הגליקוליזה האירובית או האירובית המוגדרת כשימוש גלוקוז עודף איננו מעובד על ידי זרחון חמצונים להיווצרות של מוצרים "תסיסה", אפילו בתנאים של ריכוזי חמצן גבוהים ולמרות ירידת היעילות אנרגטית.
זה מופיע לרוב ברקמות עם שיעורי ריבוי גבוהים, שצריכת הגלוקוז והחמצן שלהם גבוהה. דוגמאות לכך הן תאי גידול סרטניים, חלקם תאים טפיליים בדם של יונקים ואפילו תאים באזורים מסוימים במוחם של יונקים.
מסלול גליקוליטי (מקור:] באמצעות Wikimedia Commons)
האנרגיה המופקת על ידי קטבוליזם של גלוקוז נשמרת בצורה של ATP ו- NADH, המשמשים במורד הזרם במסלולי חילוף חומרים שונים.
במהלך גליקוליזה אירובית, פירובאט מופנה אל מחזור קרבס ושרשרת הובלת האלקטרונים, אך הוא מעובד גם דרך מסלול התסיסה להתחדשות NAD + ללא ייצור נוסף של ATP, שמסתיים ביצירת לקטט.
גליקוליזה אירובית או אנאירובית מתרחשת בעיקר בציטוזול, למעט אורגניזמים כמו טריפנוזומטים, שיש להם אברונים גליקוליטיים מיוחדים המכונים גליקוזומים.
גליקוליזה היא אחד המסלולים המטבוליים הידועים ביותר. זה גובש לחלוטין בשנות השלושים על ידי גוסטב אמדן ואוטו מאיירוף, שחקרו את המסלול בתאי שרירי השלד. עם זאת, גליקוליזה אירובית ידועה כאפקט ורבורג מאז שנת 1924.
תגובות
הקטבוליזם האירובי של הגלוקוז מתרחש בעשרה צעדים מנותזים אנזימטיים. מחברים רבים רואים כי צעדים אלה מחולקים לשלב של השקעה באנרגיה, שמטרתה להגדיל את תוכן האנרגיה החופשית במתווכים, ואחרת להחלפה ולרווח האנרגיה בצורה של ATP.
שלב השקעות אנרגיה
1-זרחן של גלוקוז לגלוקוז 6-פוספט מנותז על ידי הקסוקינאז (HK). בתגובה זו, הופכת מולקולה אחת של ATP לכל מולקולת גלוקוז, הפועלת כתורמת של קבוצת פוספטים. זה מניב גלוקוז 6-פוספט (G6P) ו- ADP, והתגובה בלתי הפיכה.
האנזים דורש בהכרח היווצרות Mg-ATP2- להפעלה, וזו הסיבה שהוא זקוק ליוני מגנזיום.
2-איזומריזציה של G6P לפרוקטוז 6-פוספט (F6P). זה אינו כרוך בהוצאת אנרגיה והוא תגובה הפיכה המוזזמת על ידי איזומרז פוספוגלוקוזה (PGI).
3-פוספורילציה של F6P לפרוקטוז 1,6-ביספוספט המוזז על ידי פוסופרופוקטוקינאז -1 (PFK-1). מולקולה של ATP משמשת כתורמת קבוצת הפוספט ותוצרי התגובה הם F1,6-BP ו- ADP. בזכות הערך של ∆G, תגובה זו היא בלתי הפיכה (ממש כמו תגובה 1).
פירוט 4-קטליטי של F1,6-BP לפוספט דיהידרוקסיצטון (DHAP), קטוזה וגליצראלדהיד 3-פוספט (GAP), אלדוז. האנזים אלדולאז אחראי לעיבוי אלדול הפיך זה.
איזומראז פוספט 5-טריוס (TIM) אחראי על ההמרה של פוספט טריוס: DHAP ו- GAP, ללא קלט אנרגיה נוסף.
שלב התאוששות אנרגיה
1-GAP מתחמצן על ידי גליצראלדהיד 3-פוספט dehydrogenase (GAPDH), אשר מזרז את העברת קבוצת פוספטים ל- GAP ליצירת 1,3-ביספוספוגליצרט. בתגובה זו, מופחתות שתי מולקולות של NAD + לכל מולקולת גלוקוז, ושתי מולקולות של פוספט אנאורגני משמשות.
כל NADH המיוצר עובר דרך שרשרת הובלת האלקטרונים ו 6 מולקולות ATP מסונתזות על ידי זרחן חמצוני.
2-פוספוגליצרט קינאז (PGK) מעביר קבוצת פוספוריל מקבוצת 1,3-ביספוספוליצריאט ל- ADP, ויוצר שתי מולקולות ATP ושתי מולקולות 3-פוספוגליצרט (3PG). תהליך זה ידוע כזרחן ברמה המצעית.
שתי מולקולות ה- ATP הנצרכות בתגובות של HK ו- PFK מוחלפות על ידי PGK בשלב זה במסלול.
3-3PG מומר ל- 2PG על ידי פוספוגליצרט מוטזה (PGM), אשר מזרז את העקירה של קבוצת הפוספוריל בין פחמן 3 ו -2 של גליצרט בשני שלבים הפיכים. יון המגנזיום נדרש גם על ידי אנזים זה.
תגובת התייבשות 4-A המתועדת על ידי אנולאז ממירה את 2PG לפוספנוולפירובט (PEP) בתגובה שאינה מצריכה השקעה באנרגיה, אך מייצרת תרכובת בעלת פוטנציאל אנרגיה גדול יותר להעברת קבוצת הפוספטים בהמשך.
5 - סוף סוף, פירובט קינאז (PYK) מזרז את העברת קבוצת הפוספוריל ב- PEP למולקולת ADP, תוך ייצור מקביל של פירובאט. שתי מולקולות ADP משמשות לכל מולקולת גלוקוזה ונוצרות 2 מולקולות ATP. PYK משתמש ביוני אשלגן ומגנזיום.
לפיכך, תשואת האנרגיה הכוללת של גליקוליזה היא 2 מולקולות של ATP לכל מולקולת גלוקוזה שנכנסת למסלול. בתנאים אירוביים, השפלה מוחלטת של הגלוקוז כרוכה בהשגת בין 30 ל -32 מולקולות של ATP.
גורל ביניים גליקוליטי
לאחר גליקוליזה, פירובאט עובר דק-בוקסילציה, מייצר CO2 ותורם את קבוצת האצטיל לתרכובת אצטיל קו-אנזים A, המחומצן גם הוא ל- CO2 במחזור קרבס.
אלקטרונים שמשתחררים במהלך חמצון זה מועברים לחמצן באמצעות תגובות שרשרת נשימתית המיטוכונדריה, מה שמניע בסופו של דבר את סינתזת ATP באורגנל זה.
במהלך גליקוליזה אירובית, עודף הפירוואט המיוצר מעובד על ידי האנזים לקטט דה-הידרוגנז, המהווה לקטט ומחדש חלק ממדרגות ה- NAD + הנצרכות במעלה גליקוליזה, אך ללא היווצרות מולקולות ATP חדשות.
מנגנון לקטט דהידרוגנז (מקור: Jazzlw באמצעות ויקימדיה Commons)
בנוסף ניתן להשתמש בפירובט בתהליכים אנבוליים המובילים להיווצרות חומצת האמינו אלנין, למשל, או שהוא יכול לשמש גם כשלד לסינתזה של חומצות שומן.
כמו פירובט, התוצר הסופי של גליקוליזה, רבים מהמתווכים לתגובה משמשים פונקציות אחרות בנתיבים קטבוליים או אנבוליים החשובים לתא.
כזה הוא המקרה של גלוקוז 6-פוספט ומסלול פנטוז פוספט, שם מתקבלים מתווכים ריבוזים המצויים בחומצות גרעין.
הפניות
- Akram, M. (2013). סקירה מיני בנושא גליקוליזה וסרטן. ג. Canc. השכלה, 28, 454-457.
- Esen, E., & Long, F. (2014). גליקוליזה אירובית באוסטאובלסטים. נציג Curr Osteoporos, 12, 433–438.
- Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., and Michels, PAM (2016). ביוגנזה, תחזוקה ודינמיקה של גליקוזומים בטפילים טריפנוסומידים. Biochimica et Biophysica Acta - מחקר מולקולרי תאים, 1863 (5), 1038–1048.
- Jones, W., & Bianchi, K. (2015). גליקוליזה אירובית: מעבר להתפשטות. גבולות באימונולוגיה, 6, 1-5.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). השערה: מבנים, אבולוציה ואב קדמון של גלוקוז קינאזות במשפחת הקסוקינאזיות. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- נלסון, DL ו- Cox, MM (2009). עקרונות לינגינגר של ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית).