GLICOLIZA AEROBĂ: REACȚII GLICOLITICE ȘI INTERMEDIARI - BIOLOGIE - 2025

Glicoliza aerobă sau aerobe definit ca utilizarea excesului de glucoză nu este procesat prin fosforilare oxidativă la formarea de produse „fermentative“, chiar și în condiții de concentrații ridicate de oxigen și în ciuda scăderii eficienței energetice.

Apare frecvent în țesuturile cu rate proliferative mari, al căror consum de glucoză și oxigen este mare. Exemple de acest lucru sunt celulele tumorale canceroase, unele celule parazite din sângele mamiferelor și chiar celulele din unele zone ale creierului mamiferelor.

Calea glicolitică (Sursa:] prin Wikimedia Commons)

Energia extrasă prin catabolismul glucozei este conservată sub formă de ATP și NADH, care sunt utilizate în aval pe diverse căi metabolice.

În timpul glicolizei aerobe, piruvatul este direcționat către ciclul Krebs și lanțul de transport al electronilor, dar este prelucrat și pe calea de fermentare pentru regenerarea NAD + fără producerea suplimentară de ATP, care se încheie cu formarea lactatului.

Glicoliza aerobă sau anaerobă apare în primul rând în citosol, cu excepția organismelor precum trypanosomatidele, care posedă organule glicolitice specializate cunoscute sub numele de glicozomi.

Glicoliza este una dintre cele mai cunoscute căi metabolice. Acesta a fost complet formulat în anii 1930 de Gustav Embden și Otto Meyerhof, care au studiat calea în celulele musculare scheletice. Cu toate acestea, glicoliza aerobă este cunoscută drept efect Warburg încă din 1924.

reacţii

Catabolismul aerob al glicemiei apare în zece etape catalizate enzimatic. Mulți autori consideră că acești pași sunt împărțiți într-o fază de investiții în energie, care are drept scop creșterea conținutului de energie liberă în intermediari și o alta de înlocuire și câștig de energie sub forma ATP.

Faza de investiții energetice

1-Fosforilarea glucozei la glucozei 6-fosfat catalizat de hexokinaza (HK). În această reacție, o moleculă de ATP este inversată pentru fiecare moleculă de glucoză, care acționează ca un donator al grupării de fosfați. Produce glucoză 6-fosfat (G6P) și ADP, iar reacția este ireversibilă.

Enzima necesită în mod necesar formarea unui Mg-ATP2 complet pentru funcționarea sa, motiv pentru care necesită ioni de magneziu.

2-Izomerizarea G6P la fructoza 6-fosfat (F6P). Nu implică cheltuieli energetice și este o reacție reversibilă catalizată de fosfoglucoza izomerază (IGP).

3-Fosforilarea F6P cu fructoza 1,6-bifosfat catalizată de fosfofructocinază-1 (PFK-1). O moleculă de ATP este utilizată ca donator al grupării de fosfați, iar produsele de reacție sunt F1,6-BP și ADP. Datorită valorii sale de ∆G, această reacție este ireversibilă (la fel ca reacția 1).

Clivarea 4-catalitică a F1,6-BP în fosfat de dihidroxiacetonă (DHAP), o ketoză și gliceraldehida 3-fosfat (GAP), o aldoză. Enzima aldolază este responsabilă pentru această condensare reversibilă a aldolului.

5-Triosa fosfat izomeraza (TIM) este responsabilă pentru interconversia fosfatului trios: DHAP și GAP, fără aport suplimentar de energie.

Faza de recuperare a energiei

1-GAP este oxidat de gliceraldehidă 3-fosfat dehidrogenază (GAPDH), care catalizează transferul unei grupări fosfat în GAP pentru a forma 1,3-bisfosfoglicrat. În această reacție, două molecule de NAD + sunt reduse per moleculă de glucoză și sunt utilizate două molecule de fosfat anorganic.

Fiecare NADH produs trece prin lanțul de transport al electronilor și 6 molecule de ATP sunt sintetizate prin fosforilare oxidativă.

2-Fosfoglicratul kinazei (PGK) transferă o grupare fosforil de la 1,3-bisfosfoglicratul la ADP, formând două molecule ATP și două 3-fosfoglicerite (3PG). Acest proces este cunoscut sub numele de fosforilare la nivel de substrat.

Cele două molecule de ATP consumate în reacțiile de HK și PFK sunt înlocuite cu PGK la această etapă a căii.

3-3PG este transformat în 2PG prin mutase fosfoglicrat (PGM), care catalizează deplasarea grupării fosforil între carbonul 3 și 2 al glicratului în două etape reversibile. Ionul de magneziu este de asemenea necesar de această enzimă.

4-O reacție de deshidratare catalizată de enolază transformă 2PG în fosfenolpiruvat (PEP) într-o reacție care nu necesită investiții energetice, dar generează un compus cu potențial energetic mai mare pentru transferul grupului fosfați mai târziu.

5-În sfârșit, piruvatul kinazei (PYK) catalizează transferul grupării fosforil din PEP la o moleculă ADP, cu producția concomitentă de piruvat. Două molecule ADP sunt utilizate pentru fiecare moleculă de glucoză și sunt generate 2 molecule de ATP. PYK folosește ioni de potasiu și magneziu.

Astfel, randamentul energetic total al glicolizei este de 2 molecule de ATP pentru fiecare moleculă de glucoză care intră pe cale. În condiții aerobe, degradarea completă a glucozei implică obținerea între 30 și 32 de molecule de ATP.

Soarta intermediarilor glicolitici

După glicoliză, piruvatul suferă decarboxilare, producând CO2 și donând grupa acetil către acetil-coenzima A, care este oxidată și la CO2 în ciclul Krebs.

Electronii eliberați în timpul acestei oxidări sunt transportați la oxigen prin reacții ale lanțului respirator mitocondrial, care conduce în cele din urmă la sinteza ATP în acest organel.

În timpul glicolizei aerobe, excesul de piruvat produs este prelucrat de enzima lactat dehidrogenază, care formează lactat și regenerează o parte din NAD + consumate în gradele de glicoliză, dar fără formarea de noi molecule de ATP.

Mecanism de lactat dehidrogenază (Sursa: Jazzlw prin Wikimedia Commons)

În plus, piruvatul poate fi utilizat în procese anabolice care duc la formarea aminoacidului alanină, de exemplu, sau poate acționa și ca un schelet pentru sinteza acizilor grași.

La fel ca piruvatul, produsul final al glicolizei, mulți dintre intermediarii reacției servesc alte funcții în căile catabolice sau anabolice importante pentru celulă.

Acesta este cazul 6-fosfatului de glucoză și calea fosfatului de pentoză, unde se obțin intermediații ribozici prezenți în acizii nucleici

Referințe

1. Akram, M. (2013). Mini-recenzie despre glicoliză și cancer. J. Canc. Educ., 28, 454–457.
2. Esen, E., & Long, F. (2014). Glicoliza aerobă în osteoblaste. Curr Osteoporos Rep, 12, 433–438.
3. Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Biogeneza, menținerea și dinamica glicozomilor în paraziții trypanosomatide. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863 (5), 1038–1048.
4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Glicoliza aerobă: dincolo de proliferare. Frontiere in Imunologie, 6, 1–5.
5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Ipoteză: structuri, evoluție și strămoș al glucozei kinazelor din familia hexokinazei. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320–330.
6. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Principiile biochimiei Lehninger. Ediții Omega (ediția a 5-a).