Aërobe glycolyse reacties en lotgevallen van glycolytische intermediairen



de aërobe glycolyse wordt gedefinieerd als het gebruik van overmaat glucose wordt niet door oxidatieve fosforylering tot de vorming van "fermentatieve" producten, zelfs onder omstandigheden van hoge zuurstofconcentraties verwerkt en ondanks de daling van de energie-efficiëntie.

Het wordt vaak gevonden in weefsels met hoge proliferatieve snelheden, waarvan de consumptie van glucose en zuurstof hoog is. Voorbeelden hiervan zijn kankertumorcellen, enkele parasitaire cellen van het bloed van zoogdieren en zelfs de cellen van sommige gebieden van de hersenen van zoogdieren.

De energie gewonnen door het katabolisme van glucose wordt geconserveerd in de vorm van ATP en NADH, die stroomafwaarts worden gebruikt in verschillende metabole routes.

Tijdens aërobe glycolyse pyruvaat is gericht op de Krebs cyclus en de elektronentransport keten, maar eveneens door de fermentatieve weg voor de regeneratie van NAD + zonder extra ATP productie, die eindigt onder vorming van lactaat.

Aërobe of anaerobe glycolyse komt voornamelijk voor in het cytosol, met uitzondering van organismen zoals trypanosomatiden, die gespecialiseerde glycolytische organellen hebben die bekend staan ​​als glycosomen.

Glycolyse is een van de bekendste metabole routes. Het werd volledig geformuleerd in de jaren 1930 door Gustav Embden en Otto Meyerhof, die de weg in skeletspiercellen bestudeerden. Aërobe glycolyse is echter bekend als het Warburg-effect sinds 1924.

index

  • 1 reacties
    • 1.1 Energie-investeringsfase
    • 1.2 Energieterugwinningsfase
  • 2 Bestemming van glycolytische tussenpersonen
  • 3 referenties

reacties

Het aërobe katabolisme van glucose treedt op in tien stappen enzymatisch gekatalyseerd. Veel auteurs zijn van mening dat deze stappen zijn onderverdeeld in een fase van energie-investeringen, die tot doel heeft het gehalte aan vrije energie in intermediairs te verhogen, en een ander van vervanging en energiewinst in de vorm van ATP..

Energie-investeringsfase

1-fosforylering van glucose tot glucose 6-fosfaat gekatalyseerd door hexokinase (HK). In deze reactie wordt één molecuul ATP, dat fungeert als een fosfaatgroepdonor, omgekeerd voor elk molecuul glucose. Het levert glucose 6-fosfaat (G6P) en ADP op en de reactie is onomkeerbaar.

Het enzym vereist noodzakelijkerwijs de vorming van een volledig Mg-ATP2- voor zijn werking, daarom verdient het magnesiumionen.

2-Isomerisatie van G6P tot fructose 6-fosfaat (F6P). Het heeft geen betrekking op energieverbruik en is een omkeerbare reactie die wordt gekatalyseerd door fosfoglucose-isomerase (PGI).

3-fosforylering van F6P tot fructose 1,6-bisfosfaat gekatalyseerd door fosfofructokinase-1 (PFK-1). Een ATP-molecuul wordt gebruikt als een fosfaatgroepdonor en de producten van de reactie zijn F1.6-BP en ADP. Dankzij de waarde van ΔG is deze reactie onomkeerbaar (net als reactie 1).

4-Katalytische afbraak van F1.6-BP in dihydroxyacetonfosfaat (DHAP), een ketose en glyceraldehyde 3-fosfaat (GAP), een aldose. Het enzym aldolase is verantwoordelijk voor deze reversibele aldolcondensatie.

5-Triose fosfaatisomerase (TIM) is verantwoordelijk voor de onderlinge omzetting van het triosefosfaat: DHAP en GAP, zonder extra energie-input.

Energieherstelfase

1-GAP wordt geoxideerd door glyceraldehyde 3-fosfaatdehydrogenase (GAPDH), dat de overdracht van een fosfaatgroep naar GAP katalyseert om 1,3-bifosfoglyceraat te vormen. In deze reactie twee moleculen NAD + gereduceerd glucosemolecuul en twee moleculen van anorganisch fosfaat gebruikt.

Elke geproduceerde NADH passeert de elektronentransportketen en 6 moleculen ATP worden gesynthetiseerd door oxidatieve fosforylering.

2-kinase (PGK) dragen een fosforylgroep 1,3 tot ADP-bisphosphoglycerate, die twee ATP moleculen en twee 3-fosfoglyceraat (3PG). Dit proces staat bekend als substraat-fosforylering.

De twee ATP-moleculen die worden verbruikt in de reacties van de HK en de PFK worden in deze stap van de route vervangen door de PGK.

3-De 3PG wordt omgezet in 2PG door de fosfoglyceraat-mutase (PGM), die de verplaatsing van de fosforylgroep tussen koolstof 3 en 2 van het glyceraat in twee stappen en reversibel katalyseert. Magnesium-ion is ook vereist door dit enzym.

4-A dehydratatiereactie gekatalyseerd door enolase 2PG zet fosfoenolpyruvaat (PEP) in een reactie die geen energietoevoer vereist, maar genereert een verbinding met een grotere potentiële energie voor de overdracht van de fosfaatgroep dan.

5-Uiteindelijk katalyseert pyruvaatkinase (PYK) de overdracht van de fosforylgroep in de PEP naar een molecuul ADP, met de gelijktijdige productie van pyruvaat. Er worden twee moleculen ADP per glucosemolecuul gebruikt en er worden 2 ATP-moleculen gegenereerd. PYK gebruikt kalium- en magnesiumionen.

De totale energieopbrengst van glycolyse is dus 2 moleculen ATP voor elk molecuul glucose dat de route binnenkomt. In aërobe omstandigheden houdt de volledige afbraak van glucose in dat er tussen 30 en 32 moleculen ATP worden verkregen.

Bestemming van glycolytische tussenproducten

Na glycolyse, pyruvaat ondergaat decarboxylatie produceren CO2 en donerende de acetylgroep tot acetyl co-enzym A, dat eveneens wordt geoxideerd tot CO2 in de Krebs cyclus.

De elektronen die vrijkomen tijdens deze oxidatie worden getransporteerd naar zuurstof door de reacties van de mitochondriale ademhalingsketen, die uiteindelijk de synthese van ATP in dit organel stimuleert.

Tijdens aerobe glycolyse wordt overmaat pyruvaat geproduceerd verwerkt lactaat dehydrogenase enzym, dat deel uitmaakt van lactaat en NAD + vormt regenereren hierboven verbruikt glycolyse stappen, maar zonder de vorming van nieuwe moleculen ATP.

Daarnaast kan pyruvaat worden gebruikt bij anabole processen die bijvoorbeeld leiden tot de vorming van het aminozuur alanine, of het kan ook fungeren als een skelet voor de synthese van vetzuren..

Net als pyruvaat, het eindproduct van glycolyse, vervullen veel van de reactietussenproducten andere functies in katabole of anabole routes die belangrijk zijn voor de cel.

Dit is het geval voor glucose 6-fosfaat en de pentose fosfaat route, waar tussenproducten van de ribosomen die aanwezig zijn in nucleïnezuren worden verkregen.

referenties

  1. Akram, M. (2013). Mini-review over glycolyse en kanker. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
  2. Esen, E., & Long, F. (2014). Aërobe glycolyse in osteoblasten. Curr Osteoporos Rep, 12, 433-438.
  3. Haanstra, J.R., González-Marcano, E.B., Gualdrón-López, M., & Michels, P.M. (2016). Biogenese, onderhoud en dynamica van glycosomen in trypanosomatide parasieten. Biochimica et Biophysica Acta - Moleculair celonderzoek, 1863(5), 1038-1048.
  4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aerobe glycolyse: voorbij proliferatie. Grenzen in immunologie, 6, 1-5.
  5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hypothese: structuren, evolutie en voorloper van glucosekinasen in de hexokinase-familie. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99(4), 320-330.
  6. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega-edities (5de ed.).