Hvilke effekter kan hæmme glykolyse?

Indhold

• Grundlæggende om glukose
• Den komplette glykolysevej
• Glykolyse: Investeringsfase
• Glykolyse: returfase
• Regulering af glykolyse
• Glykolyseenzymaktivering
• Glykolyseenzymhæmning
• Mere om Hexokinase-regulering

glykolyse er en universel metabolisk proces blandt verdens levende ting. Denne serie på 10 reaktioner i cytoplasmaet i alle celler omdanner seks-carbon-sukkermolekylet glucose i to molekyler af pyruvat, to molekyler af ATP og to molekyler af NADH.
Lær om glykolyse.

I prokaryoter, som er de enkleste organismer, er glycolyse virkelig det eneste cellulære stofskifte-spil i byen. Disse organismer, som næsten alle består af en enkelt celle med relativt få indhold, har begrænsede metaboliske behov, og glykolyse er nok til at give dem mulighed for at trives og reproducere sig i fravær af konkurrerende faktorer. eukaryoterpå den anden side rulles glykolyse ud som noget af en krævet forretter, inden hovedretten med aerob respiration trænger ind i billedet.

Diskussioner om glykolyse koncentrerer ofte sig om de forhold, der favoriserer den, fx tilstrækkelig substrat og enzymkoncentration. Mindre ofte nævnt, men også vigtigt, er ting, der kan være ved design inhibere graden af ​​glykolyse. Selvom celler har brug for energi, er det ikke altid et ønsket cellulært resultat at køre så meget råmateriale gennem glycolysefabrikken. Heldigvis for cellen har adskillige deltagere i glykolyse evnen til at påvirke dens hastighed.

Grundlæggende om glukose

Glukose er et seks-kulstofsukker med formlen C₆H₁₂O₆. (Sjov biomolekyle-trivia: Hvert kulhydrat - hvad enten det er sukker, stivelse eller uopløselig fiber - har den generelle kemiske formel C_NH_2NO_N.) Den har en molmasse på 180 g, svarende til de tungere aminosyrer med hensyn til dens størrelse. Det er i stand til at diffundere frit ind og ud af cellen gennem plasmamembranen.

Glukose er et monosaccharid, hvilket betyder, at det ikke fremstilles ved at kombinere mindre sukkerarter. Fructose er et monosaccharid, mens saccharose ("bordsukker") er et disaccharid samlet fra et glukosemolekyle og et fruktosemolekyle.

Bemærkelsesværdigt er glukose i form af en ring, der er repræsenteret som en hexagon i de fleste diagrammer. Fem af de seks ringatomer er glukose, mens det sjette er ilt. Antallet-6 carbon ligger i en methyl (- CH₃) gruppe uden for ringen.

Den komplette glykolysevej

Den komplette formel for summen af ​​de 10 reaktioner med glykolyse er:

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

Med andre ord betyder dette, at et molekyle af glukose omdannes til to molekyler af glukose, hvilket genererer 2 ATP og 2 NADH (den reducerede form af nicotinamidadeninuduotototid, en almindelig "elektronbærer" i biokemi).

Bemærk, at der ikke kræves ilt. Selvom pyruvat næsten altid forbruges i aerobe respirationstrin, sker glycolyse både i aerobe og anaerobe organismer.

Glykolyse: Investeringsfase

Glykolyse er klassisk opdelt i to dele: en "investeringsfase", som kræver 2 ATP (adenosintrifosfat, cellernes "energivaluta") for at forme glukosemolekylet til noget med en stor mængde potentiel energi og en "payoff" eller "høst" -fase, hvor 4 ATP genereres via omdannelsen af ​​et tre-carbonmolekyle (glyceraldehyd-3-phosphat eller GAP) til et andet, pyruvat. Dette betyder, at der genereres i alt 4 -2 = 2 ATP pr. Molekyle glukose.

Når glukose kommer ind i en celle, er den phosphoryleret (dvs. har en phosphatgruppe bundet til den) under virkning af enzymet hexokinase. Dette enzym eller proteinkatalysator er blandt de vigtigste af de regulerende enzymer i glykolyse. Hver af de 10 reaktioner i glykolyse katalyseres af et enzym, og dette enzym katalyserer til gengæld kun den ene reaktion.

Glukose-6-phosphat (G6P), der er resultatet af dette phosphoryleringstrin, omdannes derefter til fructose-6-phosphat (F6P), før en anden phosphorylering finder sted, denne gang i retning af phosphofructokinase, et andet kritisk regulatorisk enzym. Dette resulterer i dannelsen af ​​fruktose-1,6-bisphosphat (FBP), og den første fase af glycolyse er afsluttet.

Glykolyse: returfase

Fructose-1,6-bisphosphat opdeles i et par tre-carbonmolekyler, dihydroxyacetonphosphat (DHAP) og glyceraldehyd-3-phosphat (GAP). DHAP omdannes hurtigt til GAP, så splittens nettovirkning er oprettelsen af ​​to identiske tre-carbon molekyler fra et enkelt-seks carbon molekyle.

GAP omdannes derefter af enzymet glyceraldehyd-3-phosphatdehydrogenase til 1,3-diphosphoglycerat. Dette er et travlt trin; NAD⁺ konverteres til NADH og H⁺ ved anvendelse af hydrogenatomer strippet fra GAP, og derefter phosphoryleres molekylet.

I de resterende trin, som omdanner 1,3-diphosphoglycerat til pyruvat, fjernes begge phosphater i rækkefølge fra det tre-carbon molekyle for at generere ATP. Fordi alt efter opdelingen af ​​FBP sker to gange pr. Glukosemolekyle, betyder det, at 2 NADH, 2 H⁺ og 4 ATP genereres i returfasen for et netto på 2 NADH, 2H⁺ og 2 ATP.
Læs mere om slutresultatet af glykolyse.

Regulering af glykolyse

Tre af de enzymer, der deltager i glykolyse, spiller store roller i reguleringen af ​​processen. To, hexokinase og phosphofructokinase (eller PFK), er allerede nævnt. Den tredje, pyruvat kinase, er ansvarlig for katalysering af den endelige glycolysereaktion, omdannelse af phosphoenolpyruvat (PEP) til pyruvat.

Hver af disse enzymer har aktivatorer såvel som inhibitorer. Hvis du er bekendt med kemi og begrebet feedbackhæmning, kan du muligvis forudsige de forhold, der får et givet enzym til at fremskynde eller bremse dets aktivitet. For eksempel, hvis en region i en celle er rig på G6P, ville du forvente, at hexokinase aggressivt søger glukosemolekyler der vandrer forbi? Det ville du sandsynligvis ikke, for under disse betingelser er der ikke et presserende behov for at generere yderligere G6P. Og du ville have ret.

Glykolyseenzymaktivering

Mens hexokinase inhiberes af G6P, aktiveres den af ​​AMP (adenosinmonophosphat) og ADP (adenosindiphosphat), ligesom PFK og pyruvatkinase. Dette skyldes, at højere niveauer af AMP og ADP generelt betyder lavere niveauer af ATP, og når ATP er lavt, er drivkraften for glykolyse at forekomme høj.

Pyruvatkinase aktiveres også af fructose-1,6-bisphosphat, hvilket giver mening, fordi for meget FBP indebærer, at et glycolysemellemprodukt akkumuleres opstrøms, og at ting skal ske hurtigere i slutningen af ​​processen. Fruktose-2,6-bisphosphat er også en aktivator af PFK.

Glykolyseenzymhæmning

Som anført inhiberes hexokinase af G6P. PFK og pyruvatkinase inhiberes begge af tilstedeværelsen af ​​ATP af den samme grundlæggende grund, som de aktiveres af AMP og ADP: Celleens energitilstand favoriserer et fald i glykolysehastigheden.

PFK hæmmes også af citrat, en komponent i Krebs-cyklussen, der forekommer nedstrøms i aerob respiration. Pyruvat kinase hæmmes af acetyl CoA, som er det molekyle, som pyruvat omdannes til, efter at glycolyse er afsluttet, og inden Krebs-cyklussen begynder (faktisk kombinerer acetyl CoA med oxaloacetat i det første trin i cyklusen for at skabe citrat). Endelig inhiberer aminosyren alanin også pyruvatkinase.

Mere om Hexokinase-regulering

Du kan forvente, at andre glycolyseprodukter udover G6P hæmmer hexokinase, da deres tilstedeværelse i betydelige mængder ser ud til at indikere et reduceret behov for G6P. Imidlertid hæmmer kun G6P i sig selv hexokinase. Hvorfor er det?

Årsagen er temmelig enkel: G6P er nødvendig til andre reaktionsveje end glycolyse, inklusive pentosefosfat shunt og glykogensyntese. Derfor, hvis andre downstream-molekyler end G6P kunne forhindre hexokinase fra sit arbejde, ville disse andre reaktionsveje også bremse på grund af manglende G6P ind i processen og vil derfor repræsentere sikkerhedsskader af en slags.