Glikoliza

Glikoliza je glavni metabolički put razgradnje glukoze koji se događa u citosolu svih sisavaca, a pretvara glukozu C₆H₁₂O₆u piruvat CH₃COCOO⁻ + H⁺. Slobodna se energija oslobođena u tom procesu koristi za sintezu energijom bogatih spojeva kao što su ATP (adenozin trifosfat) i NADH (reducirani oblik nikotinamid adenin dinukleotida).

Glukoza je najčešće najvažnije metaboličko gorivo, a potrebe se za istom razlikuju među tkivima pa je tako mozak organ s iznimno velikim potrebama za glukozom. Glikoliza se može odvijati areobno i anaerobno ovisno o dostupnosti kisika i lancu za prijenos elektrona. Osim glukoze, glikoliza je glavni metabolički put i fruktoze, galaktoze i drugih ugljikohidrata iz hrane.

Biomedicinsko značenje

α-D-glukoza

U uvjetima nedostataka kisika za metabolizam iznimno je važna mogućnost opskrbe ATP-om iz glikolize za što je najbolji primjer intenzivan rad skeletnih mišića u uvjetima nedostatne opskrbe kisikom. Također, ovo je način pomoću kojeg većina tkiva može preživjeti u epizodama nedostatne opskrbe kisikom. Nasuprot tome, srčani mišić, koji je prilagođen radu u iznimno aerobnim uvjetima, ima relativno nisku glikolitičku aktivnost pa stoga i slabo preživljenje u uvjetima ishemije. Boesti u kojima su enzimi glikolize nedostatni (npr. piruvat-kinaza) nazivaju se hemolitičkim anemijama, a zbog nedostatka glikolitičkih enzima u skeletnim mišićima dolazi do zamora.

U brzo rastućim tumorskim stanicama povećan je metabolizam glukoze pri čemu nastaju velike količine piruvata koji se reducira u laktat i izlučuje iz stanica. Na ovaj način nastaje relativno kiseli okoliš u tumoru što može biti značajno u razvoju terapija. Laktat se zatim iskorištava u jetrima u procesu glukoneogeneze koji je odgovoran za hipermetabolizam uočen u tumorskoj kaheksiji. Laktatna ili mliječna acidoza ima nekoliko uzroka, a jedan je od njih i smanjena aktivnost piruvat-dehidrogenaze.^[1]

Reakcije glikolize

Ukupna jednadžba glikolize glasi:

glukoza + 2 ADP + 2 P_i→ 2 laktat + 2 ATP + 2H₂O odvija se u 10 koraka:

1,3-bisfosfoglicerat

Glukoza-6-fosfat

1. Glukoza ulazi u glikolizu fosoforilacijom pri čemu nastaje glukoza-6-fosfat. Tu reakciju katalizira enzim heksokinaza koja je alosterički inhibirana svojim produktom, glukoza-6-fosfatom. Donor fosfata u reakciji je ATP. Stanice jetre sadrže izoenzim heksokinaze - glukokinazu koja ima visoku vrijednost Michaelisove konstante K_mšto znači da do zasićenja tog enzima dolazi tek pri velikim koncentracijama glukoze. Ona uklanja glukozu iz krvi nakon jela, a u slučaju prekoračenja potrebe za glikolizom, glukoza se koristi za sintezu glikogena i lipogenezu.

3-fosfoglicerat

glukoza + heksokinaza + ATP → ADP + glukoza-6-fosfat _{(heksokinaza je enzim pa sudjeluje samo kao katalizator koji se kemijski ne mijenja)}

2. Glukoza-6-fosfat se prevodi u svoj izomer fruktozu-6-fosfat pomoću enzima fosfoheksoza-izomeraza. Sumarno:

Fruktoza-6-fosfat.

glukoza-6-fosfat + fosfoheksoza-izomeraza → fruktoza-6-fosfat

2-fosfoglicerat

3. Fruktoza-6-fosfat se fosofrilira u fruktozu-1,6-bisfosfat pomoću enzima fosfofruktokinaza gdje je donor fosfata opet ATP. Sumarno:

fruktoza-6-fosfat + fosfofruktokinaza + ATP → ADP + fruktoza-1,6-bisfosfat

PEP

4. Fruktoza-1,6--bisfosfat se cijepa pomoću enzima aldolaze na 2 trioze: gliceraldehid-3-fosfat i dihidroskiaceton-fosfat. Sumarno:

fruktoza-1,6-bisfosfat + aldolaza → gliceraldehid-3-fosfat + dihisdroksiaceton-fosfat

Fruktoza-1,6-bisfosfat.

5. Dihidroskiaceton-fosfat može prijeći u gliceraldehid-3-fosfat pomoću enzima fosfotrioza-izomeraza pa vrijedi:

fruktoza-1,6-bisfosfat + aldolaza + fosfotrioza-izomeraza → 2 gliceraldehid-3-fosfat

Piruvat

6. Gliceraldehid-3-fosfat se dehidrogenira (uklanjanje vodika) pomoću enzima ovisnog o NAD⁺-u koji se naziva gliceraldehid-3-fosfat-dehidrogenaza. Vodik koji se oslobađa prima NAD⁺, a na dehidrogenirani produkt se dodaje anorganski fosfat i konačno nastaje 1,3-bisfosfoglicerat. Sumarno:

a) gliceraldehid-3-fosfat-dehidrogenaza + 2 H^- + 2 NAD⁺→ 2 NADH + 2 H⁺ b) gliceraldehid-3-fosfat-dehidrogenaza + 2 P_i+ 2 gliceraldehid-3-fosfat → 2 1,3-bisfosfoglicerat

Gliceraldehid-3-fosaft.

NADH

7. U idućoj reakciji pomoću enzima fosfoglicerat-kinaze dolazi do prijenosa fosfatne skupine s 1,3-bisfosfoglicerata na ADP pri čemu nastaje ATP što nazivamo fosforilacijom na razini supstrata, a zaostaje 3-fosfoglicerat. Sumarno:

2 1,3-bisfosfoglicerat + fosfoglicerat-kinaza + 2 ADP → 2 ATP + 2 3-fosfoglicerat

8. 3-fosfoglicerat prelazi u svoj izomer 2-fosfoglicerat pomoću enzima fosfoglicerat-muatze. Sumarno:

2 3-fosfoglicerat + fosfoglicerat-mutaza → 2 2-fosfoglicerat

9. Slijedi dehidratacija pomoću enzima enolaza pri čemu iz 2-fosfoglicerata nastaje fosfoenolpiruvat (PEP). Sumarno:

ATP

2 2-fosfoglicerat + enolaza → 2 PEP

10. Enzim piruvat-kinaza prenosi fosfatnu skupinu s fosfoenolpiruvata na ADP pri čemu nastaje ATP, a PEP zaostaje kao enolni oblik priruvata. Sumarno:

2 PEP + 2 ADP → 2 ATP + piruvat

Anaerobno i aerobno

Enolni oblik priuvata spontano prelazi u keto oblik koji se uz NADH reducira do laktata pomoću enzima laktat-dehidrogenaze. Zahvaljujući toj reakciji NADH se može reoksidirati u NAD⁺koji će moći primiti vodik nastao u 6. reakciji pa se glikoliza može nastaviti i u anaerobnim uvjetima.

U aerobnim se uvjetima u mitohondrijima piruvat oksidacijski dekarbokslilira (uklanjanje karboksilne skupine kao CO₂) u acetil-CoA (acetil koenzim A) koji se u ciklusu limunske kiseline oksidira do CO_2,a NADH se u ovom slučaju reoksidira u respiracijskom lancu.^[1]^[2]^[3]

Regulacija glikolize

Promjena slobodne energije kod reakcija glikolize. Kod rekacija 1, 3 i 9 (u članku 10) dolazi do daleko najveće promjene energije te stoga te reakcije smatramo ireverzibilnim jer su daleko od stanja male promjene sl. energije koja bi omogućila laku promjenu smjera reakcije.

Većina je reakcija glikolize reverzibilna, a 3 su reakcije izrazito egzergone te se kao takve u fiziološkim uvjetima smatraju ireverzibilnima. To su reakcije koje kataliziraju heksokinaza, fosfofruktokinaza i priruvat-kinaza (reakcije 1,3 i 10) te su stoga one glavna mjesta regulacije glikolize.

Fosfofruktokinaza je značajno inhibirana pri uobičajenim unutarstaničnim koncentracijama ATP-a. Ta se inhibicija može brzo ukloniti pomoću 5'-AMP-a koji se stvara u početku nakupljanja ADP-a signalizirajući tako potrebu za povećanjem brzine glikolize.
Stanice koje vrše glukoneogenezu (stvaranje ugljikohidrata) imaju 4 enzima koji mogu ireverzibilne reakcije glikolize pretvoriti u reverzibilne. To su: glukoza-6-fosfataza, fruktoza-1,6-bisfosfataza, piruvat-karbokislaza i fosfoenolpiruvat-karboksikinaza.
Fruktoza se razgrađuje tako da se prvo fosfolirira u fruktozu-1-fosfat čime se premošćuje glavni regulacijski korak pa nastaje puno više piruvata, nego što je potrebno za sintezu ATP-a. To u jetrima i masnom tkivu vodio do povećane lipogeneze pa prekomjerno unošenje fruktoze može dovesti do debljine ili čak i masne jetre.^[1]

Literatura

↑ ^a ^b ^c Robert K. Murray, David A. Bender, Kathleen M. Botham, Peter J. Kennelly, Victor W. Rodwell, P. Anthony Weil ''Harperova ilustrirana biokemija'' 28. izdanje, Medicinska naklada, Zagreb 2011., 149.-155.
↑ 10 Steps of Glycolysis Arhivirana inačica izvorne stranice od 15. svibnja 2013. (Wayback Machine) pristupljeno 1. listopada 2014.
↑ Lubert Styer ''Biokemija'' Školska knjiga 2013., Zagreb

[:0-1] Robert K. Murray, David A. Bender, Kathleen M. Botham, Peter J. Kennelly, Victor W. Rodwell, P. Anthony Weil ''Harperova ilustrirana biokemija'' 28. izdanje, Medicinska naklada, Zagreb 2011., 149.-155.

[2] 10 Steps of Glycolysis Arhivirana inačica izvorne stranice od 15. svibnja 2013. (Wayback Machine) pristupljeno 1. listopada 2014.

[3] Lubert Styer ''Biokemija'' Školska knjiga 2013., Zagreb

[1]

[2]

[3]