AEROB GLYKOLYSE: GLYKOLYTISKE REAKSJONER OG MELLOMPRODUKTER - BIOLOGI - 2026

Den aerobe glykolysen eller den aerobe definert som bruk av overflødig glukose blir ikke behandlet ved oksidativ fosforylering til dannelse av produkter "fermenterende", selv ikke under betingelser med høye oksygenkonsentrasjoner og til tross for reduksjon i energieffektivitet.

Det forekommer ofte i vev med høy proliferasjonsrate, hvis forbruk av glukose og oksygen er høyt. Eksempler på dette er kreftsvulstceller, noen parasittceller i blodet til pattedyr og til og med celler i noen områder i hjernen til pattedyr.

Glykolytisk bane (Kilde:] via Wikimedia Commons)

Energien som utvinnes ved katabolismen av glukose, blir bevart i form av ATP og NADH, som brukes nedstrøms i forskjellige metabolske veier.

Under aerob glykolyse ledes pyruvat mot Krebs-syklusen og elektrontransportkjeden, men den blir også behandlet gjennom gjæringsveien for regenerering av NAD + uten tilleggsproduksjon av ATP, som ender med dannelsen av laktat.

Aerob eller anaerob glykolyse forekommer først og fremst i cytosol, med unntak av organismer som trypanosomatider, som har spesialiserte glykolytiske organeller kjent som glykosomer.

Glykolyse er en av de mest kjente stoffskifteveiene. Den ble fullstendig formulert på 1930-tallet av Gustav Embden og Otto Meyerhof, som studerte veien i skjelettmuskelceller. Imidlertid har aerob glykolyse vært kjent som Warburg-effekten siden 1924.

reaksjoner

Den aerobe katabolismen av glukose forekommer i ti enzymatisk katalyserte trinn. Mange forfattere vurderer at disse trinnene er delt inn i en fase av energiinvesteringer, som har som mål å øke innholdet av gratis energi i formidlere, og en annen om erstatning og gevinst av energi i form av ATP.

Energiinvesteringsfase

1-fosforylering av glukose til glukose 6-fosfat katalysert av heksokinase (HK). I denne reaksjonen inverteres ett molekyl ATP for hvert glukosemolekyl som fungerer som en fosfatgruppedonor. Det gir glukose 6-fosfat (G6P) og ADP, og reaksjonen er irreversibel.

Enzymet krever nødvendigvis dannelse av en fullstendig Mg-ATP2- for dens drift, og det er grunnen til at det krever magnesiumioner.

2-isomerisering av G6P til fruktose 6-fosfat (F6P). Det innebærer ikke energiforbruk og er en reversibel reaksjon katalysert av fosfoglukoseisomerase (PGI).

3-fosforylering av F6P til fruktose 1,6-bisfosfat katalysert av fosfofruktokinase-1 (PFK-1). Et molekyl av ATP brukes som fosfatgruppegiver, og reaksjonsproduktene er F1,6-BP og ADP. Takket være verdien av ∆G er denne reaksjonen irreversibel (akkurat som reaksjon 1).

4-katalytisk spaltning av F1,6-BP til dihydroksyacetonfosfat (DHAP), en ketose, og glyceraldehyd 3-fosfat (GAP), en aldose. Enzymet aldolase er ansvarlig for denne reversible aldolkondensasjonen.

5-Triose fosfatisomerase (TIM) er ansvarlig for interkonversjonen av triose fosfat: DHAP og GAP, uten ekstra energiinngang.

Energigjenvinningsfase

1-GAP oksideres av glyseraldehyd 3-fosfatdehydrogenase (GAPDH), som katalyserer overføringen av en fosfatgruppe til GAP for å danne 1,3-bisfosfoglycerat. I denne reaksjonen reduseres to molekyler av NAD + per molekyl glukose, og to molekyler uorganisk fosfat brukes.

Hver NADH produsert passerer gjennom elektrontransportkjeden og 6 ATP-molekyler blir syntetisert ved oksidativ fosforylering.

2-fosfoglyseratkinase (PGK) overfører en fosforylergruppe fra 1,3-bisfosfoglyserat til ADP, og danner to ATP og to 3-fosfoglyserat (3PG) molekyler. Denne prosessen er kjent som fosforylering på substratnivå.

De to ATP-molekylene konsumert i reaksjonene til HK og PFK blir erstattet av PGK på dette trinnet i banen.

3-3PG omdannes til 2PG av fosfoglyseratmutase (PGM), som katalyserer forskyvningen av fosforylgruppen mellom karbon 3 og 2 av glyserat i to reversible trinn. Magnesiumionen kreves også av dette enzymet.

4-A dehydratiseringsreaksjon katalysert av enolase omdanner 2PG til fosfoenolpyruvat (PEP) i en reaksjon som ikke krever energiinvestering, men genererer en forbindelse med større energipotensial for overføring av fosfatgruppen senere.

5-Endelig katalyserer pyruvatkinase (PYK) overføringen av fosforylgruppen i PEP til et ADP-molekyl, med samtidig produksjon av pyruvat. To ADP-molekyler brukes per glukosemolekyl og 2 ATP-molekyler blir generert. PYK bruker kalium- og magnesiumioner.

Dermed er det totale energiutbyttet av glykolyse 2 molekyler av ATP for hvert molekyl av glukose som kommer inn i banen. Under aerobe forhold innebærer fullstendig nedbrytning av glukose å oppnå mellom 30 og 32 molekyler ATP.

Skjebnen til glykolytiske mellomprodukter

Etter glykolyse gjennomgår pyruvat dekarboksylering, produserer CO2 og donerer acetylgruppen til acetylkoenzym A, som også oksyderes til CO2 i Krebs-syklusen.

Elektroner som frigjøres under denne oksidasjonen fraktes til oksygen gjennom mitokondrielle respirasjonskjedereaksjoner, noe som til slutt driver ATP-syntese i denne organellen.

Under aerob glykolyse blir det overskytende produserte pyruvat behandlet av enzymet laktatdehydrogenase, som danner laktat og regenererer en del av de NAD + -forbrukte trinnene opp i glykolyse, men uten dannelse av nye ATP-molekyler.

Laktatdehydrogenasemekanisme (Kilde: Jazzlw via Wikimedia Commons)

I tillegg kan pyruvat brukes i anabole prosesser som fører til dannelse av aminosyren alanin, for eksempel, eller det kan også fungere som et skjelett for syntesen av fettsyrer.

I likhet med pyruvat, sluttproduktet av glykolyse, tjener mange av reaksjonsmellomproduktene andre funksjoner i kataboliske eller anabole veier som er viktige for cellen.

Slik er tilfellet med glukose-6-fosfat og pentosefosfatveien, hvor ribose-mellomproduktene som er tilstede i nukleinsyrer oppnås.

referanser

1. Akram, M. (2013). Mini-anmeldelse av glykolyse og kreft. J. Canc. Educ., 28, 454–457.
2. Esen, E., & Long, F. (2014). Aerob glykolyse i osteoblaster. Curr Osteoporos Rep, 12, 433–438.
3. Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Biogenese, vedlikehold og dynamikk av glykosomer i trypanosomatidparasitter. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863 (5), 1038–1048.
4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aerob glykolyse: utenfor spredning. Frontiers in Immunology, 6, 1–5.
5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hypotese: strukturer, evolusjon og stamfar til glukosekinaser i heksokinasefamilien. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
6. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger prinsipper for biokjemi. Omega Editions (5. utg.).