Википедија

Glikoliza

низ међусобно повезаних биохемијских реакција

Glikoliza je proces koji se sastoji od niza reakcija i kojim se glukoza konvertuje u pirogrožđanu kiselinu i pri čemu se proizvodi relativno mala količina molekula ATP-a.[1][2][3] U aerobnim organizmima glikoliza je praćena Krebsovim ciklusom i lancem elektronskog transfera, kojim se i proizvodi najveća količina molekula ATP-a, (ATP je izvor energije koju ćelije koriste). U aerobnim uslovima, tj. u prisustvu kiseonika, pirogrožđana kiselina ulazi u mitohondriju, gde se potpuno oksidiše u ugljen-dioksid i vodu. Ako je količina kiseonika neadekvatna, na primer kao u mišićima tokom intenzivne aktivnosti (trčanje, intenzivni fizički rad, itd.) pirogrožđana kiselina biva konvertovana u mlečnu kiselinu. U anaerobnim uslovima, u uslovima gde kiseonik nije prisutan, pirogrođžana kiselina se konvertuje u etanol. Ova transformacije pirogrožđane kiseline u etanol je primer fermentacije. Alternativni katabolički put razgradnje glukoze je fosfoglukonatni put u kojem nastaju redukcioni ekvivalenti ključni za brojne anaboličke procese.

The image above contains clickable links
Metabolički put glikolizne konverzije glukoze u piruvat putem serije intermedijernih metabolita. Svaka hemijska modifikacija (crvena kutija) se izvodi posredstvom različitog enzima. Koraci 1 i 3 konzumiraju ATP (plavo), a koraci 7 i 10 proizvode ATP (žuto). Pošto se koraci 6-10 javljaju dva puta po molekulu glukoze, to dovodi do neto produkcije ATP.
Glikoliza

Glikoliza je određena sekvencom od deset reakcija posredovanih enzimima. Intermedijeri predstavljaju ulazne tačke u glikolizu. Na primer, većina monosaharida, kao što su fruktoza i galaktoza, mogu da budu konvertovani u jedan o tih intermedijera. Intermedijeri isto tako mogu da budu direktno korisni. Na primer, intermedijer dihidroksiaceton fosfat (DHAP) je izvor glicerola, koji se kombinuje sa masnim kiselinama i formira masti.

Glikoliza je od kiseonika nezavistan metabolički put. Drugim rečima u njoj se ne koristi molekularni kiseonik (tj. atmosferski kiseonik) za bilo koju od njenih reakcija. Međutim produkti glikolize (piruvat NADH + H+) u nekim slučajevima bivaju metabolizovani koristeći atmosferski kiseonik.[4] Kad se molekulski kiseonik koristi za metabolizam produkata glikolize proces se obično smatra aerobnim, dok ako se kiseonik ne koristi, onda se za proces kaže da je anaeroban.[5] Neka od varijanti glikolize se javlja u skori svim organizmima, aerobnim i anaerobnim. Široka zastupljenost glikolize je indikacija da je ona jedan od najstarijih metaboličkih puteva.[6] U stvari, reakcije koje sačinjavaju glikolizu i njen paralelni put, put pentoza fosfata, su se odvijale u posredstvu metala pod beskiseoničnim uslovima Arhejskih okeana.[7] Moguće je da je glikoliza proistekla iz hemijskih ograničenja prebiotičkog sveta.

Glikoliza se odvija u većini organizama u citosolu ćelija. Najzastupljeniji tip glikolize je Embden–Mejerhofov–Parnasov (EMP) put, koji su otkrili Gustav Embden, Oto Majerhof, i Jakub Karol Parnas. Glikoliza se isto tako odnosi na druge puteve, kao što je Entner-Doudorofov put i razni heterofermentativni i homofermentativni putevi.[8]

Celokupni glikolizni put se može razdvojiti u dve faze:[2]

  1. Preparatorna faza – u kojoj se ATP konzumira
  2. Faza isplate – u kojoj se ATP proizvodi.

Pregled

uredi

Sveukupna reakcija glikolize je:

 

+ 2 [NAD]+
+ 2 [ADP]
+ 2 [P]i

 

2 × Piruvat

2 ×   

 

+ 2 [NADH]
+ 2 H+
+ 2 [ATP]
+ 2 H2O

Kao polazni materijal u procesu disanja, polisaharidi se mogu se koristiti tek nakon prethodne razgradnje na prostije šećere. Tako se skrob u tkivima za nagomilavanje energetskih rezervi najpre razlaže do prostih šećera, u prisustvu vode i enzima amilaze: skrob + n H2O → amilaza + n glukoza.

U drugim tkivima, gde se skrob nalazi samo privremeno, njegova hidroliza se odvija pomoću enzima fosforilaze:

skrob + n H3P04 → fosforilaza + n glukozo-1-fosfat.

Toplotna energija koja se oslobađa u razgradnji skroba putem fosforilacije ostaje vezana u fosfat-estarskoj vezi glukoza-1-fosfata. Da bi se taj spoj mogao uključiti u glikolizu, mora se prethodno pretvoriti u pirogrožđanu kiselinu.[9] Nastala pirogrožđana kiselina u anaerobnim uslovima, pri fermentaciji, podvrgava se alkoholnom ili mlečnom vrenju, a u aerobnim uslovima, nakon aktivacije ulazi u tzv. Krebsov ciklus. U mladim tkivima biljaka glukoza se pretežno razgrađuje u procesu glikolize. Sa starenjem tkiva, postepeno se povećava razgradnja glukoze, putem njene direktne oksidacije.

Osnovni tipovi reakcija glikolize

uredi

Glikoliza je veoma važan proces bez kojeg ćelije ne bi mogle da funkcionišu. Glikoliza je takođe veoma složen proces, ali upoznavanjem osnovnih tipova reakcija, i sam proces biva jasniji. Tipovi reakcija koje čine glikolizu, zajedno sa enzimima koji katalizuju reakcije, su:

Premeštanje fosforil grupe

uredi
 

U ovoj reakcija, fosforil grupa biva premeštena sa jednog atoma kiseonika na drugi u samom molekulu. Katalizator ove reakcije je enzim koji pripada porodici mutaza.

Transfer fosforil grupe

uredi
 

U ovoj reakciji fosforil grupa biva premeštena sa ATP molekula na međučlan glikolize ili sa međučlana na ATP. Katalizator reakcije pripada porodoci aenzima kinaza.

Izomerizacija

uredi
 

Pri izomerizaciji ketoza se konvertuje u aldozu, i obrnuto, enzimom izomeraza.

Dehidracija

uredi

Pri dehidraciji molekule vode se eliminiše. Reakcija je katalizovana od strane enzima dehidrataza.

Kidanje aldol veze

uredi

Veza između dva ugljenikova atoma se kida pri ovoj reakciji, koja je katalizovana enzimom tipa aldolaze.

Reakcije glikolize

uredi

Glukoza 6-fosfat

uredi
 
Sinteza glukoze 6-fosfata

Glukoza ulazi u ćeliju pomoću specijalnih transportnih proteina procesom olakšane difuzije i biva konvertovana u glukozu-6-fosfat. Ovo je moguće fosforilacijom pomoću molekula ATP-a, tako što se vrši transfer fosforil grupe sa molekula ATP-a na hidroksilnu grupu С-6 atoma glukoze. Ova reakcija je katalizovana enzimom heksokinaza. U hepatocitama pak, koncentracija heksokinaze nije od katalitičkog značaja, a u jetri ovu reakciju katalizuje glukokinaza. Kinetika reakcije je takva da se značajniji stepen fosforilacije odigrava samo u prisustvu velike koncentracije supstrata što je od posebnog značaja sa raspodelu glukoze između ćelija jetre i drugih ćelija organizma.

Fruktoza 6-fosfat

uredi

Sledeći korak u glikolizi je izomerizacija glukoze 6-fosfata u fruktozu 6-fosfat. Aldehid na S-1 atomu reaguje sa hidroksil grupom na S-5 atomu i stvara prsten furana. Ova izomerizacija pretvara molekul aldoze u ketozu, i reakcija je katalizovana enzimom fosfoglukoza izomeraza.

Fruktoza 1,6-bifosfat

uredi

Još jednom fosforilacijom molekula ATP-om, fruktoza-6-fosfat se konvertuje u fruktozu-1,6-bifosfat. Ova reakcija je katalizovana enzimom fosfofruktokinaza-1, alosternim enzimom. Fosfofruktokinaza-1 je glavni regulatorni enzim glikolitičkog puta pa brzina ostatka reakcija glikolize direktno zavisi od aktivnosti ovog enzima, odnosno brzine reakcije koju katalizuje.

Gliceraldehid 3-fosfat

uredi
 

Cepanjem fruktoze-1,6-difosfata dobijaju se dva jedinjenja sa po 3 ugljenikova atoma: gliceraldehid-3-fosfat i dihidroksiaceton fosfat. Cepanje fruktoze 1,6-fosfata je postignuto reakcijom koju katalizuje enzim aldolaza. Gliceraldehid-3-fosfat je u obliku koji je potreban da bi se nastavio proces glikolize, dok dihidroksiaceton-fosfat nije.

Dihidroksiaceton fosfat

uredi

Dihidroksiaceton-fosfat ne može da nastavi glikolitičku razgradnju u obliku u kojem je, već se mora preobratiti u gliceraldehid-3-fosfat. Ova dva jedinjenja, dihidroksiaceton-fosfat i gliceraldehid-3-fosfat predstavljaju izomere. Reakcija izomerizacije je katalizovana od strane enzima trioza-fosfat izomeraze, veoma je brza i povratna. Pod normalnim uslovima, ravnoteža je značajno pomerena ka dihidroksiaceton-fosfatu (njegov udeo u ravnoteži je oko 90%) ali se pri povećanim koncentracija susptrata odnosno smanjenoj koncentraciji gliceraldehid-3-fosfata, ravnoteža lako pomera udesno (prema Le Šateljeovom principu).

1,3-bifosfoglicerat

uredi

Do ovog koraka, u glikolizu je već uložena energija u vidu dva molekula ATP-a. Reakcije koje slede su prve u glikolizi pri kojima se proizvode molekuli ATP-a, i uloženo vraća (tzv. pay-off faza). Prva reakcija predstavlja konverziju gliceraldehid-3-fosfata u 1,3-bifosfoglicerat, koju katalizuje gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza (skraćeno GAPDH). Ovom oksido-redukcijom aldehidna grupa na prvom ugljenikovom atomu (S1) transformiše se u acil-fosfat, energetski veoma bogato jedinjenje. Da bi se reakcija odigrala potrebno je i prisustvo oksidacionog ekvivalenta — NAD+ koji prihvata elektronski par.

3-Fosfoglicerat

uredi

Visoki potencijal transfera fosforil grupe sa 1,3-bifosfoglicerata je izvor energije za nastanak molekula ATP. Fosfoglicerat kinaza[10][11][12] katalizuje transfer fosforil grupe sa acil-fosfata 1,3-bifosfoglicerata na ADP pri čemu se oslobođena energija koristi za formiranje energetski bogate fosfoanhidridne veze molekula ATP. U ovoj reakciji fosforilacije na nivou supstrata kao proizvodi nastaju 3-fosfoglicerat i prvi molekul ATP.

2-fosfoglicerat

uredi

Reakcijom premeštanja fosforil-grupe konverzijom 3-fosfoglicerata dobija se 2-fosfoglicerat. Reakciju katalizuje enzim fosfoglicerat mutaza. Mehanizam premeštanja je sledeći: 2-fosfoglicerat se vezuje za aktivno mesto enzima pri čemu dolazi do premeštanja fosforil-grupe sa aktivnog mesta na položaj 2 supstrata. Nastali 2,3-difosfoglicerat ostaje u kompleksu sa enzimom do trenutka regeneracije aktivnog mesta prelaskom fosforil-grupe sa položaja 3 nazad na enzim, nakon čega dolazi do oslobađanja proizvoda konverzije — 2-fosfoglicerata. Intermedijerni 2,3-difosfoglicerat je važan regulatorni faktor u eritrocitima (koji su glikolitički aktivni) jer utiče na afinitet hemoglobina ka vezivanju kiseonika.

Fosfoenol pirogrožđane kiseline

uredi

Dehidracijom 2-fosfoglicerata formira se enol. Enolaza katalizuje ovu reakciju i za produkat ima fosfoenolpiruvat (fosfoenol pirogrožđane kiseline).

Pirogrožđana kiselina

uredi

U poslednjoj reakciji glikolize, formira se pirogrožđana kiselina i istovremeno se dobija još jedan molekul ATP-a. Piruvat kinaza katalizuje ovu reakciju i ujedno predstavlja poslednji regulatorni enzim glikolitičkog puta. Za normalno odvijanje reakcije potrebno je prisustvo K+ i Mg2+ jona kao kofaktora.

Reference

uredi
  1. ^ Donald Voet; Judith G. Voet (2005). „Chapter 17 Glycolysis”. Biochemistry (3 izd.). Wiley. ISBN 9780471193500. 
  2. ^ a b „Glycolysis – Animation and Notes”. Arhivirano iz originala 25. 03. 2012. g. Pristupljeno 18. 04. 2018. 
  3. ^ Bailey, Regina. „10 Steps of Glycolysis”. Arhivirano iz originala 15. 05. 2013. g. Pristupljeno 18. 04. 2018. 
  4. ^ Stryer, Lubert (1995). „Glycolysis.”. In: Biochemistry. (Fourth izd.). New York: W.H. Freeman and Company. str. 483-508. ISBN 978-0-7167-2009-6. 
  5. ^ Anderson, Douglas M., ur. (2003). Dorland’s Illustrated Medical Dictionary (30th izd.). Philadelphia, PA: Saunders. str. 35, 71. ISBN 978-0-8089-2288-9. 
  6. ^ Romano, AH; Conway, T (1996). „Evolution of carbohydrate metabolic pathways”. Res Microbiol. 147 (6–7): 448—55. PMID 9084754. doi:10.1016/0923-2508(96)83998-2. 
  7. ^ Keller; Ralser; Turchyn (april 2014). „Non-enzymatic glycolysis and pentose phosphate pathway-like reactions in a plausible Archean ocean”. Mol Syst Biol. 10 (4): 725. PMC 4023395  . PMID 24771084. doi:10.1002/msb.20145228. 
  8. ^ Kim BH, Gadd GM. (2011) Bacterial Physiology and Metabolism, 3rd edition.
  9. ^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 978-9958-10-222-6.
  10. ^ Watson HC, Walker NP, Shaw PJ, Bryant TN, Wendell PL, Fothergill LA, Perkins RE, Conroy SC, Dobson MJ, Tuite MF (1982). „Sequence and structure of yeast phosphoglycerate kinase”. The EMBO Journal. 1 (12): 1635—40. PMC 553262  . PMID 6765200. doi:10.1002/j.1460-2075.1982.tb01366.x. 
  11. ^ Lay AJ, Jiang XM, Kisker O, Flynn E, Underwood A, Condron R, Hogg PJ (decembar 2000). „Phosphoglycerate kinase acts in tumour angiogenesis as a disulphide reductase”. Nature. 408 (6814): 869—73. Bibcode:2000Natur.408..869L. PMID 11130727. S2CID 4340557. doi:10.1038/35048596. 
  12. ^ Danshina PV, Geyer CB, Dai Q, Goulding EH, Willis WD, Kitto GB, McCarrey JR, Eddy EM, O'Brien DA (januar 2010). „Phosphoglycerate kinase 2 (PGK2) is essential for sperm function and male fertility in mice”. Biology of Reproduction. 82 (1): 136—45. PMC 2802118  . PMID 19759366. doi:10.1095/biolreprod.109.079699. 

Spoljašnje veze

uredi
 
Glikoliza na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wiki.x.io/w/index.php?title=Гликолиза&oldid=28908588”