Den aeroba glykolysen eller aeroben som definieras som användning av överskott av glukos bearbetas inte genom oxidativ fosforylering till bildning av produkter "fermenterande", även under förhållanden med höga syrekoncentrationer och trots minskningen i energieffektivitet.
Det förekommer ofta i vävnader med höga proliferativa hastigheter, vars konsumtion av glukos och syre är hög. Exempel på detta är cancertumörceller, vissa parasitceller i blodet hos däggdjur och till och med celler i vissa områden i hjärnan hos däggdjur.
Glykolytisk väg (källa:] via Wikimedia Commons)
Energin som utvinns genom katabolismen av glukos bevaras i form av ATP och NADH, som används nedströms i olika metaboliska vägar.
Under aerob glykolys riktas pyruvat mot Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan, men den behandlas också genom fermenteringsvägen för regenerering av NAD + utan ytterligare produktion av ATP, som slutar med bildandet av laktat.
Aerob eller anaerob glykolys förekommer främst i cytosolen, med undantag av organismer såsom trypanosomatider, som har specialiserade glykolytiska organeller kända som glykosomer.
Glykolys är en av de mest kända metabola vägarna. Det formulerades fullständigt på 1930-talet av Gustav Embden och Otto Meyerhof, som studerade vägen i skelettmuskelceller. Men aerob glykolys har varit känd som Warburg-effekten sedan 1924.
reaktioner
Den aeroba katabolismen av glukos sker i tio enzymatiskt katalyserade steg. Många författare anser att dessa steg är indelade i en fas av energiinvestering, som syftar till att öka innehållet i fri energi i mellanhänderna, och en annan av ersättning och energivinst i form av ATP.
Energiinvesteringsfas
1-fosforylering av glukos till glukos 6-fosfat katalyserat med hexokinas (HK). I denna reaktion inverteras en molekyl ATP för varje glukosmolekyl, som fungerar som en fosfatgruppgivare. Det ger glukos 6-fosfat (G6P) och ADP, och reaktionen är irreversibel.
Enzymet kräver nödvändigtvis bildandet av en komplett Mg-ATP2- för dess drift, varför det kräver magnesiumjoner.
2-isomerisering av G6P till fruktos 6-fosfat (F6P). Det innebär inte energiförbrukning och är en reversibel reaktion katalyserad av fosfoglukosisomeras (PGI).
3-fosforylering av F6P till fruktos 1,6-bisfosfat katalyserat av fosfofruktokinas-1 (PFK-1). En molekyl av ATP används som fosfatgruppgivare och reaktionsprodukterna är F1,6-BP och ADP. Tack vare dess värde på ,G är denna reaktion oåterkallelig (precis som reaktion 1).
4-katalytisk klyvning av F1,6-BP i dihydroxiacetonfosfat (DHAP), en ketos och glyceraldehyd 3-fosfat (GAP), en aldos. Enzymet aldolas ansvarar för denna reversibla aldolkondensation.
5-Triose fosfatisomeras (TIM) ansvarar för omvandlingen av triosfosfat: DHAP och GAP, utan ytterligare energiinmatning.
Energiåtervinningsfas
1-GAP oxideras av glyceraldehyd 3-fosfatdehydrogenas (GAPDH), som katalyserar överföringen av en fosfatgrupp till GAP för att bilda 1,3-bisfosfoglycerat. I denna reaktion reduceras två molekyler av NAD + per glukosmolekyl, och två molekyler av oorganiskt fosfat används.
Varje producerad NADH passerar genom elektrontransportkedjan och 6 ATP-molekyler syntetiseras genom oxidativ fosforylering.
2-fosfoglyceratkinas (PGK) överför en fosforylgrupp från 1,3-bisfosfoglycerat till ADP och bildar två ATP- och två 3-fosfoglyceratmolekyler. Denna process kallas fosforylering på substratnivå.
De två ATP-molekylerna som konsumeras i reaktionerna hos HK och PFK ersätts av PGK vid detta steg i vägen.
3-3PG omvandlas till 2PG med fosfoglyceratmutas (PGM), som katalyserar förskjutningen av fosforylgruppen mellan kol 3 och 2 av glycerat i två reversibla steg. Magnesiumjon krävs också av detta enzym.
4-En dehydratiseringsreaktion katalyserad av enolas omvandlar 2PG till fosfoenolpyruvat (PEP) i en reaktion som inte kräver energiinvestering, men genererar en förening med större energipotential för överföring av fosfatgruppen senare.
5-Slutligen katalyserar pyruvat-kinas (PYK) överföringen av fosforylgruppen i PEP till en ADP-molekyl, med samtidig produktion av pyruvat. Två ADP-molekyler används per glukosmolekyl och 2 ATP-molekyler genereras. PYK använder kalium- och magnesiumjoner.
Således är det totala energiutbytet av glykolys 2 molekyler av ATP för varje molekyl glukos som kommer in i vägen. Under aeroba förhållanden innebär den fullständiga nedbrytningen av glukos att erhålla mellan 30 och 32 molekyler av ATP.
Öde av glykolytiska mellanprodukter
Efter glykolys genomgår pyruvat dekarboxylering, producerar CO2 och donerar acetylgruppen till acetylkoenzym A, som också oxideras till CO2 i Krebs-cykeln.
Elektroner som frigörs under denna oxidation transporteras till syre genom mitokondriella andningskedjereaktioner, vilket i slutändan driver ATP-syntes i denna organell.
Under aerob glykolys bearbetas överskottet av producerat pyruvat med enzymet laktatdehydrogenas, som bildar laktat och regenererar en del av de NAD + konsumerade steg upp i glykolys, men utan bildning av nya ATP-molekyler.
Laktatdehydrogenasmekanism (Källa: Jazzlw via Wikimedia Commons)
Dessutom kan pyruvat användas i anabola processer som leder till bildning av aminosyran alanin, till exempel, eller det kan också fungera som ett skelett för syntesen av fettsyror.
Liksom pyruvat, slutprodukten av glykolys, tjänar många av reaktionsintermediärerna andra funktioner i kataboliska eller anabola vägar som är viktiga för cellen.
Sådant är fallet med glukos-6-fosfat och pentosfosfatvägen, där ribos-mellanprodukterna som finns i nukleinsyror erhålls.
referenser
- Akram, M. (2013). Miniogranskning av glykolys och cancer. J. Canc. Educ., 28, 454–457.
- Esen, E., & Long, F. (2014). Aerob glykolys i osteoblaster. Curr Osteoporos Rep, 12, 433–438.
- Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Biogenes, underhåll och dynamik av glykosomer i trypanosomatidparasiter. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863 (5), 1038–1048.
- Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aerob glykolys: bortom proliferation. Frontiers in Immunology, 6, 1–5.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hypotes: strukturer, evolution och förfader till glukoskinaser i hexokinasfamiljen. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger principer för biokemi. Omega Editions (5: e upplagan).