הגליקוליזה אנאירובי או אנאירובי הוא מסלול קטבולי שמוצג סוגים רבים של תאים לגבי ההתדרדרות של הגלוקוז בהיעדר חמצן. במילים אחרות, גלוקוזה אינה מתחמצנת לחלוטין לפחמן דו חמצני ומים, כמו שקורה בגלייקוליזה אירובית, אלא נוצרים מוצרי תסיסה.
זה נקרא גליקוליזה אנאירובית שכן הוא מתרחש ללא נוכחות של חמצן, אשר במקרים אחרים מתפקד כקולט האלקטרונים הסופי בשרשרת ההובלה המיטוכונדרית, בה מופקים כמויות גדולות של אנרגיה מעיבוד מוצרים גליקוליטיים.
גליקוליזה (מקור: RegisFrey באמצעות Wikimedia Commons)
בהתאם לאורגניזם, מצב של אנאירוביוזה או חוסר חמצן יביא לייצור חומצה לקטית (תאי שריר, למשל) או אתנול (שמרים), מהפירוב שנוצר כתוצאה מהקטבוליזם של הגלוקוז.
כתוצאה מכך, תפוקת האנרגיה יורדת באופן דרמטי, מכיוון שמייצרים רק שתי שומות של ATP לכל שומה של גלוקוז שמעובד, לעומת 8 שומות שניתן להשיג במהלך גליקוליזה אירובית (רק בשלב הגליקוליטי).
ההבדל במספר מולקולות ה- ATP קשור לחמצון מחדש של NADH, שאינו מייצר ATP נוסף, בניגוד למה שקורה בגיריקוליזה אירובית, בה מתקבלות 3 מולקולות ATP עבור כל NADH.
תגובות
גליקוליזה אנאירובית אינה שונה כלל מגליקוליזה אירובית, מכיוון שהמונח "אנאירובי" מתייחס יותר למה שקורה לאחר המסלול הגליקוליטי, כלומר לגורל מוצרי התגובה והביניים.
כך, עשרה אנזימים שונים מעורבים בתגובות גליקוליזה אנאירוביות, כלומר:
1-הקסוקינאז (HK): משתמש במולקולת ATP אחת לכל מולקולת גלוקוז. הוא מייצר גלוקוז 6-פוספט (G6P) ו- ADP. התגובה בלתי הפיכה ודורשת יוני מגנזיום.
איזומראז 2-פוספוגלוקוזה (PGI): איזומרז G6P לפרוקטוז 6-פוספט (F6P).
3-Phosfofructokinase (PFK): זרחן F6P לפרוקטוז 1,6-ביספוספט (F1,6-BP) באמצעות מולקולת ATP אחת לכל F6P, גם תגובה זו היא בלתי הפיכה.
4-אלדולאז: סותק את מולקולת F1,6-BP ומייצר glyceraldehyde 3-phosphate (GAP) ו dihydroxyacetone phosphate (DHAP).
איזומראז פוספט 5-טריוז (TIM): משתתף בהמרה בין DHAP ו- GAP.
6-גליצראלדהיד 3-פוספט dehydrogenase (GAPDH): משתמש בשתי מולקולות של NAD + ו- 2 מולקולות של פוספט אורגני (Pi) כדי זרחן GAP, מניב 1,3-ביספוספוגליצרט (1,3-BPG) ו- 2 NADH.
7-פוספוגליצרט קינאז (PGK): מייצר שתי מולקולות ATP על ידי זרחן ברמת המצע של שתי מולקולות ADP. הוא משמש כתורם של קבוצת פוספטים בכל מולקולת 1,3-BPG. מייצר 2 מולקולות של 3-phosphoglycerate (3PG).
מוטאז 8-פוספוגליצרט (PGM): מארגן מחדש את מולקולת ה- 3PG לייצור ביניים עם אנרגיה גבוהה יותר, 2PG.
9-אנולאז: מ- 2PG הוא מייצר פוספינולפירובט (PEP) על ידי התייבשות של הראשונה.
10-Pyruvate kinase (PYK): פוספינולפירובט משמש לאנזים זה ליצירת פירובט. התגובה כוללת העברה של קבוצת הפוספטים במצב 2 מפוספואנולפירובאט למולקולה של ADP. 2 פירובטים ו- 2 ATP מיוצרים לכל גלוקוז.
מסלולי תסיסה
תסיסה היא המונח שמשמש לציון שגלוקוזה או חומרים תזונתיים אחרים מושברים בהיעדר חמצן, על מנת להשיג אנרגיה.
בהיעדר חמצן, לשרשרת הובלת האלקטרונים אין מקבל סופי ולכן לא מתרחשת זרחן חמצוני, שמניב כמויות אנרגיה גדולות בצורה של ATP. NADH אינו מחוסן מחדש על ידי התוואי המיטוכונדרי אלא על ידי דרכים אלטרנטיביות שאינן מייצרות ATP.
ללא מספיק NAD +, המסלול הגליקוליטי נפסק, מכיוון שהעברת הפוספט ל- GAP דורשת הפחתה במקביל של קופקטור זה.
בחלק מהתאים יש מנגנונים חלופיים להתמודדות עם תקופות של אנאירוביוזיס, ומנגנונים אלה בדרך כלל כוללים תסיסה כלשהי. לעומת זאת, תאים אחרים תלויים כמעט אך ורק בתהליכי תסיסה לצורך קיומם.
תוצרי מסלולי התסיסה של אורגניזמים רבים רלוונטיים כלכלית לאדם; דוגמאות לכך הן ייצור אתנול על ידי כמה שמרים אנאירוביים ויצירת חומצה לקטית על ידי החיידקים הלקטיים המשמשים לייצור יוגורט.
ייצור חומצות חלב
סוגים רבים של תאים בהיעדר חמצן מייצרים חומצה לקטית בזכות התגובה המנותזת על ידי קומפלקס דה-הידרוגנז הלקטט, המשתמש בפחמימות של פירובאט וב- NADH המיוצר בתגובת ה- GAPDH.
תסיסה לקטית (מקור: Sjantoni באמצעות Wikimedia Commons)
ייצור אתנול
פירובטה מומרת לאצטלדהיד ו- CO2 על ידי פירובאט דקרבוקסילאז. לאחר מכן משתמשים באצטאלדהיד על ידי אלכוהול דה-הידרוגנז, שמפחית אותו, מייצר אתנול ומחדש מולקולה אחת של NAD + עבור כל מולקולה של פירובט שנכנסת בדרך זו.
תסיסה אלכוהולית (מקור: Arobson1 דרך Wikimedia Commons)
תסיסה אירובית
לגליקוליזה אנאירובית יש המאפיין העיקרי שלה את העובדה שהתוצרים הסופיים אינם תואמים CO 2 ומים, כמו במקרה של גליקוליזה אירובית. במקום זאת, נוצרים מוצרים טיפוסיים של תגובות תסיסה.
כמה מחברים תיארו תהליך של "תסיסה אירובית" או גליקוליזה אירובית של גלוקוז עבור אורגניזמים מסוימים, ביניהם בולטים טפילים ממשפחת Trypanosomatidae ותאי גידול סרטניים רבים.
באורגניזמים אלה הוכח כי אפילו בנוכחות חמצן, תוצרי המסלול הגליקוליטי תואמים תוצרים של מסלולי תסיסה, וזו הסיבה שחושבים שחמצון "חלקי" של הגלוקוז מתרחש, מכיוון שלא כל האנרגיה מופקת אפשרי של הפחמימות שלה.
למרות ש"תסיסה אירובית "של הגלוקוז אינה מרמזת על היעדר מוחלט של פעילות נשימה, מכיוון שלא מדובר בתהליך של הכל או כלום. עם זאת, הספרות מצביעה על הפרשתם של מוצרים כמו פירובט, לקטט, סוקינאט, מלט וחומצות אורגניות אחרות.
גליקוליזה וסרטן
תאים סרטניים רבים מראים עלייה בספיגת הגלוקוז והזרימה הגליקוליטית.
גידולים בחולי סרטן גדלים במהירות, ולכן כלי הדם הם היפוקסיים. לפיכך, תוסף האנרגיה של תאים אלה תלוי בעיקר בגליקוליזה אנאירובית.
עם זאת, תופעה זו נעזרת בגורם שעתוק המושרה על ידי היפוקסיה (HIF), המגביר את הביטוי של אנזימים גליקוליטיים ומובילי גלוקוזה בקרום באמצעות מנגנונים מורכבים.
הפניות
- Akram, M. (2013). סקירה מיני בנושא גליקוליזה וסרטן. ג. Canc. השכלה, 28, 454-457.
- Bustamante, E., & Pedersen, P. (1977). גליקוליזה אירובית גבוהה של תאי הפטומה חולדה בתרבות: תפקיד הקסוקינאז מיטוכונדריאלי. פרוק. נטל. אקד. מדע, 74 (9), 3735–3739.
- Cazzulo, JJ (1992). תסיסה אירובית של גלוקוז על ידי טריפנוסומטידים. כתב העת FASEB, 6, 3153–3161.
- Jones, W., & Bianchi, K. (2015). גליקוליזה אירובית: מעבר להתפשטות. גבולות באימונולוגיה, 6, 1-5.
- Li, X., Gu, J., & Zhou, Q. (2015). סקירה של גליקוליזה אירובית ואנזימי המפתח שלה - יעדים חדשים לטיפול בסרטן ריאות. סרטן Thoracic, 6, 17–24.
- מאריס, AJA ואן, אבוט, Æ. DA, Bellissimi, Æ. א., ברינק, ג'. ואן דן, קיופר, איי. מ., לוטיק, איי. MAH, Pronk, JT (2006). תסיסה אלכוהולית של מקורות פחמן בהידרוליזה ביומסה על ידי Saccharomyces cerevisiae: מצב נוכחי. אנטוני ואן ליוונהוק, 90, 391–418.
- נלסון, DL ו- Cox, MM (2009). עקרונות לינגינגר של ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית).