гликолиз

Организму требуется энергия для выполнения различных задач. При расщеплении различных пищевых ингредиентов, таких как белки, углеводы, липиды и т. д., образуется энергия. Для катаболической активности требуется кислород, и происходит выделение углекислого газа. В результате организму требуется постоянный газообмен, при котором углекислый газ выводится, а кислород из атмосферы поступает внутрь. Это называется «дыханием» или «выдохом».

гликолиз

Греческие слова гликос, что означает сахар, и лизис, что означает расщепление, являются словом гликолиз. Путь гликолиза, предложенный Густавом Эмбденом, Отто Мейерхофом и Дж. Парнасом, также известен как путь ЭМП . Это единственный механизм дыхания у анаэробных видов.

Все живые существа подвергаются гликолизу, который происходит в цитоплазме клетки. Эта реакция включает частичное окисление глюкозы с образованием двух молекул пировиноградной кислоты. Эта глюкоза вырабатывается растениями из побочного продукта фотосинтеза, известного как сахароза.

Фермент инвертаза расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу, и эти два моносахарида легко вступают в гликолитический путь. Гексокиназа, фермент, катализирует фосфорилирование глюкозы и фруктозы с образованием глюкозо-6-фосфата. Фруктозо-6-фосфат получают путем изомеризации этой фосфорилированной формы глюкозы.

Путь гликолиза

Шаг 1- Гексокиназа

Гексокиназа представляет собой фермент, который фосфорилирует или добавляет фосфатную группу к глюкозе в цитоплазме клетки. Фосфатная группа от АТФ переносится на глюкозу, в результате чего образуется глюкозо-6-фосфат, или Г6Ф. На этом этапе расходуется одна молекула АТФ.

Шаг 2- Фосфоглюкомутаза

Фосфоглюкомутаза представляет собой фермент, который превращает G6P в его изомер фруктозо-6-фосфат или F6P. Изомеры имеют одинаковую химическую формулу, но различаются конфигурацией атомов.

Шаг 3- Фосфофруктокиназа

Киназа фосфофруктокиназа переносит фосфатную группу на F6P для создания фруктозо-1,6-бисфосфата или FBP. До сих пор использовались две молекулы АТФ.

Шаг 4- Альдолаза

Альдолаза представляет собой фермент, который превращает фруктозо-1,6-бисфосфат в молекулу кетона и альдегида. Эти сахара являются изомерами друг друга, дигидроксиацетонфосфата (DHAP) и глицеральдегид-3-фосфата (GAP).

Шаг 5. Триозофосфатизомераза.

Фермент триозо-фосфатизомераза быстро превращает DHAP в GAP (эти изомеры могут взаимно преобразовываться). GAP является субстратом, необходимым для следующего этапа гликолиза.

Шаг 6. Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа.

В этой реакции фермент глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (ГАФД) выполняет две задачи. Сначала он дегидрирует GAP, передавая одну из своих молекул водорода (H ⁺ ) окислителю никотинамидадениндинуклеотиду (NAD ⁺ ), что приводит к NADH ⁺ H ⁺ .

GAPDH объединяет окисленный GAP с цитозольным фосфатом с образованием 1,3-бисфосфоглицерата (BPG). Обе молекулы GAP, полученные на предыдущем этапе, дегидрируются и фосфорилируются.

Шаг 7- Фосфоглицерокиназа

Для образования АТФ фермент фосфоглицерокиназа переносит фосфат от BPG к молекуле АДФ. Это происходит для каждой молекулы BPG. В результате этого процесса образуются две молекулы 3-фосфоглицерата (3-ФГК) и две молекулы АТФ.

Шаг 8- Фосфоглицерат

Для образования двух молекул 2-фосфоглицерата (2-PGA) фермент фосфоглицеромутаза перемещает P двух молекул 3-PGA с третьего на второй углерод.

Шаг 9- Энолаза

Энолаза представляет собой фермент, удаляющий молекулу воды из 2-фосфоглицерата с образованием фосфоенолпирувата (ФЕП). Это происходит для каждой из двух молекул PGA из шага 8.

Шаг 10 – Пируваткиназа

Пируват и АТФ образуются, когда фермент пируваткиназа переносит Р с ФЕП на АДФ. Это происходит для каждой молекулы ФЕП. В результате этого процесса образуются две молекулы пирувата и две молекулы АТФ.

Энергоемкая фаза

На этом этапе исходная молекула глюкозы перестраивается, и к ней присоединяются две фосфатные группы. Из-за фосфатных групп измененный сахар, теперь известный как фруктозо-1,6-бисфосфат, становится нестабильным, что позволяет ему разделяться пополам и образовывать два фосфатсодержащих трехуглеродных сахара. Используются две молекулы АТФ, поскольку используемые в них фосфаты получены из АТФ.

Трехуглеродные сахара, образующиеся при разложении нестабильного сахара, отличаются друг от друга. Только один, глицеральдегид-3-фосфат, может перейти к следующему этапу. Однако неблагоприятный сахар DHAP, конец текста, можно легко изменить на благоприятный, что позволяет обоим пройти путь.

Фаза высвобождения энергии

В результате серии реакций каждый трехуглеродный сахар превращается в другую трехуглеродную молекулу, пируват, на этой фазе. В этих реакциях образуются две молекулы АТФ и одна молекула НАДН. Поскольку эта фаза происходит дважды, по одному разу для каждого из двух трехуглеродных сахаров, в результате образуется четыре АТФ и один НАДН.

Каждый процесс гликолиза имеет уникальный фермент, который его катализирует. Фосфофруктокиназа, фермент, который катализирует синтез нестабильной молекулы двухфосфатного сахара, играет ключевую роль в контроле гликолиза. фруктозо-1-6-бисфосфат, фосфофруктокиназа ускоряет или замедляет гликолиз в ответ на энергетические потребности клетки.

Одна шестиуглеродная молекула глюкозы превращается в две трехуглеродные молекулы пирувата в результате гликолиза. Две молекулы АТФ (производится 4 АТФ - используются две АТФ) и 2 молекулы НАДН.

Что происходит с пируватом и НАДН?

В конце цикла гликолиза находились две молекулы АТФ, две НАДН и две молекулы пирувата. В присутствии кислорода пируват (окисляется) полностью до углекислого газа при клеточном дыхании, образуя много молекул АТФ.

Что происходит с НАДН? Молекула НАД+ окисляется и остается НАДН.

NAD⁺ + 2 e- + 2 H⁺  ⇌ NADH + H ⁺ 

НАД ⁺ необходим для гликолиза, чтобы получить электроны как часть определенного процесса. Если NAD ⁺ недоступен (поскольку он полностью заперт в своей форме NADH), эта реакция не может происходить, и гликолиз останавливается. Чтобы поддерживать функционирование гликолиза, всем клеткам необходим метод преобразования НАДН в НАД+. Когда присутствует кислород, НАДН передает электрон, чтобы регенерировать в НАД ⁺ , и также образуется АТФ.

Общее количество АТФ, образованного и израсходованного в цикле гликолиза

В результате гликолиза образуется 4 АТФ и 2 НАДФН. Каждый НАДФН дает 3 молекулы АТФ. 2 АТФ используются в гликолизе. Итак, чистые 2 АТФ образуются после одного цикла гликолиза.

Регуляция гликолиза

Регуляция гексокиназы

Первой необратимой стадией гликолиза является фосфорилирование глюкозы гексокиназой.

• Его регулирует только избыток глюкозо-6-фосфата. Если G6P накапливается в клетке, гексокиназа ингибируется по принципу обратной связи до тех пор, пока G6P не будет израсходован.
• Другие механизмы, такие как сброс пентозофосфата и производство гликогена, требуют глюкозо-6-фосфата. В результате, если не накапливается Г-6-Ф, гексокиназный процесс не блокируется.
• На самом деле в печени, где синтезируется гликоген, есть гомологичный фермент, называемый глюкокиназой. Это имеет высокий КМ глюкозы. Это позволяет мозгу и мышцам использовать глюкозу до того, как она будет сохранена в виде гликогена.

Регуляция фосфофруктокиназы

Лимитирующей стадией гликолиза является стадия фосфофруктокиназы.

• Этот фермент активируется высокими уровнями АМФ/АДФ, тогда как высокие уровни АТФ блокируют его (энергетический заряд). Кроме того, цитрат, посредник цикла ТСА, подавляет обратную связь.
• Фруктозо-2,6-бисфосфат является ключевым положительным эффектором фосфофруктокиназы. Стимулированное гормонами фосфорилирование F-6-P приводит к образованию F-2,6-BP. Следовательно, это иллюстрация аллостерической активации с прямой связью.

Регуляция пируваткиназы

• Регуляция гликолиза происходит на стадии пируваткиназы, если она проходит дальше стадии фосфофруктокиназы.
• Ковалентное фосфорилирование ингибирует активность пируваткиназы в условиях низкого уровня глюкозы.
• Процесс пируваткиназы ускоряется, если образуется фруктозо-1,6-бисфосфат, поскольку он действует как активатор аллостерической прямой связи. АМФ и АДФ являются дополнительными положительными эффекторами, тогда как АТФ является отрицательным эффектором.
• Аминокислота аланин, образующаяся из пирувата, является ингибитором катаболизма. Количество аланина в клетке указывает, является ли она анаболической. Высокий уровень аланина предполагает, что в клетке достаточно предшественников для анаболических процессов, что позволяет остановить катаболизм, который поставляет строительные блоки для анаболизма.

Ключевые моменты гликолиза

1. Это процесс, при котором молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пирувата.
2. Процесс протекает в цитоплазме растительных и животных клеток.
3. В этом процессе участвуют шесть ферментов.
4. Конечными продуктами реакции являются 2 молекулы пирувата, 2 молекулы АТФ и 2 молекулы НАДН.

Часто задаваемые вопросы о гликолизе

Вопрос 1: Осуществляют ли растения гликолиз?

Отвечать:

Plant glycolysis takes place in the cytosol and plastids of both green and non-green cells, where the needs for energy and precursors might differ greatly. 

Вопрос 2: Как протекает процесс дыхания у растений?

Отвечать:

It Happens through the stomata, which are microscopic pores for gas exchange, and are present in leaves. Cells in the leaves use up the oxygen consumed by stomata to break down glucose into water and carbon dioxide.

Вопрос 3. Как дыхание связано с гликолизом?

Отвечать:

The initial process of cellular respiration where glucose molecules are oxidized is glycolysis. Making ATP, is followed by the Krebs cycle and oxidative phosphorylation. The primary metabolic process for cellular respiration that produces energy in the form of ATP is glycolysis.

Вопрос 4: Каковы три стадии дыхания растений?

Отвечать:

Glycolysis, also known as the citric acid cycle, is the first stage of cellular respiration. The Krebs cycle, also known as the electron transport chain, is the second stage