Arabă Bulgară Chineză Croată Cehă Daneză Olandeză Engleză Estoniană Finlandeză Franceză Germană Greacă Hindi Indonezian Islandeză Italiană Japoneză Letonă Lituaniană malgașă Norvegiană Persană Poloneză Portugheză Română Rusă Sârbă Slovacă Slovenă Spaniolă Thai Turcă Vietnameză suedeză
Arabă Bulgară Chineză Croată Cehă Daneză Olandeză Engleză Estoniană Finlandeză Franceză Germană Greacă Hindi Indonezian Islandeză Italiană Japoneză Letonă Lituaniană malgașă Norvegiană Persană Poloneză Portugheză Română Rusă Sârbă Slovacă Slovenă Spaniolă Thai Turcă Vietnameză suedeză
definiție - Glicoliză
Din Wikipedia, enciclopedia gratuită
Glicoliză (calea fosfotriozny sau shunt Embden -.. Embden Meyerhof sau cale-Meyerhof-Parnas) - secvențial proces de digestie enzimatică a glucozei în celule, însoțită de sinteza ATP. Glycolysis în condiții aerobe conduce la formarea de acid piruvic (piruvat), glicolizei în condiții anaerobe conduce la formarea de acid lactic (lactat). Glicoliza este principala cale de catabolism de glucoză în corpul animalelor.
Numele "glicoliza" provine de la grec. sweet, glykos - dulce și greacă. liză - dizolvare.
Prezentare generala
Calea glicolitică este de 10 reacții consecutive, fiecare fiind catalizată de o enzimă separată.
Procesul de glicoliză poate fi împărțit condiționat în două etape. Prima etapă, care are loc cu o cheltuială energetică de 2 molecule ATP. constă în divizarea moleculei de glucoză în 2 molecule de gliceraldehidă-3-fosfat. În cea de-a doua etapă, se produce oxidarea dependentă de NAD a gliceraldehid-3-fosfatului, însoțită de sinteza ATP. În sine, glicoliza este un proces complet anaerob, adică nu necesită prezența oxigenului.
Glicoliza este unul dintre cele mai vechi procese metabolice cunoscute aproape tuturor organismelor vii. Probabil că glicoliza a apărut cu mai mult de 3,5 miliarde de ani în urmă în procariotele primare.
localizare
În celulele organismelor eucariote, zece enzime care catalizează defalcarea glucozei în PVK. sunt în citozol. toate celelalte enzime legate de metabolismul energetic sunt în mitocondrii și cloroplaste. absorbția glucozei în celulă în două moduri: sodiu dependentă symport (în principal, pentru enterocite și epiteliului tubular renal) și difuzie ușoară a glucozei prin intermediul proteinelor transportoare. Activitatea acestor transportoare de proteine este controlată de hormoni și, în primul rând, de insulină. Mai presus de toate, insulina stimulează transportul de glucoză în mușchii și țesutul adipos.
Rezultatul glicolizei este conversia unei molecule de glucoză în două molecule de acid piruvic (PVC) și formarea a două echivalente reducătoare sub formă de coenzima NAD ∙ H.
Ecuația completă a glicolizei este:
Dacă în celulă nu există oxigen sau este insuficient, acidul piruvic este redus la acid lactic, atunci ecuația generală de glicoliză va fi:
Astfel, în clivajul anaerob al unei singure molecule de glucoză, producția netă totală de ATP este de două molecule obținute în reacțiile de fosforilare a substratului de ADP.
În organismele aerobe, produsele finale ale glicolizei supuse unor transformări ulterioare în cicluri biochimice legate de respirația celulară. Ca rezultat, după oxidarea completă a unei molecule de metaboliti glucoză în ultima etapă a respirației celulare - fosforilării oxidative, care are loc la lanțul respirator mitocondrial, în prezența oxigenului, - sintetizat în continuare mult 34 sau 36 molecule de ATP per molecula de glucoza.
Prima reacție a glicolizei este fosforilarea moleculei de glucoză, care are loc cu participarea enzimei hexokinazice specifice țesutului cu un cost de energie al unei molecule de 1 ATP; se formează o formă activă de glucoză-glucoză-6-fosfat (G-6-F):
Reacția necesită prezența ionilor de Mg2 + în mediu. cu care molecula ATP este legată într-o manieră complexă. Această reacție este ireversibilă și reprezintă prima reacție cheie a glicolizei.
Fosforilarea Glucoza are două scopuri: în primul rând, din cauza faptului că membrana plasmatica, care este permeabil la molecula de glucoza neutra nu trece moleculele încărcate negativ ale G-6-P, glucoza este fosforilat este prins în interiorul celulei. În al doilea rând, fosforilarea glucozei este convertită în forma activă, care poate fi implicată în reacțiile biochimice și incluse în ciclurile metabolice. Fosforilarea glucozei este singura reacție în organism în care este implicată glucoza ca atare.
Izoenzima hepatică hexokinază - glucokinază - este importantă în reglarea nivelului de glucoză din sânge.
În următoarea reacție (2), enzima fosfogluco izomerază G-6-F este transformată în fructoză-6-fosfat (P-6-F):
Energia nu este necesară pentru această reacție, iar reacția este complet reversibilă. În această etapă, procesul de glicoliză poate fi pornit, de asemenea, prin fosforilare și fructoză.
Mai mult, aproape imediat după altul să urmeze două reacții de fosforilare ireversibilă de fructoză-6-fosfat (3) și scindarea aldol reversibilă a format fructoză 1,6-bifosfat (F-1,6-BP) la cele două triozele (4).
Fosforilarea lui P-6-F se efectuează prin fosfo-fructokinază cu consumul de energie al unei alte molecule ATP; aceasta este a doua reacție cheie a glicolizei, regulamentul său determină intensitatea glicolizei ca întreg.
Scindarea aldolului de F-1,6-bF are loc sub acțiunea aldolazei de fructoză-1,6-bisfosfat:
Ca urmare a celei de-a patra reacții, se formează fosfat de dihidroxiacetonă și 3-fosfat de gliceraldehidă. și primul aproape imediat sub acțiunea izomerazei fosfotriozice trece în al doilea (5), care este implicat în alte transformări:
Fiecare moleculă de fosfat de gliceraldehidă este oxidată de NAD + în prezența fosfatdehidrogenazei gliceraldehidice la 1,3-difosfogliceratul (6):
Mai mult cu 1,3-difosfoglicerat. care conține legătura macroergergică în poziția 1, fosfoglicerat kinaza enzimei pe molecula ADP poartă reziduul de acid fosforic (reacția 7) - se formează o moleculă ATP:
Aceasta este prima reacție a fosforilării substratului. Din acest punct procesul de glucoza divizare încetează de a fi nerentabil din punct de vedere energetic, deoarece costurile energetice ale primei etape sunt compensate: 2 molecule de ATP sintetizat (unul pe fiecare dintre 1,3-difosfogliceratului) în locul doi au petrecut în reacțiile 1 și 3. Pentru curgerea acestei reacții necesită prezența ADP în citosol, adică, cu un exces de ATP într-o celulă (si lipsa ADP) viteza scade. Deoarece ATP nu este metabolizat in celula nu este depozitată, ci pur și simplu se prăbușește, această reacție este un regulator important al glicolizei.
Apoi succesiv: fosfoglicerol mutaza 2-fosfogliceratul (8):
În cele din urmă, are loc oa doua reacție de fosforilare a substratului ADP pentru a forma forma enolică a piruvatului și ATP (10):
Reacția survine sub acțiunea piruvat kinazei. Aceasta este ultima reacție cheie a glicolizei. Izomerizarea formei enolice a piruvatului față de piruvat are loc non-enzimatic.
Deoarece formarea lui F-1,6-бФ cu eliberarea energiei, se produc doar reacțiile 7 și 10, în care apare ADP fosforilat substrat.
Dezvoltare ulterioară
Destinul final al piruvatului și NAD este ∙ H. formată în procesul de glicoliză depinde de organism și de condițiile din interiorul celulei, în special de prezența sau absența oxigenului sau a altor acceptori de electroni.
În organismele anaerobe, piruvatul și NADH sunt fermentate în continuare. În fermentația lactică, de exemplu, în bacterii, piruvatul este redus la acidul lactic prin acțiunea enzimei lactat dehidrogenază. În drojdie, un proces similar este fermentația alcoolică, în care produsele finale sunt etanolul și dioxidul de carbon. Este de asemenea cunoscută fermentația acidului oleic și a acidului citric.
Fermentarea este importantă în industria alimentară.
In aerobi piruvat mod tipic, intră în ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs) și NAD ∙ H, eventual oxidat de oxigen în lanțul respirator in mitocondrii in timpul fosforilării oxidative.
În ciuda faptului că metabolismul uman este predominant aerobic, se observă oxidarea anaerobă la mușchii scheletici care lucrează intens. În condiții de acces limitat la oxigen, piruvatul este transformat în acid lactic, așa cum se întâmplă în fermentația lactică în multe microorganisme:
PVK + NAD ∙ H + H + → lactat + NAD +.
Durerea musculară, apărută după un timp după un exercițiu neobișnuit de intens, este asociată cu acumularea de acid lactic în ele.
Formarea acidului lactic este o ramură a metabolismului, dar nu este un produs final al metabolismului. Sub acțiunea lactatului dehidrogenazei, acidul lactic este oxidat din nou, formând piruvat, care este implicat în alte transformări.
Reglementarea glicolizei
Există reglementări locale și generale.
Reglementarea locală se realizează prin schimbarea activității enzimelor sub influența diferitelor metaboliți din interiorul celulei.
Reglarea glicolizei în general, imediat pentru întregul organism, apare sub influența hormonilor. care, prin moleculele mediatorilor secundari, modifică metabolismul intracelular.
Insulina joacă un rol important în stimularea glicolizei. Glucagonul și adrenalina sunt cei mai importanți inhibitori hormonali ai glicolizei.
Insulina stimulează glicoliza prin:
- activarea reacției hexokinazei;
- stimularea fosfofructokinazei;
- stimularea piruvat kinazei.
De asemenea, glicoliza este afectată de alți hormoni. De exemplu, somatotropina inhibă enzimele de glicoliză, iar hormonii tiroidieni sunt stimulanți.
Reglementarea glicolizei se realizează prin mai multe etape-cheie. Reacțiile catalizate de hexochinază (1), fosfofructokinază (3) și piruvat kinază (10) diferă într-o scădere substanțială a energiei libere și este practic ireversibilă, care le permite să fie eficiente reglarea punctelor glicoliza.
Reglarea hexokinazei
Hexocinaza este inhibată de produsul reacției - glucoza-6-fosfat, care se leagă alosterar de enzima, schimbându-și activitatea.
Datorită faptului că majoritatea celulelor G-6-F din celulă este produsă prin scindarea glicogenului. reacția hexokinazei, de fapt, nu este necesară pentru evoluția glicolizei și fosforilarea glucozei în reglarea glicolizei nu are importanță deosebită. Reacția hexokinazei este un pas important în reglarea concentrației de glucoză în sânge și în celulă.
În fosforilare, glucoza pierde capacitatea de a fi transportat prin membrană prin molecule purtătoare, ceea ce creează condițiile pentru acumularea acesteia în celulă. Inhibarea hexokinazei G-6-F limitează intrarea glucozei în celulă, prevenind acumularea excesivă a acesteia.
Glucokinase (IV izotip hexochinază) nu este inhibată hepatic de glucoză-6-fosfat și celulele hepatice continuă să se acumuleze glucoză chiar și la un conținut ridicat de G-6-P din care sintetizat ulterior glicogen. În comparație cu alte izotipuri, glucokinaza este caracterizată de o valoare ridicată a constantei Michaelis. adică, la capacitate maximă, enzima funcționează numai în condiții de concentrare ridicată a glucozei, care se întâmplă aproape întotdeauna după masă.
Glucoza-6-fosfat poate fi transformată înapoi în glucoză prin acțiunea glucoz-6-fosfatazei. Enzimele glucokinază și glucoză-6-fosfatază sunt implicate în menținerea unei concentrații normale de glucoză din sânge.
Reglementarea fosfofructokinazei
Intensitatea cursului reacției fosfofructinazei are un efect decisiv asupra întregii capacități de glicoliză, iar stimularea fosfofructokinazei este considerată cea mai importantă etapă a reglementării.
Fosfofructokinaza (PFK) este o enzimă tetramerică care există alternativ în două stări conformaționale (R și T), care sunt în echilibru și trec alternativ de la unul la altul. ATP este atât un substrat, cât și un inhibitor alosteric al PFK.
În fiecare dintre subunitățile FFK există două situsuri de legare la ATP: un sit substrat și un situs de inhibare. Poziția substratului este la fel de capabilă să atașeze ATP la orice conformație a tetramerului. In timp ce site-ul pentru inhibarea ATP se leagă în mod exclusiv atunci când enzima este într-o stare T. conformațională Un alt substrat este CFP fructoza 6-fosfat, care este atașat la o enzimă, de preferință, R-stat. La o concentrație ridicată de ATP, este implicat situsul de inhibiție, tranzițiile dintre enzimele de formare devin imposibile și majoritatea moleculelor de enzime sunt stabilizate în starea T, imposibil de atașat F-6-F. Cu toate acestea, inhibarea AMP a inhibat fosfofructochinază ATF, care se alătură conformations R-enzimă, stabilizând astfel starea enzimei pentru legarea F-6-P.
Cel mai important regulator alosteric al glicolizei și gluconeogenezei este 2,6-bisfosfatul de fructoză. care nu este o legătură intermediară a acestor cicluri. Fructoza-2,6-bisfosfat activează fosfofructokinaza alosterică.
Sinteza fructoză-2,6-bifosfat este catalizată de o enzimă bifuncțional specială - fosfofructochinază-2 / fructoză-2,6-bisfosfatazei (PFK-2 / F-2,6-BFaza). Forma nefosforilată a unei proteine cunoscut sub numele de-fosfofructochinază 2, și are o activitate catalitică în ceea ce privește fructoza 6-fosfat pentru a sintetiza fructoza-2-6-bifosfat. Ca rezultat, activitatea PFK este puternic stimulată și activitatea inhibitorilor de fructoză-1,6-bisfosfatază este puternic inhibată. Adică, cu condiția ca activitatea de PFK-2 din această reacție de echilibru între glicolizei și gluconeogeneza este deplasată spre primul - sintetizat fructoză-1,6-bifosfat.
Forma fosforilată a enzimei bifuncționale îi lipsește activitatea kinazei, dar în schimb este activat in molecula sa un site care hidrolizează F2,6BF pe F6F și fosfat anorganic. Metabolic efect Fosforilarea enzimei bifuncțional este că stimularea alosterică încetează FPC, inhibarea allosteric F-1,6-BFazy eliminat și echilibrul schimburi spre gluconeogeneza. F6F este produs și apoi glucoză.
Interconversia enzimei bifuncționale este efectuată de proteina kinază dependentă de cAMP (PC), care, la rândul ei, este reglată de hormonii peptidici care circulă în sânge.
Când concentrația de glucoză scade în sânge, formarea de insulină încetinește, de asemenea. iar eliberarea de glucagon din contră este stimulată și concentrația sa în sânge crește brusc. Glucagonul (contrainsular și alți hormoni) se leagă la receptorii ai membranei plasmatice a celulelor hepatice, determinând activarea membranei adenilat ciclazei. Adenilat ciclaza catalizează conversia ATP la AMP ciclic. cAMP se leagă de subunitatea de reglementare protein kinazei, determinând eliberarea și activarea subunității sale catalitice care fosforilează un număr de enzime, inclusiv bifuncțional PFK-2 / F-2,6-BFazu. În acest caz, ficatul oprește consumarea de glucoză, iar gluconeogeneza și glicogenoliza sunt activate. restabilind normoglicemia.
Pyruvat kinaza
Următoarea etapă, în care glicoliza este reglementată, este ultima reacție - stadiul de acțiune al piruvat kinazei. Pentru kinaza piruvat, sunt descrise, de asemenea, un număr de izoenzime având caracteristici de reglare.
Pyruvat kinaza hepatică (tipul L) este reglată prin fosforilare, efectoare alterice și prin reglarea expresiei genei. Enzima este inhibată de ATP și acetil-CoA și activată de 1,6-bisfosfat de fructoză. Inhibarea piruvat kinazei ATP are loc în mod similar cu acțiunea ATP asupra PFK. Legarea ATP la locul de inhibare a enzimei reduce afinitatea sa pentru fosfoenolpiruvat. Hepatic piruvat kinaza este fosforilată și inhibată de proteina kinază, și astfel, de asemenea, sub control hormonal. În plus, activitatea piruvat kinazei hepatice este reglată și cantitativ, adică o schimbare a nivelului de sinteză a acesteia. Aceasta este o reglementare lentă, pe termen lung. O creștere a dietă a carbohidraților stimulează exprimarea genelor care codifică piruvat kinaza, ca rezultat, nivelul enzimei în celulă crește.
M-tip piruvat kinaza. găsită în creier, mușchii și alte țesuturi sensibile la glucoză nu este reglementată de protein kinaza. Acest lucru este important în faptul că metabolismul acestor țesuturi este determinat numai de nevoile interne și nu depinde de nivelul de glucoză din sânge.
Muscular pyruvate kinaza nu este afectată de influențe externe, cum ar fi scăderea nivelului de glucoză din sânge sau eliberarea hormonilor. Condițiile extracelulare care conduc la fosforilarea și inhibarea izoenzimelor hepatice nu modifică activitatea de piruvat kinază de tip M. Adică, intensitatea glicolizei în musculatura striată este determinată numai de condițiile din interiorul celulei și nu depinde de reglementarea generală.
Glicoliza este o cale catabolică de o importanță excepțională. Oferă energie pentru reacțiile celulare, inclusiv sinteza proteinelor. Produsele intermediare ale glicolizei sunt utilizate în sinteza grăsimilor. Piruvatul poate fi, de asemenea, utilizat pentru sinteza alaninei. aspartat și alți compuși. Datorită glicolizei, productivitatea mitocondriilor și disponibilitatea oxigenului nu limitează forța mușchilor la sarcini extreme pe termen scurt.