Glikoliza

(Przegląd kluczowych struktur i reakcji)

A) przygotowanie heksozy do podziału na dwie triozy:

1)fosforylacja glukozy (czyli przekształcenie w formę metabolicznie aktywną)

2) izomeryzacja do fruktozo-6-P (aldoza w ketozę, dla umożliwienia kolejnych

przemian)

3) fosforylacja do fruktozo1,6-di P (dla umożliwienia podziału na 2 triozy)

B) podział (aldolowy) na 2 triozy

izomeryzacja (ketoza w aldozę)

C) utlenienie (

oddanie 2H na NAD

+

z równoczesną syntezą związku

wysokoenergetycznego)

D) fosforylacja substratowa (

synteza ATP kosztem energii z rozkładu wiązania

wysokoenergetycznego 1,3-DPG, a następnie przemiana do PEP jako związku
wysokoenergetycznego)

E) fosforylacja substratowa (

synteza ATP kosztem rozkładu wiązania w PEP)

Ogólny schemat glikolizy ze wskazaniem enzymów uczestniczących w
kolejnych przemianach

Ogólny schemat glikolizy z podziałem na fazy inwestowania i produkcji
energii

Profil energetyczny oraz przepływ elektronów w glikolizie
beztlenowej

Bilans glikolizy w warunkach beztlenowych w
cytoplazmie:

Fosforyłacja glukozy

-1 ATP

Fosforylacja fruktozo-6-P

-1 ATP

Utlenienie aldehydu 3-P-glicerynowego

+2 NADH

Fosforylacja substratowa (1,3-DPG⇒3-PG)

+2 ATP

Fosforylacja substratowa (PEP⇒Pirogronian)

+2ATP

Redukcja pirogronianu do mleczanu

-2NADH

Netto (zysk)

2 ATP

Korzyści wynikające z glikolizy:

Produkowana jest energia (ATP) w części cytoplazmatycznej, a więc
tam, gdzie będzie zużywana przez mięśnie do pracy

Produkcja energii jest możliwa w warunkach niezadowalającego
zaopatrzenia mięśni w tlen (np. podczas intensywnego wysiłku)

Funkcję zagospodarowania mleczanu przejmują inne tkanki (wątroba
do produkcji glukozy, natomiast serce, inne grupy mięśniowe mniej
obciążone wysiłkiem oraz mózg – do produkcji energii)

Przebieg glikolizy w erytrocytach

(tworzenie 2,3-DPG-który

zmniejsza powinowactwo Hb do tlenu, tzn. ułatwia oddawanie O

2

)

Cykl Corich

Utlenienie pirogronianu (w mitochondriach)

Przebieg reakcji utlenienia pirogronianu

Lokalizacja procesów tlenowych w mitochondrium

Losy węgla w cyklu kwasu cytrynowego (Krebsa).

Enzymy cyklu Krebsa

==================

Sumaryczne równanie cyklu kwasu cytrynowego:

Acetylo-CoA + 3NAD

+

+ FAD

+

+ GDP + P

i

+ 2H

2

O

⇒

⇒

⇒

⇒

2CO

2

+ 3NADH + FADH

2

+ GTP + 2H

+

+ CoA

FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA

Transport protonów przez kompleksy łańcucha
oddechowego

Ogólny mechanizm chemiosmotycznego sprzężenia fosforylacji
oksydacyjnej z łańcuchem
oddechowym

Przejściu 2 e

-

przez ETC od NADH na O

2

towarzyszy wyrzut

12 H

+

(po 4H

+

wyrzucane przez kompleksy I, III i IV)

z macierzy do

przestrzeni międzybłonowej

Przestrzeń międzybłonowa















macierz mitochochondrialna

12 H

+

⇐

⇐

⇐

⇐

⇒

⇒

⇒

⇒ 3

x

3 H

+

====

9 H

+

⇒

⇒

⇒

⇒ 3 H

+

+ 3 P

i

+ 3 ADP ⇒

⇒

⇒

⇒ 3 ATP

12 H

+















9 H

+

+ 3 H

+

Nowsza koncepcja:

Przejściu 2 e

-

przez ETC od NADH na O

2

towarzyszy wyrzut

10H

+

(po 4 H

+

wyrzucane przez kompleksy I, i III oraz 2H

+

- przez

kompleks IV)

z macierzy do przestrzeni międzybłonowej

Obliczenia dla przejścia 2 par elektronów (4 e

-

)

Przestrzeń międzybłonowa















macierz mitochochondrialna

2 x 10 H

+

⇐

⇐

⇐

⇐

⇒

⇒

⇒

⇒ 5

x

3 H

+

====

15 H

+

⇒

⇒

⇒

⇒ 5 H

+

+ 5 P

i

+ 5 ADP ⇒

⇒

⇒

⇒ 5 ATP

20 H

+















15 H

+

+ 5 H

+

czyli przejściu jednej pary elektronów (2 e

-

) towarzyszy synteza

2,5 ATP

Struktura syntazy ATP (kompleks

F

0

F

1

)

Reprinted with permission from W. Junge, H. Lill, and S. Engelbrecht, Trends Biochem. Sci.
(1997) 22:420. © 1997 with permission of Elsevier Science.

Model rotacyjnego modelu syntezy ATP przez
podjednostkę F1 syntazy ATP

From Y. Zhou, T. M. Duncan, and R. L. Cross, Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1997) 94:10583.
Reprinted with permission of the PNAS.

Podjednostki białkowe wchodzące w skład złożonych
kompleksów białkowych łańcucha oddechowego.

Miejsca oddziaływania wybranych inhibitorów łańcucha
oddechowego i sztucznych akceptorów elektronów.

================================================================

CN

-

↓↓↓↓

2,4 Dinitrofenol (2,4-DNP) jako czynnik rozprzęgający
fosforylację oksydacyjną

Działanie czynnika rozprzęgającego oznacza, że wskutek częściowego
rozproszenia gradientu stężeń protonów [H+], ilość powstałego ATP jest
mniejsza mimo pełnego przebiegu procesu utlenienia biologicznego (produkcji
H

2

O i CO

2

jako końcowych metabolitów). W tej sytuacji wydajność fosforylacji

oksydacyjnej jest niższa (mniej ATP powstaje) i większa część energii jest
uwalniana jako ciepło.

Wydajność łańcucha oddechowego

:

Utlenienie 1 mola (NADH + H

+

) daje 1 mol H

2

O,

a to oznacza uwolnienie

: -

52 kcal energii

Część tej energii, dzięki sprzężeniu produkcji wody metabolicznej z tworzeniem
ATP, umożliwia wyprodukowanie

3 moli ATP, czyli 3 x (-7,3 kcal)= - 22 kcal

,

Stąd (22/52) * 100 % , to jest

około 40 % energii z tworzenia wody ulega

zamianie w energię biologicznie użyteczną (ATP)

Czółenko glicerolo-3-fosforanowe (a) i jabłczanowo-
asparaginianowe (b) dla transferu równoważników
redukcyjnych (NADH) z cytoplazmy do mitochondrium.

Bilans glikolizy w warunkach tlenowych

C

y

to

p

la

zm

a

Fosforyłacja glukozy

-1 ATP

Fosforylacja fruktozo-6-P

-1 ATP

Utlenienie aldehydu 3-P-glicerynowego (2 cząst.)

+2 NADH

Fosforylacja substratowa (1,3-DPG⇒

⇒

⇒

⇒3-PG) (2 cząst.)

+2 ATP

Fosforylacja substratowa (PEP⇒

⇒

⇒

⇒Pirogronian) (2 cząst.)

+2ATP

M

it

o

ch

o

n

d

ri

u

m

Utlenienie pirogronianu do Acetylo-CoA (2 cząst.)

+ 2 NADH

Utlenienie izocytrynianu ((2 cząst.)

+ 2 NADH

Utlenienie α-ketoglutaranu ((2 cząst.)

+ 2 NADH

Defosforylacja bursztynylo-CoA (2 cząst.)

+ 2 GTP

Utlenienie bursztynianu ((2 cząst.)

+ 2 FADH

2

Utlenienie jabłczanu (2 cząst)

+ 2 NADH

Suma

=

2 ATP

cyt

+2 NADH

cytopl

+2 GTP+8 NADH

mitoch

+ 2 FADH

2

Zysk energetyczny z glikolizy w warunkach tlenowych

Sposób tradycyjny

NADH ⇒

⇒

⇒

⇒3 ATP

FADH

2

⇒

⇒

⇒

⇒2 ATP

Sposób nowszy

NADH ⇒

⇒

⇒

⇒2,5 ATP

FADH

2

⇒

⇒

⇒

⇒1,5 ATP

2 NADH

cytopl

⇒

⇒

⇒

⇒FADH

2 mitoch

4 ATP

3 ATP

2ATP

cytoplazma

2 ATP

2 ATP

8 NADH

24 ATP

20 ATP

2 FADH

2

4 ATP

3 ATP

2 GTP⇒

⇒

⇒

⇒2ATP

2 ATP

2 ATP

SUMA

36 ATP

30 ATP

Cykl pentozo-fosforanowy

(C

6

⇒

⇒

⇒

⇒C

5

+ CO

2

+ 2 NADPH)

Podsumowanie:

Znaczenie i funkcja glikolizy i cyklu pentozofosforanowego

GLIKOLIZA

CYKL PENTOZOWY

Charakter
procesu

Utlenienie

Utlenienie

Podstawowa
funkcja

Produkcja energii
(ATP)

Produkcja równoważników
redukcyjnych NADPH

Znaczenie w
metabolizmie

Szybki mechanizm
produkcji energii
ATP

(szczególnie w

warunkach gorszego
zaopatrzenia w tlen)

Synteza kwasów
tłuszczowych i cholesterolu

Redukcja Fe

3+

do Fe

2+

w Hb

(

przez reduktazę Met-Hb

)

Regeneracja GSH (

glutation

zredukowany)

w erytrocytach

NADPH nie przekazuje protonu i elektronów na łańcuch
oddechowy (!!!)

Glukoneogeneza (resynteza glukozy)

Porównanie glikolizy i glukoneogenezy

Glukoneogeneza NIE JEST prostym odwróceniem
glikolizy

Resynteza glikogenu (glikogenoneogneza)

Proces sieciowania struktury glikogenu