Glicoliza si Reglare Glicolizei - Biochimie 9
In cursul finalizarii etapei consumatoare de energie, bilantul global energetic este...
-2 ATP
Importanta fosforilarii glucozei la glucoză-6-fosfat (G-6-P)
1. Realizeaza retinerea glucozei fosforilate in celula, determinand angajarea sa in procesul de metabolizare. 2. Energia eliberata prin ruperea legaturii fosfat macroenergice din molecula este conservata partial in legatura fosfo-esterica a G-6-P. Glucoza fosforilata este imbogatita cu energie libera, deci mai reactiva.
Bilantul energetic al glicolizei anaerobe
2 ATP (glicoliza elibereaza numai o mica fractiune din energia totala a moleculei de glucoza)
La finalul transferul grupării fosfat din fosfoenolpiruvat pe ADP dintr-o singura glucoza vom obtine...
2 piruvati, 2 NADH, 2 H+, 2ATP, 2 H2O
Fosforilarea fructozo-6-fosfatului la fructoză-1,6-difosfat (F-1,6-P2)
Are loc prin transferul gruparii fosfat din ATP pe gruparea -OH din pozitia 1 a F-6-P, proces care are loc cu pierdere de energie liberea, ceea ce ii confera un caracter ireversibil, catalizata de fosfofructokinaza-1.
Fosforilarea glucozei la glucoză-6-fosfat (G-6-P)
Are loc prin transferul unei grupări fosfat din ATP pe gruparea -OH din poziţia 6 a glucozei. Întrucât reacţia are loc cu pierdere de energie liberă sub formă de căldură ( G° = -4 kcal/mol), are un caracter ireversibil.
Transformarea 3-fosfogliceratului în 2-fosfoglicerat
Are loc sub actiunea fosfoglicerat mutazei, care catalizeaza o reactie de transfer reversibil al gruparii fosfat intre C-3 si C-2 al gliceratului.
Izomerizarea glucozo-6-fosfatului la fructoză-6-fosfat (F-6-P)
Este constituita dintr-un proces de izomerizare aldoza-cetoza, catalizata de fosfohexoz izomeraza (caracter reversibil).
Procesul glicolizei cuprinde doua etape:
Etapa consumatoarea de energie pentru fosforilarea unor intermediari, denumita si faza pregatitoare. Etapa generatoare de energie, asftel bilantul energetic global sa fie pozitiv.
Principalul punctul de control al vitezei de desfăşurare a acestei căi metabolice este dat de enzima ... (vezi Reglarea activitatii glicolizei)
Fosfofructokinaza-1
Etapa limitanta de viteza a glicolizei este...
Fosforilarea fructozo-6-fosfatului la fructoză-1,6-difosfat (F-1,6-P2)
Reactiile care intra in etapa consumatoare de energie a glicolizei sunt:
Fosforilarea glucozei la glucoză-6-fosfat (G-6-P), Izomerizarea glucozo-6-fosfatului la fructoză-6-fosfat (F-6-P), Fosforilarea fructozo-6-fosfatului la fructoză-1,6-difosfat (F-1,6-P2), Scindarea fructozo-1,6-difosfatului, Transformarea DHAP in GA-3-P
Dintre cele doua trioze care poate fi degradata in continuare pe calea glicolizei?
GA-3-P (glicerilaldehid-3-fosfat)
Glicoliza definitie si scop
Glicoliza este o cale de degradare a glucozei printr-o serie de reactii enzimatice in citoplasma, care are ca scop eliberarea unei fractiuni din energia continuta in molecula glucozei si conservarea ei sub forma de ATP.
Glucokinaza
Glucokinaza din ficat are un Km mare (10 mM) pentru glucoză, ceea ce traduce o afinitate mică pentru glucoză, glucokinaza funcţionează eficient numai atunci când concentraţia intracelulară a glucozei este mare, aşa cum se întâmplă postprandial.
Punctul de răscruce în metabolismul glucidic este reprezentat de ...
Glucozo-6-P, fiind precursorul pentru toate căile care utilizează glucoza, principalele fiind: glicoliza, calea pentoz-fosfaților și sinteza de glicogen.
Oxidarea gliceraldehid-3-fosfatului la 1,3-difosfoglicerat (1,3-DPG)
Gruparea aldehidica a GA-3P este oxidata in prezenta NAD+ si fosforilata cu fosfat anorganic, cu formarea unei grupari carboxil-fosfat. Reactia este catalizata de glicerilaldehid-35-fosfat dehidrogenaza, enzima care contine o grupare -SH la centrul activ, la care substratul se leaga covalent prin gruparea sa aldehidica.
Enzimele ce catalizeaza reactia de fosforilare a glucozei (Fosforilarea glucozei la glucoză-6-fosfat)
Hexokinaza (in toate tesuturile) Glucokinaza (exclusiv in ficat)
Hexokinaza
Hexokinaza are un Km mic pentru glucoză (0,1 mM), deci o afinitate mare pentru glucoza.
Reglarea hexokinazei
Hexokinaza este inhibata alosteric de glucozo-6-fostfat (inhibitie feedback de catre produsul de reactie): daca G-6-P nu este utilizat atat de rapid pe cat se formeaza, acumularea sa duce la inhibarea hexokinazei, in felul acesta, rata formarii G-6-P este mentinuta in echilibru cu rata utilizarii sale ulterioare.
Soarta NADH si piruvatului format in glicoliza in conditii anaerobe: (NADH trebuie sa fie reoxidat continuu inapoi la NAD+, ca sa participe ca acceptor de electroni in reactia catalizata de gliceraldehid-3fosfat dehidrogenaza)
NADH este reoxidat prin angajarea in reactia de reducere a privuatului la lactat, sub actiunea lacatat dehidrogenazei, ceea ce explica faptul ca in conditii anaerobe, glicoliza se termina la lactat.. Reactia catalizata de lactat dehidrogenaza este reversibil in functie de raportul [NADH]/[NAD+].
Soarta NADH si piruvatului format in glicoliza in conditii aerobe:(NADH trebuie sa fie reoxidat continuu inapoi la NAD+, ca sa participe ca acceptor de electroni in reactia catalizata de gliceraldehid-3fosfat dehidrogenaza)
NADH este transferat in mitocondrie si oxidat in lantul respirator, astfel incat produsul final al glicolizei este piruvatul. Piruvatul este apoi oxidat in mitocondrie la acetil-CoA si oxidat ulterior in ciclul Krebs.
Reglarea fosfofructokinazei-1 (PFK-1)
PFK-1 este reglata alosteric, continand patru situsuri alosterice pentru AMP, fructozo-2,6-difosfat, ATP si citrat.
Rolurile glicolizei
Pe langa sinteza de ATP, glicoliza are multiple roluri: 1. Acetil-CoA rezultata din oxidarea piruvatului poate fi folosita la sinteza de acizi grasi. 2. DHAP se poate transforma in glicerol-fosfat, care este utilizat impreuna cu acizii grasi la sinteza de trigliceride sau de fosfolipide. 3. Unii aminoacizi pot fi generati din intermediari glicolitici: serina de 3-P-glicerat si alanina din piruvat. 4. Fructozo-6-P si gliceraldehid-3-P pot participa la generare de riboza-5-P (sinteza de nucleotide) 5. In eritrocit se sintetizeaza 2,3-difosfoglicerat, care moduleaza afinitatea hemoglobinei pentru oxigen.
Deshidratarea 2-fosfogliceratului la fosfoenolpiruvat
Procesul este catalizat de enolaza si reprezinta a doua reactie din glicolaza care genereaza un intermediar ce contine un fosfat inalt energetic. Pierderea unei molecule de apa din 2-fosfoglicerat determina o redistribuire a energie in interiorul molecului.
Transferul grupării fosfat din fosfoenolpiruvat pe ADP
Reactia este catalizata de piruvat kinaza si duce la formarea unei molecule de ATP si a enolpiruvatului, care tautomerizeaza rapid la piruvat. Este cea de a doua reactie de fosforilare la nivel de substrat din glicoliza. Reactia exotermica, in consecinta are un caracter ireversibil.
Scindarea fructozo-1,6-difosfatului
Reactie catalizata de aldolaza (aldolaza A, spre a o deosebi de aldolaza B din muschi, care actioneaza asupra fructozo-1-fosfatului) in care din fructozo-1,6-difosfat rezulta două trioze fosforilate gliceraldehid-3-fosfat (GA-3-P, cuprinde atomii C4-C6 ai fructozei) şi dihidroxiaceton fosfat (DHAP, cuprinde atomii C1-C3 ai fructozei).
Reglarea glucokinazei
Reglarea glucokinazei este indusa se catre insulina.
Transferul grupării fosfat din 1,3-difosfoglicerat pe ADP
Sub actiunea fosfoglicerat kinazei, gruparea fosfat inalt energetica de la C1 al 1,3-DPG este transferata pe ADP, cu sinteza unei molecule de ATP si a 3-fosfogliceratului. (Atentie! In urma unei singure glucoza vom obtine doua molecule de 1,3-difosfoglicerat , rezultand 2 molecule de ATP)
Enzima care catalizeaza transformarea DHAP (dihidroxiaceton fosfat) in GA-3-P (gliceraldehid-3-fosfat).
Triozfosfat izomeraza (interconversiune cetoza-aldoza)
Glicoliza poate functiona in conditii
aerobe si anaerobe
Reglarea glicolizei se face ... si ...
alosteric si hormonal
Tesuturi gluco-dependente
creier, eritrocit, muschi scheletic in activitate
In perioade post-prandiale, glucagonul creste/scade concentratia de F-2,6-P2.
creste, insulina activează o protein fosfatază → defosforilarea enzimei bifuncţionale → activarea domeniului kinazic şi inhibarea domeniului fosfatazic => creşterea cantităţii de F-2,6-P2 → accelerarea glicolizei la nivelul PFK-1.
In celule care nu au mitocondrii, cum ar fi eritrocitul...
fosforilarea oxidata nu poate avea loc, aceste celule depinzand de glicoliza anaeroba pentru a genera ATP
Reglarea procesului glicolizei are loc la nivelul unor enzime reglatorii... (cele care catalizeaza reactii ireversibile)
hexokinaza/glucokionaza, fosfofructokinaza-1, piruvat kinaza.
Cuplul reactiilor catalizate de gliceraldehid-3-P dehidrogenaza si fosfoglicerat kinaza reprezinta un proces de fosforilare ...
la nivel de substrat (Sinteza ATP prin fosforilare la nivel de substrat reprezinta o cale complet distinca de sinteza ATP prin fosforilare oxidativa, care este un proces strict aerob)
Tesuturi care au capacitate glicolitica semnificativa (de supravietuite a hipoxiei tisulare)
medulara renala, tractul gastro-intestinal, pielea
ATP pentru PFK-1 este un modulator de tip...
negativ deoarece o concentratie mare de ATP in celula este semnal de abudenta energetica.
Citratul pentru PFK-1 este un modulator de tip...
negativ, se formeaza in concentratie mare in conditiile degradarii accelerate a acizilor grasi.
Piruvat kinaza este reglata de...
pozitiv de Fructoza-1,6-bifosfat si negativ de ATP. Reglat hormonal de glucagon. Daca glucagon creste piruvat kinaza este inhibata.
Fructoza-2,6-fosfat (F-2,6-P2) pentru PFK-1 este un modulator de tip...
pozitiv, foarte important, prin absenta PFK-1 are o activitate slaba sau deloc. Obtinerea fructoza-2,6-fosfat este asigurata de enzima PFK-2/F-2,6-P2aza care este o enzima bifunctionala .
AMP pentru PFK-1 este un modulator de tip...
pozitiv, semnal de depletie a rezervelor energetice.
In perioade interprandiale, glucagonul creste/scade concentratia de F-2,6-P2.
scade, glucagonul acţionează prin intermediul mesagerului secund AMP ciclic → acesta activează protein-kinaza A (PKA) → fosforilarea enzimei bifuncţionale → activarea domeniului fosfatazic şi inhibarea domeniului kinazic => scăderea concentraţiei F-2,6-P2 → încetinirea glicolizei la nivelul PFK-1 (în absența aportului alimentar glucidic, ficatul își obține energia prin degradarea acizilor grași → economisește glucoza pentru țesuturile gluco-dependente)
Cand nivelul plasmatic de insulina este crescut, glucokinaza este ...
stimulata si sintetizata
