Τι είναι η γλυκόλυση;

Η γλυκόλυση είναι μια σειρά από δέκα χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα των ζωντανών κυττάρων. Η γλυκόλυση είναι το πρώτο βήμα στην κυτταρική αναπνοή και είναι μια διαδικασία που διασπά ένα μόριο σακχάρου 6 άνθρακα (γλυκόζη) σε δύο μόρια πυροσταφυλικού άλατος 3 άνθρακα.

Όπως πιθανότατα γνωρίζετε ήδη, ο κυτταρικός μεταβολισμός είναι η συλλογή μεταβολικών οδών στο σώμα για τη χρήση πόρων και ενέργειας. Χωρίς τα αναβολικά και καταβολικά μονοπάτια να διασπούν τους πόρους που καταναλώνουμε και να τους μετατρέπουν σε χρησιμοποιήσιμες μορφές ενέργειας, δηλαδή σε ATP (φωσφορική αδενοσίνη), δεν θα μπορούσαμε να λειτουργήσουμε σε επίπεδο κυττάρων, συστήματος ή οργανισμού.

Ο κυτταρικός μεταβολισμός συμβαίνει σε όλα τα κύτταρα του σώματος που δεσμεύουν και απελευθερώνουν ενέργεια, καθώς η αποδόμηση και η αναδόμηση των μακρομορίων είναι απαραίτητη για κάθε βιοχημική αντίδραση που συμβαίνει στο ανθρώπινο σώμα. Λόγω της μικρής διάρκειας ζωής πολλών μοριακών και κυτταρικών συστατικών και των συνεχών ενεργειακών αναγκών ενός οργανισμού, ο κυτταρικός μεταβολισμός είναι μια σταθερή διαδικασία που συνεχίζεται καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής μας. Η γλυκόλυση, ο κύκλος του Krebs και η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι τα τρία βασικά βήματα της κυτταρικής αναπνοής, το σύνολο των οδών που μετατρέπουν τα θρεπτικά συστατικά σε ATP, αλλά το πρώτο βήμα στη διαδικασία - η γλυκόλυση - είναι η μεταβολική οδός που θέλουμε να επικεντρωθούμε σήμερα!

Τι είναι η γλυκόλυση;

Η γλυκόλυση είναι η πρώτη μεταβολική οδός της κυτταρικής αναπνοής και είναι μια σειρά από δέκα χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα των ζωντανών κυττάρων. Η γλυκόλυση είναι μια ευέλικτη διαδικασία, καθώς μπορεί να λειτουργήσει σε αναερόβιες ρυθμίσεις (έλλειψη οξυγόνου) ή αερόβιες ρυθμίσεις (υπάρχει οξυγόνο), αν και τα τελικά προϊόντα αυτών των δύο συνθηκών θα είναι ελαφρώς διαφορετικά - γαλακτικό και πυροσταφυλικό, αντίστοιχα.

Η λέξη «γλυκόλυση» μπορεί να χωριστεί σε «γλυκό» και «λύση», που βασικά σημαίνει «γλυκόζη» και «σπάσιμο/σχίσιμο». Αυτό ακριβώς κάνει η διαδικασία της γλυκόλυσης - διασπά ένα μόριο σακχάρου 6 άνθρακα (γλυκόζη) σε δύο μόρια πυροσταφυλικού άλατος 3 άνθρακα, τα οποία στη συνέχεια θα συμμετέχουν στον κύκλο του Krebs και στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, προκειμένου να δημιουργούν περισσότερη αξιοποιήσιμη ενέργεια. Θυμηθείτε, η γλυκόλυση είναι μόνο το πρώτο βήμα στην κυτταρική αναπνοή. τα προϊόντα της γλυκόλυσης έχουν ακόμη πολύ δρόμο μπροστά τους!

(Φωτογραφία:RegisFrey/Wikimedia Commons)

Εκτός από το πυροσταφυλικό, η διάσπαση της γλυκόζης μέσω της γλυκόλυσης απελευθερώνει επίσης ενέργεια με τη μορφή 2 μορίων ATP και 2 μορίων NADH. Αυτά είναι καλά νέα, δεδομένου ότι η παραγωγή ATP είναι ο απώτερος στόχος της κυτταρικής αναπνοής και τα μόρια NADH μπορούν να χρησιμοποιηθούν αργότερα στη διαδικασία της αναπνοής για να παράγουν ακόμη περισσότερη ενέργεια. Τώρα, αυτή είναι η γενική επισκόπηση της γλυκόλυσης, αλλά για να κατανοήσουμε την περίπλοκη ομορφιά της γλυκόλυσης και της κυτταρικής αναπνοής, πρέπει να σκάψουμε λίγο βαθύτερα!

Οι αντιδράσεις της γλυκόλυσης

Υπάρχουν δύο κύρια στάδια της γλυκόλυσης, το καθένα από τα οποία αποτελείται από πέντε στάδια. Το πρώτο στάδιο απαιτεί τη δαπάνη ενέργειας, ενώ το δεύτερο στάδιο παράγει την επιθυμητή ενέργεια. Οι πρώτες πέντε αντιδράσεις στη γλυκολυτική διαδικασία ονομάζονται προπαρασκευαστική φάση, ενώ οι πέντε τελευταίες αντιδράσεις ονομάζονται φάση αποπληρωμής.

Προπαρασκευαστική φάση

1. Ξεκινώντας με ένα μόνο μόριο γλυκόζης και τελειώνοντας με 6-φωσφορική γλυκόζη, η πρώτη αντίδραση απαιτεί τη χρήση ενός ενζύμου εξοκινάσης για τη διάσπαση ενός ATP, μετατρέποντάς το σε ADP, προκειμένου να φωσφορυλιωθεί το μόριο της γλυκόζης.

2. Η δεύτερη αντίδραση χρησιμοποιεί ισομεράση (ένζυμο) για να μετατρέψει τη 6-φωσφορική γλυκόζη σε φρουκτόζη-6-φωσφορική.

3. Στη συνέχεια, η φωσφοφρουκτοκινάση θα καταλύσει μια άλλη αντίδραση φωσφορυλίωσης, προσθέτοντας μια άλλη ομάδα φωσφόρου στη φρουκτόζη-6-φωσφορική, δημιουργώντας τη φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική. Παρόμοια με την πρώτη αντίδραση φωσφορυλίωσης, αυτό απαιτεί επίσης τη δαπάνη ενός μορίου ATP, το οποίο μετατρέπεται σε ADP.

4. Η φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική στη συνέχεια θα διασπαστεί σε δύο ενώσεις 3 άνθρακα, με τη βοήθεια της αλδολάσης, σε 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη και φωσφορική διυδροξυακετόνη. Ενώ αυτά τα δύο προϊόντα είναι ισομερή, η ισορροπία τείνει προς τη 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη, καθώς θα χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια στο μονοπάτι της γλυκόλυσης.

Σημειώστε ότι 2 μόρια ATP καταναλώνονται στο πρώτο και το τρίτο βήμα της προπαρασκευαστικής φάσης.

Φάση εξόφλησης

1. Σε αυτό το πρώτο βήμα της δεύτερης φάσης γλυκόλυσης, το ένζυμο αφυδρογονάση GL-3-P χρησιμοποιεί ένα ανόργανο μόριο φωσφόρου και NAD για να παράγει NADH και 1-3 διφωσφογλυκερικό από 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη.

2. Χρησιμοποιώντας φωσφογλυκερική κινάση, το διφωσφογλυκερικό 1-3 μετατρέπεται σε 3-φωσφογλυκερικό. Αυτή η χημική αντίδραση θα μετακινήσει μια ομάδα φωσφόρου πίσω σε ένα μόριο ADP, με αποτέλεσμα να παραχθεί ένα μόριο ATP. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι αυτό το βήμα στη διαδικασία αντίδρασης είναι αναστρέψιμο.

3. Το 3-φωσφο-γλυκερικό υφίσταται μια απλή αντίδραση αναδιάταξης, με τη βοήθεια της φωσφογλυκερικής μουτάσης, σε 2-φωσφογλυκερικό. Αυτό το βήμα δεν απαιτεί ούτε παράγει ενέργεια.

4. Το 2-φωσφογλυκερικό στη συνέχεια μετατρέπεται σε πυροσταφυλική φωσφοενόλη με τη βοήθεια Mg2+ (ιόν μαγνησίου) και ενολάσης, ενός ενζύμου.

5. Το τελικό στάδιο της γλυκόλυσης συνίσταται στη διάσπαση της πυροσταφυλικής φωσφοενόλης σε πυροσταφυλικό μέσω της δράσης της πυροσταφυλικής κινάσης. Αυτή η αντίδραση απελευθερώνει επίσης ένα μόριο φωσφόρου, το οποίο μετατρέπει ένα μόριο ADP σε ATP. Αυτή δεν είναι αναστρέψιμη αντίδραση.

Προϊόντα γλυκόλυσης

Στο τέλος της προπαρασκευαστικής φάσης, σημειώστε ότι (1) μόριο γλυκόζης χωρίστηκε σε (2) μόρια 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης. Επομένως, η φάση αποπληρωμής συμβαίνει στην πραγματικότητα δύο φορές ανά μόριο γλυκόζης, που σημαίνει ότι στο δεύτερο και τελευταίο στάδιο της φάσης αποπληρωμής παράγονται δύο μόρια ATP, με αποτέλεσμα ένα ακαθάριστο προϊόν 4 μορίων ATP.

Ωστόσο, να θυμάστε ότι στην προπαρασκευαστική φάση, δαπανήθηκαν 2 μόρια ATP. Έτσι, ξεκινώντας με ένα μόνο μόριο γλυκόζης, η διαδικασία της γλυκόλυσης παράγει 2 μόρια πυροσταφυλικού, 2 καθαρά μόρια ATP, καθώς και 2 μόρια NADH, ένα προϊόν που συχνά παραβλέπεται. Το NADH σχηματίζεται στην πρώτη αντίδραση της φάσης αποπληρωμής με τη βοήθεια μιας αφυδρογονάσης. Το NADH είναι σημαντικό επειδή είναι ένας φορέας ηλεκτρονίων, ο οποίος έχει τη δυνατότητα να δημιουργήσει ακόμη περισσότερο ATP αργότερα στη διαδικασία της αναπνοής, συγκεκριμένα στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.

(Φωτογραφία:CNX OpenStax/Wikimedia Commons)

Μόλις ολοκληρωθεί η γλυκόλυση, το κύτταρο έχει άμεση πρόσβαση σε 2 ATP, το οποίο είναι πολύτιμο όταν η ενεργειακή ζήτηση είναι υψηλή. Τα μόρια πυροσταφυλικού άλατος θα οξειδωθούν και θα κινηθούν στον Κύκλο του Krebs, ενώ το NADH θα κινηθεί προς τα εμπρός στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, όπου είναι προσβάσιμο το πλήρες ενεργειακό του δυναμικό.