Glikolīze, Fermentācija

Kapēc glikoze ir lieliska 'degviela'?

1. jo oksidēšanās laikā (glikolīzē) atbrīvojas daudz enerģijas (mazāk kā taukiem, bet patērē mazāk skābekļa)

2. to var efektīvi uzglabāt polimēru formā

3. daudzi organismi sasniedz nepieciešamo enerģiju tikai ar glikozi

kapēc pastaiga ir efektīvāka tauku dedzināšanai kā intensīvs treniņš?

Jo tauku dedzināšanai ir nepieciešams liels skābekļa daudzums, ko vairāk var nodrošināt mierīgas (ilgstošas) pastaigas laikā

4 galvenie glikozes metabolisie ceļi

1. GLikozes oksidācija glikolīzē: piruvāts

2. Glikozes oksidācija pentožu fosāta ceļā: Ribozes-5 fosfāts (cukurs rns sastāvā)

3. Glikozes uzkrāšana: Glikogēns, ciete saharāze

4. Strukturālo polimēru sintēze: ECM un šūnu membrānas polisaharīdi

Kas ir glikolīze

Enzīmu katalizēts process (10 reakcijas), kurā glikoze tiek pārvērsta piruvātā (nedisociētā formā - pirovīnogskābē)

kur tiek izmantota glikolīzes laikā atbrīvotā enerģija

ATF un NADH+H+ sintēzei

Glikolīzes norises vieta

jebkurā cilvēka šūnā (īpaši daudz smadzenēs un muskuļos)

specifiski: citosols

Kādi pamatposmi ir glikolīzei

1. Sagatavošanās posms (preparatory)

2. Enerģijas sintēzes posms (payoff)

Glikolīzes sagatavošanās posms

(5 reakcijas). tajā notiek 2kārša fosforalizācija (1 un 3 reakcijā)

rezultātā rodas 2 fosforilētas molekulas ar 3C

Glikoze--> gliceraldehīda-3-fosfāts

6 okglekļu fosforalizēta cukura šķelšana 2 3oglekļa fosforalizētos cukuros

Glikolīzes enerģijas sintēzes posms

5 reakcijas

viena- oksidēšanas- fosforalizēšanas reakcija

divas substrāta līmeņa fosforalizēšanas, kā rezultātā rodas atf

Fosforalizēto starpproduktu nozīme

šūnas membrānās nav transportieru kas spētu fosforalizētās monosaharīdu molekulas izvest no šūnas. (glikoze ieslodzīta šūnā, tas nodrošina energy nodrošināšanu konkrētajai šūnai)

Enzimātiskās reakcijas veidojošās saites ar fosforilgrupām nodrošina metaboliskās enerģijas saistīšanu

Fosforilētie produkti saistās vieglāk ar enzīmiem: Saistīšanās enerģija (P + EAC) samazina aktivitātes enerģiju un palielina specifiskumu

1. Glikolīzes solis

Gikoze--> GLikozes-6-fosfāts

Neatgriezeniska reakcija, ātrumu ierobežojoša.

Heksokināze ar (Mg nomāc negatīfo fosforgrupas lādiņu ATP)

Nukleofīlais skābeklis uzbrūk ATP un rezultātā piesaista fosforalizē 6 glikozes atomu

+ Līdz ko fosfātgrupa piesaistās glikoze nespēj izkļūt no šūnas. Glikozes6fosāts ir negatīvi atgriezeniska saite un var inhibēt heksokināzi ja Cm par augstu.

ATF lādiņš

4-

Kas notiek ar Heksokināzi kad pievienojas glikoze

tad kad piesaistās glikoze+ ATP + Mg, tad notiek konformācijas izmaiņas enzīma aktīvajā centrā.

Glikozes molekula tiek ieskauta, kas to satuvina ar ATP un pasargā no H2O

1. Glikolīzes soļa pamatojums

iesloga glikozi šūnā

samazina iekššūnas nefosforilētās glikozes cm, nodrošinot tālāku glikozes uzņemšanu šūnā.

PATĒRĒ ATP

vai pirmais glikolīzes solis patērē atp?

jā

Heksokināzes izoformas organismā

Heksokināze 1, 2, 3, 4 (glikokināze)

Glikokināze ir atrodama aknās, tai ir daudzreiz zemāka afinitāte pret glikozi= nepieciešams liels daudzums

rezultātā pēc maltītes efektīvāk varam uzkrāt glikogēnu

2. Glikolīzes solis

Fosfoheksozes izomerizācija

atvieglo nākamo soļu veikšanu (vajag mazāk energy)

Nepieciešams Mg

Enzīms- Fosfoheksozes izomeāze

Fruktozes C1 fosforalizēšana ar FFK ir vieglāka

var veikt simetrisku šķelšanu ar aldolāzi

Glikozes-6-fosfāts--> Fruktozes-6- fosfāts

balstās uz skābju bāzu katalīzi

3. glikolīzes solis

Fruktozes-6-fosfāta fosforalizēšana

Fruktozes 6-fosfāts--> Fruktozes 1, 6 bifosfāts

enzīms: (FFK-1) transferāze, Mg

Neatgriezeniska reakcija

Fruktozes 6 fosfāts ir apsteidzoša regulācija (palielinoties koncentrācijai, palielināsies arī enzīma ativitācija)

IZMANTO ATP.

2 Regulatorais solis glikolīzē, kā arī 1 saistošais solis, KĀ ARĪ ātrumu ierobežojošais solis (produkti var inhibēt FFK1)

aktivatori: AMF, ADF, Ribulozes 5 fosf- netieši

ALLOSTĒRISKĀ REGULĀCIJA

kurš solis ir 2 regulatorais solis glikolīzē

3. solis

kurš solis ir 1 sastošais solis glikolīzē

3. solis

Kas ir saistošais solis

solis kas nodrošina konkrētas molekulas virzību tikai konkrētajā metabolajā ceļā

Kuras molekulas inhibē/aktivē FFK1 darbību 3. solī glikolīzē

AMF, ADF, Ribulozes 5- fosfāts netieši

tā kā 3 soliis ir ātrumu ierobežojošais, jo šie produkti spēj to inhibēt.

aktivatori- AMF (liecina par to ka maz enerģijas šūnā)

Ribulozes 5- fosfāts- konkurējoš alternatīvas veids kā oksidēt glikozi,.

Inhibitori: ATF, FEP, Citrāts

norāda ka šūnā ir lielas enerģijas rezerves, unnav nepieciešams šķelt glikozi

3. glikolīzes soļa pamatojums

glikozes tālāka aktivācija; nodrošina 1 fosfātu grupu katram 3C veidotajam cukuram pēc glikolīzes 4. soļa

4. glikolīzes solis

F-1, 6, bF šķelšana

Fruktozes 1, 6 bifosfāts <==> dihidroksiacetonfosfāts+ gliceraldehīda 3- fosfāts

Pamatojums- 6 c cukurs sašķelts par diviem 3 C cukuriem

enzīms- aldelāze

dihidroksiacetonfosfāts var tikt izmantots glicerīna sintēzei

gliceraldehīda 3- fosfāta koncentrācija ir zema lai līdzsvars novirzīts uz labo pusi

TERMODINAMISKI NEIZDEVĪGA / ATGRIEZENISKA

difosfāts

fosfora grupas ir saistītas savā starpā

bifosfāts

molekula ar 2 fosfora grupām kas nav saistītas savā starpā

5. Glikolīzes solis

Triozes fosfāta izomerizācija

dihidroksiacetonfosfāts--> gliceraldehīda3- fosfāts

Enzīms- triozes fosfāta izomerāze

Termodinamiski neizdevīga un atgriezeniska

produkta koncentrācija ir zema lai līdzsvars uz labo pusi

Sagatavošanās posmā kas un cik daudz jāiegulda?

2 ATP

kapēc enerģijas sintēzes posms notiek dubulti

jo no 1 gilkozes molekulas ieguvām 2 gliceraldehīd-3- fosfātus, katram no tiem ir reakcijas

6. solis glikolīzē

GA3F oksidācija

reakcija kurā enerģiju veidojam NADH+H+ formā

Enzīms: Gliceraldehīda3-fosfāta dehidrogenāze (oxred klase)

oksidējot GA3F tiek pievienots 1 neorganisks fosfāts = 1,3-bifosfoglicerāts, ar 2 fosfora grupām

acilfosfāts- saite kuras hidrolīze atbrīvo daudz enerģiju

6. solis un smagie metāli

jutīga uz smagajiem metāliem, jo centrā cisteīns- var sastīties ar sānu ķēdēm tiolu un inhibēt enzimu

NADH+H+ daudzums

ierobežotā daudzumā, tādēļ ir nepieciešama reoksidācija.

nikotinīna adenīna dinukleotīds

6. soļa pamatojums

augstas enerģijas fosfātu savienojuma veidošana

satur neorganisko fosfātu

nodrošina ATF veidošanos tālākajās reakcijās

1. solis glikolīzē kurā tiek veidota enerģija

aldehīda oksidācija izmantojot NAD, dod NADH+H

kāda no termodinamikas viedokļa ir 6 soļa reakcija

termodinamiski neizdevīga atgriezeniska

saistīta ar nākamo reakciju lai būtu pa labi

7. Glikolīzes solis

ATF veidošana

substrāta līmeņa fosforalizēšana

Enzīms: Fosfoglicerāta kināze + Mg

1,3 bifosfoglicerāts + ADF--> 3- fosfoglicerāds + ATF

kas ir substrāta līmeņa fosforilēšana

reakcijas kas iekļauj ūdenī šķīstošus enzīmus un ķīmiskus starpproduktus

atšķirīā no oksidatīvās fosforalizācijas kas iekļauj ar membrānu saistītos enzīmus un transmembrānu proteīnu gradientu

7. soļa pamatojums

substrāta līmeņa fosforilācija kā rezulātā veidojas ATF

1,3 bifosfoglicerāts ir savienojums ar augstu enerģija, var ziedot fosfāta grupu ADF lai veidotu ATF

Kināzes

enzīmi kas pārnes fosfāta grupu starp ATF un dažādiem substrātiem

7. solis no terodinamikas skatu punkta

ļoti termodinamiski izdevīgs/ Atgriezenisks, jo cieši saistīts ar GA3FDH katalizēto reakciju

8. solis

Fosfāta pārnese (izomerāze)

enzīms: Fosfoglicerāta mutāze (izomerāze)

3-fosfoglicerāts--> pārnes fosforgrupu no 3 uz 3 pozīciju--> 2-fosfoglicerāts

8. soļa pamatojums

spēt veidot augstas enerģijas fosfāta savienojumu

8. solis no termodinamikas punkta

Termodinamiski neizdevīgs/ atgriezenisks, FGF nodrošina augstu reaģentu koncentrāciu lai līdzsvars pa labi

9. Glikolīzes solis

2-PD dehidrācja par FEP

2-fosfoglicerāts (nav pietiekami labs donors P lai veidotu ATP)--> Fosfoenolpiruvāts (tas var būt kā inhibitors fruktokināzei)

enzīms: enolāze (jutīga pret fluorīdu un citiem smagiem metāliem). Reakcijas laikā atšķelts H2O un veidojas dubultsaite

9. solis no termodinamikas skatpunkta

mazliet neizdevīga/ atgriezeniska, zema produktu koncentrācija, lai uz labo pusi.

10. Glikolīzes solis

ATF veidošana

fosfoenolpiruvāts+ADF--> Piruvāts +ATF

Enzīms: piruvāta kināze (Mg, K)

Regulatorais solis (spēj mainīt atrumu un veidošanu, novirzīt starpproduktus)

10. soļa allostēriskā regulācija

fosfoenlpiruvāts - apsteidzoš regulators, allostēriski piesaistās pie piruvāta kināzes (pozitīva )

PIiruvāts- Negatīva atgriezeniska regulācija, ja tā koncentrācija ir augsta, tad tas inhibē piruvāta kināzi

10. Soļa aktivatori

FEP, Fruktozes 1, 6 bifosfāts

10. soļa inhibitori

ATF, AcetilCoA, alanīns ( līdzīgs piruvātam)

10. solis pamatojums

substrātu līmeņa fosforalizēšana lai veidotu ATF

Neto rezultāts: 2ATF/glikoze

tautomerizacia 10. solī

piruvātam var būt 2 formas- enola un ketona

tautuomēri- konstitucionālie izomēri,

keto formas ir stabilākas

fosfāta grupas pārnese no FEP veido piruvāta enola formu kas tiek tautomarizēta par ketonu

tautomerizācija

pazemina reakcijas produktu koncentrāciju

vrza reakciju uz ATF veidošanos

kādi metāli ir nepieciešami piruvāta kinēzei

Mg vai Mn un K

10 solis no termodinamikas puses

Termodinamiski izdevīga, NEATGRIEZENISKA

regulatori ATF, divvērtīgi maetli un metabolīdi

Piruvāta izmantošana organismā aerobos apstākļos

visbiežāk--> pārveidots par AcetilCoA (aerobos apstākļos)

trikarbonskābju iklā noslēdzās glikozes oksidēšanās

piruvāta izmantošana anairobos apstākļos

1. veids- pārvērst 2 laktātā/ pienskābju (muskuļšūnās, eritrocītos, mikroorganismos)

2- veids- pārvērst par etanolu (cilvēki nevar) raugos var=2 etanols +co2

anaerobā glikolīze

pienskābes fermentācija

enzīms: laktāta dehidrogenāze, nepieciešams NADH+H+

piruvāts--> laktāts

piruvāts tiek reducēts

kapēc ir nepieciešam sskābeklis, kapēc lai mēs potenciālo enerģiju pārvērstu par laktātu?

elektronu transporta ķēdē 4 kompleksā, skābeklis uzņem elektronus un protonus veidojot H2O

ja nav skābeklis, ķēdē veidojas sastrēgums, un NADH+ H+ koncentrācija pieaug.

attiecīgi 4. glikolīzes solis tiek apstādināts jo ir nepieciešama NAD oksidētā forma, elektronu transporta ķēdē tas netiek reoksidēts un tā rezultātā glikoze nevar tikt pārvērsta par piruvātu.

risinājums ir piruvātu pārvērst par laktātu, tam tiek izmantots 2NADH, un tiek atdota atpakal oksidēta 2 NAD forma, kas ļauj turpināt glikolīzi. tādā veidā varam vismaz nodrošināt substrāta līmeņa fosforilēšanu

cik atf molekulas dod glikozes oksidācija aerobos apstākļos

32

cik atf molekulas dod glikozes oksidācija anaerobos apstākļos

2

eritrocīti un anaerobā glikolīze

vienīgais enģerijas avots eritrocītiem

nav mitohondriju- kuros ir elektronu transporta ķēde ar NADH+ var reoksidēt

glikolīze vēža šūnās

vēža šūnās ir augsts glikozes patēriņš, tās uz šūnu virsmas ekspresē daudz GLUT 1 un GLUT 3 gliozes transportierus (tie ir insulīna neatkarīgi, attiecīgi glikozes plūsma atvieglota)

Pozitronu emisijas tomogrāfija

nosaka ar izotopu iezīmētu glikozes analogu ko uzņem, bet nespēj metabolizēt audi.

iezīmē glikozi (Fluorīda), un tad var redzēt kur vairāk uzkrājās- jo vēža šūnas patērē vairāk

kapēc vēža šūnas patērē vairāk glikozi

Hipotēze- glikoze tiek izmantoti kā starpprodukti citim biosintēzes ceļiem kas nodrošina vēža šūnu augšanu

tās veido arī lielu laktāta koncentāciju neskatoties uz lielu skābekļa koncentrāciju

Laktāts un vēža šūnas

Lāktāts ir viens no prognožu rādītājiem pacientu dzīvildzei.

laktāts aktivize vēža šūnu proteāzes, kas atvieglo proteāžu izplatīšanos. laktāts veicina izvairīšanos no imūnās reakcijas- inhibē t šūnu aktvāciju

izraisa asinsvadu sveidošanos- kļūst apasiņots labāk

liela rezistence pret radioterapiju

etanola fermentācija raugos un baktērijās

piruvāts tiek pārvērsts par etanolu caur 2 reakcijām

enzīms1: piruvāta dekarboksilāze (atšķeļ oglekļa dioksīdu)

veidojas acetaldehīds

enzīms2: alkohola dehidrogenāze ar NADH=

etanols

izdalās CO2= alkohola karbonizācija

Glikolīzes plūsmu asinīs regulē lai

uzturētu gandrīz regulāru ATF līmeni

nodrošinātu pietiekamu glikoītisko starrproduktu novirzi biosintēzei

Kā tiek panākta nepieciešamā glikolīzes ātruma korekcija

Reakciju Nr. 4 veic enzīms:

aldolāze

Reakciju Nr. 1 veic enzīms:

Heksokināze

Reakciju Nr. 8 veic enzīms:

Fosfoglicerāta mutāze

Reakciju Nr. 10 veic enzīms:

Piruvāta kināze

Reakciju Nr. 9 veic enzīms:

Enolāze

Reakciju Nr. 6 veic enzīms:

Gliceraldehīda 3-fosfāta dehidrogenāze,

Reakciju Nr. 2 veic enzīms: →

Fosfoheksozes izomerāze,

Reakciju Nr. 7 veic enzīms: →

Fosfoglicerāta kināze,

Reakciju Nr. 3 veic enzīms: →

Fosfofruktokināze-1,

Reakciju Nr. 5 veic enzīms: →

Triozes fosfāta izomerāze

Glikolīzē C6 šķelšanu C3 molekulās veic enzīms: →

Aldolāze,

Glikolīzes enerģijas sintēzes un regulējošo soli veic enzīms: →

Piruvāta kināze,

Mg 2+ izmanto arī enzīms: →

Fosfoheksozes izomerāze

Reakciju, kura nodrošina divu identisku glikolīzes starpproduktu veidošanu enerģijas sintēzes posmam, veic enzīms: →

Triozes fosfāta izomerāze,

Glikozes izmantošanu (palikšanu) šūnā nodrošina: → ,

Heksokināze

Fluors (un smagie metāli) var būt inhibitori reakcijai, kuru veic enzīms: →

Enolāze,

Pirmo substrāta līmeņa fosforilācijas reakciju veic enzīms: →

Fosfoglicerāta kināze,

Glikolīzē fosforil-grupas pārnesi no C-3 uz C-2 veic enzīms: →

Fosfoglicerāta mutāze,

Kurš enzīms NAV aktīvs aerobos apstākļos? →

Laktāta dehidrogenāze,

Glikolīzes saistošo soli veic enzīms: →

Fosfofruktokināze-1,

NAD+ kā elektronu akceptoru izmanto enzīms: →

Gliceraldehīda 3-fosfāta dehidrogenāze