במאמר זה נסתכל מקרוב על הגליקוליזה האירובית, התהליכים שלה, וננתח את השלבים והשלבים. בואו להכיר את החמצון האנאירובי של גלוקוז, ללמוד על השינויים האבולוציוניים של תהליך זה ולקבוע את המשמעות הביולוגית שלו.
מהו גליקוליזה
גליקוליזה היא אחת משלוש הצורות של חמצון גלוקוז, שבה תהליך החמצון עצמו מלווה בשחרור אנרגיה, הנאגרת ב-NADH וב-ATP. בתהליך הגליקוליזה מתקבלות שתי מולקולות של חומצה פירובית ממולקולת גלוקוז.
גליקוליזה הוא תהליך המתרחש בהשפעת זרזים ביולוגיים שונים - אנזימים. חומר החמצון העיקרי הוא חמצן - O2, אולם תהליכי הגליקוליזה יכולים להתקדם בהיעדרו. סוג זה של גליקוליזה נקרא גליקוליזה אנאירובית.
תהליך הגליקוליזה בהיעדר חמצן
גליקוליזה אנאירובית היא תהליך של חימצון גלוקוז, שבו הגלוקוז אינו מחומצן לחלוטין. נוצרת מולקולה אחת של חומצה פירובית. ועם אנרגיהנקודת מבט, גליקוליזה ללא השתתפות חמצן (אנאירובי) פחות מועילה. עם זאת, כאשר חמצן חודר לתא, תהליך החמצון האנאירובי יכול להפוך לאירובי ולהמשיך בצורה מלאה.
מנגנונים של גליקוליזה
תהליך הגליקוליזה הוא פירוק של גלוקוז שישה פחמנים לפירובט שלושה פחמנים בצורה של שתי מולקולות. התהליך עצמו מחולק ל-5 שלבים של הכנה ו-5 שלבים שבהם אנרגיה מאוחסנת ב-ATP.
תהליך הגליקוליזה של 2 שלבים ו-10 שלבים הוא כדלקמן:
- 1 שלב, שלב 1 - זרחון של גלוקוז. בפחמן השישי בגלוקוז, הסכריד עצמו מופעל באמצעות זרחון.
- שלב 2 - איזומריזציה של גלוקוז-6-פוספט. בשלב זה, phosphoglucoseimerase הופך באופן קטליטי גלוקוז לפרוקטוז-6-פוספט.
- שלב 3 - פרוקטוז-6-פוספט והזרחון שלו. שלב זה מורכב מיצירת פרוקטוז-1,6-דיפוספט (אלדולאז) על ידי פעולתו של פוספופרוקטוקינאז-1, המלווה את קבוצת הפוספוריל מחומצה אדנוזין טרי-פוספורית למולקולת הפרוקטוז.
- שלב 4 הוא תהליך הביקוע של אלדולאז ליצירת שתי מולקולות של טריוז פוספט, כלומר אלדוזה וקטוז.
- שלב 5 - פוספטים טריוזים והאיזומריזציה שלהם. בשלב זה, גליצרלדהיד-3-פוספט נשלח לשלבים הבאים של פירוק גלוקוז, ופוספט דיהידרוקסיאצטון הופך לצורת גליצרלדהיד-3-פוספט בהשפעת האנזים.
- 2 שלב, שלב 6 (1) - גליצרלדהיד-3-פוספט והחמצון שלו - השלב שבו מולקולה זו מתחמצנת ומזרחת לdiphosphoglycerate-1, 3.
- שלב 7 (2) - מכוון להעברת קבוצת הפוספטים ל-ADP מ-1,3-דיפוספוגליצרט. התוצרים הסופיים של שלב זה הם היווצרות של 3-פוספוגליצרט ו-ATP.
- שלב 8 (3) - מעבר מ-3-פוספוגליצרט ל-2-פוספוגליצרט. תהליך זה מתרחש בהשפעת האנזים פוספוגליצראט מוטאז. תנאי מוקדם לזרימה של תגובה כימית הוא נוכחות של מגנזיום (Mg).
- שלב 9 (4) - 2 פוספוגליצרטה מיובשות.
- שלב 10 (5) - פוספטים המתקבלים כתוצאה מהשלבים הקודמים מועברים ל-ADP ו-PEP. אנרגיה מ-phosphoenulpyrovate מועברת ל-ADP. התגובה דורשת נוכחות של יוני אשלגן (K) ומגנזיום (Mg).
צורות משתנות של גליקוליזה
תהליך הגליקוליזה יכול להיות מלווה בייצור נוסף של 1, 3 ו-2, 3-biphosphoglycerates. 2,3-פוספוגליצרט, בהשפעת זרזים ביולוגיים, מסוגל לחזור לגליקוליזה ולעבור לצורת 3-פוספוגליצרט. תפקידם של אנזימים אלו מגוון, למשל, 2, 3-biphosphoglycerate, בהיותו בהמוגלובין, גורם לחמצן לעבור לרקמות, מקדם דיסוציאציה והורדת הזיקה של O2 ואריתרוציטים.
חיידקים רבים משנים את צורות הגליקוליזה בשלבים שונים, מפחיתים את מספרם הכולל או משנים אותם בהשפעת אנזימים שונים. לחלק קטן מהאנאירובים יש שיטות אחרות של פירוק פחמימות. לתרמופילים רבים יש רק 2 אנזימי גליקוליזה בכלל, אלה הם אנולאז ופירובאט קינאז.
גליקוגן ועמילן, דו-סוכרים וסוגים אחרים של חד סוכרים
גליקוליזה אירובית היא תהליך הטבוע בסוגים אחרים של פחמימות, ובאופן ספציפי הוא טבוע בעמילן, בגליקוגן, ברוב הדו-סוכרים (מנוז, גלקטוז, פרוקטוז, סוכרוז ואחרים). הפונקציות של כל סוגי הפחמימות מכוונות בדרך כלל להשגת אנרגיה, אך עשויות להיות שונות במפרט של ייעודן, השימוש שלהן וכו'. לדוגמה, גליקוגן מותאם לגליקוגנזה, שהיא למעשה מנגנון פוספוליטי שמטרתו להשיג אנרגיה מהגוף. פירוק גליקוגן. הגליקוגן עצמו יכול להיאחסן בגוף כמקור רזרבה של אנרגיה. כך, למשל, גלוקוז המתקבל במהלך ארוחה, אך אינו נספג במוח, מצטבר בכבד וישמש כשיש חוסר גלוקוז בגוף על מנת להגן על הפרט מפני שיבושים חמורים בהומאוסטזיס.
משמעות של גליקוליזה
גליקוליזה היא סוג ייחודי, אך לא היחיד, של חמצון גלוקוז בגוף, התא של פרוקריוטים ושל אוקריוטים כאחד. אנזימי הגליקוליזה מסיסים במים. תגובת הגליקוליזה בכמה רקמות ותאים יכולה להתרחש רק בדרך זו, למשל, בתאי נפרון במוח ובכבד. לא נעשה שימוש בדרכים אחרות לחמצון גלוקוז באיברים אלה. עם זאת, הפונקציות של הגליקוליזה אינן זהות בכל מקום. למשל, רקמת השומן והכבד בתהליך העיכול מחלצים מגלוקוז את המצעים הדרושים לסינתזה של שומנים. צמחים רבים משתמשים בגליקוליזה כדרך להפיק את עיקר האנרגיה שלהם.
