Biochemia/Glikoliza

Glikoliza jest podstawowym procesem wytwarzającym energię w żywym organizmie. Substratem jest glukoza, a produktem jest pirogronian, który w warunkach tlenowych przechodzi poprzez acetylo-CoA do cyklu kwasu cytrynowego, a w warunkach beztlenowych ulega redukcji do mleczanu. Bilans glikolizy w warunkach beztlenowych to 2 mole ATP z jednego mola glukozy, a w warunkach tlenowych 8 moli ATP oraz z dalszego przebiegu reakcji cyklu kwasu cytrynowego 30 moli ATP z jednego mola glukozy.

Substratem wyjściowym procesu glikolizy jest glukoza.

1. Pierwszą reakcją jest fosforylacja glukozy do glukozo-6-fosforanu. Jest to reakcja praktycznie nieodwracalna. Proces ten odbywa się przy udziale enzymu heksokinazy w komórkach obwodowych, a w wątrobie reakcję katalizuje enzym glukokinaza. Kofaktorem reakcji jest adenozynotrójfosforan (ATP) w kompleksie z jonami magnezu Mg²⁺. Glukokinaza wątrobowa wymaga dużych stężeń glukozy - ma to znaczenie po posiłkach. Heksokinaza obwodowa - wychwytuje glukozę do tkanek również przy jej niskich stężeniach w osoczu, zapewniając komórkom stałe dostarczanie substratu do glikolizy. Zużyciu ulega wiązanie wysokoenergetyczne i powstaje ADP. Glukozo-6-fosforan jest związkiem chemicznym, który wchodzi również do innych szlaków metabolicznych: szlak pentozowy, przemiany glikogenu i in.

2. Druga reakcja glikolizy to izomeryzacja aldozowo-ketozowa. Reakcję katalizuje izomeraza fosfoheksozowa. Powstaje fruktozo-6-fosforan.

3. Następuje kolejna fosforylacja z udziałem ATP, katalizowana przez fosfofruktokinazę-1. Powstaje fruktozo-1,6-bifosforan i ADP.

4. Fruktozo-1,6-bifosforan jest rozkładany przez aldolazę na dihydroksyacetonofosforan (fosfodihydroksyaceton) i gliceraldehydo-3-fosforan (aldehyd glicero-3-fosforanowy).

5. Dihydroksyacetonofosforan ulega izomeryzacji do gliceraldehydo-3-fosforanu. Reakcję katalizuje izomeraza fosfotriozowa. W efekcie z jednej cząsteczki glukozy powstają dwie cząsteczki trioz.

6. Gliceraldehydo-3-fosforan ulega utlenieniu do 1,3-bifosfoglicerynianu. Koenzymem jest NAD+ w obecności nieorganicznego fosforanu. Reakcję katalizuje enzym dehydrogenaza gliceraldehydo-3-fosforanowa. Wśród produktów jest obecny NADH, który w obecności tlenu w łańcuchu oddechowym prowadzi do powstania 3 cząsteczek ATP a w warunkach beztlenowych jest zużywany do syntezy mleczanu z pirogronianu.

7. Kinaza fosfoglicerynianowa katalizuje następną reakcję w obecności ADP. 1,3-bifosfoglicerynian przechodzi w 3-fosfoglicerynian. Powstaje ATP. Jest to fosforylacja bez udziału łańcucha oddechowego - fosforylacja substratowa.

Arsen - trucizna - może rozsprzęgać na tym etapie reakcję współzawodnicząc z fosforem nieorganicznym.

8. Mutaza fosfoglicerynianowa przekształca 3-fosfoglicerynian w 2-fosfoglicerynian.

9. Enolaza w obecności jonów Mg2+, odszczepiając wodę, przekształca 2-fosfoglicerynian w fosfoenolopirogronian. Ten etap jest hamowany przez fluorki.

10. Kinaza pirogronianowa w obecności jonów Mg2+ przenosi fosforan z fosfoenolopirogronianu na ADP. Powstaje ATP i pirogronian w formie enolowej, która samorzutnie przechodzi w formę ketonową. Do dalszych przemian pirogronian wchodzi po przekształceniu w Acetylo-CoA.

11. W warunkach beztlenowych (deficyt tlenu, "dług tlenowy") pirogronian przechodzi w mleczan przy udziale dehydrogenazy mleczanowej odtwarzając NAD+ potrzebny na etapie dehydrogenazy gliceraldehydo-3-fosforanowej.

Regulacja glikolizy:

Heksokinaza jest hamowana allosterycznie przez glukozo-6-fosforan - produkt reakcji z udziałem tego enzymu. Dehydrogenaza pirogronianowa jest hamowana przez Acetylo-CoA oraz NADH. Insulina zwiększa aktywność tego enzymu w tkankach obwodowych. Funkcję regulacyjną ma również fosfofruktokinaza.