete in eritrosiete [22]
    Saamgestelde Konsentrasie / mM
    Glukose 5.0
    Glukose-6-fosfaat 0.083
    Fruktose-6-fosfaat 0.014
    Fruktose-1,6-bisfosfaat 0.031
    Dihidroksiesetoonfosfaat 0.14
    Gliseraldehied-3-fosfaat 0.019
    1,3-bisfosfogliseraat 0.001
    2,3-bisfosfogliseraat 4.0
    3-fosfogliseraat 0.12
    2-fosfogliseraat 0.03
    Fosfoenolpiruvaat 0.023
    Pyruvaat 0.051
    ATP 1.85
    ADP 0.14
    Pek 1.0

    Die verandering in vrye energie, ΔG, vir elke stap in die glikolise-weg kan bereken word deur gebruik te maak van ΔG = ΔG°' + RTln V, waar V is die reaksiekwosiënt. Dit vereis dat u die konsentrasies van die metaboliete ken. Al hierdie waardes is beskikbaar vir eritrosiete, met die uitsondering van die konsentrasies van NAD + en NADH. Die verhouding van NAD + tot NADH in die sitoplasma is ongeveer 1000, wat die oksidasie van gliseraldehied-3-fosfaat (stap 6) gunstiger maak.

    Met behulp van die gemete konsentrasies van elke stap, en die standaard vrye energie veranderinge, kan die werklike vrye energie verandering bereken word. (Om dit te verwaarloos is baie algemeen - die delta G van ATP-hidrolise in selle is nie die standaard vrye energieverandering van ATP-hidrolise wat in handboeke aangehaal word nie).

    Verandering in vrye energie vir elke stap van glikolise [23]
    Stap Reaksie ΔG°' / (kJ/mol) ΔG / (kJ/mol)
    1 Glukose + ATP 4− → Glukose-6-fosfaat 2− + ADP 3− + H + −16.7 −34
    2 Glukose-6-fosfaat 2− → Fruktose-6-fosfaat 2− 1.67 −2.9
    3 Fruktose-6-fosfaat 2− + ATP 4− → Fruktose-1,6-bisfosfaat 4− + ADP 3− + H + −14.2 −19
    4 Fruktose-1,6-bisfosfaat 4− → Dihidroksiesetoonfosfaat 2− + Gliseraldehied-3-fosfaat 2− 23.9 −0.23
    5 Dihidroksiesetoonfosfaat 2− → Gliseraldehied-3-fosfaat 2− 7.56 2.4
    6 Gliseraldehied-3-fosfaat 2− + Pek 2− + NAD + → 1,3-bisfosfogliseraat 4− + NADH + H + 6.30 −1.29
    7 1,3-Bisfosfogliseraat 4− + ADP 3− → 3-Fosfogliseraat 3− + ATP 4− −18.9 0.09
    8 3-fosfogliseraat 3− → 2-fosfogliseraat 3− 4.4 0.83
    9 2-Fosfogliseraat 3− → Fosfoenolpiruvaat 3− + H2O 1.8 1.1
    10 Fosfoenolpiruvaat 3− + ADP 3− + H + → Piruvaat − + ATP 4− −31.7 −23.0

    Uit die meting van die fisiologiese konsentrasies van metaboliete in 'n eritrosiet blyk dit dat ongeveer sewe van die stappe in glikolise in ewewig is vir daardie seltipe. Drie van die stappe - dié met groot negatiewe vrye energieveranderinge - is nie in ewewig nie en word na verwys as onomkeerbaar sulke stappe is dikwels onderhewig aan regulering.

    Stap 5 in die figuur word agter die ander stappe getoon, want daardie stap is 'n newe-reaksie wat die konsentrasie van die intermediêre gliseraldehied-3-fosfaat kan verlaag of verhoog. Daardie verbinding word omgeskakel na dihidroksiesetoonfosfaat deur die ensiem triosefosfaatisomerase, wat 'n katalisties perfekte ensiem is, die tempo daarvan is so vinnig dat die reaksie in ewewig aanvaar kan word. Die feit dat ΔG nie nul is nie, dui daarop dat die werklike konsentrasies in die eritrosiet nie akkuraat bekend is nie.

    Ensieme is die hoofkomponente wat die metaboliese pad dryf en dus sal die ondersoek van die regulatoriese meganismes op hierdie ensieme ons insigte gee oor die regulatoriese prosesse wat glikolise beïnvloed. Daar is altesaam 9 primêre stappe in glikolise wat deur 14 verskillende ensieme aangedryf word. [24] Ensieme kan gemodifiseer word of word geaffekteer deur gebruik te maak van 5 hoof regulatoriese prosesse insluitend post-translasionele modifikasie (PTM) en lokalisering.

    Biologiese meganismes waardeur ensieme gereguleer word Edit

    1. Geenuitdrukking
    2. Allostery
    3. Proteïen-proteïen interaksie (PPI)
    4. Post-translasiewysiging (PTM)
    5. Lokalisering

    Regulering deur insulien by diere Edit

    By diere is regulering van bloedglukosevlakke deur die pankreas in samewerking met die lewer 'n belangrike deel van homeostase. Die beta-selle in die pankreas-eilandjies is sensitief vir die bloedglukosekonsentrasie. [25] 'n Styging in die bloedglukosekonsentrasie veroorsaak dat hulle insulien in die bloed vrystel, wat veral 'n effek op die lewer het, maar ook op vet- en spierselle, wat veroorsaak dat hierdie weefsels glukose uit die bloed verwyder. Wanneer die bloedsuiker daal, staak die pankreas-betaselle insulienproduksie, maar stimuleer eerder die naburige pankreas-alfa-selle om glukagon in die bloed vry te stel. [25] Dit veroorsaak op sy beurt dat die lewer glukose in die bloed vrystel deur gestoorde glikogeen af ​​te breek, en deur middel van glukoneogenese. As die daling in die bloedglukosevlak besonder vinnig of ernstig is, veroorsaak ander glukosesensors die vrystelling van epinefrien vanaf die byniere in die bloed. Dit het dieselfde werking as glukagon op glukosemetabolisme, maar die effek daarvan is meer uitgesproke. [25] In die lewer veroorsaak glukagon en epinefrien die fosforilering van die sleutel, tempobeperkende ensieme van glikolise, vetsuursintese, cholesterolsintese, glukoneogenese en glikogenolise. Insulien het die teenoorgestelde effek op hierdie ensieme. [26] Die fosforilering en defosforilering van hierdie ensieme (uiteindelik in reaksie op die glukosevlak in die bloed) is die dominante manier waarop hierdie weë in die lewer-, vet- en spierselle beheer word. Dus inhibeer die fosforilering van fosfofruktokinase glikolise, terwyl die defosforilering daarvan deur die werking van insulien glikolise stimuleer. [26]

    Regulering van die tempobeperkende ensieme Edit

    Die vier regulerende ensieme is heksokinase (of glukokinase in die lewer), fosfofruktokinase en piruvaatkinase. Die vloed deur die glikolitiese pad word aangepas in reaksie op toestande binne en buite die sel. Die interne faktore wat glikolise reguleer, doen dit hoofsaaklik om ATP in voldoende hoeveelhede vir die sel se behoeftes te voorsien. Die eksterne faktore werk hoofsaaklik op die lewer, vetweefsel en spiere, wat groot hoeveelhede glukose uit die bloed na maaltye kan verwyder (dit voorkom dus hiperglukemie deur die oortollige glukose as vet of glikogeen te stoor, afhangend van die weefseltipe). Die lewer is ook in staat om glukose in die bloed vry te stel tussen maaltye, tydens vas, en oefening om sodoende hipoglukemie te voorkom deur middel van glikogenolise en glukoneogenese. Laasgenoemde reaksies val saam met die stop van glikolise in die lewer.

    Daarbenewens tree heksokinase en glukokinase onafhanklik van die hormonale effekte op as kontroles by die toegangspunte van glukose in die selle van verskillende weefsels. Heksokinase reageer op die glukose-6-fosfaat (G6P) vlak in die sel, of, in die geval van glukokinase, op die bloedsuikervlak in die bloed om heeltemal intrasellulêre kontroles van die glikolitiese pad in verskillende weefsels oor te dra (sien hieronder). [26]

    Wanneer glukose deur heksokinase of glukokinase in G6P omgeskakel is, kan dit óf na glukose-1-fosfaat (G1P) omgeskakel word vir omskakeling na glikogeen, óf dit word alternatiewelik deur glikolise na piruvaat omgeskakel, wat die mitochondrion binnegaan waar dit omgeskakel word in asetiel-CoA en dan in sitraat. Oormaat sitraat word van die mitochondrion terug na die sitosol uitgevoer, waar ATP-sitraatliase asetiel-KoA en oksaloasetaat (OAA) regenereer. Die asetiel-CoA word dan gebruik vir vetsuursintese en cholesterolsintese, twee belangrike maniere om oortollige glukose te benut wanneer die konsentrasie daarvan hoog in bloed is. Die tempobeperkende ensieme wat hierdie reaksies kataliseer, verrig hierdie funksies wanneer hulle gedefosforileer is deur die werking van insulien op die lewerselle. Tussen maaltye, tydens vas, oefening of hipoglukemie, word glukagon en epinefrien in die bloed vrygestel. Dit veroorsaak dat lewerglikogeen terug na G6P omgeskakel word, en dan deur die lewerspesifieke ensiem glukose 6-fosfatase na glukose omgeskakel word en in die bloed vrygestel word. Glukagon en epinefrien stimuleer ook glukoneogenese, wat nie-koolhidraatsubstrate bedek in G6P, wat aansluit by die G6P afkomstig van glikogeen, of vervang dit wanneer die lewerglikogeenstoor uitgeput is. Dit is van kritieke belang vir breinfunksie, aangesien die brein onder die meeste toestande glukose as 'n energiebron gebruik. [27] Die gelyktydige fosforilering van veral fosfofruktokinase, maar ook, tot 'n sekere mate piruvaatkinase, verhoed dat glikolise gelyktydig met glukoneogenese en glikogenolise plaasvind.

    Hexokinase en glucokinase Edit

    Alle selle bevat die ensiem heksokinase, wat die omskakeling van glukose wat die sel binnegedring het in glukose-6-fosfaat (G6P) kataliseer. Aangesien die selmembraan ondeurdringbaar is vir G6P, tree heksokinase in wese op om glukose in die selle te vervoer waaruit dit dan nie meer kan ontsnap nie. Hexokinase word geïnhibeer deur hoë vlakke van G6P in die sel. Die tempo van binnedringing van glukose in selle hang dus gedeeltelik af van hoe vinnig G6P deur glikolise, en deur glikogeensintese (in die selle wat glikogeen stoor, naamlik lewer en spiere) ontslae geraak kan word. [26] [28]

    Glukokinase, anders as heksokinase, word nie deur G6P geïnhibeer nie. Dit kom in lewerselle voor, en sal slegs die glukose wat die sel binnedring, fosforileer om glukose-6-fosfaat (G6P) te vorm, wanneer die glukose in die bloed volop is. Dit is die eerste stap in die glikolitiese pad in die lewer, dit gee dus 'n addisionele laag van beheer van die glikolitiese pad in hierdie orgaan. [26]

    Fosfofruktokinase wysig

    Fosfofruktokinase is 'n belangrike beheerpunt in die glikolitiese pad, aangesien dit een van die onomkeerbare stappe is en sleutel-allosteriese effektors, AMP en fruktose 2,6-bisfosfaat (F2,6BP) het.

    Fruktose 2,6-bisfosfaat (F2,6BP) is 'n baie kragtige aktiveerder van fosfofruktokinase (PFK-1) wat gesintetiseer word wanneer F6P gefosforileer word deur 'n tweede fosfofruktokinase (PFK2). In die lewer, wanneer bloedsuiker laag is en glukagon verhoog cAMP, word PFK2 gefosforileer deur proteïenkinase A. Die fosforilering inaktiveer PFK2, en 'n ander domein op hierdie proteïen word aktief as fruktose bisfosfatase-2, wat F2,6BP terug na F6P omskakel. Beide glukagon en epinefrien veroorsaak hoë vlakke van cAMP in die lewer. Die gevolg van laer vlakke van lewerfruktose-2,6-bisfosfaat is 'n afname in aktiwiteit van fosfofruktokinase en 'n toename in aktiwiteit van fruktose 1,6-bisfosfatase, sodat glukoneogenese (in wese "glikolise omgekeerd") bevoordeel word. Dit stem ooreen met die rol van die lewer in sulke situasies, aangesien die reaksie van die lewer op hierdie hormone is om glukose aan die bloed vry te stel.

    ATP kompeteer met AMP vir die allosteriese effektorplek op die PFK-ensiem. ATP-konsentrasies in selle is baie hoër as dié van AMP, tipies 100-voudig hoër, [29] maar die konsentrasie van ATP verander nie meer as ongeveer 10% onder fisiologiese toestande nie, terwyl 'n 10%-daling in ATP 'n 6- vou toename in AMP. [30] Dus, die relevansie van ATP as 'n allosteriese effektor is twyfelagtig. 'n Toename in AMP is 'n gevolg van 'n afname in energielading in die sel.

    Sitraat inhibeer fosfofruktokinase wanneer dit getoets word in vitro deur die inhiberende effek van ATP te versterk. Dit is egter twyfelagtig of dit 'n betekenisvolle effek is in vivo, omdat sitraat in die sitosol hoofsaaklik gebruik word vir omskakeling na asetiel-KoA vir vetsuur en cholesterol sintese.

    TIGAR, 'n p53-geïnduseerde ensiem, is verantwoordelik vir die regulering van fosfofruktokinase en dien om teen oksidatiewe stres te beskerm. [31] TIGAR is 'n enkele ensiem met dubbele funksie wat F2,6BP reguleer. Dit kan optree as 'n fosfatase (fruktuose-2,6-bisfosfatase) wat die fosfaat by koolstof-2 splits wat F6P produseer. Dit kan ook optree as 'n kinase (PFK2) wat 'n fosfaat by koolstof-2 van F6P voeg wat F2,6BP produseer. By mense word die TIGAR-proteïen gekodeer deur C12orf5 geen. Die TIGAR-ensiem sal die voorwaartse vordering van glikolise belemmer deur 'n opbou van fruktose-6-fosfaat (F6P) te skep wat in glukose-6-fosfaat (G6P) geïsomeriseer word. Die akkumulasie van G6P sal koolstof in die pentosefosfaatbaan skuif. [32] [33]

    Pyruvaat kinase Wysig

    Piruvaatkinase-ensiem kataliseer die laaste stap van glikolise, waarin piruvaat en ATP gevorm word. Piruvaatkinase kataliseer die oordrag van 'n fosfaatgroep van fosfoenolpiruvaat (PEP) na ADP, wat een molekule piruvaat en een molekule ATP lewer.

    Lewer piruvaat kinase word indirek gereguleer deur epinefrien en glukagon, deur proteïen kinase A. Hierdie proteïen kinase fosforileer lewer piruvaat kinase om dit te deaktiveer. Spierpiruvaatkinase word nie geïnhibeer deur epinefrienaktivering van proteïenkinase A nie. Glukagon dui vas (geen glukose beskikbaar nie). Glikolise word dus in die lewer geïnhibeer, maar onaangeraak in spiere wanneer dit vas. 'n Toename in bloedsuiker lei tot afskeiding van insulien, wat fosfoproteïenfosfatase I aktiveer, wat lei tot defosforilering en aktivering van piruvaatkinase. Hierdie kontroles verhoed dat piruvaatkinase aktief is op dieselfde tyd as die ensieme wat die omgekeerde reaksie kataliseer (piruvaatkarboksilase en fosfoenolpiruvaatkarboksikinase), wat 'n futiele siklus voorkom.

    Die algehele proses van glikolise is:

    Glukose + 2 NAD + + 2 ADP + 2 Pek → 2 piruvaat + 2 NADH + 2 H + + 2 ATP

    As glikolise onbepaald sou voortgaan, sou al die NAD + opgebruik word, en glikolise sou stop. Om glikolise te laat voortgaan, moet organismes in staat wees om NADH terug te oksideer na NAD +. Hoe dit uitgevoer word, hang af van watter eksterne elektronontvanger beskikbaar is.

    Anoksiese regenerasie van NAD + [ aanhaling nodig ] Wysig

    Een metode om dit te doen is om eenvoudig die piruvaat te laat oksideer in hierdie proses, piruvaat word omgeskakel na laktaat (die gekonjugeerde basis van melksuur) in 'n proses wat melksuurfermentasie genoem word:

    Piruvaat + NADH + H + → laktaat + NAD +

    Hierdie proses vind plaas in die bakterieë wat betrokke is by die maak van jogurt (die melksuur laat die melk stulp). Hierdie proses vind ook plaas by diere onder hipoksiese (of gedeeltelik anaërobiese) toestande, wat byvoorbeeld aangetref word in oorwerkte spiere wat aan suurstof uitgehonger is. In baie weefsels is dit 'n sellulêre laaste uitweg vir energie, meeste diereweefsel kan nie anaërobiese toestande vir 'n lang tydperk verdra nie.

    Sommige organismes, soos gis, skakel NADH terug na NAD + in 'n proses wat etanolfermentasie genoem word. In hierdie proses word die piruvaat eers omgeskakel na asetaldehied en koolstofdioksied, en dan na etanol.

    Melksuurfermentasie en etanolfermentasie kan plaasvind in die afwesigheid van suurstof. Hierdie anaërobiese fermentasie laat baie enkelsel-organismes toe om glikolise as hul enigste energiebron te gebruik.

    Anoksiese regenerasie van NAD + is slegs 'n effektiewe manier van energieproduksie tydens kort, intense oefening by gewerwelde diere, vir 'n tydperk wat wissel van 10 sekondes tot 2 minute tydens 'n maksimum poging by mense. (Teen laer oefenintensiteite kan dit spieraktiwiteit in duikdiere, soos robbe, walvisse en ander akwatiese gewerwelde diere, vir baie langer tydperke onderhou.) Onder hierdie toestande word NAD + aangevul deur NADH wat sy elektrone aan piruvaat skenk om laktaat te vorm . Dit produseer 2 ATP-molekules per glukosemolekule, of ongeveer 5% van glukose se energiepotensiaal (38 ATP-molekules in bakterieë). Maar die spoed waarteen ATP op hierdie manier geproduseer word, is ongeveer 100 keer dié van oksidatiewe fosforilering. Die pH in die sitoplasma daal vinnig wanneer waterstofione in die spier ophoop, wat uiteindelik die ensieme wat by glikolise betrokke is, inhibeer.

    Die brandende sensasie in spiere tydens harde oefening kan toegeskryf word aan die vrystelling van waterstofione tydens die verskuiwing na glukose-fermentasie van glukose-oksidasie na koolstofdioksied en water, wanneer aërobiese metabolisme nie meer tred kan hou met die energie-eise van die spiere nie. Hierdie waterstofione vorm 'n deel van melksuur. Die liggaam val terug op hierdie minder doeltreffende maar vinniger metode om ATP onder lae suurstoftoestande te produseer. Daar word vermoed dat dit die primêre manier van energieproduksie in vroeëre organismes was voordat suurstof tussen 2000 en 2500 miljoen jaar gelede hoë konsentrasies in die atmosfeer bereik het, en sou dus 'n ouer vorm van energieproduksie verteenwoordig as die aërobiese aanvulling van NAD + in selle.

    Die lewer by soogdiere raak ontslae van hierdie oortollige laktaat deur dit onder aërobiese toestande terug te omskep in piruvaat sien Cori siklus.

    Fermentasie van piruvaat tot laktaat word soms ook "anaërobiese glikolise" genoem, maar glikolise eindig met die produksie van piruvaat ongeag die teenwoordigheid of afwesigheid van suurstof.

    In die bogenoemde twee voorbeelde van fermentasie word NADH geoksideer deur twee elektrone na piruvaat oor te dra. Anaërobiese bakterieë gebruik egter 'n wye verskeidenheid verbindings as die terminale elektronaannemers in sellulêre respirasie: stikstofverbindings, soos nitrate en nitriete swaelverbindings, soos sulfate, sulfiete, swaweldioksied en elementêre swawel koolstofdioksied ysterverbindings mangaanverbindings kobaltverbindings en uraanverbindings.

    Aërobiese herlewing van NAD +, en wegdoening van piruvaat Edit

    In aërobiese organismes is 'n komplekse meganisme ontwikkel om die suurstof in lug as die finale elektronaannemer te gebruik.

    • Eerstens moet die NADH + H + wat deur glikolise gegenereer word na die mitochondrion oorgedra word om geoksideer te word, en dus om die NAD + te regenereer wat nodig is vir glikolise om voort te gaan. Die binneste mitochondriale membraan is egter ondeurdringbaar vir NADH en NAD+. [34] Daar word dus gebruik gemaak van twee "shuttles" om die elektrone vanaf NADH oor die mitochondriale membraan te vervoer. Hulle is die malaat-aspartaat-pendeltuig en die gliserolfosfaat-pendeltuig. In eersgenoemde word die elektrone van NADH na sitosoliese oksaloasetaat oorgedra om malaat te vorm. Die malaat deurkruis dan die binneste mitochondriale membraan in die mitochondriale matriks, waar dit heroksideer word deur NAD + wat intra-mitochondriale oksaloasetaat en NADH vorm. Die oksaloasetaat word dan hersiklus na die sitosol deur die omskakeling daarvan na aspartaat wat maklik uit die mitochondrion vervoer word. In die gliserolfosfaatpendel word elektrone van sitosoliese NADH na dihidroksiesetoon oorgedra om gliserol-3-fosfaat te vorm wat die buitenste mitochondriale membraan maklik deurkruis. Gliserol-3-fosfaat word dan heroksideer na dihidroksiesetoon, wat sy elektrone aan FAD in plaas van NAD + skenk. [34] Hierdie reaksie vind plaas op die binneste mitochondriale membraan, wat FADH toelaat2 om sy elektrone direk aan koënsiem Q (ubiquinone) te skenk wat deel is van die elektronvervoerketting wat uiteindelik elektrone na molekulêre suurstof oordra (O2), met die vorming van water, en die vrystelling van energie wat uiteindelik in die vorm van ATP vasgelê word.
    • Die glikolitiese eindproduk, piruvaat (plus NAD + ) word omgeskakel na asetiel-CoA, CO2 en NADH + H + binne die mitochondria in 'n proses genaamd piruvaat dekarboksilering.
    • Die gevolglike asetiel-CoA gaan die sitroensuursiklus (of Krebs-siklus) binne, waar die asetielgroep van die asetiel-CoA deur twee dekarboksileringsreaksies in koolstofdioksied omgeskakel word met die vorming van nog meer intra-mitochondriale NADH + H +.
    • Die intra-mitochondriale NADH + H + word geoksideer na NAD + deur die elektrontransportketting, met suurstof as die finale elektronaannemer om water te vorm. Die energie wat tydens hierdie proses vrygestel word, word gebruik om 'n waterstofioon (of proton) gradiënt oor die binneste membraan van die mitochondrion te skep.
    • Laastens word die protongradiënt gebruik om ongeveer 2.5 ATP te produseer vir elke NADH + H + wat geoksideer word in 'n proses wat oksidatiewe fosforilering genoem word. [34]

    Omskakeling van koolhidrate in vetsure en cholesterol Edit

    Die pirovaat wat deur glikolise geproduseer word, is 'n belangrike tussenganger in die omskakeling van koolhidrate in vetsure en cholesterol. [35] Dit vind plaas deur die omskakeling van piruvaat in asetiel-CoA in die mitochondrion. Hierdie asetiel-CoA moet egter na sitosol vervoer word waar die sintese van vetsure en cholesterol plaasvind. Dit kan nie direk plaasvind nie. Om sitosoliese asetiel-CoA te verkry, word sitraat (geproduseer deur kondensasie van asetiel CoA met oksaloasetaat) uit die sitroensuur siklus verwyder en oor die binneste mitochondriale membraan na die sitosol gebring. [35] Daar word dit deur ATP-sitraatliase tot asetiel-KoA en oksaloasetaat gesplit. Die oksaloasetaat word as malaat na mitochondrion teruggekeer (en dan terug in oksaloasetaat om meer asetiel-CoA uit die mitochondrion oor te dra). Die sitosoliese asetiel-CoA kan gekarboksileer word deur asetiel-CoA-karboksilase in malonyl CoA, die eerste toegewyde stap in die sintese van vetsure, of dit kan gekombineer word met asetoasetiel-CoA om 3-hidroksi-3-metielglutariel-CoA (HMG) te vorm -CoA) wat die tempo beperkende stap is wat die sintese van cholesterol beheer. [36] Cholesterol kan soos dit gebruik word, as 'n strukturele komponent van sellulêre membrane, of dit kan gebruik word om die steroïedhormone, galsoute en vitamien D te sintetiseer. [28] [35] [36]

    Omskakeling van piruvaat in oksaloasetaat vir die sitroensuursiklus Edit

    Piruvaatmolekules wat deur glikolise geproduseer word, word aktief oor die binneste mitochondriale membraan vervoer, en in die matriks waar hulle óf geoksideer en met koënsiem A gekombineer kan word om CO te vorm2, asetiel-CoA en NADH, [28] of hulle kan gekarboksileer word (deur piruvaatkarboksilase) om oksaloasetaat te vorm.Hierdie laasgenoemde reaksie "vul" die hoeveelheid oksaloasetaat in die sitroensuursiklus op, en is dus 'n anaplerotiese reaksie (van die Griekse betekenis "vul op"), wat die siklus se kapasiteit verhoog om asetiel-KoA te metaboliseer wanneer die weefsel se energie benodig ( in hart- en skeletspier) word skielik verhoog deur aktiwiteit. [37] In die sitroensuursiklus word al die tussenprodukte (bv. sitraat, iso-sitraat, alfa-ketoglutaraat, suksinaat, fumaraat, malaat en oksaloasetaat) tydens elke draai van die siklus geregenereer. Om meer van enige van hierdie tussenprodukte by die mitochondrion te voeg, beteken dus dat daardie bykomende hoeveelheid binne die siklus behoue ​​bly, wat al die ander tussenprodukte verhoog namate een in die ander omgeskakel word. Gevolglik verhoog die byvoeging van oksaloasetaat die hoeveelhede van al die sitroensuur-tussenprodukte aansienlik, waardeur die siklus se vermoë om asetiel-KoA te metaboliseer, verhoog word, en die asetaatkomponent daarvan in CO2 omgeskakel word.2 en water, met die vrystelling van genoeg energie om 11 ATP- en 1 GTP-molekule te vorm vir elke bykomende molekule asetiel-CoA wat met oksaloasetaat in die siklus kombineer. [37]

    Om oksaloasetaat katapleroties uit die sitroensiklus te verwyder, kan malaat vanaf die mitochondrion na die sitoplasma vervoer word, wat die hoeveelheid oksaloasetaat wat geregenereer kan word, verminder. [37] Verder word sitroensuur-tussenprodukte voortdurend gebruik om 'n verskeidenheid stowwe soos die puriene, pirimidiene en porfiriene te vorm. [37]

    Hierdie artikel konsentreer op die kataboliese rol van glikolise met betrekking tot die omskakeling van potensiële chemiese energie na bruikbare chemiese energie tydens die oksidasie van glukose na pirovaat. Baie van die metaboliete in die glikolitiese pad word ook deur anaboliese weë gebruik, en gevolglik is vloei deur die pad krities om 'n voorraad koolstofskelette vir biosintese te handhaaf.

    Die volgende metaboliese weë is almal sterk afhanklik van glikolise as 'n bron van metaboliete: en vele meer.

      , wat begin met die dehidrogenering van glukose-6-fosfaat, die eerste tussenproduk wat deur glikolise geproduseer word, produseer verskeie pentosesuikers, en NADPH vir die sintese van vetsure en cholesterol. begin ook met glukose-6-fosfaat aan die begin van die glikolitiese pad. , vir die vorming van trigliseriede en fosfolipiede, word vervaardig uit die glikolitiese intermediêre gliseraldehied-3-fosfaat.
  • Verskeie post-glikolitiese weë:
  • Alhoewel glukoneogenese en glikolise baie tussenprodukte deel, is die een nie funksioneel 'n tak of sytak van die ander nie. Daar is twee regulatoriese stappe in beide paaie wat, wanneer aktief in die een pad, outomaties onaktief is in die ander. Die twee prosesse kan dus nie gelyktydig aktief wees nie. [38] Inderdaad, as beide stelle reaksies terselfdertyd hoogs aktief was, sou die netto resultaat die hidrolise van vier hoë-energie fosfaatbindings (twee ATP en twee GTP) per reaksiesiklus wees. [38]

    NAD + is die oksideermiddel in glikolise, soos dit is in die meeste ander energie wat metaboliese reaksies lewer (bv. beta-oksidasie van vetsure, en tydens die sitroensuursiklus). Die NADH wat so geproduseer word, word hoofsaaklik gebruik om elektrone uiteindelik na O oor te dra2 om water te produseer, of, wanneer O2 is nie beskikbaar vir vervaardigde verbindings soos laktaat of etanol nie (sien Anoksiese regenerasie van NAD + hierbo). NADH word selde vir sintetiese prosesse gebruik, die noemenswaardige uitsondering is glukoneogenese. Tydens vetsuur- en cholesterolsintese is die reduseermiddel NADPH. Hierdie verskil is 'n voorbeeld van 'n algemene beginsel dat NADPH tydens biosintetiese reaksies verbruik word, terwyl NADH opgewek word in reaksies wat energie oplewer. [38] Die bron van die NADPH is tweeledig. Wanneer malaat oksidatief gedekarboksileer word deur "NADP +-gekoppelde appelensiem" piruvaat, CO2 en NADPH gevorm word. NADPH word ook gevorm deur die pentosefosfaatweg wat glukose omskakel in ribose, wat gebruik kan word vir die sintese van nukleotiede en nukleïensure, of dit kan gekataboliseer word tot pyruvat. [38]

    Diabetes wysig

    Sellulêre opname van glukose vind plaas in reaksie op insulienseine, en glukose word daarna deur glikolise afgebreek, wat bloedsuikervlakke verlaag. Die lae insulienvlakke wat by diabetes gesien word, lei egter tot hiperglukemie, waar glukosevlakke in die bloed styg en glukose nie behoorlik deur selle opgeneem word nie. Hepatosiete dra verder by tot hierdie hiperglukemie deur glukoneogenese. Glikolise in hepatosiete beheer hepatiese glukoseproduksie, en wanneer glukose deur die lewer oorgeproduseer word sonder dat dit 'n manier het om deur die liggaam afgebreek te word, ontstaan ​​​​hiperglukemie. [39]

    Genetiese siektes Edit

    Glikolitiese mutasies is oor die algemeen skaars as gevolg van die belangrikheid van die metaboliese pad, dit beteken dat die meerderheid van die mutasies wat voorkom, lei tot 'n onvermoë vir die sel om te respireer, en dus die dood van die sel in 'n vroeë stadium veroorsaak. Sommige mutasies word egter gesien met een noemenswaardige voorbeeld, Pyruvaat-kinase-tekort, wat lei tot chroniese hemolitiese anemie.

    Kanker Redigeer

    Kwaadaardige tumorselle voer glikolise uit teen 'n tempo wat tien keer vinniger is as hul nie-kankeragtige weefsel-eweknieë. [40] Tydens hul ontstaan ​​lei beperkte kapillêre ondersteuning dikwels tot hipoksie (verminderde O2-toevoer) binne die tumorselle. Hierdie selle maak dus staat op anaërobiese metaboliese prosesse soos glikolise vir ATP (adenosientrifosfaat). Sommige tumorselle oordruk spesifieke glikolitiese ensieme wat lei tot hoër glikolisekoerse. [41] Dikwels is hierdie ensieme isoënsieme, van tradisionele glikolise-ensieme, wat wissel in hul vatbaarheid vir tradisionele terugvoer-inhibisie. Die toename in glikolitiese aktiwiteit teëwerk uiteindelik die effekte van hipoksie deur voldoende ATP vanaf hierdie anaërobiese pad te genereer. [42] Hierdie verskynsel is die eerste keer in 1930 deur Otto Warburg beskryf en word na verwys as die Warburg-effek. Die Warburg-hipotese beweer dat kanker hoofsaaklik veroorsaak word deur disfunksionaliteit in mitochondriale metabolisme, eerder as as gevolg van die onbeheerde groei van selle. 'n Aantal teorieë is gevorder om die Warburg-effek te verduidelik. Een so 'n teorie dui daarop dat die verhoogde glikolise 'n normale beskermende proses van die liggaam is en dat kwaadaardige verandering hoofsaaklik deur energiemetabolisme veroorsaak kan word. [43]

    Hierdie hoë glikolisetempo het belangrike mediese toepassings, aangesien hoë aërobiese glikolise deur kwaadaardige gewasse klinies gebruik word om behandelingsreaksies van kankers te diagnoseer en te monitor deur opname van 2-18 F-2-deoksiglukose (FDG) ('n radioaktief gemodifiseerde heksokinase substraat) met positron emissie tomografie (PET). [44] [45]

    Daar is deurlopende navorsing om mitochondriale metabolisme te beïnvloed en kanker te behandel deur glikolise te verminder en sodoende kankerselle op verskeie nuwe maniere uit te honger, insluitend 'n ketogeniese dieet. [46] [47] [48]

    Die diagram hieronder toon menslike proteïenname. Name in ander organismes kan verskil en die aantal isosime (soos HK1, HK2, . ) sal waarskynlik ook anders wees.

    Klik op gene, proteïene en metaboliete hieronder om na onderskeie artikels te skakel. [§ 1]


    Splitsing Fruktose 1.6-bifosfaat

    Hierdie stadium van glikolise behels die afbreek van die molekule in twee 3 koolstofmolekules. Terwyl die twee molekules elk 3 koolstofstowwe het, is hulle nie identies nie. Hier word die fruktosemolekule, fruktose 1, 6-bifosfaat, eers oopgemaak om die koolstofbinding wat geklief moet word bloot te lê.

    Daarom is dit nodig om die sikliese vorm van die fruktosemolekule in die kettingvorm oop te maak. Sodra dit oopgemaak is, werk die ensiem Aldolase dan op die koolstofbinding en splits die molekule om twee 3 koolstofmolekules te produseer.

    Een van die molekules staan ​​bekend as dihidroksiesetoonfosfaat (DHAP) wat 3 koolstofstowwe en 'n fosforielgroep op een van die koolstofstowwe bevat. Die ander 3 koolstofmolekule staan ​​bekend as gliseraldehied 3-fosfaat (G3P) en bestaan ​​ook uit 3 koolstofstowwe en 'n fosforielgroep.

    Terwyl gliseraldehied-3-fosfaat direk in die glikolitiese pad lê en na die volgende stap kan voortgaan, moet dihidroksiesetoonfosfaat eers na gliseraldehied-3-fosfaat omgeskakel word voordat dit na die volgende stap van hierdie stadium van glikolise kan voortgaan.

    * In hierdie stadium, soos reeds genoem, word die fruktosemolekule (Fruktose 1, 6-bisfosfatase) gesplit om twee 3 koolstofmolekules te produseer. Die feit dat die twee molekules verskil, is baie belangrik aangesien dit die behoorlike regulering van selmetabolisme in die algemeen moontlik maak.

    Terwyl gliseraldehied-3-fosfaat direk betrokke is by die produksie van ATP-energie, is dihidroksasetoonfosfaat nie. Dit beteken dat die omskakeling van dihidroksiesetoonfosfaat in gliseraldehied-3-fosfaat grootliks van die behoeftes van die sel sal afhang.

    In 'n scenario waar daar reeds te veel ATP in die sel is, dan is daar geen rede vir die voortgesette produksie van ATP nie. As gevolg hiervan hoef glikolise nie voort te gaan nie. Die ensiem triose-fosfaat-isomerase kan die gliseraldehied-3-fosfaat omskep in dihidroksiesetoonfosfaat wat dan in trigliseriede omskep kan word voordat dit as vette gestoor word.

    In 'n scenario waar meer ATP egter vereis word (bv. tydens hardloop wat meer energie verg), dan moet die ewewig na regs skuif. Dit beteken dat eerder as om gliseraldehied-3-fosfaat na dihidroksiesetoonfosfaat om te skakel, die ensiem triose-fosfaat-isomerase dihidroksiesetoonfosfaat in gliseraldehied-3-fosfaat moet omskakel wat dan gebruik kan word om ATP-energie te produseer.

    * In die sel is die dihidroksiesetoonfosfaat die oorheersende molekule (ongeveer 96 persent by ewewig). Dit laat dit toe om die hoofbron van gliseraldehied-3-fosfaat te wees, waardeur die ewewig na regs kan skuif namate meer ATP benodig word.

    * Dihidroksiesetoonfosfaat (DHAP) en gliseraldehied-3-fosfaat (G3P) is isomere van mekaar. Terwyl hulle dieselfde formule het, is die atome verskillend gerangskik wat weer beteken dat hulle verskillende eienskappe het. In die teenwoordigheid van die ensiem Triose-fosfaat-isomerase, kan hulle maklik van die een na die ander omgeskakel word.

    Om die dihidroksasetoonfosfaat ('n ketoon) in gliseraldehied 3-fosfaat ('n aldose) om te skakel, moet die ensiem die waterstof wat op die eerste koolstof van die dihidroksiesetoonfosfaat geleë is na die tweede koolstof van die gliseraldehied 3-fosfaat oordra. Sodoende skakel dit die ketose vinnig om na aldose deur 'n redoksreaksie waar waterstof van een koolstof van die eersgenoemde molekule na die tweede koolstof van die tweede molekule oorgedra word.


    16.2.5. Kanker en Glikolise

    Dit is al dekades lank bekend dat gewasse verhoogde tempo van glukose-opname en glikolise toon. Ons weet nou dat hierdie verhoogde tempo van glukose verwerking nie fundamenteel is vir die ontwikkeling van kanker nie, maar ons kan vra watter selektiewe voordeel dit aan kankerselle kan verleen.

    Kankerselle groei vinniger as die bloedvate om hulle te voed, dus, soos soliede gewasse groei, is hulle nie in staat om suurstof doeltreffend te verkry nie. Met ander woorde, hulle begin ervaar hipoksie. Onder hierdie toestande word glikolise wat lei tot melksuurfermentasie die primêre bron van ATP. Glikolise word meer doeltreffend gemaak in hipoksiese gewasse deur die werking van 'n transkripsiefaktor, hipoksie-induseerbare transkripsie faktor (HIF-1). In die afwesigheid van suurstof verhoog HIF-1 die uitdrukking van die meeste glikolitiese ensieme en die glukose-vervoerders GLUT1 en GLUT3 (Tabel 16.5). Trouens, glukose opname korreleer met tumor aggressiwiteit en 'n swak prognose. Hierdie aanpassings deur die kankerselle stel die gewas in staat om te oorleef totdat vaskularisasie kan plaasvind. HIF-1 stimuleer ook die groei van nuwe gewasse deur die uitdrukking van seinmolekules te verhoog, soos vaskulêre endoteelgroeifaktor (VEGF), wat die groei van bloedvate fasiliteer (Figuur 16.23). Sonder sulke vaskularisasie sal die gewas ophou groei en óf sterf óf onskadelik klein bly. Pogings is aan die gang om middels te ontwikkel wat vaskularisasie van gewasse inhibeer.

    Tabel 16.5

    Proteïene in glukosemetabolisme gekodeer deur gene wat deur hipoksie-induseerbare faktor gereguleer word.

    Figuur 16.23

    Verandering van geenuitdrukking in gewasse as gevolg van hipoksie. Die hipoksiese toestande binne 'n tumormassa lei tot die aktivering van die hipoksie-induseerbare transkripsiefaktor (HIF-1), wat metaboliese aanpassing (toename in glikolitiese ensieme) veroorsaak en aktiveer (meer. )

    Volgens ooreenkoms met die uitgewer is hierdie boek toeganklik deur die soekfunksie, maar kan nie deurblaai word nie.


    16.1.6. Die vorming van ATP uit 1,3-bisfosfogliseraat

    Die finale stadium in glikolise is die generering van ATP vanaf die gefosforileerde driekoolstofmetaboliete van glukose. Fosfogliseraatkinase kataliseer die oordrag van die fosforielgroep vanaf die asielfosfaat van 1,3-bisfosfogliseraat na ADP. ATP en 3-fosfogliseraat is die produkte.

    Die vorming van ATP op hierdie manier word na verwys as substraatvlak fosforilering omdat die fosfaatskenker, 1,3-BPG, 'n substraat met hoë fosforieloordragpotensiaal is. Ons sal hierdie manier van ATP-vorming kontrasteer met dié waarin ATP uit ioniese gradiënte gevorm word in Hoofstukke 18 en 19.

    Dus, die uitkomste van die reaksies wat deur gliseraldehied-3-fosfaatdehidrogenase en fosfogliseraatkinase gekataliseer word, is:

    Gliseraldehied 3-fosfaat, 'n aldehied, word geoksideer tot 3-fosfogliseraat, 'n karboksielsuur.

    NAD + word gelyktydig na NADH verminder.

    ATP word gevorm uit Pek en ADP ten koste van koolstofoksidasie-energie.

    Hou in gedagte dat, as gevolg van die werking van aldolase en triose fosfaat-isomerase, twee molekules gliseraldehied 3-fosfaat gevorm is en dus twee molekules ATP gegenereer is. Hierdie ATP-molekules maak op vir die twee ATP-molekules wat in die eerste stadium van glikolise verbruik word.


    Asemhaling en Proton-dryfkrag

    Asemhaling is een van die sleutelmaniere waarop 'n sel nuttige energie verkry om sellulêre aktiwiteit aan te wakker.

    Leerdoelwitte

    Beskryf die rol van die proton-dryfkrag in respirasie

    Belangrike wegneemetes

    Kern punte

    • Die reaksies wat by respirasie betrokke is, is kataboliese reaksies, wat groot molekules in kleineres breek, wat in die proses energie vrystel soos hulle hoë-energiebindings breek.
    • Aërobiese respirasie benodig suurstof om energie (ATP) op te wek.
    • Aërobiese metabolisme is tot 15 keer meer doeltreffend as anaërobiese metabolisme (wat twee molekules ATP per een molekule glukose lewer).
    • Met die hulp van die sonkragaangedrewe ensiem bakteriorodopsien maak sommige bakterieë protongradiënte deur protone uit die omgewing in te pomp.

    Sleutel terme

    • eksotermies: vrystelling van energie in die vorm van hitte
    • redoks: 'n omkeerbare proses waarin een reaksie 'n oksidasie is en die omgekeerde 'n reduksie

    Selrespirasie

    Sellulêre respirasie is 'n stel metaboliese reaksies en prosesse wat binne die selle van organismes plaasvind om biochemiese energie van voedingstowwe in adenosientrifosfaat (ATP) om te skakel. Die reaksies betrokke by hierdie asemhaling word as kataboliese reaksies beskou wat energie vrystel aangesien groter molekules in kleineres afgebreek word en hoë-energiebindings verbreek word. Asemhaling is een van die sleutelmaniere waarop 'n sel nuttige energie verkry om sellulêre aktiwiteit aan te wakker.

    Oorsig van sellulêre respirasie: 'n Diagram van sellulêre respirasie insluitend glikolise, Krebs-siklus (AKA sitroensuursiklus), en die elektronvervoerketting.

    Chemies word sellulêre respirasie as 'n eksotermiese redoksreaksie beskou. Die algehele reaksie word in baie kleineres opgebreek wanneer dit in die liggaam voorkom. Die meeste van hierdie kleiner reaksies is self redoksreaksies. Alhoewel sellulêre respirasie tegnies 'n verbrandingsreaksie is, lyk dit nie soos een wanneer dit in 'n lewende sel voorkom nie. Dit is omdat dit in baie afsonderlike stappe voorkom. Terwyl die algehele reaksie 'n verbrandingsreaksie is, is geen enkele reaksie wat dit behels 'n verbrandingsreaksie nie.

    Aërobiese en anaërobiese reaksies

    Aërobiese reaksies vereis suurstof vir ATP-generering. Alhoewel koolhidrate, vette en proteïene as reaktante gebruik kan word, is die voorkeurmetode die proses van glikolise. Tydens glikolise word piruvaat uit glukosemetabolisme gevorm. Tydens aërobiese toestande gaan die piruvaat die mitochondrion binne om ten volle deur die Krebs-siklus geoksideer te word. Die produkte van die Krebs-siklus sluit in energie in die vorm van ATP (via substraatvlakfosforilering), NADH en FADH2.

    Die vereenvoudigde reaksie is soos volg:

    'n Negatiewe ΔG dui aan dat die reaksie spontaan kan plaasvind.

    Aërobiese metabolisme is tot 15 keer meer doeltreffend as anaërobiese metabolisme, wat twee molekules ATP per een molekule glukose lewer. Beide tipes metabolisme deel die aanvanklike weg van glikolise, maar aërobiese metabolisme gaan voort met die Krebs-siklus en oksidatiewe fosforilering. In eukariotiese selle vind die post-glikolitiese reaksies in die mitochondria plaas, terwyl in prokariotiese selle hierdie reaksies in die sitoplasma plaasvind.

    Mense gebruik prokariote: Dit is 'n mikroskopiese beeld van Bacillus subtilis (ATCC 6633) met 'n gram-kleuring van vergroting: 1 000. Die ovaal, onbevlekte strukture is spore.

    Glikolise

    Glikolise vind in die sitosol plaas, benodig nie suurstof nie, en kan dus onder anaërobiese toestande funksioneer. Die proses omskep een molekule glukose in twee molekules piruvaat, wat energie genereer in die vorm van twee netto molekules ATP. Vier molekules ATP per glukose word eintlik geproduseer, maar twee hiervan word verbruik as deel van die voorbereidingsfase. Die aanvanklike fosforilering van glukose is nodig om die molekule te destabiliseer vir splitsing in twee piruvaat. Tydens die afbetalingsfase van glikolise word vier fosfaatgroepe na ADP oorgedra deur substraatvlakfosforilering om vier ATP te maak, en twee NADH word geproduseer wanneer die piruvaat geoksideer word. Die algehele reaksie kan soos volg uitgedruk word:

    Glukose + 2 NAD + + 2 Pek + 2 ADP → 2 piruvaat + 2 NADH + 2 ATP + 2 H + + 2 H2O + hitte

    Begin met glukose, een ATP word gebruik om 'n fosfaat aan glukose te skenk om glukose 6-fosfaat te produseer. Met die hulp van glikogeenfosforilase kan glikogeen ook in glukose 6-fosfaat verander. Tydens energiemetabolisme verander glukose 6-fosfaat in fruktose 6-fosfaat. Met die hulp van fosfofruktokinase kan 'n bykomende ATP gebruik word om fosforilaatfruktose 6-fosfaat in fruktose 1, 6-difosfaat te verander. Fruktose 1,6-difosfaat verdeel dan in twee gefosforileerde molekules met drie koolstofkettings wat later in piruvaat afbreek.

    Maak protongradiënte

    Sommige archaea, waarvan die mees noemenswaardige halobakterieë is, maak protongradiënte deur protone uit die omgewing in te pomp. Hulle is in staat om dit te doen met behulp van die sonkrag-aangedrewe ensiem bakteriorodopsien, wat gebruik word om die molekulêre motoriese ensiem ATP-sintase aan te dryf om die nodige konformasieveranderinge aan te bring wat nodig is om ATP te sintetiseer. Deur ATP-sintase omgekeerd te laat loop, word protongradiënte ook deur bakterieë gemaak en word dit gebruik om flagella aan te dryf. Die F1FO ATP sintase is 'n omkeerbare ensiem. Groot genoeg hoeveelhede ATP veroorsaak dat dit 'n transmembraanprotongradiënt skep.Dit word gebruik deur bakterieë te fermenteer, wat nie 'n elektronvervoerketting het nie, en wat ATP hidroliseer om 'n protongradiënt te maak. Bakterieë gebruik hierdie gradiënte vir flagella en vir die vervoer van voedingstowwe in die sel in. In respirerende bakterieë onder fisiologiese toestande, loop ATP-sintase in die algemeen in die teenoorgestelde rigting. Dit skep ATP terwyl die proton-dryfkrag wat deur die elektronvervoerketting geskep word, as 'n bron van energie gebruik word. Die algehele proses om energie op hierdie manier te skep, word oksidatiewe fosforilering genoem.