Glikolízis
A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.
A glikolízis egy anyagcsereút, melynek során egy molekula glükóz két molekula piruváttá oxidálódik. Az elnevezés a glükóz (glycys görögül: édes) és a lízis (lysis görögül: hasadás) szavakból származó összetétel. Ez a folyamat a szénhidrátok katabolizmusának kezdő lépése, mely három alapvető célt szolgál:
- Makroerg molekulák (úgymint ATP és NADH) termelése (anaerob légzés)
- Piruváttermelés a citrátciklus számára (aerob légzés)
- Hat- és háromszénatomos köztitermékek termelése más anyagcserefolyamatok (pl. aminosav-szintézis) céljaira.
Mint az aerob és anaerob légzés alapfolyamata, a glikolízis az őstípusa az ismert egyetemes anyagcsere-folyamatoknak és szinte az összes élő szervezet sejtjeiben megtalálható. A glikolízis sok prokarióta valamint mitokondrium nélküli (pl. vörösvérsejt) vagy oxigénhiányos környezetnek kitett (pl. nehéz munkát végző izom) eukarióta sejt legfőbb energiaforrása (anaerob légzés).
A glikolízis mind eukariótákban, mind prokariótákban a citoszolban zajlik, bár a növényekben egyes reakciók – melyek a Calvin-Benson ciklusban is megtalálhatók – a kloroplasztiszokban történnek. Ez a konzervativizmus alátámasztja a feltételezést, hogy a glikolízis igen ősi folyamat, az első prokariótákban jelent meg 3,5 milliárd éve vagy még annál is régebben.
A glikolízis legáltalánosabb és legismertebb útja az Embden-Meyerhof útvonal, melyet először Gustav Embden és Otto Meyerhof fedett fel. Bár a glikolízis kifejezést egyéb, alternatív útvonalakra is vonatkozhat (pl. a Entner-Doudoroff útvonal), ebben a cikkben az Embden-Meyerhof útvonalat taglaljuk.
Tartalomjegyzék |
[szerkesztés] A glikolízis felfedezése
A glikolitikus folyamatok módszeres tanulmányozását Louis Pasteur kezdte meg 1860-ban, amikor felfedezte, hogy az erjedésért mikroorganizmusok a felelősek. 1897-ben Eduard Buchner kimutatta, hogy bizonyos sejtkivonatokkal erjedést lehet előidézni. A következő lépés az volt, amikor Arthur Harden és William Young 1905-ben megállapította, hogy a fermentáció létrejöttéhez egy hőérzékeny, nagy molekulatömegű szubcelluláris frakció (az enzimek) és egy kevésbé hőérzékeny, alacsony molekulatömegű sejtplazmafrakció (ADP, ATP, NAD+ és egyéb kofaktorok) együttes jelenléte szükséges. Az egyes konkrét részreakciókat 1940-re határozták meg, leginkább Otto Meyerhof és később Luis Leloir munkássága eredményeként. A glikolízis részleteinek feltárását leginkább az nehezítette meg, hogy az átmeneti termékeknek nagyon rövid volt az élettartama és a nagyon alacsony volt a nyugalmi koncentrációja.
[szerkesztés] Áttekintés
A glikolízis nettó egyenlete:
D-glükóz | piruvát | ||||
+ 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi | 2 | + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O |
Egyszerű anaerob fermentáció során egy molekula glükóz két molekula piruváttá alakul, s ennek során két molekula ATP szintetizálódik. A legtöbb sejt további reakciók során „visszafizeti” az elhasznált NAD+-ot etanol vagy laktát termelése mellett. Egyes baktériumok szervetlen vegyületeket használnak hidrogén akceptorként a NAD+ regenerálásához.
Aerob légzést végző sejtek sokkal több ATP-t szintetizálnak, de már nem a glikolízis részeként, hanem további areob reakciókban, melyek a glikolízis során megtermelt piruvátot és NADH + H+-t használják. Az eukarióta aerob respiráció során további 34 molekula ATP termelődik minden egyes lebontott glükózmolekula után, de ezek többsége a glikolízis szubsztrát-szintű foszforilációjától teljesen eltérő módon szintetizálódik.
Mivel az egy lebontott glükózmolekulára eső energiatermelés sokkal alacsonyabb az anaerob légzés, mint az aerob légzés esetében, hipoxiás körülmények között sokkal intenzívebb a glikolízis, egészen addig, amíg valamilyen más, anaerob módon oxidálható szubsztrát (pl. zsírsavak) rendelkezésre nem áll.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
[szerkesztés] A glikolízis reakciói
[szerkesztés] A glikolízis első szakasza
Az első öt lépést előkészítő (vagy befektetési) szakasznak is szokták nevezni, mivel energiát használ fel ahhoz, hogy a hatszénatomos glükózt két háromszénatomos trióz-foszfáttá (glicerinaldehid-3-foszfát) alakítsa át.
A glikolízis első reakciója a glükóz foszforilációja glükóz-6-foszfáttá (G6P) a hexokináz enzimcsaládba tartozó enzimek közreműködésével. Ez a reakció ATP-t fogyaszt, és elsősorban az a szerepe, hogy alacsonyan tartsa a glükózkoncentrációt, ami elősegíti a glükóz folyamatos beáramlását a sejtbe a plazmamembrán-transzportereken keresztül. Ugyanakkor meggátolja a glükóz-kiáramlást, mivel a plazmamembránban nincsenek glükóz-6-foszfát-transzporterek. A glükóz az intracelluláris keményítő vagy glikogén lebontásából eredhet.
Az állati szervezetekben a hexokináz egyik izoenzime, a glükokináz is szerephez jut a májban. Ennek az enzimnek sokkal kisebb a glükóz iránti affinitása (Km-je a normoglikémia környékén van) és regulációjában is különbözik. Ezek az eltérések a máj normoglikémiát fenntartó szerepére világítanak rá. Kofaktor: Mg2+ |
|
Egy újabb ATP felhasználását ebben a lépésben két dolog is indokolja: A glikolitikus folyamat innentől fogva irreverzibilis és az újabb foszfát-csoport bevitele jelentette többletenergia destabilizálja a cukormolekulát. Mivel a foszfofruktokináz I enzim által katalizált reakció nagyon kedvező, a lépés gyakorlatilag irreverzibilis, ezért a glükoneogenezis során egy eltérő reakcióutat kell használni az ellenkező irányú lépés végrehajtásához. Ez egyúttal a reguláció kulcspontjává is teszi ezt a lépést (lásd lejjebb). [Koplalás során a fruktóz-2,6-biszfoszfát (a PFK-1 allosztérikus aktivátora) koncentrációja alacsony, ezért a PFK-1 aktivitása is csökkent, ennek következtében fokozódik a glikoneogenezis].
Kofaktor: Mg2+ |
|
Az előző lépésben előidézett destabilizáció lehetővé teszi, hogy az aldoláz a hatszénatomos fruktóz-1,6-biszfoszfátot két háromszénatomos trióz-foszfátra, egy dihidroxiaceton-foszfátra és egy glicerinaldehid-3-foszfátra bontsa. |
|
A triózfoszfát-izomeráz hatékonyan alakítja át egymásba a dihidroxiaceton-foszfátot és a glicerinaldehid-3-foszfátot. Ez lehetővé teszi, hogy a dihidroxiaceton-foszfát is ugyanazon a reakcióúton haladjon végig, mint a glicerinaldehid-3-foszfát, leegyszerűsítve ezáltal a regulációt. |
|
- Megjegyzés – Az utolsó lépést a pirofoszfát-dependens foszfofruktokináz (PFP vagy PPi-PFK) is katalizálhatja. Ez az enzim ugyanazt a reakciót katalizálja, mint a PFK1 (másnéven ATP-PFK), de ATP helyett pirofoszfátot (PPi) használ foszfátdonorként. Ez a reakció reverzibilis, megnövelve ezáltal a glükolitikus metabolizmus rugalmasságát. Ez az enzim állati (és emberi) szervezetekben nem, csak növényi, baktérium- és archaeasejtekben.
[szerkesztés] A glikolízis második szakasza
Glukuronát anyagcsere
Pentóz átalakítás
Inozitol anyagcsere
Cellulóz és szukróz
anyagcsere Keményítő és glikogén
anyagcsere Más cukrok
anyagcseréje Pentóz foszfát út
Glikolízis és Glükoneogenezis
Amino cukrok anyagcseréje
Kis aminosavak szintézise
Elágazó aminosavak
szintézise Purin bioszintézis
Hisztidin anyagcsere
Aromás aminosavak
szintézise Piruvát
dekarboxiláció Anaerob
légzés Zsírsav-
anyagcsere Urea ciklus
Aszpartát aminosav-
csoport szintézise Porfirin és
korrinoid anyagcsere Glutamát aminosav-
csoport synthesis Pirimidin bioszintézis
|