Glikoliza je celoten sklop procesov, ki jih telo izvede samodejno. Kot je znano, človek potrebuje veliko energije, da lahko opravlja vse svoje vsakodnevne dejavnosti, za to mora vzdrževati dobro prehrano, ki temelji na zelenjavi, beljakovinah, sadju in predvsem, vključiti enega najpomembnejših virov energije na primer glukoza. Glukoza vstopi v telo s hrano in v različnih kemijskih oblikah, ki se bodo kasneje pretvorile v druge, to se zgodi iz različnih presnovnih procesov.
Kaj je glikoliza
Kazalo
Glikoliza predstavlja način, kako telo sproži razgradnjo molekul glukoze, da dobi snov, ki lahko telesu zagotavlja energijo. To je presnovna pot, ki je odgovorna za oksidacijo glukoze, da pridobi celico energijo. Predstavlja najbolj neposreden način za zajemanje te energije, poleg tega pa je ena izmed poti, ki se na splošno izbere v okviru presnove ogljikovih hidratov.
Med njegovimi funkcijami je ustvarjanje visokoenergijskih molekul NADH in ATP kot vzroka za nastanek celične energije v procesih fermentacije in aerobnega dihanja.
Druga funkcija, ki jo opravlja glikoliza, je ustvarjanje piruvata (osnovne molekule v celičnem metabolizmu), ki preide v cikel celičnega dihanja kot element aerobnega dihanja. Poleg tega ustvarja 3 in 6 ogljikovih intermediatov, ki se pogosto uporabljajo v različnih celičnih procesih.
Glikoliza je sestavljena iz dveh stopenj, vsaka pa je sestavljena iz 5 reakcij. Faza številka 1 obsega prvih pet reakcij, nato se prvotna molekula glukoze pretvori v dve molekuli 3-fosfogliceraldehida.
Ta stopnja se na splošno imenuje pripravljalna faza, to je tukaj, ko se glukoza razdeli na dve molekuli s po 3 ogljiki; ki vsebuje dve fosforni kislini (dve molekuli gliceraldehid 3 fosfata). Možno je tudi, da se glikoliza pojavlja v rastlinah, na splošno te informacije ponavadi pojasnijo v glikolizi pdf.
Odkritje glikolize
Leta 1860 so bile izvedene prve študije, povezane z encimom glikolize, ki jih je pripravil Louis Pasteur, ki je odkril, da fermentacija nastane zaradi posredovanja različnih mikroorganizmov, leta kasneje, leta 1897, pa je Eduard Buchner odkril ekstrakt celica, ki bi lahko povzročila fermentacijo.
Leta 1905 je bil še en prispevek k teoriji, saj sta Arthur Harden in William Young ugotovila, da so celične frakcije molekulske mase potrebne za fermentacijo, vendar morajo biti te mase visoke in toplotno občutljive, to pomeni, da morajo biti encimi.
Trdili so tudi, da je potrebna citoplazemska frakcija z nizko molekulsko maso in toplotno odpornostjo, to je koencimi tipa ATP, ADP in NAD +. Več podrobnosti je bilo potrjenih leta 1940 s posredovanjem Otta Meyerhofa in Luisa Leloirja, ki sta se mu pridružila nekaj let kasneje. Imeli so nekaj težav pri določanju fermentacijske poti, vključno s kratko življenjsko dobo in nizkimi koncentracijami intermediatov v glikolitičnih reakcijah, ki so bile vedno hitre.
Poleg tega se je pokazalo, da se encim glikolize pojavlja v citozolu evkariontskih in prokariontskih celic, v rastlinskih celicah pa so bile glikolitične reakcije v kalvinovem ciklusu, ki se pojavlja znotraj kloroplastov. Pri ohranjanju te poti so vključeni filogenetski starodavni organizmi, ki zanje veljajo za eno najstarejših presnovnih poti. Ko je ta povzeta glikoliza končana, lahko obširno govorimo o njenih ciklih ali fazah.
Cikel glikolize
Kot smo že omenili, obstaja v glikolizi vrsto faz ali ciklov, ki so izrednega pomena, to sta faza porabe energije in faza energetskih koristi, kar lahko razložimo kot shemo glikolize oz. preprosto s seznamom vsake reakcije glikolize. Ti pa so razdeljeni na 4 dele ali temeljne elemente, ki bodo podrobno razloženi v nadaljevanju.
Faza porabe energije
To je faza, ki je odgovorna za pretvorbo molekule glukoze v dve molekuli gliceraldehida, vendar je za to potrebno 5 korakov, to so heksokinaza, glukoza-6-P izomeraza, fosfofruktokinaza, aldolaza in trioza. fosfat izomeraze, kar bo podrobneje opisano spodaj:
- Heksokinaza: da bi povečala energijo glukoze, mora glikoliza ustvariti reakcijo, to je fosforilacija glukoze. Za to aktivacijo je potrebna reakcija, ki jo katalizira encim heksokinaza, to je prenos fosfatne skupine iz ATP, ki jo lahko iz fosfatne skupine dodamo v vrsto molekul, ki so podoben glukozi, vključno z manozo in fruktozo. Ko pride do te reakcije, jo lahko uporabimo v drugih procesih, vendar le, kadar je to potrebno.
- Glukoza-6-P izomeraza: to je zelo pomemben korak, ker je tu definirana molekularna geometrija, ki bo vplivala na kritične faze v glikolizi, prva je tista, ki doda reakcijskemu produktu fosfatno skupino, drugi je, ko bosta nastali dve molekuli gliceraldehida, ki bosta končno predhodnici piruvata. Glukoza 6 fosfat se v tej reakciji izomerizira v fruktozo 6 fosfat in to se izvede z encimom glukoza 6 fosfat izomeraza.
- Fosfofruktokinaza: v tem procesu glikolize se fosforilacija fruktoze 6 fosfata izvede pri ogljiku 1, poleg tega pa se poraba ATP izvede prek encima fosfofruktokinaza 1, bolj znanega kot PFK1.
Zaradi vsega zgoraj navedenega ima fosfat nizko energijo hidrolize in nepovraten postopek, končno pa dobi izdelek, imenovan fruktoza 1,6 bisfosfat. Nepovratna kakovost je nujna, ker jo spremeni v nadzorno točko glikolize, zato je umeščena v to in ne v prvo reakcijo, ker poleg glukoze obstajajo še drugi substrati, ki uspejo vstopiti v glikolizo.
- Aldolaza: temu encimu uspe razbiti fruktozo 1,6 bisfosfat na dve molekuli s 3 ogljiki, imenovani trioze, ti molekuli se imenujeta dihidroksiaceton fosfat in gliceraldehid 3 fosfat. Ta premor je narejen zaradi kondenzacije aldola, ki je mimogrede reverzibilna.
Ta reakcija ima za glavno značilnost prosto energijo med 20 in 25 Kj / mol in se to ne zgodi v normalnih pogojih, še manj spontano, toda kadar gre za znotrajcelične razmere, je prosta energija majhna, ker obstaja nizka koncentracija substratov in ravno zaradi tega je reakcija reverzibilna.
- Trioza fosfat izomeraza: v tem procesu glikolize obstaja standardna in pozitivna prosta energija, to ustvarja postopek, ki mu ni naklonjen, toda negativna prosta energija, to pomeni, da je prednostna smer tvorba G3P. Poleg tega je treba upoštevati, da je edini, ki lahko sledi preostalim korakom glikolize, gliceraldehid 3 fosfat, zato se druga molekula, ki nastane z reakcijo dihidroksiaceton fosfata, pretvori v gliceraldehid 3 fosfat.
Prednost fosforilacije glukoze sta dve: prva temelji na tem, da glukoza postane reaktivno presnovno sredstvo, druga pa je, da se doseže, da glukoza 6 fosfat ne more prečkati celične membrane, zelo drugačna od glukoze, ker ima negativni naboj, ki ga fosfatna skupina daje molekuli, na ta način otežuje prehod. Vse to preprečuje izgubo energijskega substrata celice.
Poleg tega ima fruktoza alosterične centre, ki so občutljivi na koncentracije vmesnih proizvodov, kot so maščobne kisline in citrat. V tej reakciji se sprosti encim fosfofruktokinaza 2, ki je odgovoren za fosforilacijo v ogljiku 2 in njegovo uravnavanje.
V tem koraku se v prvem in tretjem koraku porabi samo ATP, poleg tega se je treba spomniti v četrtem koraku, nastane molekula gliceraldehid-3-fosfata, vendar v tej reakciji nastane druga molekula. S tem je treba razumeti, da se od tam vse naslednje reakcije pojavijo dvakrat, to je posledica 2 molekul gliceraldehida, ki nastanejo v isti fazi.
Faza energetskih koristi
Medtem ko se ATP energija porabi v prvi fazi, v tej fazi gliceraldehid postane molekula z več energije, tako da je končno pridobljena končna korist: 4 molekule ATP. Vsaka od reakcij glikolize je pojasnjena v tem poglavju:
- Gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza: v tej reakciji se gliceraldehid -3-fosfat oksidira s pomočjo NAD +, šele nato lahko molekuli dodamo fosfatni ion, ki ga v tem koraku izvede encim gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza, poveča skupno energijo spojine.
- Fosfoglicerat kinaza: v tej reakciji encim fosfoglicerat kinaza uspe prenesti fosfatno skupino 1,3 bisfosfoglicerata v molekulo ADP, kar ustvari prvo molekulo ATP na poti energetskih koristi. Ker se glukoza pretvori v dve molekuli gliceraldehida, se v tej fazi obnovi 2 ATP.
- Fosfogliceratna mutaza: pri tej reakciji se zgodi sprememba položaja fosfata C3 do C2, obe sta zelo podobni in reverzibilni energiji z variacijami proste energije, ki je blizu nič. Tu se 3 fosfoglicerat, pridobljen iz prejšnje reakcije, pretvori v 2 fosfoglicerat, vendar je encim, ki katalizira to reakcijo, fosfoglicerat mutaza.
- Enolaza: ta encim zagotavlja tvorbo dvojne vezi v 2 fosfogliceratu, zaradi česar se izloči molekula vode, ki je nastala z vodikom iz C2 in OH iz C3, kar ima za posledico fosfoenolpiruvat.
- Piruvat kinaza: tu poteka defosforilacija fosfoenolpiruvata, takrat dobimo encim piruvat in ATP, nepovratno reakcijo, ki nastane iz piruvat kinaze (encima, ki je mimogrede odvisen od kalija in magnezija.
Produkti glikolize
Ker je presnovna smer intermediatov v reakcijah odvisna od celičnih potreb, lahko vsakega posrednika obravnavamo kot produkta reakcij, potem pa bi bil vsak produkt (v skladu s predhodno razloženimi reakcijami) naslednji:
- Glukoza 6 fosfat
- Fruktoza 6 fosfat
- Fruktoza 1,6 bisfosfat
- Dihidroksiaceton fosfat
- Gliceraldehid 3 fosfat
- 1,3 bisfosfoglicerat
- 3 fosfoglicerat
- 2 fosfoglicerat
- Fosfoenolpiruvat
- Piruvat
Glukoneogeneza
Gre za anabolično pot, pri kateri sinteza glikogena poteka prek preprostega predhodnika, to je glukoza 6 fosfat. Glikogeneza se pojavi v jetrih in mišicah, pri slednjih pa v manjši meri. Aktivira se z insulinom kot odziv na visoke ravni glukoze, ki se lahko pojavijo po zaužitju hrane, ki vsebuje ogljikove hidrate.
Glukoneogenezo je ustvarjen z vključitvijo ponavljajoče glukozne enote, ki pridejo v po obliki UDP-glukoza do razdelilnika glikogena, ki je prej obstajalo in ki temelji na glycogenin proteinov, ki je tvorjen z dvema verigama autoglicosilan in poleg tega lahko svoje verige povežejo z oktamerjem glukoze.
