Во метаболизмот, гликолизата е биохемиски пат со кој започнуваат процесите на ферментација и клеточно дишење. Всушност, гликолизата е процес при кој глукозата и фруктозата (кои имаат 6 С-атоми) се делат на две молекули со по 3 С-атоми познати како пирогроздова киселина (пируват). Со овој процес се добива енергија во форма на високоенергетското соединение АТР. Гликолизата е веројатно најстариот познат начин на производство на АТР. Постојат докази дека овој биохемиски пат постоел и пред појавата на кислородот во Земјината атмосфера и органелите во клетките. На ова укажуваат неколку факти:

  • За одвивање на гликолизата не е потребен кислород. Таа е прва етапа во различните аеробни и анаеробни реакции за добивање на енергија
  • Гликолизата се одвива во цитоплазмата на клетките, а не во некоја специјализирана органела
  • Гликолизата е единствен метаболички (биохемиски) пат најден кај сите живи организми.
При метаболичкиот пат на гликолиза, глукозата се конвертира во пируват преку серија на интермедиерни метаболити.    Секоја хемиска модификација се врши под дејство на различен ензим.    Чекорите 1 и 3 се одвиваат со потрошувачка на ATP, а во    чекорите 7 и 10 се создава ATP. Бидејќи чекорите 6–10 два пати се повторуваат на една молекула глукоза, тоа доведува до нето продукција на ATP.

Краток преглед на гликолизатаУреди

Почетните и крајните учесници во гликолизата се:

D-Глукоза Пируват
  2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi   2   2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

Сите продукти имаат витални клеточни употреби:

  • АТР е енергетски извор за многу клеточни функции.
  • NADH + H+ дава редуцирачка моќ за други метаболички патишта или за понатамошна синтеза на АТР.
  • Пируватот се користи во Кребсовиот циклус при аеробното дишење за производство на повеќе АТР или се претвора во други мали јаглеродни молекули при анаеробното дишење.

Реакции на гликолизатаУреди

Фаза на енергетско инвестирањеУреди

Реакциите на гликолитичкиот метаболички пат се одвиваат во цитозолот на клетките. Глукозата влегува во гликолитичкиот пат претворена во глукоза-6-фосфат. Почетокот на процесот добива енергија од цепењето на две ~Р врски од АТР. Гликолизата се одвива во неколку етапи, односно фази:

d-Глукоза (Glc) Хексокиназа глукокиназа (HK)
трансфераза
α-d-Глукоза-6-фосфат (G6P)
     
ATP H+ + ADP
 
 
 

Хексокиназната реакција се состои од нуклеофилен напад на С6 хидроксилниот кислород на глукозата врз фосфорот од терминалниот фосфат на АТР. АТР се врзува за ензимот како комплекс со Mg++.

Позитивно наелектризираниот Mg++ стапува во интеракција со негативно наелектризираните фосфатокислородни атоми на АТР, овозможувајќи компензација на полнежите и давајќи поволна конформација на АТР на активниот центар на ензимот.

Реакцијата катализирана од хексокиназата е спонтана во голема мерка. Фосфоанхидридната врска на АТР (~Р) се цепи. Фосфатниот естер (глукоза-6-фосфат) има помал степен на хидролиза.

Глукозата која се сврзува за хексокиназата стабилизира конформација во која:

  • С6 хидроксилот на врзаната глукоза е близу до терминалниот фосфат на АТР, со што ја овозможува катализата.
  • Молекулата на водата не навлегува во активниот центар на ензимот. Ова го спречува ензимот да ја катализира хидролизата на АТР, а овозможува трансфер на фосфат до глукозата.
α-d-Глукоза 6-фосфат (G6P) Фосфоглукоизомераза (PGI)
изомераза
β-d-Фруктоза 6-фосфат (F6P)
     
 
 
 

Фосфоглукозо изомеразниот механизам вклучува киселинско-базна катализа, со отворање на прстените, потоа изомеризација преку енедиолатен меѓупродукт, а потоа затворање на прстенот.

β-d-Фруктоза 6-фосфат (F6P) Фосфофруктокиназа (PFK-1)
трансфераза
β-d-Фруктоза 1,6-бисфосфат (F1,6BP)
     
ATP H+ + ADP
 
 
 

Оваа високо спонтана реакција има механизам сличен со оној на хексокиназата. Фосфофруктокиназната реакција е ограничувачка етапа за степенот на гликолиза. Овој ензим е високо регулиран.

β-d-Фруктоза 1,6-бисфосфат (F1,6BP) Фруктоза-бисфосфат алдолаза (ALDO)
лиаза
d-Глицералдехид 3-фосфат (GADP) Дихидроксиацетон фосфат (DHAP)
    +  
 

Алдолазната реакција се состои од делење на алдол, обратен процес од алдолна кондензација. Тука јаглеродните атоми добиваат нови бројни вредности во реакционите продукти.

Остатокот од лизин на активниот центар на алдолазата делува при катализата. Кето-групата на фруктоза-1,6-бисфосфатот реагира со е-амино групата на лизинот и образува протониран меѓупродукт - Шифова база. Потоа следи делење на врските помеѓу С3 и С4.

Дихидроксиацетон фосфат (DHAP) Триозафосфат изомераза (TPI)
изомераза
d-Глицералдехид 3-фосфат (GADP)
     
 
 
 

Гликолизата продолжува од глицералдехид-3-фосфат. Константата на рамнотежа (Keq) за ТФИ реакцијата е во полза на дихидроксиацетон фосфат, но отстранувањето на глицералдехид-3-фосфатот од последователната спонтана реакција овозможува промена на истата.

Конверзијата кетоза/алдоза на TФИ вклучува киселинско-базна катализа, и се претпоставува дека продолжува низ енедиолен меѓупродукт, како во случајот со фосфоглукозо изомеразата. Се мисли дека остатоците од Glu и His на активните центри на ензимот донираат протони за време на катализата.

2-фосфогликолатот е пример на преоден аналог кој се врзува за активниот центар на триоза фосфат изомеразата. Овој инхибитор на катализата со ТФИ е сличен во структурата со предложениот енедиолатен меѓупродукт.

Фаза на енергетско генерирањеУреди

Глицералдехид 3-фосфат (GADP) Глицералдехид фосфат дехидрогеназа (GAPDH)
оксидоредуктаза
d-1,3-Бисфосфоглицерат (1,3BPG)
     
NAD+ + Pi NADH + H+
 
   
 
 

Егзергонската оксидација на алдехидот глицералдехид-3-фосфат во карбоксилна киселина доведува до формација на ацил фосфат, високоенергетска врска (~Р) во 1,3-бисфосфоглицерат. Ова е единствениот чекор во гликолизата во кој NAD+ се редуцира до NADH.

Цистеински тиол на активниот центар на глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа има улога во катализата.

Глицералдехид-3-фосфатот реагира со цистеинскиот тиол и формира тиохемиацетален меѓупродукт. Оксидацијата до карбоксилна киселина (во високоенергетски тиоестер) се случува, и NAD+ се редуцира до NADH.

Високоенергетскиот ацилен тиоестер е нападнат од Pi и дава ацил фосфатен (~Р) продукт.

За потсетување, NAD+ прифаќа 2 e- и еден H+ (хидрид) кога се редуцира.

1,3-Бисфосфоглицерат (1,3BPG) Фосфоглицерат киназа (PGK)
трансфераза
3-Фосфоглицерат (3PG)
     
ADP ATP
 
   
 
  Фосфоглицерат киназа (PGK)

Овој трансфер на фосфат до ADP, од карбоксилната група на 1,3-бисфосфоглицерат, е повратен бидејќи една ~Р врска се цепи, а друга се синтетизира. Ензинот подлежи на конформациона промена слична на онаа на хексокиназата.

3-Фосфоглицерат (3PG) Фосфоглицерат мутаза (PGM)
мутаза
2-Фосфоглицерат (2PG)
     
 
 
 

Фосфатот се преместува од хидроксилот на С3 од 3-фосфоглицератот на хидроксилот позициониран на С2.

Хистидинот од активниот центар на ензимот учествува во фосфатниот трансфер со донирање и прифаќање на фосфатот. Процесот го вклучува 2,3-бисфосфат како меѓупродукт.

2-Фосфоглицерат (2PG) Енолаза (ENO)
a lyase
Фосфоенолпируват (PEP)
     
H2O
 
 
 
  Енолаза (ENO)

Оваа дехидратациска реакција е зависна од Mg++. Два Mg++ јона стапуваат во интеракција со кислородните атоми на карбоксилната група на активниот центар. Овие јони помагаат да се стабилизира енолатниот анјонски меѓупродукт кој се формира кога лизинската амино група зема протон од С2.

Фосфоенолпируват (PEP) Пируват киназа (PK)
трансфераза
Пируват (Pyr)
     
ADP + H+ ATP
 
 
 


Овој трансфер на фосфат од ФЕП до ADP е спонтан. ФЕП има поголем степен на фосфатна хидролиза отколку АТР.