2.2. Glikolīze un fermentācija

Glikozes centrālā loma

- tās oksidēšanās laikā atbrīvojas salīdzinoši daudz E

- tās oksidēšanai nepieciešams mazāk skābekļa (nekā tauku molekulām)

Glikoze ir daudzpusīgs bioķīmiskais prekursors, un to var izmantot AS, membrānas lipīdu, DNS un RNS nukleotīdu sintēzei, kofaktoriem, kas nepieciešami metabolismam

4 galvenie metaboliskie ceļi, kuros tiek izmantota glikoze

1. glikoze ---> piruvāts (oksidācija glikolīzē)

2. glikoze ---> glikogēns, ciete, saharāze (uzkrāšana)

3. glikoze ---> ribozes 5-fosfāts (oksidācija pentožu fosfāta ceļā)

4. glikoze ---> ECM, šūnas membrānas polisaharīdi (strukturālo polimēru sintēze)

Par ko glikoze tiek pārvērsta glikolīzē?

piruvātā (nedisociētā forma - pirovīnogskābe)

Kā tiek izmantots piruvāts, kas no glikozes rodas glikolīzē?

• Piruvāta tālāka oksidācija aerobos apstākļos.

• Piruvātu var izmantot kā prekursoru biosintēzē.

Kā tiek izmantota glikolīzē atbrīvotā enerģija?

Glikolīzes laikā atbrīvotā enerģija tiek izmantota ATF un NADH+H+ sintēzei.

Glikolīzes norises vieta =?

jebkurā cilvēka organisma šūnā

CITOSOLĀ

(it īpaši muskuļos, smadzenēs)

Glikolīze: Sagatvošanas posms (izmanto ATF) - kas notiek?

Glikozes fosforilēšana un tās pārvēršana gliceraldehīda 3- fosfātā

(2 fosforilēšanas reakcijas, 6-oglekļu fosforilēta cukura šķelšana divos 3-oglekļa fosforilētos cukuros)

Glikolīze: Enerģijas sintēzes posms - kas notiek?

Gliceraldehīda 3- fosfāta oksidēšana par piruvātu un ATF un NADH+H+ veidošana:

• 1 oksidēšanas / fosforilēšanas reakcija

• 2 substrāta līmeņa fosforilēšanas, kā rezultātā rodas ATF.

Fosforilēto starpproduktu nozīme

tos nevar transportēt laukā no šūnas (jo membrānai nav transporteru, kas varētu pārnest fosforilētos monosaharīdus) - E paliek šūnās

Enzimātiskās reakcijās veidojušās saites ar fosforil-grupām nodrošina metaboliskās enerģijas saistīšanu.

Saistīšanās enerģija (fosfāta grupas + E aktīvais centrs) samazina enzimātiskās reackijas aktivācijas enerģiju un palielina reakcijas specifiskumu.

glikolīzes sagatavošanas posma 5 SOĻI

1. Solis: Glikozes fosforilēšana

2. Solis: Fosfoheksozes izomerizācija

3. Solis: Fruktozes 6-fosfāta fosforilēšana

4. Solis: F-1,6-bF šķelšana (atgriezeniska reakcija)

5. Solis: Triozes fosfāta izomerizācija (atgriezeniska reakcija)

1. Solis: Glikozes fosforilēšana

glikoze -> glikozes 6-fosfāts

(netgriezeniska, ātrumu ierobežojoša reakcija)

Glikozes C6 nukleofīlais skābeklis «uzbrūk» ATF pēdējai fosfāta grupai.

Ko var darīt (regulācijas ziņā) glikozes 6-fosfāts?

var inhibēt enzīma heksokināzes darbību, ja [glik-6-P] kļūst par lielu

negatīva atgriezeniskā regulācija

Kas vēl piedalās glikolīzes 1. solī?

ATF

un Mg2+ (veicina šo procesu, nosedzot ATF negatīvo lādiņu.)

2. Solis: Fosfoheksozes izomerizācija

glikozes-6-fosfāts ---> fruktozes-6-fosfāts

enzīms- fosfoheksozes izomerāze

atvieglo nākamo soļu veikšanu (nepieciešams mazāk enerģijas)

3. Solis: Fruktozes 6-fosfāta fosforilēšana

fruktozes-6-fosfāts ---> fruktozes 1,6-bifosfāts

enzīms - fosfofruktokināze-1

Kāds ir otrais regulatorais solis glikolīzē?

3. solī fruktozes 6-fosfāts apsteidzošā pozitīvā regulācijā iedarojas uz fosfofruktokināzi-1

Kāda nozīme ir glikolīzes 3. solim?

- tas ir saistošais solis glikolīzē

VĒL:

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

Kas var aktivēt fosfofruktokināzi-1 glikolīzes 3. solī?

AMF, ADF, Ribulozes-5-fosfāts (netieši)

4. Solis: F-1,6-bF šķelšana (atgriezeniska reakcija)

6-oglekļu cukurs tiek sašķelts divos 3-oglekļu cukuros

fruktozes 1,6-bifosfāts --> dihidroksiacetonfosfāts un gliceraldehīda 3-fosfāts (GA3F)

enzīms- aldolāze

5. Solis: Triozes fosfāta izomerizācija (atgriezeniska reakcija)

dihidroksiacetonfosfāts --> gliceraldehīda 3-fosfāts

enzīms - triozes fosfāta izomerāze

Glikolīzes ENERĢIJAS SINTĒZES POSMS. Kādas īpatnības?

visas reakcijas notiek 2 reizes

(sagatavošanas posmā radās 2 gliceraldehīda 3-fosfāta (GA3F) molekulas)

6. Solis: GA3F oksidācija (ATGRIEZENISKA REAKCIJA)

gliceraldehīda 3-fosfāta (GA3F) oksidācija

tam pievieno neorganisko fosfātu, rodas 1,3-bifosfoglicerīns

enzīms: gliceraldehīda 3-fosfāta dehidrogenāze

NAD paņem no izejvielām 2 H

6. Solis: GA3F oksidācija ar Gliceraldehīda 3-fosfāta dehidrogenāzi - KĀDA NOZĪME?

Pirmais solis glikolizē, kurā tiek veidota enerģija

Aldehīda oksidācija, izmantojot NAD+, dod NADH+H+

Kas var inhibēt 6. soļa enzīmu (Gliceraldehīda 3-fosfāta dehidrogenāzi)? UN kādas aktīvā centra īpatnības?

Aktīvajā centrā esošais cisteīns saista substrātu kovalenti

● Veido tioestera starpproduktu

● Cys sānu ķēdes (SH - tiola grupa) reakcija ar tādiem smagajiem metāliem kā Hg2+ neatgriezeniski inhibē enzīmu

7. Solis: ATF veidošana (atgriezeniska reakcija)

= substrāta līmeņa fosforilēšana

1,3-bifosfoglicerāts + ADP

rodas 3-fosfoglicerāts un ATF

enzīms- fosfoglicerāta kināze

8. Solis: Fosfāta pārnese (izomerizācija) (atgr.)

3-fosfoglicerāts --> 2-fosfoglicerāts

enzīms - fosfoglicerāta mutāze

9. Solis: 2-PD Dehidratācija par FEP (atgr.)

2-fosfoglicerāts ---> fosfoenolpiruvāts

enzīme - enolāze

10. Solis: ATF veidošana

fosfoenolpiruvāts + ADF --> piruvāts +ATF

enzīms - piruvāta kināze

3. regulatorā glikolīzes reakcija = 10. solis

fosfoenolpiruvāts - pozitīvā apsteidzošā regulācija - tas ietekmē piruvāta kināzi

piruvāts - negatīva atgriezeniskā saite

piruvāta kināzes aktivatori (10.solis)

fosfoenolpiruvāts

fruktozes 1,6 bifosfāts (3. reakc. gala produkts)

piruvāta kināzes inhibitori (10.solis)

ATF (augsta koncentrācija), AcetilCoA

alanīns (jo tas var būt pārvērsts piruvātā)

piruvāta formas

Fosfāta grupas pārnese no FEP veido piruvāta enola formu, kas tiek tautomerizēta par ketonu

Piruvāta izmantošana

BIEŽĀK - aerobos apstākļos tas (2 piruvāti) tiek pārvērsts par 2 acetil-CoA, tālak 3karbonskābju ciklā par 4CO2 + 4H2O

anaerobos apstākļos: 2piruvāti -> 2 laktāti (muskuļu š, eritrocītos)

anaerobos apstakļos: 2 piruvāti --> 2 etanols + CO2

(raugos, bakt FERMENTĀCIJA)

Anaerobā glikolīze (Pienskābes fermentācija)

enzīms: laktāta dehidrogenāze

piruvāts -> laktāts (piruvāts reducēts)

(ketongrupas vietā OH un H pie C)

atgriezeniska reakcija

NADH+H+ tiek pārvērsts par NAD+

Kāpēc notiek anaerobā glikolīze (pienskābes fermentācija), ja to NADH+H+ varētu izmantot ETĶ aktivēšanai, lai varētu ražot enerģiju?

Rekosidācija ETĶ nenotiek!

ja nav O2, tad ETĶ ir sastrēgums, NADH+H+ konc turpina pieaugt (tas netiek reoksidēts)

glikolīze nespēj notikt, jo uzkrājas tas NADH+H+ (vajag tā oksidēto formu)

bet tas var būt izmantots piruvāta pārvēršanai par laktātu

Kādās šūnās anaerobā glikolīze ir vienīgais E ieguves avots?

eritrocītos

(jo tajos nav lielākās daļas organellu)

Glikozes uzņemšana vēža šūnās

10x lielāks glikozes patēriņš

uz šūnu virsmas daudz GLUT1 un GLUT3 glikozes transporteru

Kāpēc glikolīze vēža šūnās notiek pastiprināti?

Audzēja šūnas bieži aug ātrāk nekā kapilāri (angioģenēze ir laikietilpīgāka), kā rezultātā notiek anaerobā vielmaiņa

Kā varētu veicināt vēža šūnu bojāeju?

ar vielām, kas kavētu glikolīzes galvenos soļus (jo ierobežotu E ražošanu)

Laktāts prognozē vēža slimnieku vispārējo dzīvildzi

uzkrājas laktāts = vēža šūnu iezīme

• Laktāta izraisīta vēža šūnu proteināžu aktivācija atvieglo metastāžu izplatīšanos

• Laktāts veicina «izvairīšanos» no imūnās reakcijas

ja augsta laktāta konc = radiorezistence (traucē terapijai)

Etanola fermentācija raugos un baktērijās

piruvāts <--> acetaldahīds <--> etanols

piruvāta dekarboksilāze, alkohola dehidrogenāze

Glikozes plūsmu glikolīzē regulē, lai:

● Uzturētu gandrīz nemainīgu [ATF]

● Nodrošinātu pietiekamu glikolītisko starpproduktu novirzi biosintēzei

Nepieciešamās glikolīzes ātruma korekcijas tiek panāktas savstarpēji mijiedarbojoties:

Kādam glikolīzes posmam ir nepieciešama ATF enerģija?

sagatavošanas posmam

Fermentācija

glikozes vai citu organisko barības vielu sadalīšanās anaerobos apstākļos enerģijas iegūšanai, kas tiek saistīta ATF molekulās