Aerobna glikoliza ili aerobna definiran kao korištenje viška glukoze ne obrađuje oksidativne fosforilacije na formiranje proizvoda „fermentativne”, čak i pod uvjetima visoke koncentracije kisika i usprkos padu energetske efikasnosti.
Najčešće se javlja u tkivima s visokom proliferativnom stopom, čija je potrošnja glukoze i kisika velika. Primjeri za to su stanice tumora raka, neke stanice parazita u krvi sisavaca, pa čak i stanice u nekim dijelovima mozga sisavaca.
Glikolitički put (Izvor:] putem Wikimedia Commonsa)
Energija izvučena katabolizmom glukoze čuva se u obliku ATP-a i NADH-a koji se koriste nizvodno u različitim metaboličkim putevima.
Tijekom aerobne glikolize piruvat je usmjeren prema Krebsovom ciklusu i lancu transporta elektrona, ali se također obrađuje fermentacijskim putem za regeneraciju NAD + bez dodatne proizvodnje ATP-a, što završava stvaranjem laktata.
Aerobna ili anaerobna glikoliza javlja se prvenstveno u citosolu, s izuzetkom organizama kao što su tripanosomatidi, koji posjeduju specijalizirane glikolitičke organele poznate kao glikozomi.
Glikoliza je jedan od najpoznatijih metaboličkih putova. Potpuno su ga formulirali 1930-ih Gustav Embden i Otto Meyerhof, koji su proučavali put u stanicama skeletnih mišića. Međutim, aerobna glikoliza poznata je kao Warburg učinak od 1924.
reakcije
Aerobni katabolizam glukoze događa se u deset enzimski kataliziranih koraka. Mnogi autori smatraju da su ovi koraci podijeljeni u fazu ulaganja u energiju koja ima za cilj povećati sadržaj besplatne energije u posrednicima, te drugu zamjenu i dobitak energije u obliku ATP-a.
Faza ulaganja u energiju
1-fosforilacija glukoze u 6-fosfat glukoze koju katalizira hekokinaza (HK). U ovoj reakciji, jedna molekula ATP se pretvara u svaku molekulu glukoze, koja djeluje kao davatelj fosfatne skupine. Donosi glukozni 6-fosfat (G6P) i ADP, a reakcija je nepovratna.
Za svoj rad enzim nužno zahtijeva stvaranje cjelovitog Mg-ATP2, zbog čega su potrebni magnezijevi ioni.
2-Izomerizacija G6P na 6-fosfat fruktoze (F6P). Ne uključuje energetske troškove i reverzibilnu je reakciju kataliziranu fosfoglukozom izomerazom (PGI).
3-fosforilacija F6P u fruktozu 1,6-bisfosfatu kataliziranog foshofruktokinazom-1 (PFK-1). Molekula ATP koristi se kao donator fosfatne skupine, a produkti reakcije su Fl, 6-BP i ADP. Zahvaljujući svojoj vrijednosti ∆G, ova je reakcija nepovratna (baš kao i reakcija 1).
4-katalitičko cijepanje F1,6-BP u dihidroksiaceton fosfat (DHAP), ketozu i gliceraldehid 3-fosfat (GAP), aldozu. Enzim aldolaza odgovoran je za ovu reverzibilnu kondenzaciju aldola.
5-triozna fosfatna izomeraza (TIM) odgovorna je za međusobno pretvaranje trioznog fosfata: DHAP i GAP, bez dodatnog unosa energije.
Faza oporavka energije
1-GAP se oksidira gliceraldehidom 3-fosfat dehidrogenazom (GAPDH), koja katalizira prijenos fosfatne skupine u GAP, čime se dobiva 1,3-bisfosfoglicerat. U ovoj se reakciji smanjuju dvije molekule NAD + po molekuli glukoze i koriste se dvije molekule anorganskog fosfata.
Svaka proizvedena NADH prolazi kroz transportni lanac elektrona i 6 ATP molekula sintetizira se oksidacijskom fosforilacijom.
2-fosfoglicerat kinaza (PGK) prenosi fosforilnu skupinu iz 1,3-bisfosfoglicerata u ADP, formirajući dvije molekule ATP i dvije 3-fosfoglicerata (3PG). Taj je postupak poznat kao fosforilacija na razini supstrata.
Dvije molekule ATP-a konzumirane u reakcijama HK i PFK zamijenjene su PGK-om na ovom koraku u putu.
3-3PG se pretvara u 2PG fosfogliceratnom mutazom (PGM), koja katalizira premještanje fosforilne skupine između ugljika 3 i 2 glicerata u dva reverzibilna koraka. Magnezijev ion potreban je i ovom enzimu.
Reakcija dehidracije katalizirana enolazom pretvara 2PG u fosfoenolpiruvat (PEP) u reakciji koja ne zahtijeva ulaganje energije, ali stvara spoj s većim energetskim potencijalom za kasniju prenošenje fosfatne skupine.
5-Konačno, piruvat kinaza (PYK) katalizira prijenos fosforilne skupine u PEP-u u molekulu ADP, uz istodobnu proizvodnju piruvata. Koriste se dvije molekule ADP po molekuli glukoze i nastaju 2 molekule ATP-a. PYK koristi ione kalija i magnezija.
Dakle, ukupni energetski prinos glikolize je 2 molekule ATP-a za svaku molekulu glukoze koja uđe u put. U aerobnim uvjetima, potpuna razgradnja glukoze uključuje dobivanje između 30 i 32 molekule ATP-a.
Sudbina glikolitičkih intermedijara
Nakon glikolize, piruvat se podvrgava dekarboksilaciji, stvarajući CO2 i donirajući acetilnu skupinu acetilnom koenzimu A, koji se u Krebsovom ciklusu također oksidira na CO2.
Elektroni oslobođeni tijekom ove oksidacije prenose se na kisik reakcijama mitohondrijskih respiratornih lanaca, što u konačnici pokreće sintezu ATP-a u ovoj organeli.
Tijekom aerobne glikolize, prekomjerni piruvat proizveden enzimom laktat dehidrogenazom koji tvori laktat i regenerira dio NAD + utrošenog koraka u glikolizi, ali bez stvaranja novih ATP molekula.
Mehanizam laktatne dehidrogenaze (Izvor: Jazzlw putem Wikimedia Commonsa)
Pored toga, piruvat se može koristiti u anaboličkim procesima koji dovode, na primjer, do stvaranja aminokiseline alanina, ili može djelovati i kao kostur za sintezu masnih kiselina.
Kao i piruvat, krajnji produkt glikolize, i mnogi reakcijski intermedijari služe drugim funkcijama u kataboličkim ili anaboličkim putovima važnim za stanicu.
Takav je slučaj glukoznog 6-fosfata i pentos fosfatnog puta, gdje se dobivaju međuprodukti riboze prisutni u nukleinskim kiselinama.
Reference
- Akram, M. (2013). Mini pregled o glikolizi i raku. J. Canc. Educ., 28, 454–457.
- Esen, E., & Long, F. (2014). Aerobna glikoliza u osteoblastima. Curr Osteoporos Rep, 12, 433–438.
- Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Biogeneza, održavanje i dinamika glikozoma kod tripanosomatidnih parazita. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863 (5), 1038–1048.
- Jones, W., i Bianchi, K. (2015). Aerobna glikoliza: izvan proliferacije. Granice u imunologiji, 6, 1–5.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., i Murata, K. (2005). Hipoteza: strukture, evolucija i predak glukoznih kinaza u obitelji hekokinaza. Časopis za bioznanost i bioinžinjering, 99 (4), 320–330.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovi principi biokemije. Omega izdanja (5. izd.).