АЕРОБНА ГЛИКОЛИЗА: ГЛИКОЛИТИЧНИ РЕАКЦИИ И МЕЖДИННИ ПРОДУКТИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В аеробни гликолизата или аеробно определя като използването на излишната глюкоза не се обработва от окислително фосфорилиране до образуването на продукти "ферментационни", дори при условия на високи концентрации на кислород и въпреки намаляването на енергийната ефективност.

Често се среща в тъкани с висока степен на пролиферация, чиято консумация на глюкоза и кислород е висока. Примери за това са ракови туморни клетки, някои паразитни клетки в кръвта на бозайници и дори клетки в някои области на мозъка на бозайниците.

Гликолитичен път (Източник:] през Wikimedia Commons)

Енергията, добита от катаболизма на глюкозата, се запазва под формата на ATP и NADH, които се използват надолу по течението в различни метаболитни пътища.

По време на аеробната гликолиза, пируватът е насочен към цикъла на Кребс и електронно-транспортната верига, но също така се обработва през ферментационния път за регенерация на NAD + без допълнително производство на АТФ, което завършва с образуването на лактат.

Аеробната или анаеробна гликолиза се проявява предимно в цитозола, с изключение на организми като трипаносоматиди, които притежават специализирани гликолитични органели, известни като гликозоми.

Гликолизата е един от най-известните метаболитни пътища. Той е напълно формулиран през 30-те години на миналия век от Густав Емден и Ото Майерхоф, които изучават пътя в клетките на скелетните мускули. Аеробната гликолиза обаче е известна като ефект на Варбург от 1924 г.

реакции

Аеробният катаболизъм на глюкозата протича в десет ензимно катализирани стъпки. Много автори считат, че тези стъпки са разделени на фаза на инвестиране в енергия, която има за цел да увеличи съдържанието на безплатна енергия в посредниците и друга на подмяна и печалба на енергия под формата на АТФ.

Фаза на инвестиране в енергия

1-Фосфорилиране на глюкоза до 6-фосфат на глюкоза, катализиран от хексокиназа (HK). При тази реакция една молекула АТФ се обръща за всяка молекула глюкоза, която действа като донор на фосфатна група. Той дава глюкозен 6-фосфат (G6P) и ADP и реакцията е необратима.

Ензимът задължително изисква образуването на цялостен Mg-ATP2- за неговата работа, поради което се нуждае от магнезиеви йони.

2-Изомеризация на G6P до фруктоза 6-фосфат (F6P). Не включва енергийни разходи и е обратима реакция, катализирана от фосфоглюкозна изомераза (PGI).

3-фосфорилиране на F6P до фруктоза 1,6-бисфосфат, катализиран от фосфофруктокиназа-1 (PFK-1). Молекула на АТФ се използва като донор на фосфатна група и продуктите на реакцията са F1,6-BP и ADP. Благодарение на стойността си ∆G, тази реакция е необратима (точно като реакция 1).

4-Каталитично разцепване на F1,6-BP в дихидроксиацетон фосфат (DHAP), кетоза и глицералдехид 3-фосфат (GAP), алдоза. Ензимът алдолаза е отговорен за тази обратима кондензация на алдол.

5-триозата фосфатна изомераза (TIM) е отговорна за взаимовръзката на триоза фосфат: DHAP и GAP, без допълнително влагане на енергия.

Фаза на възстановяване на енергия

1-GAP се окислява от глицералдехид 3-фосфат дехидрогеназа (GAPDH), което катализира прехвърлянето на фосфатна група към GAP до образуването на 1,3-бисфосфоглицерат. При тази реакция две молекули от NAD + се намаляват на молекула глюкоза и се използват две молекули неорганичен фосфат.

Всяка произведена NADH преминава през електронната транспортна верига и 6 ATP молекули се синтезират чрез окислително фосфорилиране.

2-фосфоглицерат киназа (PGK) прехвърля фосфорилна група от 1,3-бисфосфоглицерат към ADP, образувайки две молекули АТФ и две 3-фосфоглицерат (3PG). Този процес е известен като субстратно фосфорилиране.

Двете молекули на АТФ, консумирани в реакциите на HK и PFK, се заместват от PGK на този етап в пътя.

3-3PG се превръща в 2PG чрез фосфоглицератна мутаза (PGM), която катализира изместването на фосфорилната група между въглерод 3 и 2 глицерат в два обратими стъпки. Магнезиевият йон също се изисква от този ензим.

4-Реакция на дехидратация, катализирана от енолаза, превръща 2PG във фосфоенолпируват (PEP) в реакция, която не изисква енергийни инвестиции, но генерира съединение с по-голям енергиен потенциал за прехвърляне на фосфатната група по-късно.

5-накрая, пируваткиназата (PYK) катализира прехвърлянето на фосфорилната група в PEP към молекулата на ADP, при едновременно производство на пируват. Използват се две молекули ADP на молекула глюкоза и се генерират 2 молекули ATP. PYK използва калиеви и магнезиеви йони.

По този начин, общият енергиен добив на гликолиза е 2 молекули АТФ за всяка молекула глюкоза, която влиза в пътя. При аеробни условия пълното разграждане на глюкозата включва получаване между 30 и 32 молекули АТФ.

Съд на гликолитични междинни продукти

След гликолиза, пируватът се подлага на декарбоксилиране, произвеждайки CO2 и дарявайки ацетилната група на ацетил коензим А, който също се окислява до CO2 в цикъла на Кребс.

Електроните, освободени по време на това окисляване, се транспортират до кислород чрез митохондриални дихателни верижни реакции, което в крайна сметка задвижва синтеза на АТФ в тази органела.

По време на аеробната гликолиза, полученият излишък от пируват се преработва от ензима лактат дехидрогеназа, който образува лактат и регенерира част от консумираните NAD + стъпки нагоре в гликолизата, но без образуването на нови молекули на АТФ.

Механизъм на лактатдехидрогеназа (Източник: Jazzlw чрез Wikimedia Commons)

В допълнение, пируватът може да се използва при анаболни процеси, които водят например до образуването на аминокиселина аланин, или може също да действа като скелет за синтеза на мастни киселини.

Подобно на пируват, крайният продукт на гликолизата, много от реакционните междинни съединения изпълняват други функции в катаболни или анаболни пътища, важни за клетката.

Такъв е случаят с глюкозен 6-фосфат и пътя на пентозния фосфат, където се получават междинните съединения на рибозата в нуклеиновите киселини.

Препратки

1. Акрам, М. (2013). Мини преглед на гликолизата и рака. J. Canc. Educ., 28, 454–457.
2. Esen, E., & Long, F. (2014). Аеробна гликолиза в остеобластите. Curr Osteoporos Rep, 12, 433–438.
3. Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Биогенеза, поддържане и динамика на гликозомите при трипаносоматидни паразити. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863 (5), 1038–1048.
4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Аеробна гликолиза: извън разпространението. Граници в имунологията, 6, 1–5.
5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Хипотеза: структури, еволюция и прародител на глюкозните кинази от семейството на хексокиназите. Journal of Bioscience and Bioingineering, 99 (4), 320–330.
6. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Омега издания (5-то издание).