Glikoliza jest to łańcuch reakcji przekształcających jedną cząsteczkę glukozy w dwie cząsteczki pirogronianu, z jednoczesnym wytwarzaniem dwóch cząsteczek ATP. Glikoliza zachodzi w cytoplazmie.

Etapy glikolizy.

Etap I- Heksokinaza wychwytuje glukozę w komórce i rozpoczyna glikolizę.

Glukoza przedostaje się do komórek za pomocą białek przenośnikowych i ulega fosforylacji fosforanem pochodzącym z ATP, przechodząc w glukozo-6-fosforan, który nie może dyfundować przez błonę. Przeniesienie grupy fosforanowej z ATP na grupę hydroksylową C6 glukozy katalizuje enzym heksokinaza.

Etap II- Powstawanie fruktozo-1,6-bisfosforanu z glukozo-6-fosforanu.

1) Następnym etapem jest izomeryzacja glukozo-6-fosforanu do fruktozo-6-fosforanu. Izomeryzacja ta jest przekształceniem aldozy w ketozę. Reakcja ta jest katalizowana przez izomerazę glukozofosforanową i obejmuje dodatkowe etapy przekształcenia, ponieważ zarówno glukozo-6-fosforan, jak i fruktozo-6-fosforan występują przeważnie w formie cyklicznej, enzym musi najpierw otworzyć sześcioczłonowy pierścień, przeprowadzić izomeryzację i następnie pobudzić tworzenie się pięcioczłonowego pierścienia.

2) Po izomeryzacji zachodzi druga reakcja fosforylacji. Fruktozo-6-fosforan jest fosforylowany przez ATP do fruktozo-1,6-bisfosforanu. Reakcja ta jest katalizowana przez enzym allosteryczny fosfofruktokinazę, który reguluje szybkość przebiegu glikolizy.

Etap III- Sześciowęglowy cukier jest rozszczepiany do dwóch trójwęglowych fragmentów.

Następna faza procesu rozpoczyna się od rozszczepienia fruktozo-1,6-bisfosforanu do aldehydu 3-fosfoglicerynowego i fosfodihydroksyacetonu. Tą reakcję katalizuje aldolaza. Aldehyd 3-fosfoglicerynowy bezpośrednio wchodzi w dalszy etap szlaku, natomiast fosfodihydrosyaceton przechodzi izomeryzację w aldehyd 3-fosfoglicerynowy, katalizowaną przez izomerazę triozofosforanową. Dzięki temu oba powstałe początkowo produkty trafiają na dalszy szlak glikolityczny.

Etap IV- Utlenienie aldehydu do kwasu , powstawanie ATP i pirogronianu.

1) Pierwszą reakcją w tym cyklu jest przekształcenie aldehydu 3-fosfoglicerynowego w 1,3-bisfosoglicerynian. Reakcja ta jest katalizowana przez dehydrogenazę aldehydu 3-fosfoglicerynowego. Jest to suma dwóch procesów: utleniania aldehydu z udziałem NAD+ do kwasu karboksylowego oraz połączenia kwasu karboksylowego i ortofosforanu z utworzeniem acylofosforanu i powstaniem NADH.

2) 1,3-bisfosfoglicerynian jest cząsteczką bogatą w energię z większym niż ATP potencjałem przenoszenia grup fosforanowych, może zatem stymulować syntezę ATP z AMP. Przeniesienie grupy fosforanowej z acylofosforanu na ADP katalizuje kinaza fosfoglicerynianowa. Produktami tej reakcji są ATP i 3-fosfoglicerynian. Ten sposób powstawania ATP nazywamy fosforylacją substratową, ponieważ donor fosforanu, jest substratem o wysokim potencjale przenoszenia grup fosforanowych. Powstają dwie cząsteczki ATP z dwóch cząsteczek powstałego początkowo aldehydu 3-fosfoglicerynowego, które kompensują dwie cząsteczki ATP zużytkowane w pierwszych etapach glikolizy.

3) W ostatnich etapach glikolizy 3-fosfoglicerynian jest przekształcany jest w pirogronian z utworzeniem drugiej cząsteczki ATP z AMP. Pierwszą reakcją jest przegrupowanie wewnątrzcząsteczkowe- dokonuje go enzym fosfogliceromutaza, przemieszczając grupę fosforanową podczas przekształcenia 3-fosfoglicerynianu w 2-fosfoglicerynian. W następnej reakcji, dehydratacja cząsteczki 2-fosfogliceryninu powoduje powstanie wiązania podwójnego, podwójnego w wyniku czego powstaje fenol- enzym enolaza katalizuje tworzenie się fosfoenolopirogronianu, który wykazuje wysoki potencjał przenoszenia grup fosforanowych. Kiedy grupa fosforanowa jest przenoszona na ADP, forma enolowa ulega przekształceniu w bardziej stabilną formę ketonową- pirogronian. Reakcję przeniesienia katalizuje kinaza pirogronianowa. Dwie cząsteczki ATP są zyskiem reakcji glikolizy.

Bilans energetyczny glikolizy.

glukoza + 2Pi +2 ADP + 2 NAD+ 2 pirogronian + 2 ATP +2NADH + H+ +2H2O

NADH 2,5 cząsteczek ATP * 2 5 ATP

2ATP

7ATP jeśli glikoliza zachodzi w środowisku tlenowym.

Regulacja glikolizy.

Szlak glikolityczny służy dwóm zasadniczym celom: wytwarzaniu ATP w wyniku degradacji glukozy oraz dostarczaniu elementów budulcowych do syntezy składników komórki. Szybkość glikolizy zależy od stężenia glukozy, więc podstawowe założenie regulacji wyraża się następująco:gdy występuje zapotrzebowanie na energię, dominuje proces glikolizy. W tym przypadku, stężenie AMP jest duże, co stymuluje fosfofruktokinazę, natomiast hamuje fruktozo-1,6-bisfosfatazę. Prowadzi to do stymulacji glikolizy, w warunkach odwrotnych ( wysokie stężenie ATP i cytrynianu) proces glikolizy jest zatrzymany. Allosteryczny efektory ATP i alanina hamują aktywność enzymu glikolitycznego- kinazy pirogronianowej, co sygnalizuje, że ładunek energetyczny komórki jest wysoki i składniki budulcowe do syntez są w nadmiarze.

Główne etapy glikolizy.

Etap 1: fosforylacja glukozy

Etap 2: izomeryzacja glukozo-6-fosforanu do fruktozo-6-fosforanu

Etap 3: druga fosforylacja fruktozo-6-fosofranu do fruktozo-1,6-bisfosforanu

Etap 4: rozpad na 2 fragmenty trójwęglowe- aldehydu 3-fosfoglicerynowego i fosfodihydroksyacetonu.

Etap 5: fosfodihydroksyaceton izomeryzuje do aldehydu 3-fosfoglicerynowego

Etap 6: odwodornienie i fosforylacja aldehydu do 1,3-bisfosoglicerynianu

Etap 7: odzysk energii, poprzez przeniesienie grupy fosforowej z 1,3-bisfosfoglicerynianu na ADP z utworzeniem ATP i 3-fosfoglicerynianu

Etap 8: izomeryzacja 3-fosfoglicerynianu do 2-fosfoglicerynianu

Etap 9: dehydratacja 2-fosfoglicerynianu z utworzeniem fosfoenolopirogranianem

Etap 10: przeniesienie grupy fosforanowej z fosfoenolopirogranianu na ADP z wytworzeniem ATP i pirogranianu

Glukoneogeneza jest to proces syntezy glukozy z niewęglowodanowych prekursorów. Utrzymanie poziomu glukozy jest bardzo ważne dla mózgu, dla którego glukoza stanowi podstawowy materiał energetyczny. Również erytrocyty jako materiał energetyczny zużywają tylko glukozę. Głównymi niewęglowodanowymi prekursorami glukozy są: mleczan, aminokwasy i glicerol. Wszystkie te prekursory najpierw są przekształcane w pirogronian. Głównym miejscem glukoneogenezy jest wątroba, w mniejszym stopniu nerki, a także mózg, mięśnie szkieletowe i serce.

Glukoneogeneza.

1) pierwszym etapem w glukoneogenezie jest karboksylacja pirogronianu prowadząca do powstania szczawiooctanu kosztem energii pochodzącej z ATP. Następnie szczawiooctan ulega dekarboksylacji i fosforylacji dzięki energii pochodzącej z wysokiego potencjału przenoszenia grupy fosforanowej GTP, dając fosfoenolopirogronian. Obydwie te reakcje przebiegają wewnątrz mitochondriów. Pierwszą reakcję katalizuje karboksylaza pirogronianowa, drugą- karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa.

2) inne enzymy glukoneogenezy występują w cytoplazmie, szczawiooctan ulega redukcji do jabłczanu wewnątrz mitochondrium, żeby następnie zostać przeniesionym do cytoplazmy. Reakcję redukcji przeprowadza dehydrogenaza jabłczanowa związana z NADH. Jabłczan po przeniesieniu przez błonę mitochondrialną jest ponownie utleniany do szczawiooctanu z udziałem dehydrogenazy jabłczanowej związanej z NAD+, występującej w cytoplazmie. Na koniec w cytoplazmie szczawiooctan ulega jednocześnie dekarboksylacji i fosforylacji przez karboksykinazę fosfoenolopirogronianową, wytwarzając fosfoenolopirogronian. Donorem grupy jest GTP. Na tym etapie uwalnia się CO2 poprzednio przyłączony do pirogronianu przez karboksylazę pirogronianową.

3) po powstaniu fosfoenolopirogronian ulega przemianom kolejno:

- hydratacji do 2-fosfoglicerynianu w obecności enolazy

- izomeryzacji 2-fosfoglicerynianu do 3-fosfoglicerynianu przy udziale fosfogliceromutazy

- przeniesienie grupy fosforowej z ATP na 2-fosfoglicerynian- powstaje 1,3-bisfosfoglicerynian, reakcja ta jest katalizowana przez kinazę fosfolicerynianową

- 1,3-bisfosfosforynian ulega uwodnieniu i defosforylacji do aldehydu 3-fosfoglicerynowego

- cząsteczki aldehydu 3-fosfoglicerynowego ulegają kondensacji katalizowanej przez aldolazę do fruktozo-1,6-bisfosforanu

4) fruktozo-1,6-bisfosforan przekształca się w fruktozo-6-fosforan, jest reakcja nieodwracalna, katalizowana przez fruktozo-1,6-bisfosfatazę

5)przy udziale izomerazy fosfoglukozy fruktozo-6-fosforan izomeruje do glukozo-6-fosforanu

6) w większości tkanek Glukoneogeneza zatrzymuje się na tym etapie, ale ostatni etap reakcji prowadzącej do wytworzenia glukozy zachodzi we wnętrzu retikulum endoplazmatycznego, gdzie dochodzi do hydrolizy do glukozy z udziałem glukozo-6-fosfatazy.

---