מה לומדים ביוכימיה? גליקוליזה היא תהליך אנזימטי רציני של פירוק גלוקוז המתרחש ברקמות של בעלי חיים ובני אדם ללא שימוש בחמצן. הוא זה שנחשב על ידי ביוכימאים כדרך להשיג מולקולות חומצה לקטית ו-ATP.
הגדרה
מהי גליקוליזה אירובית? הביוכימיה רואה בתהליך זה את התהליך היחיד המאפיין אורגניזמים חיים המספקים אנרגיה.
בעזרת תהליך כזה האורגניזם של בעלי חיים ובני אדם מסוגל לבצע פונקציות פיזיולוגיות מסוימות למשך פרק זמן מסוים בתנאים של חוסר חמצן.
אם תהליך פירוק הגלוקוז מתבצע בהשתתפות חמצן, מתרחשת גליקוליזה אירובית.
מהי הביוכימיה שלה? גליקוליזה נחשבת לשלב הראשון בתהליך של חמצון גלוקוז למים ופחמן דו חמצני.
דפי היסטוריה
המונח "גליקוליזה" שימש את לפין בסוף המאה התשע-עשרה לתהליך הפחתת הגלוקוז בדם שהוסר ממערכת הדם. למיקרואורגניזמים מסוימים יש תהליכי תסיסה הדומים לגליקוליזה. בשביל כאלהטרנספורמציה משתמשת באחד עשר אנזימים, שרובם מבודדים בצורה הומוגנית, מטוהרת מאוד או גבישית, תכונותיהם נחקרות היטב. תהליך זה מתרחש בהיאלופלזמה של התא.
פרטי התהליך
איך מתבצעת הגליקוליזה? ביוכימיה היא מדע שבו תהליך זה נחשב כתגובה רב-שלבית.
התגובה האנזימטית הראשונה של גליקוליזה, זרחון, קשורה להעברת אורתופוספט לגלוקוז על ידי מולקולות ATP. האנזים הקסוקינאז פועל כזרז בתהליך זה.
ייצור גלוקוז-6-פוספט בתהליך זה מוסבר בשחרור כמות משמעותית של אנרגיה של המערכת, כלומר מתרחש תהליך כימי בלתי הפיך.
אנזים כמו הקסוקינאז פועל כזרז לתהליך הזרחון של לא רק D-גלוקוז עצמו, אלא גם D-mannose, D-fructose. בנוסף להקסוקינאז, קיים אנזים נוסף בכבד - גלוקוקינאז, המזרז את תהליך הזרחון של D-גלוקוז אחד.
שלב שני
איך הביוכימיה המודרנית מסבירה את השלב השני של תהליך זה? גליקוליזה בשלב זה היא המעבר של גלוקוז-6-פוספט בהשפעת הקסוז פוספט איזומראז לחומר חדש - פרוקטוז-6-פוספט.
התהליך ממשיך בשני כיוונים מנוגדים זה לזה, אינו דורש קו-פקטורים.
שלב שלישי
זה קשור לזרחון של פרוקטוז-6-פוספט שנוצר בעזרת מולקולות ATP. המאיץ של תהליך זה הוא האנזים פוספופרוקטוקינאז. תְגוּבָהנחשב לבלתי הפיך, הוא מתרחש בנוכחות קטיונים מגנזיום, זה נחשב לשלב שמתקדם לאט של אינטראקציה זו. היא היא הבסיס לקביעת קצב הגליקוליזה.
Phosphofructokinase הוא אחד הנציגים של אנזימים אלוסטריים. זה מעוכב על ידי מולקולות ATP, מגורה על ידי AMP ו-ADP. במקרה של סוכרת, במהלך צום, כמו גם במצבים רבים אחרים בהם צורכים שומנים בכמויות גדולות, תכולת הציטראט בתאי הרקמה עולה פי כמה. בתנאים כאלה, יש עיכוב משמעותי של הפעילות המלאה של פוספופרוקטוקינאז על ידי ציטראט.
אם היחס בין ATP ל-ADP מגיע לערכים משמעותיים, פוספופרוקטוקינאז מעוכב, מה שעוזר להאט את הגליקוליזה.
איך אתה יכול להגביר את הגליקוליזה? הביוכימיה מציעה להפחית את גורם האינטנסיביות לכך. לדוגמה, בשריר שאינו מתפקד, הפעילות של פוספופרוקטוקינאז נמוכה, אך ריכוז ה-ATP עולה.
כאשר השריר עובד, יש שימוש משמעותי ב-ATP, הגורם לעלייה ברמת האנזים, הגורם להאצה של תהליך הגליקוליזה.
שלב רביעי
האנזים אלדולאז הוא הזרז לחלק זה של הגליקוליזה. הודות לו מתרחש הפיצול הפיך של החומר לשתי פוספוטריוזות. בהתאם לערך הטמפרטורה, נוצר שיווי משקל ברמות שונות.
איך הביוכימיה מסבירה מה קורה? הגליקוליזה עם עליית הטמפרטורה ממשיכה בכיוון של תגובה ישירה, המוצרשהוא גליצרלדהיד-3-פוספט ודיהידרוקסיאצטון פוספט.
שלבים אחרים
השלב החמישי הוא תהליך האיזומריזציה של פוספטים טריוזים. הזרז לתהליך הוא האנזים טריוז פוספט איזומראז.
התגובה השישית בצורת סיכום מתארת את הייצור של חומצה 1,3-דיפוספורגליצרית בנוכחות פוספט NAD כמקבל מימן. הסוכן האנאורגני הזה הוא שמסיר מימן מגליצרלדהיד. הקשר שנוצר הוא שביר, אך הוא עשיר באנרגיה, וכאשר מבוקע מתקבלת חומצה 1,3-דיפוספוגליצרית.
השלב השביעי, המזרז על ידי phosphoglycerate kinase, כולל העברת אנרגיה משאריות הפוספט ל-ADP ליצירת חומצה 3-phosphoglyceric ו-ATP.
בתגובה השמינית, מתרחשת העברה תוך-מולקולרית של קבוצת הפוספטים, בעוד שנצפית הפיכת חומצה 3-פוספוגליצרית ל-2-פוספוגליצרט. התהליך הפיך, לכן נעשה שימוש בקטיוני מגנזיום ליישומו.
2,3-diphosphoglyceric acid פועלת כקופקטור לאנזים בשלב זה.
התגובה התשיעית כוללת את המעבר של חומצה 2-פוספוגליצרית לפוספואנולפירובאט. האנזים האנולאז, המופעל על ידי קטיונים מגנזיום, פועל כמאיץ של תהליך זה, והפלואוריד פועל כמעכב במקרה זה.
התגובה העשירית ממשיכה עם שבירת הקשר והעברת האנרגיה של שארית הפוספט ל-ADP מחומצה פוספואנולפירווית.
השלב האחד-עשר קשור להפחתת החומצה הפירובית, קבלת חומצה לקטית.המרה זו מחייבת השתתפות של האנזים לקטט דהידרוגנאז.
איך אפשר לרשום את הגליקוליזה באופן כללי? תגובות, שהביוכימיה שלהן נדונה לעיל, מופחתת לחמצון גליקוליטי, מלווה ביצירת מולקולות ATP.
ערך תהליך
בדקנו כיצד הביוכימיה מתארת גליקוליזה (תגובות). המשמעות הביולוגית של תהליך זה היא קבלת תרכובות פוספט בעלות מאגר אנרגיה גדול. אם מוציאות שתי מולקולות ATP בשלב הראשון, אזי השלב קשור ליצירת ארבע מולקולות של תרכובת זו.
מהי הביוכימיה שלה? גליקוליזה וגלוקוניאוגנזה חסכוניות באנרגיה: 2 מולקולות ATP מהוות מולקולת גלוקוז אחת. השינוי באנרגיה במהלך היווצרות של שתי מולקולות חומצה מגלוקוז הוא 210 קילו ג'ל/מול. 126 קילו ג'יי עלים בצורת חום, 84 קילו ג'יי מצטברים בקשרי הפוספט של ATP. לקשר הסופי יש ערך אנרגיה של 42 קילו ג'ל/מול. ביוכימיה עוסקת בחישובים דומים. לגליקוליזה אירובית ואנאירובית יש יעילות של 0.4.
עובדות מעניינות
כתוצאה מניסויים רבים, ניתן היה לקבוע את הערכים המדויקים של כל תגובת גליקוליזה המתרחשת באריתרוציטים אנושיים שלמים. שמונה תגובות של גליקוליזה קרובות לשיווי משקל תרמודינמי, שלושה תהליכים קשורים לירידה משמעותית בכמות האנרגיה החופשית, ונחשבים בלתי הפיכים.
מהי גלוקונאוגנזה? הביוכימיה של התהליך מורכבת מפירוק הפחמימות, המתרחש במספר שלבים. כל שלב נשלט על ידי אנזימים. לדוגמה, ברקמות המאופיינות בחילוף חומרים אירובי (רקמות הלב, הכליות), הוא מווסת על ידי האיזואנזימים LDH1 ו-LDH2. הם מעוכבים על ידי כמויות קטנות של פירובט, וכתוצאה מכך סינתזה של חומצה לקטית אינה מותרת, ומשיג חמצון מוחלט של אצטיל-CoA במחזור החומצה הטריקרבוקסילית.
מה עוד מאפיין גליקוליזה אנאירובית? ביוכימיה, למשל, כוללת הכללת פחמימות אחרות בתהליך.
כתוצאה ממחקרי מעבדה, נמצא שכ-80% מהפרוקטוז שנכנס לגוף האדם עם המזון עובר חילוף חומרים בכבד. כאן מתרחש תהליך הזרחון שלו לפרוקטוז-6-פוספט, האנזים הקסוקינאז פועל כזרז לתהליך זה.
תהליך זה מעוכב על ידי גלוקוז. התרכובת המתקבלת הופכת לגלוקוז במספר שלבים, מלווה בסילוק חומצה זרחתית. בנוסף, השינויים הבאים שלו לתרכובות אורגניות אחרות המכילות זרחן אפשריות.
בהשפעת ATP ופוספופרוקטוקינאז, פרוקטוז-6-פוספט יומר לפרוקטוז-1,6-דיפוספט.
אז החומר הזה עובר חילוף חומרים בשלבים האופייניים לגליקוליזה. בשרירים ובכבד יש קטוהקסוקינאז, שיכול להאיץ את תהליך הזרחון של פרוקטוז לתרכובת המכילה זרחן שלו. התהליך אינו נחסם על ידי גלוקוז, והפרוקטוז-1-פוספט המתקבל מתפרק בהשפעת ketose-1-phosphate aldolase לגליצרלדהיד ודי-הידרוקסיאצטון פוספט. D-גליצרלדהיד מתחתבהשפעת טריאוזוקינאז, הוא נכנס לזרחון, בסופו של דבר משתחררות מולקולות ATP ומתקבל פוספט דיהידרוקסיאצטון.
אנומליות מולדות
ביוכימאים הצליחו לזהות כמה חריגות מולדות הקשורות לחילוף החומרים של פרוקטוז. תופעה זו (פרוקטוזוריה חיונית) קשורה למחסור ביולוגי בתכולת האנזים ketohexokinase בגוף, לכן, כל תהליכי הפירוק של פחמימה זו מעוכבים על ידי גלוקוז. התוצאה של הפרה זו היא הצטברות פרוקטוז בדם. עבור פרוקטוז, הסף הכלייתי נמוך, כך שניתן לזהות פרוקטוזוריה בריכוזי פחמימות בדם בסביבות 0.73 mmol/L.
השתתפות בביוסינתזה של גלקטוז
גלקטוז נכנס לגוף עם מזון, שמתפרק במערכת העיכול לגלוקוז וגלקטוז. ראשית, פחמימה זו הופכת לגלקטוז-1-פוספט, התהליך מזורז על ידי גלקטוקינאז. לאחר מכן, התרכובת המכילה זרחן מומרת לגלוקוז-1-פוספט. בשלב זה נוצרים גם אורידין דיפוספוגלקטוז ו-UDP-גלוקוז. השלבים הבאים של התהליך ממשיכים לפי סכימה הדומה לפירוק הגלוקוז.
מלבד המסלול הזה של חילוף החומרים של גלקטוז, אפשר גם תוכנית שנייה. ראשית, נוצר גם גלקטוז-1-פוספט, אך השלבים הבאים קשורים ליצירת מולקולות UTP וגלוקוז-1-פוספט.
בין המצבים הפתולוגיים הרבים הקשורים לחילוף חומרים של פחמימות, גלקטוזמיה תופסת מקום מיוחד. תופעה זו קשורה למחלה תורשתית רצסיבית, עםבהם רמת הסוכר בדם עולה עקב גלקטוז ומגיעה ל-16.6 ממול/ליטר. יחד עם זאת, אין כמעט שינוי בתכולת הגלוקוז בדם. בנוסף לגלקטוז, במקרים כאלה, מצטבר בדם גם גלקטוז-1-פוספט. לילדים שאובחנו עם גלקטוזמיה יש פיגור שכלי ויש להם גם קטרקט.
ככל שצמיחת הפרעות במטבוליזם של פחמימות פוחתת, הסיבה היא פירוק הגלקטוז לאורך הנתיב השני. הודות לעובדה שביוכימאים הצליחו לגלות את מהות התהליך המתמשך, ניתן היה להתמודד עם בעיות הקשורות לפירוק לא שלם של גלוקוז בגוף.
