Maklumat

7.2A: Kepentingan Glikolisis - Biologi

7.2A: Kepentingan Glikolisis - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Glikolisis adalah langkah pertama dalam pemecahan glukosa untuk mengekstrak tenaga untuk metabolisme selular.

Objektif Pembelajaran

  • Terangkan kepentingan glikolisis kepada sel

Perkara utama

  • Glikolisis terdapat dalam hampir semua organisma hidup.
  • Glukosa adalah sumber hampir semua tenaga yang digunakan oleh sel.
  • Secara keseluruhan, glikolisis menghasilkan dua molekul piruvat, keuntungan bersih dua molekul ATP, dan dua molekul NADH.

Syarat Utama

  • glikolisis: laluan metabolik selular glukosa gula ringkas untuk menghasilkan asid piruvik dan ATP sebagai sumber tenaga
  • heterotrof: organisma yang memerlukan bekalan tenaga luaran dalam bentuk makanan, kerana ia tidak boleh mensintesis sendiri

Hampir semua tenaga yang digunakan oleh sel hidup datang kepada mereka daripada tenaga dalam ikatan glukosa gula. Glukosa memasuki sel heterotrofik dalam dua cara. Satu kaedah adalah melalui pengangkutan aktif sekunder di mana pengangkutan berlaku terhadap kecerunan kepekatan glukosa. Mekanisme lain menggunakan sekumpulan protein integral yang dipanggil protein GLUT, juga dikenali sebagai protein pengangkut glukosa. Pengangkut ini membantu dalam penyebaran glukosa yang dipermudahkan. Glikolisis adalah jalan pertama yang digunakan dalam pemecahan glukosa untuk mengeluarkan tenaga. Ia berlaku dalam sitoplasma kedua-dua sel prokariotik dan eukariotik. Ia mungkin salah satu laluan metabolik terawal untuk berkembang kerana ia digunakan oleh hampir semua organisma di bumi. Proses ini tidak menggunakan oksigen dan, oleh itu, anaerobik.

Glikolisis adalah yang pertama daripada laluan metabolik utama respirasi selular untuk menghasilkan tenaga dalam bentuk ATP. Melalui dua fasa yang berbeza, cincin enam karbon glukosa dibelah menjadi dua gula tiga karbon piruvat melalui satu siri tindak balas enzim. Fasa pertama glikolisis memerlukan tenaga, manakala fasa kedua melengkapkan penukaran kepada piruvat dan menghasilkan ATP dan NADH untuk digunakan oleh sel untuk tenaga. Secara keseluruhannya, proses glikolisis menghasilkan keuntungan bersih dua molekul piruvat, dua molekul ATP, dan dua molekul NADH untuk digunakan oleh sel untuk tenaga. Berikutan penukaran glukosa kepada piruvat, laluan glikolitik dikaitkan dengan Kitaran Krebs, di mana ATP selanjutnya akan dihasilkan untuk keperluan tenaga sel.


7.2A: Kepentingan Glikolisis - Biologi

Pada akhir bahagian ini, anda akan dapat:

  • Terangkan bagaimana ATP digunakan oleh sel sebagai sumber tenaga
  • Huraikan keputusan keseluruhan dari segi molekul yang terhasil daripada pemecahan glukosa oleh glikolisis

Malah tindak balas eksergonik yang membebaskan tenaga memerlukan sejumlah kecil tenaga pengaktifan untuk meneruskan. Walau bagaimanapun, pertimbangkan tindak balas endergonik, yang memerlukan lebih banyak input tenaga kerana produk mereka mempunyai lebih banyak tenaga bebas daripada bahan tindak balasnya. Di dalam sel, dari manakah tenaga untuk menggerakkan tindak balas tersebut? Jawapannya terletak pada molekul pembekal tenaga yang disebut adenosin trifosfat, atau ATP. ATP adalah molekul kecil yang relatif sederhana, tetapi di dalam ikatannya terdapat potensi tenaga cepat yang dapat dimanfaatkan untuk melakukan kerja selular. Molekul ini boleh dianggap sebagai mata wang tenaga utama sel dengan cara yang sama seperti wang ialah mata wang yang ditukar orang untuk perkara yang mereka perlukan. ATP digunakan untuk menggerakkan sebahagian besar tindak balas selular yang memerlukan tenaga.


GLIKOLISIS | Peranan NAD dan NADP

Sangat menyukai siaran yang anda siarkan. Ia tidak semudah itu untuk mencari walaupun siaran yang baik dari jauh sebenarnya dibaca (anda tahu.. benar-benar BACA dan bukan sekadar menyemak imbasnya seperti zombi sebelum pergi ke jawatan lain untuk diabaikan sahaja), jadi bersoraklah lelaki kerana tidak membuang masa saya pada tuhan tinggalkan internet.

Saya mengambil masa untuk membaca semua maklum balas, namun saya sangat menyukai artikel itu. Ia terbukti sangat berguna kepada saya dan saya positif kepada semua pengulas di sini! Ia sentiasa baik apabila anda tidak boleh hanya belajar, tetapi juga terlibat! Saya pasti anda gembira menulis artikel ini. Bagaimanapun, dalam bahasa saya, biasanya tidak banyak sumber yang baik seperti ini.

Kakak saya menyimpan penerbitan web ini untuk saya dan saya telah membacanya sejak beberapa jam yang lalu. Ini benar-benar akan membantu saya dan rakan saya untuk projek kelas kami. By the way, saya suka cara awak menulis.

Saya suka apabila anda bercakap tentang perkara jenis ini dalam blog anda. Mungkin bolehkah anda terus melakukan ini?


Apakah Glikolisis? (dengan gambar)

Glikolisis adalah proses biologi kompleks yang berlaku untuk menukar glukosa kepada piruvat untuk membekalkan tenaga untuk setiap sel hidup. Memandangkan kitaran glikolisis melibatkan penukaran gula darah kepada anion asid piruvat (piruvat), glikolisis juga dirujuk sebagai kitaran asid sitrik.

Oleh kerana peristiwa ini juga melibatkan pembebasan tenaga bebas, ia dianggap sebagai tindak balas termodinamik. Hasil akhirnya ialah sintesis adenosin-5'-trifosfat (ATP) dan adenine dinukleotida nikotinamida terkurang (NADH), dua nukleotida yang merupakan komponen utama DNA dan penting untuk fungsi metabolik yang betul. Walaupun glikolisis adalah contoh mudah respirasi dan penapaian selular anaerobik, terdapat sepuluh langkah reaktif yang akan berlaku yang melibatkan beberapa enzim mangkin dan sebatian perantaraan.

Peristiwa pertama yang berlaku dalam glikolisis menggunakan tenaga yang disediakan oleh enzim glikolisis heksokinase untuk menukar molekul gula (glukosa) dengan enam atom karbon kepada dua sebatian yang mengandungi tiga atom karbon, atau glukosa 6-fosfat. Bahan ini kemudiannya mengalami penyusunan semula molekul kepada "laktat," atau menghasilkan anion asid laktik. "Bayar balik" untuk penggunaan tenaga dalam fasa awal glikolisis ialah pengeluaran berikutnya dua nicotinamide adenine dinucleotides (NADs), diikuti oleh kumpulan fosfat yang mengikat setiap molekul 3-karbon, yang menghasilkan 1,3-bisphosphoglycerate. Sementara itu, hidrogen dalam tindak balas digunakan untuk mengurangkan NAD, menghasilkan NADH. Akhirnya, enzim glikolisis piruvat kinase digunakan untuk menghasilkan dua ATP bagi setiap molekul glukosa yang terlibat dalam tindak balas glikolitik.

Glikolisis ialah laluan metabolik asas yang mungkin berkembang berbilion tahun dahulu. Walau bagaimanapun, walaupun ia berlaku dalam hampir setiap organisma hidup, ia berlaku dengan variasi. Sebagai contoh, walaupun glukosa adalah papan anjal biasa untuk melancarkan glikolisis, monosakarida lain mungkin dibawa ke dalam tindak balas. Di samping itu, laktat bukanlah satu-satunya hasil sampingan glikolisis yang mungkin, seperti yang dibuktikan oleh pembuatan karbon dioksida dan etanol apabila yis pembuat bir mengalami penapaian. Akhir sekali, tidak semua karbon semestinya ditukar kepada piruvat dan boleh digunakan untuk meneruskan laluan berkaitan karbon yang lain.

Glikolisis yang tidak berfungsi juga berlaku. Sebagai contoh, sel kanser sering mempamerkan kitaran glikolitik sehingga 200 kali lebih tinggi daripada kadar sel normal. Dikenali sebagai kesan Warburg, pecutan ini mungkin berlaku disebabkan oleh banyaknya enzim hexokinase, atau kekurangan oksigen akibat kekurangan aliran darah ke tapak. Gangguan yang sama dalam metabolisme glukosa dilihat dalam penyakit Alzheimer. Walau bagaimanapun, ini lebih berkemungkinan disebabkan oleh pengumpulan protein tertentu yang mengganggu fosforilasi.

Menyumbang artikel kepada InfoBloom hanyalah salah satu daripada banyak usaha profesional Karyn. Dia juga seorang penulis majalah dan kolumnis, terutamanya untuk penerbitan berkaitan kesihatan, serta pengarang empat buku. Karyn tinggal di wilayah Gunung Catskill di New York dan pakar dalam topik tentang kehidupan hijau dan perubatan botani.

Menyumbang artikel kepada InfoBloom hanyalah salah satu daripada banyak usaha profesional Karyn. Dia juga seorang penulis majalah dan kolumnis, terutamanya untuk penerbitan berkaitan kesihatan, serta pengarang empat buku. Karyn tinggal di wilayah Gunung Catskill di New York dan pakar dalam topik tentang kehidupan hijau dan perubatan botani.


3 Enzim Pengawalseliaan dan langkah mengehadkan kadar Glikolisis

Glikolisis (Glyco = Glukosa lisis = pemisahan) adalah pengoksidaan glukosa (C 6) hingga 2 piruvat (3 C) dengan pembentukan ATP dan NADH.

Ia juga dipanggil sebagai Laluan Embden-Meyerhof
Glikolisis adalah jalur universal yang terdapat dalam semua organisma:
daripada yis kepada mamalia.

Ia adalah proses anaerobik sejagat di mana oksigen tidak diperlukan.

Dalam laluan metabolik, enzim yang memangkinkan tindak balas yang pada dasarnya tidak dapat dipulihkan adalah tapak kawalan yang berpotensi. Dalam glikolisis, tindak balas yang dimangkinkan oleh heksokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase hampir tidak dapat dipulihkan oleh itu, ini adalah enzim pengawalseliaan dalam Glikolisis.

Ini ialah video 5 minit Enzim Pengawalseliaan dan langkah mengehadkan kadar Glikolisis kami

kawal selia Enzim 1 : Heksokinase

Langkah 1 : Fosforilasi glukosa kepada glukosa-6 fosfat (Hexokinase)

Tindak balas ini memerlukan tenaga dan oleh itu ia digabungkan dengan hidrolisis ATP kepada ADP dan Pi.
• Enzim: hexokinase. Ia mempunyai Km rendah untuk glukosa heksokinase fosforilat glukosa yang memasuki sel
• Langkah tak boleh balik. Sehingga glukosa terfosforilasi terperangkap di dalam sel. Pengangkut glukosa hanya mengangkut glukosa bebas

Hexokinase Activators:AMP/ADP (menunjukkan tenaga rendah atau ATP oleh itu mengaktifkan hexokinase

Jika G6P terkumpul di dalam sel, terdapat perencatan maklum balas heksokinase sehingga G6P dimakan.

kawal selia Enzim 2 dan Langkah mengehadkan kadar : Fosfofruktokinase (PFK)

Langkah 3 : Fosforilasi fruktosa-6- bifosfat.(PFK)

Langkah mengehadkan kadar ialah langkah paling perlahan (tidak boleh diterbalikkan) dalam laluan, yang menentukan berapa pantas keseluruhan laluan boleh dijalankan.

Pengaktif PFK: AMP/ADP, Fruktosa-2,6-bifosfat

Sitrat menghalang PFK dengan meningkatkan kesan perencatan ATP.

Fruktosa 2,6-bifosfat (PFK-2) mengaktifkan PFK dengan meningkatkan pertalian untuk fruktosa 6-fosfat dan mengurangkan kesan perencatan ATP

Tindak balas ini adalah unik kepada Glikolisis oleh itu langkah mengehadkan kadar

Enzim Kawal Selia 3: kinase piruvat.

Langkah 10 : Enolfosfat ialah ikatan tenaga tinggi. Ia dihidrolisiskan untuk membentuk bentuk pirolat enolik dengan sintesis ATP. Langkah yang tidak boleh diubah

Enol piruvat dengan cepat berubah kepada piruvat keto yang lebih stabil.

Pyruvte kinase Activators:AMP/ADP , Fruktosa-1,6-bifosfat

Inhibitor: ATP, Acetyl CoA, Alanine

Jika fruktosa 1,6 bifosfat terbentuk, ia bertindak sebagai pengaktif suapan alosterik dan memacu tindak balas piruvat kinase ke hadapan.

Alanine, asid amino yang berasal daripada piruvat, adalah negatif
efektor katabolisme.


Tindak balas glikolisis merangkumi tiga langkah utama berikut:

  1. Fosforilasi glukosa atau Fasa Persediaan
  2. Pembelahan Fruktosa-1, 6-difosfat
  3. Pembentukan piruvat 3-karbon atau asid piruvat

Langkah-1: Fosforilasi Glukosa atau Fasa Persediaan

1. Pada langkah pertama, glukosa mengalami fosforilasi oleh ATP(Adenosine triphosphate) dengan kehadiran Mg++ untuk membentuk glukosa-6-fosfat dengan kehadiran enzim hexokinase.

2. Melalui proses pengisomeran Glukosa 6-fosfat diisomerkan kepada fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim phosphogluco isomerase.

3. Fruktosa 6-fosfat mengalami fosforilasi dengan bantuan ATP dan enzim fosfofruktokinase untuk membentuk Fruktosa 1, 6-bifosfat dan ADP (Adenosine diphosphate).

Langkah-2: Pembelahan Fruktosa-1, 6-bifosfat

4. Fruktosa 1,6-bifosfat dipecahkan kepada dua triosa (3 molekul karbon) fosfat seperti dihidroksiaseton fosfat dan 3 fosfogliseraldehid dengan bantuan enzim aldolase. Dihidroksiaseton fosfat ditukar kepada 3 fosfogliseraldehid dengan bantuan enzim triose fosfat isomerase. Dalam kes ini, tindak balas boleh diterbalikkan. Di sini dua molekul 3-fosfogliseraldehid terbentuk daripada belahan satu fruktosa 1, 6-bifosfat.

Langkah-3: Pembentukan 3-karbon piruvat atau asid piruvat

5. Dengan bantuan NAD (nicotinamide adenine dinucleotide), H3PO4 (asid fosforik) dan enzim phosphoglyceraldehyde dehydrogenase, 3 phosphoglyceraldehyde dioksidakan kepada 1, 3-bishosphoglyceric acid dan NADH2.

6. Dalam langkah 1 ini, 3 asid bishosfogliserik memindahkan asid fosforik kepada ADP dengan pembentukan 3 asid fosfogliserik dan ATP dengan bantuan enzim kinase asid fosfogliserik.

7. Dalam langkah seterusnya, 3 asid fosfogliserik ditukar kepada 2 asid fosfogliserik dengan bantuan enzim fosfogliseromutase.

8. 2 asid fosfogliserik kemudiannya ditukar kepada membentuk 2 asid piruvik fosfoenol dengan bantuan enzim enolase yang mengeluarkan satu molekul air.

9. Ia adalah langkah terakhir glikolisis di mana 2 asid piruvik fosfoenol ditukar kepada membentuk asid piruvik dengan penyingkiran fosforus dengan itu satu molekul ATP disintesis daripada ADP. Enzim yang memangkinkan langkah ini ialah kinase asid piruvik.

Jadi dalam keseluruhan proses, dua molekul asid piruvik terbentuk daripada setiap molekul glukosa. Dalam haiwan termasuk manusia, glikogen terdapat dalam otot dan sel hati, difosforilasi oleh enzim glikogen fosforilase dengan kehadiran fosfat tak organik menjadi glukosa 1 fosfat. Begitu juga kanji sel tumbuhan ditukar kepada glukosa 1-fosfat oleh fosforilase kanji. Glukosa 1-fospahte kemudiannya ditukar kepada glukosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoglucomutase. Glukosa 6-fosfat kemudiannya teroksida melalui laluan glikolitik.

Oleh itu, apabila satu molekul glukosa (6C) mengalami tindak balas dalam glikolisis, proses keseluruhan boleh diwakili seperti berikut:


Glikolisis dan penghasilan ATP

Dalam laluan glikolitik molekul glukosa terdegradasi kepada dua molekul piruvat.
Dalam fasa pertama, fasa persediaan, dua ATP digunakan setiap molekul glukosa dalam tindak balas yang dimangkin oleh hexokinase dan PFK-1. Dalam fasa kedua, fasa hasil, 4 ATP dihasilkan melalui fosforilasi tahap substrat dalam tindak balas yang dimangkin oleh kinase fosfogliserat dan kinase piruvat. Jadi ada a keuntungan bersih dua ATP setiap molekul glukosa yang digunakan. Di samping itu, dalam tindak balas yang dimangkinkan oleh gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase, dua molekul NADH dihasilkan untuk setiap molekul glukosa.

Perubahan Tenaga Tindakbalas Glikolitik

Keseluruhan ΔG°’ glikolisis ialah -85 kJ/mol (-20.3 kcal/mol), nilai yang terhasil daripada perbezaan antara ΔG°’ penukaran glukosa kepada dua molekul piruvat, -146 kJ/mol (-34,9 kcal/mol), dan ΔG°& #8217 pembentukan ATP daripada ADP dan Pi, 2 x 30.5 kJ/mol = 61 kJ / mol (2 x 7.3 kcal/mol = 14.6 kcal/mol). Berikut adalah dua reaksi.

Glukosa + 2 NAD + → 2 Piruvat + 2 NADH + 2 H +

2 ADP + 2 Pi → 2 ATP + 2 H2O

Jumlah kedua-dua tindak balas memberikan persamaan keseluruhan glikolisis.

Glukosa + 2 NAD + + 2 ADP + 2 Pi → 2 Piruvat + 2 NADH + 2 H + + 2 ATP + 2 H20

Oleh itu, di bawah keadaan standard, jumlah tenaga yang dibebaskan yang disimpan dalam ATP ialah (61/146) x 100 = 41.8%.
Perhatikan bahawa persamaan keseluruhan glikolisis juga boleh diperoleh dengan mempertimbangkan semua reagen, ATP, NAD + , ADP, dan Pi dan semua produk.

Glukosa + 2 ATP + 2 NAD + + 4 ADP + 2 Pi → 2 Piruvat + 2 ADP + 2 NADH + 2 H + + 4 ATP + 2 H20

Membatalkan istilah sepunya pada kedua-dua belah persamaan, kita memperoleh persamaan keseluruhan yang ditunjukkan di atas.

Glikolisis dan pengeluaran ATP dalam keadaan anaerobik

Di bawah keadaan anaerobik, tanpa mengira apakah nasib metabolik piruvat, penukaran kepada laktat, etanol atau molekul lain, terdapat tiada pengeluaran tambahan ATP hiliran glikolisis.
Oleh itu di bawah keadaan ini, glikolisis mengekstrak hanya sebahagian kecil daripada tenaga kimia molekul glukosa, tenaga bersamaan dengan 2840 kJ/mol (679 kcal/mol) yang dibebaskan hasil daripada penukarannya kepada CO.2 dan H2O. Sesungguhnya, hanya 146 kJ/mol dibebaskan dalam penukaran molekul glukosa kepada dua molekul piruvat, sama dengan 5%, [(146/2,840) x 100], daripada tenaga kimia yang ada. Oleh itu, piruvat masih mengandungi kebanyakan tenaga kimia heksosa.
Begitu juga, 4 elektron yang dibawa oleh NADH yang dihasilkan dalam langkah 6 glikolisis tidak boleh digunakan untuk pengeluaran ATP.
Dalam penapaian asid laktik, ΔG°’ yang dikaitkan dengan penukaran molekul glukosa kepada dua molekul laktat ialah -183.6 kJ/mol (-43.9 kcal/mol), dan 33.2% daripada tenaga bebas tersebut, [(61/183.6) x 100] disimpan dalam ATP, manakala ia adalah 41.8% dalam penukaran molekul glukosa kepada dua molekul piruvat.
Perlu diingatkan bahawa dalam keadaan sebenar jumlah tenaga bebas yang diperlukan untuk sintesis ATP daripada ADP dan Pi adalah jauh lebih tinggi daripada yang diperlukan di bawah keadaan standard, iaitu, lebih kurang 50% daripada tenaga yang dibebaskan disimpan dalam ATP.

Glikolisis dan pengeluaran ATP dalam keadaan aerobik

Di bawah keadaan aerobik, dalam sel dengan mitokondria, jumlah tenaga kimia yang boleh diekstrak daripada glukosa dan disimpan dalam ATP ialah jauh lebih hebat daripada dalam keadaan anaerobik.
Jika kita menganggap dua NADH yang dihasilkan semasa glikolisis, aliran 4 setara pengurangan mereka di sepanjang rantai pengangkutan elektron mitokondria membolehkan pengeluaran 2-3 ATP setiap pasangan elektron melalui fosforilasi oksidatif. Oleh itu, 6 hingga 8 ATP terhasil apabila satu molekul glukosa ditukar kepada dua molekul piruvat, 2 daripada glikolisis dan 4-6 daripada fosforilasi oksidatif.

Nota: Jumlah ATP yang dihasilkan daripada persamaan pengurangan NADH bergantung kepada mekanisme di mana mereka dipindahkan ke mitokondria.

Sebaliknya, jika kita menganalisis tindakan glikolisis yang diselaraskan dan berturut-turut, kompleks piruvat dehidrogenase, kitaran asid sitrik, rantaian pengangkutan elektron mitokondria dan fosforilasi oksidatif, lebih banyak tenaga boleh diekstrak daripada glukosa dan disimpan dalam ATP. Dalam kes ini, menurut apa yang dilaporkan oleh Lehninger, 30 hingga 32 ATP dihasilkan untuk setiap molekul glukosa, walaupun anggaran terkini mencadangkan pengeluaran bersih bersamaan dengan 29.85 ATP/glukosa, atau 29.38 ATP/glukosa jika juga ATP terbentuk daripada GTP, seterusnya dihasilkan oleh kitaran asid sitrik, dieksport. Memandangkan kedua-dua anggaran, pengeluaran ATP adalah kira-kira 15 kali ganda lebih besar daripada dalam keadaan anaerobik.


Apakah Glikolisis?

Glikolisis ialah laluan metabolik pertama pernafasan selular dan merupakan satu siri sepuluh tindak balas kimia yang berlaku dalam sitosol sel hidup. Glikolisis ialah proses yang fleksibel, kerana ia boleh berfungsi dalam tetapan anaerobik (kekurangan oksigen) atau tetapan aerobik (hadir oksigen), walaupun hasil akhir kedua-dua keadaan tersebut akan berbeza sedikit &ndash laktat dan piruvat, masing-masing.

Perkataan &ldquoglycolysis&rdquo boleh dipisahkan kepada &ldquoglyco&rdquo dan &ldquolysis&rdquo, yang pada asasnya bermaksud &ldquoglucose&rdquo dan &ldquobreaking/splicating&rdquo. Itulah yang dilakukan oleh proses glikolisis &ndash memecahkan molekul gula 6-karbon (glukosa) kepada dua molekul 3-karbon piruvat, yang kemudiannya akan mengambil bahagian dalam Kitaran Krebs dan rantai pengangkutan elektron, untuk mencipta lebih banyak tenaga yang boleh digunakan. Ingat, glikolisis hanyalah langkah pertama dalam respirasi selular kerana produk glikolisis masih jauh lagi!

(Kredit Foto: RegisFrey/Wikimedia Commons)

Sebagai tambahan kepada piruvat, pemecahan glukosa melalui glikolisis juga membebaskan tenaga dalam bentuk 2 molekul ATP dan 2 molekul NADH. Ini adalah berita baik, memandangkan penjanaan ATP ialah matlamat utama respirasi selular, dan molekul NADH boleh digunakan kemudian dalam proses pernafasan untuk menghasilkan lebih banyak tenaga. Sekarang, itu adalah gambaran umum glikolisis, tetapi untuk memahami keindahan glikolisis dan respirasi selular yang rumit, kita perlu menggali lebih mendalam!


Apakah yang dihasilkan oleh glikolisis dan mengapa ia penting?

Alamat untuk permintaan cetakan semula dan surat-menyurat lain: G. A. Brooks, Integrative Biology, 5101 VLSB, Univ. California, Berkeley, CA 94720-3140 (e-mel: [emel protected] ).

rujukan klasik (cth., Ruj. 6) dan Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/Glycolysis) adalah sama dalam mengelirukan pembaca tentang proses, peraturan dan peranan fisiologi glikolisis. Sumber rujukan menegaskan bahawa glikolisis menghasilkan asid piruvat (iaitu, piruvat dan proton), dan dalam keadaan anaerobik, glikolisis menghasilkan asid laktik. Dalam kajian menyeluruh mereka terhadap stoikiometri glikolisis, Robergs et al. (10), antara lain, termasuk pengarang makalah dalam Jurnal Fisiologi Gunaan, telah memaksa kami untuk mempertimbangkan semula perkara yang terlibat. Dalam terbitan jurnal ini, Marcinek et al. (8) mengambil langkah penting yang penting dalam perjalanan yang diperbaharui untuk memahami.

Mengapa penting apa yang dihasilkan oleh glikolisis? Secara minimum, ia penting dari sudut pemahaman proses asas dalam biologi: ia penting kerana ia adalah penting untuk mengetahui bagaimana pengoksigenan dan metabolisme mempengaruhi kimia asid/bes dalam otot dan darah, dan ia penting kerana ia penting untuk memahami tenaga kerja. otot dan tisu lain.

Mengabaikan fluks glikolitik daripada glikogen, pertimbangkan persembahan klasik glikolisis, menegaskan bahawa degradasi glukosa menjadikan asid piruvik. Kemudian, sumber klasik terus menyatakan bahawa dalam keadaan anaerobik, glikolisis berkembang menjadi asid laktik. Walau bagaimanapun, walaupun semua sumber bersetuju bahawa pengurangan piruvat kepada laktat oleh laktat dehidrogenase menggunakan NADH dan proton sebagai substrat, tidak semua pengarang telah menghargai bahawa pengeluaran laktat daripada asid piruvik ialah tindak balas pengalkalian yang, sebenarnya, menampan pengeluaran asid daripada glikolisis. Namun begitu, walaupun difahamkan bahawa pK asid laktik ialah 3.8, dan oleh itu hampir tercerai sepenuhnya pada pH fisiologi, ia sering dinyatakan bahawa glikolisis pantas dalam otot dan tisu lain mengakibatkan pengumpulan "asid laktik."

Pemerhatian yang pelbagai menyebabkan ahli fisiologi kontemporari menghadapi masalah dengan kepercayaan lama bahawa "glikolisis anaerobik" menghasilkan "asid laktik." Sebagai contoh, nisbah laktat-kepada-piruvat (L − /P − ) dalam otot berehat dan saliran venanya biasanya 10 semasa rehat dan boleh meningkat satu susunan magnitud semasa senaman submaksimum (3) sementara itu, oksigen yang mencukupi wujud untuk menyokong penuh respirasi sel (9). Oleh itu, andaian pengarang klasik bahawa pengeluaran laktat bermakna kekurangan oksigen terbukti tidak konsisten dengan pemerhatian bahawa pengeluaran laktat berlaku secara berterusan dan dalam keadaan aerobik sepenuhnya (1). Selain itu, ahli fisiologi kontemporari telah memerhatikan bahawa semasa otot manusia yang bekerja melepaskan kedua-dua laktat dan proton, H + /L - stoikiometri pelepasan boleh berkisar antara 1 hingga 2 dalam vivo (4).

Untuk mengulangi dari atas, bagi mereka yang berminat dengan tenaga otot, terdapat lebih daripada minat esoterik untuk mengetahui stoikiometri H + /L − dalam otot dan tisu lain. Ringkasnya, jika seseorang boleh mengaitkan H + kepada L − , dan jika seseorang boleh mengukur H + , maka seseorang boleh mengaitkan H + kepada ATP yang dihasilkan secara glikolitik dengan pasti. Kepentingan mengetahui stoikiometri tidak boleh diremehkan, tetapi, jika stoikiometri berbeza, maka ketidakpastian timbul dan masalah timbul dalam menentukan tenaga otot.

Adalah jelas bahawa otot berehat dan bekerja melepaskan kedua-dua laktat dan proton, dan pengetahuan kontemporari ialah mediator pertukaran termasuk bukan sahaja pengangkut monokarboksilat (iaitu, MCT1 dan MCT4) yang merupakan symporter yang memudahkan pergerakan proton dan anion monokarboksilat (1) , tetapi juga pelbagai pengangkut lain, seperti penukar Na + /H + (4) dan Na + /K + (2), serta Na + /HCO3 − symport (5) dan karbonik anhidrase (11), juga memainkan peranan dalam pertukaran ion hidrogen selular. Oleh itu terdapat banyak faktor yang mempengaruhi pH dalam otot, saliran vena, dan peredaran sistemik (7).

Kini, dengan menggunakan gabungan spektroskopi resonans magnetik (MRS) 31 P kontemporari dan ujian biokimia, Marcinek dan rakan sekerja (8) menyediakan data baharu tentang sistem model tetikus iskemia dan menunjukkan 1:1 H + /L − yang ketat pada nilai yang ketara. julat tempoh iskemia, menghasilkan kepekatan La − sehingga 25 mM dan penurunan pH dari 7.0 hingga 6.7. Daripada analisis kimia, tiada perubahan ketara dalam kandungan ATP, jadi pengeluaran H + daripada degradasi ATP bersih boleh didiskaun daripada analisis, dengan itu membolehkan penggunaan ATP ditentukan daripada pengurangan dalam PCr dan kenaikan yang sepadan dalam Pi, seperti yang diukur oleh 31 P-MRS. Penggunaan iskemia memastikan bahawa proton atau anion laktat tidak dapat melarikan diri dari pengesanan, dan tidak ada sel H + atau CO.2 pengeluaran daripada fosforilasi oksidatif boleh menjejaskan perakaunan H + atau La -. Dengan cara ini, penulis membuat kesimpulan bahawa glikolisis menghasilkan asid laktik dan asidosis daripada penguncupan adalah asidosis laktik dalam vivo. Bagi mereka, keputusan ini penting, kerana mereka menggunakan pemisahan puncak fosfat yang dilihat dalam 31 P-MRS untuk mengira pengeluaran ATP glikolitik, faktor utama dalam menentukan tenaga otot.

Sama pentingnya dengan keputusannya, Marcinek dan rakan sekerja (8) digalakkan untuk meneruskan usaha mereka, bergerak melangkaui analisis korelasi untuk menunjukkan bahawa proton yang terkumpul semasa rangsangan iskemia otot sememangnya daripada glikolisis dan bukan proses lain. Mungkin pralabel dengan [3 H]glukosa dan menggunakan 1 H-MRS boleh membantu dalam hal ini? Selain itu, perfusi dengan 13 substrat berlabel C bersama dengan 13 C-MRS mungkin terbukti berguna dalam mengenal pasti laluan pelupusan glukosa intramuskular semasa penguncupan berulang intensiti dan tempoh gred. Juga, mungkin lebih penting, penyiasat digalakkan untuk beralih daripada mengkaji aliran terhenti kepada keadaan aliran bebas, dengan penggredan dalam hipoksemia yang lebih tipikal bagi kedua-dua keadaan normal dan patologi. Dengan cara ini, kita boleh mengetahui sama ada glikolisis menghasilkan asid laktik atau laktat, sejauh mana asidosis senaman dikaitkan dengan asidosis laktik, dan jika pengumpulan laktat dan proton boleh digunakan secara bergantian dalam menentukan sumbangan bukan oksidatif (“anaerobik”) glikolisis kepada tenaga otot.


Kedua-dua proses menghasilkan ATP daripada substrat tetapi kitaran Krebs menghasilkan lebih banyak molekul ATP daripada glikolisis! Setiap peringkat dalam setiap proses dimangkinkan oleh enzim tertentu. Dalam respirasi aerobik kedua-dua glikolisis dan kitaran Krebs terlibat manakala dalam respirasi anaerobik hanya glikolisis berlaku.

Rajah aliran menunjukkan bahawa setiap kali peringkat menghasilkan dua atom hidrogen, dengan kehadiran oksigen, tiga molekul ATP dihasilkan. Peranan atom hidrogen ini ditunjukkan dalam sistem pembawa elektron.

Sistem pembawa elektron

Ciri utama pembawa elektron atau sistem pengangkutan elektron ialah tiga ATP dihasilkan setiap kali atom 2H diangkut. Ia berlaku dalam mitokondria.

SEMUA TINDAK BALAS DALAM GLIKOLISIS BERLAKU DALAM CYTOPLASMA SEL (DILUAR MITOCHONDRION)

  • Glukosa ialah molekul stabil yang mengandungi 6 atom Karbon
  • Glukosa mengandungi banyak ikatan C-H dan mengandungi tenaga yang ketara
  • Semasa GLIKOLISIS satu molekul glukosa dipecahkan kepada dua molekul PYRUVATE.
  • Setiap molekul PYRUVATE mengandungi tiga atom karbon

  • Oleh kerana glukosa adalah molekul yang stabil, ia mesti terlebih dahulu dijadikan molekul FRUCTOSE BISPOSPHATE yang kurang stabil sebelum ia boleh dipecahkan. Ini memerlukan input tenaga
  • (2 x ATP)
  • FRUCTOSE BISPOSPHATE terbahagi kepada dua molekul TRIOSE PHOSPHATE
  • Dua molekul TRIOSE PHOSPHATE ditukar kepada dua molekul GP, membebaskan tenaga (2 x ATP), dan Hidrogen. Hidrogen diambil oleh NAD untuk membentuk NAD terkurang (redNAD). Hidrogen dibawa ke mitokondria di mana ia digunakan untuk menjana
  • ATP oleh FOSFORILASI OKSIDATIF
  • 2GP ditukarkan kepada dua molekul PYRUVATE yang membebaskan tenaga (2 x ATP).

Oleh itu pada penghujung GLIKOLISIS, satu molekul glukosa telah dihasilkan

  • 2 molekul piruvat (kepada LINK REACTION)
  • 2 molekul ATP (2 input, 4 output)
  • 2 molekul NAD merah (kepada FOSPHORILATION OKSIDATIF)
  • TIADA CO2 dihasilkan oleh glikolisis
  • Piruvat daripada glikolisis ditukar kepada Asetil Koenzim A (acetyl CoA)yang memasuki Kitaran Krebs
  • Tidak ATP dihasilkan
  • H dilepaskan menghasilkan NAD dikurangkan untuk Fosforilasi Oksidatif
  • CO2 dilepaskan

LINK REACTION langkah demi langkah

Piruvat(X2) dihasilkan dalam sitoplasma melalui glikolisis

Ia digerakkan oleh pengangkutan aktif ke dalam matriks mitokondria

Satu siri perubahan kimia berlaku:

dekarboksilasi (CO2 dikeluarkan) oleh piruvat dekarboksilase

Penyahhidrogenan (H dikeluarkan) oleh piruvat dehidrogenase

An Asetil kumpulan (2C) dihasilkan yang bertindak balas dengan Koenzim A untuk membentuk Asetil KoA

Asetil KoA ialah hasil akhir Reaksi Pautan dan diperlukan untuk peringkat seterusnya pernafasan sel: Kitaran Krebs (juga dipanggil Asid sitrik kitaran)

ambil perhatian bahawa Koenzim A tidak digunakan dalam Kitaran Krebs tetapi dikitar semula ke tindak balas pautan untuk membuat molekul Acetyl CoA yang lain - dengan itu Koenzim A bertindak sebagai pembawa untuk molekul asetil