Гликолиза

Во метаболизмот, гликолизата е биохемиски пат со кој започнуваат процесите на ферментација и клеточно дишење. Всушност, гликолизата е процес при кој гликозата и фруктозата (кои имаат 6 С-атоми) се делат на две молекули со по 3 С-атоми познати како пирогроздова киселина (пируват). Со овој процес се добива енергија во форма на високоенергетското соединение АТР. Гликолизата е веројатно најстариот познат начин на производство на АТР. Постојат докази дека овој биохемиски пат постоел и пред појавата на кислородот во Земјината атмосфера и органелите во клетките. На ова укажуваат неколку факти:

• За одвивање на гликолизата не е потребен кислород. Таа е прва етапа во различните аеробни и анаеробни реакции за добивање на енергија
• Гликолизата се одвива во цитоплазмата на клетките, а не во некоја специјализирана органела
• Гликолизата е единствен метаболички (биохемиски) пат најден кај сите живи организми.

Гликоза

G6P

F6P

F1,6BP

GADP

DHAP

1,3BPG

3PG

2PG

PEP

Пируват

HK

PGI

PFK

ALDO

TPI

GAPDH

PGK

PGM

ENO

PK

Гликолиза

При метаболичкиот пат на гликолиза, гликозата се претвора во пируват преку серија на интермедиерни метаболити.    Секоја хемиска модификација се врши под дејство на различен ензим.    Чекорите 1 и 3 се одвиваат со потрошувачка на ATP, а во    чекорите 7 и 10 се создава ATP. Бидејќи чекорите 6–10 двапати се повторуваат на една молекула гликоза, тоа доведува до нето продукција на ATP.

Краток преглед на гликолизата

Почетните и крајните учесници во гликолизата се:

D-Гликоза				Пируват
	2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi		2		2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

Сите производи имаат витални клеточни употреби:

• АТР е енергетски извор за многу клеточни функции.
• NADH + H⁺ дава редуцирачка моќ за други метаболички патишта или за понатамошна синтеза на АТР.
• Пируватот се користи во Кребсовиот циклус при аеробното дишење за производство на повеќе АТР или се претвора во други мали јаглеродни молекули при анаеробното дишење.

Реакции на гликолизата

Фаза на енергетско инвестирање

Реакциите на гликолитичкиот метаболички пат се одвиваат во цитозолот на клетките. Гликозата влегува во гликолитичкиот пат претворена во гликоза-6-фосфат. Почетокот на процесот добива енергија од цепењето на две ~Р врски од АТР. Гликолизата се одвива во неколку етапи, односно фази:

d-Гликоза (Glc) Хексокиназа гликокиназа (HK) трансфераза α-d-Гликоза-6-фосфат (G6P)   ATP H+ + ADP

Хексокиназната реакција се состои од нуклеофилен напад на С6 хидроксилниот кислород на гликозата врз фосфорот од терминалниот фосфат на АТР. АТР се врзува за ензимот како комплекс со Mg⁺⁺.

Позитивно наелектризираниот Mg⁺⁺ стапува во интеракција со негативно наелектризираните фосфатокислородни атоми на АТР, овозможувајќи компензација на полнежите и давајќи поволна конформација на АТР на активниот центар на ензимот.

Реакцијата катализирана од хексокиназата е спонтана во голема мерка. Фосфоанхидридната врска на АТР (~Р) се цепи. Фосфатниот естер (гликоза-6-фосфат) има помал степен на хидролиза.

Гликозата која се сврзува за хексокиназата стабилизира конформација во која:

• С6 хидроксилот на врзаната гликоза е близу до терминалниот фосфат на АТР, со што ја овозможува катализата.
• Молекулата на водата не навлегува во активниот центар на ензимот. Ова го спречува ензимот да ја катализира хидролизата на АТР, а овозможува трансфер на фосфат до гликозата.

α-d-Гликоза 6-фосфат (G6P) Фосфогликоизомераза (PGI) изомераза β-d-Фруктоза 6-фосфат (F6P)

Фосфогликозо изомеразниот механизам вклучува киселинско-базна катализа, со отворање на прстените, потоа изомеризација преку енедиолатен меѓупроизвод, а потоа затворање на прстенот.

β-d-Фруктоза 6-фосфат (F6P) Фосфофруктокиназа (PFK-1) трансфераза β-d-Фруктоза 1,6-бисфосфат (F1,6BP)   ATP H+ + ADP

Оваа високо спонтана реакција има механизам сличен со оној на хексокиназата. Фосфофруктокиназната реакција е ограничувачка етапа за степенот на гликолиза. Овој ензим е високо регулиран.

β-d-Фруктоза 1,6-бисфосфат (F1,6BP) Фруктоза-бисфосфат алдолаза (ALDO) лиаза d-Глицералдехид 3-фосфат (GADP) Дихидроксиацетон фосфат (DHAP) +

Алдолазната реакција се состои од делење на алдол, обратен процес од алдолна кондензација. Тука јаглеродните атоми добиваат нови бројни вредности во реакционите производи.

Остатокот од лизин на активниот центар на алдолазата делува при катализата. Кето-групата на фруктоза-1,6-бисфосфатот реагира со е-аминогрупата на лизинот и образува протониран меѓупроизвод - Шифова база. Потоа следи делење на врските помеѓу С3 и С4.

Дихидроксиацетон фосфат (DHAP) Триозафосфат изомераза (TPI) изомераза d-Глицералдехид 3-фосфат (GADP)

Гликолизата продолжува од глицералдехид-3-фосфат. Константата на рамнотежа (Keq) за ТФИ реакцијата е во полза на дихидроксиацетон фосфат, но отстранувањето на глицералдехид-3-фосфатот од последователната спонтана реакција овозможува промена на истата.

Претворањето кетоза/алдоза на TФИ вклучува киселинско-базна катализа, и се претпоставува дека продолжува низ енедиолен меѓупроизвод, како во случајот со фосфогликозо изомеразата. Се мисли дека остатоците од Glu и His на активните центри на ензимот донираат протони за време на катализата.

2-фосфогликолатот е пример на преоден аналог кој се врзува за активниот центар на триоза фосфат изомеразата. Овој инхибитор на катализата со ТФИ е сличен во структурата со предложениот енедиолатен меѓупроизвод.

Фаза на енергетско генерирање

Глицералдехид 3-фосфат (GADP) Глицералдехид фосфат дехидрогеназа (GAPDH) оксидоредуктаза d-1,3-Бисфосфоглицерат (1,3BPG)   NAD+ + Pi NADH + H+

Егзергонската оксидација на алдехидот глицералдехид-3-фосфат во карбоксилна киселина доведува до формација на ацил фосфат, високоенергетска врска (~Р) во 1,3-бисфосфоглицерат. Ова е единствениот чекор во гликолизата во кој NAD⁺ се редуцира до NADH.

Цистеински тиол на активниот центар на глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа има улога во катализата.

Глицералдехид-3-фосфатот реагира со цистеинскиот тиол и формира тиохемиацетален меѓупроизвод. Оксидацијата до карбоксилна киселина (во високоенергетски тиоестер) се случува, и NAD⁺ се редуцира до NADH.

Високоенергетскиот ацилен тиоестер е нападнат од P_i и дава ацил фосфатен (~Р) производ.

За потсетување, NAD⁺ прифаќа 2 e^- и еден H⁺ (хидрид) кога се редуцира.

1,3-Бисфосфоглицерат (1,3BPG) Фосфоглицерат киназа (PGK) трансфераза 3-Фосфоглицерат (3PG)   ADP ATP         Фосфоглицерат киназа (PGK)

Овој трансфер на фосфат до ADP, од карбоксилната група на 1,3-бисфосфоглицерат, е повратен бидејќи една ~Р врска се цепи, а друга се синтетизира. Ензинот подлежи на конформациона промена слична на онаа на хексокиназата.

3-Фосфоглицерат (3PG) Фосфоглицерат мутаза (PGM) мутаза 2-Фосфоглицерат (2PG)

Фосфатот се преместува од хидроксилот на С3 од 3-фосфоглицератот на хидроксилот позициониран на С2.

Хистидинот од активниот центар на ензимот учествува во фосфатниот трансфер со донирање и прифаќање на фосфатот. Процесот го вклучува 2,3-бисфосфат како меѓупроизвод.

2-Фосфоглицерат (2PG) Енолаза (ENO) a lyase Фосфоенолпируват (PEP)   H2O       Енолаза (ENO)

Оваа дехидратациска реакција е зависна од Mg⁺⁺. Два Mg⁺⁺ јона стапуваат во интеракција со кислородните атоми на карбоксилната група на активниот центар. Овие јони помагаат да се стабилизира енолатниот анјонски меѓупроизвод кој се формира кога лизинската аминогрупа зема протон од С2.

Фосфоенолпируват (PEP) Пируват киназа (PK) трансфераза Пируват (Pyr)   ADP + H+ ATP

Овој трансфер на фосфат од ФЕП до ADP е спонтан. ФЕП има поголем степен на фосфатна хидролиза отколку АТР.