W tym artykule przyjrzymy się bliżej glikolizie tlenowej, jej procesom oraz przeanalizujemy etapy i kroki. Zapoznajmy się z beztlenowym utlenianiem glukozy, poznajmy ewolucyjne modyfikacje tego procesu i określmy jego znaczenie biologiczne.
Co to jest glikoliza
Glikoliza to jedna z trzech form utleniania glukozy, w której samemu procesowi utleniania towarzyszy uwalnianie energii, która jest magazynowana w NADH i ATP. W procesie glikolizy z cząsteczki glukozy uzyskuje się dwie cząsteczki kwasu pirogronowego.
Glikoliza to proces, który zachodzi pod wpływem różnych katalizatorów biologicznych - enzymów. Głównym czynnikiem utleniającym jest tlen - O2, jednak procesy glikolizy mogą przebiegać pod jego nieobecność. Ten rodzaj glikolizy nazywa się glikolizą beztlenową.
Proces glikolizy przy braku tlenu
Glioliza beztlenowa to etapowy proces utleniania glukozy, w którym glukoza nie jest całkowicie utleniona. Powstaje jedna cząsteczka kwasu pirogronowego. I z energiąz punktu widzenia glikoliza bez udziału tlenu (beztlenowa) jest mniej korzystna. Jednak gdy tlen dostanie się do komórki, proces utleniania beztlenowego może przekształcić się w tlenowy i przebiegać w pełnej formie.
Mechanizmy glikolizy
Proces glikolizy to rozkład sześciowęglowej glukozy na trójwęglowy pirogronian w postaci dwóch cząsteczek. Sam proces podzielony jest na 5 etapów przygotowania i 5 etapów, w których energia jest magazynowana w ATP.
Proces glikolizy składający się z 2 i 10 kroków wygląda następująco:
- 1 etap, etap 1 - fosforylacja glukozy. Na szóstym węglu glukozy sam sacharyd jest aktywowany poprzez fosforylację.
- Krok 2 – izomeryzacja glukozo-6-fosforanu. Na tym etapie fosfoglukozeimeraza katalitycznie przekształca glukozę w fruktozo-6-fosforan.
- Etap 3 - Fruktozo-6-fosforan i jego fosforylacja. Ten etap polega na utworzeniu fruktozo-1,6-difosforanu (aldolazy) poprzez działanie fosfofruktokinazy-1, która towarzyszy grupie fosforylowej od kwasu adenozynotrifosforowego do cząsteczki fruktozy.
- Krok 4 to proces rozszczepiania aldolazy w celu wytworzenia dwóch cząsteczek fosforanu triozy, a mianowicie eldozy i ketozy.
- Etap 5 - fosforany triozy i ich izomeryzacja. Na tym etapie 3-fosforan gliceraldehydu jest przesyłany do kolejnych etapów rozkładu glukozy, a fosforan dihydroksyacetonu pod wpływem enzymu jest przekształcany do postaci 3-fosforanu gliceraldehydu.
- 2 etap, etap 6 (1) - Gliceroaldehydo-3-fosforan i jego utlenianie - etap, w którym ta cząsteczka jest utleniana i fosforylowana dodifosfoglicerynian-1, 3.
- Etap 7 (2) - mający na celu przeniesienie grupy fosforanowej do ADP z 1,3-difosfoglicerynianu. Produktami końcowymi tego etapu są powstawanie 3-fosfoglicerynianu i ATP.
- Krok 8 (3) – przejście z 3-fosfoglicerynianu do 2-fosfoglicerynianu. Proces ten zachodzi pod wpływem enzymu mutazy fosfoglicerynianowej. Warunkiem przebiegu reakcji chemicznej jest obecność magnezu (Mg).
- Krok 9 (4) - 2 odwodnione fosfogliceryny.
- Etap 10 (5) - fosforany otrzymane w wyniku poprzednich etapów są przenoszone do ADP i PEP. Energia z fosfoenulpiranianu jest przekazywana do ADP. Reakcja wymaga obecności jonów potasu (K) i magnezu (Mg).
Zmodyfikowane formy glikolizy
Procesowi glikolizy może towarzyszyć dodatkowa produkcja 1, 3 i 2,3-bifosfoglicerynianów. 2,3-fosfoglicerynian pod wpływem katalizatorów biologicznych jest w stanie powrócić do glikolizy i przejść do postaci 3-fosfoglicerynianu. Rola tych enzymów jest zróżnicowana, np. 2,3-bifosfoglicerynian znajdujący się w hemoglobinie powoduje przenikanie tlenu do tkanek, promując dysocjację i obniżając powinowactwo O2 i erytrocytów.
Wiele bakterii zmienia formy glikolizy na różnych etapach, zmniejszając ich całkowitą liczbę lub modyfikując je pod wpływem różnych enzymów. Niewielka część beztlenowców ma inne metody rozkładu węglowodanów. Wiele termofilów ma w ogóle tylko 2 enzymy glikolizy, są to enolaza i kinaza pirogronianowa.
Glikogen i skrobia, disacharydy iinne rodzaje monosacharydów
Glikoliza tlenowa jest procesem nieodłącznym dla innych rodzajów węglowodanów, a konkretnie jest nieodłącznym elementem skrobi, glikogenu, większości disacharydów (manozy, galaktozy, fruktozy, sacharozy i innych). Funkcje wszystkich rodzajów węglowodanów są generalnie ukierunkowane na pozyskiwanie energii, ale mogą różnić się specyfiką ich przeznaczenia, zastosowania itp. Na przykład glikogen nadaje się do glikogenezy, która w rzeczywistości jest mechanizmem fosfolitycznym mającym na celu pozyskiwanie energii z rozkład glikogenu. Sam glikogen może być magazynowany w organizmie jako rezerwowe źródło energii. Tak więc na przykład glukoza uzyskana podczas posiłku, ale niewchłonięta przez mózg, gromadzi się w wątrobie i zostanie wykorzystana w przypadku niedoboru glukozy w organizmie w celu ochrony jednostki przed poważnymi zaburzeniami homeostazy.
Znaczenie glikolizy
Glikoliza to wyjątkowy, ale nie jedyny rodzaj utleniania glukozy w organizmie, komórce zarówno prokariontów, jak i eukariontów. Enzymy glikolizy są rozpuszczalne w wodzie. Reakcja glikolizy w niektórych tkankach i komórkach może zachodzić w ten sposób tylko na przykład w komórkach nefronowych mózgu i wątroby. Inne sposoby utleniania glukozy w tych narządach nie są stosowane. Jednak funkcje glikolizy nie wszędzie są takie same. Na przykład tkanka tłuszczowa i wątroba w procesie trawienia wydobywają z glukozy niezbędne substraty do syntezy tłuszczów. Wiele roślin wykorzystuje glikolizę jako sposób na pozyskiwanie większości swojej energii.
