Glykolýza - energetický metabolizmus

Obrázok: „Schéma glykolýzy“ od Rolanda Heynkesa. Licencia: CC BY-SA 3.0

Glykolýza - štiepenie glukózy (cukru)

Každá ľudská bunka je v prvom rade schopná generovať energiu pomocou glykolýzy. Tieto procesy samozrejme podliehajú regulácii. To je čiastočne spôsobené prítomnosťou inzulín potrebné na transport glukózy do buniek. Niektoré bunky to dokážu samy. Takéto procesy prebiehajú napr. B. v pečeni, v lymfoidných tkanivách a v CNS.

Ale erytrocyty sú tiež schopné absorbovať glukózu bez inzulínu. Celý proces glykolýzy môže prebiehať s kyslíkom a bez kyslíka (dýchanie a fermentácia). Vo väčšine krokov je tiež reverzibilný. Celý proces prebieha celkovo v 10 čiastkových krokoch. Z nich je 7 reverzibilných, čo je dôležité pre glukoneogenézu. Týchto 10 krokov je možné preložiť do jazyka Fáza energetickej investície a Fáza výroby energie rozdeliť.

Obrázok: „Proces glykolýzy: Jedna molekula glukózy sa prevedie na dve molekuly pyruvátu, spočiatku sa investujú dve molekuly ATP. V neskoršom priebehu glykolýzy sa vytvárajú štyri molekuly ATP a dve molekuly NADH. Skratky: Glu-6-P = glukóza-6-fosfát Fru-6-P = fruktóza-6-fosfát Fru-1,6-bP = fruktóza-1,6-bisfosfát DHAP = dihydroxyacetónfosfát GAP = glyceraldehyd-3-fosfát 1, 3-bPG = 1,3-bisfosfoglycerát 3-PG = 3-fosfoglycerát 2-PG = 2-fosfoglycerát PEP = fosfoenolpyruvát Pyr = pyruvát “od spoločnosti Yikrazuul. Licencia: Verejná doména

Štiepenie glukózy

Glukóza je v Krtko merané. Mol je skratka pre molekulovú hmotnosť. Molárna hmotnosť je ďalší správny výraz. Jeden mol je asi 6,022 x 10 23 častíc látky. Častica je častica jadra, ktorá je zase tvorená protónmi a neutrónmi. Pri glykolýze sa jeden mól glukózy rozdelí na dva móly pyruvátu. Pyruvát je derivát kyseliny pyrohroznovej. Kyselina pyrohroznová sa tiež prirodzene nachádza v niektorých potravinách (kyselina pyrohroznová).

Desať fáz glykolýzy

V prvej fáze je glukóza fosforylovaná. Výsledok je Glukóza-6-fosfát.
V druhej fáze sa z glukózy stane 6-fosfát Fruktóza-6-fosfát. Do tohto procesu je zapojený enzým Fosfoglukoizomeráza zapojené.
Výsledkom tretej fázy je Fruktóza-1,6-bisfosfát s fosfátovou skupinou na každom konci. Tento proces spotrebováva energiu (ATP). Do tohto procesu je zapojený enzým Fosfofruktokináza zapojené.
Samotné rozdelenie sa uskutoční vo štvrtej fáze. Enzýmom Aldoláza. Existujú dva C-3 cukry (triá) a to Glyceraldehyd-3-fosfát (GAP).
V piatej fáze sa stáva enzým Izomeráza aktívne a obe triá sa prevedú.

Obrázok: „Prvá polovica glykolýzy“ od Phil Schatza. Licencia: CC BY 4.0

Obrázok: „Druhá polovica glykolýzy“ od Phil Schatza. Licencia: CC BY 4.0

Kostrové svaly glykolýzy

Kostrové svaly potrebujú na výrobu glukózy dostatok kyslíka Pyruvát rozobrať. Ak je prísun kyslíka nedostatočný, napr. B. pretože práve teraz je potreba obzvlášť veľká anaeróbna glykolýza pod tvorbou Laktát. Keď sa vytvorí laktát, spotrebuje sa NADH + H +, pretože jeho inhibičný účinok by zabránil jeho toku.

Glykolýza erytrocytov

Obrázok: „Erytrocyty pokrývajú svoje energetické potreby výlučne z glykolýzy. ”Paul 012. Licencia: Verejná doména

Glykolýza tiež prebieha v erytrocytoch. Tento proces je však možný iba bez kyslíka. Je teda anaeróbny. Je to preto, že červené krvinky nemajú mitochondrie, ktoré sú predpokladom pre glykolýzu s účasťou kyslíka.

Erytrocyty sú schopné absorbovať veľké množstvo 2.3 Bifosfoglycerát na výrobu. Je to preto, že 2,3-bisfosfoglycerát je kofaktor a súčasne slúži na stabilizáciu molekuly hemoglobínu. To pomáha podporovať uvoľňovanie kyslíka.

Ak sú ľudia vo veľkej výške, je potrebné prispôsobenie výšky. To vedie k zvýšenej produkcii 2.3 Bifosfoglycerát erytrocytov. To znamená, že sa dá vyrobiť menej energie, pretože už neobsahuje vysokoenergetickú väzbu.

Uvoľňovanie energie z glykolýzy

Na vznik fruktózy sú potrebné 2 móly ATP na mól glukózy. V prípade glykolýzy bez kyslíka vedie jeden mol glukózy k 2 molom ATP. Keď je k dispozícii kyslík, získa sa viac energie. Je to spôsobené tým, že dýchací reťazec môže bežať celý. NADH + H +, ktorý sa nepoužíva na premenu pyrovátu na laktát, pochádza z fosfoglyceraldehyddehydrogenázovej reakcie. Namiesto toho sa oxiduje v dýchacom reťazci.

Regulácia glykolýzy

Ako je uvedené vyššie, na glykolýzu je potrebných veľa enzýmov. To, či sa vôbec stanú aktívnymi, závisí od niekoľkých faktorov, ktoré všetky spoločne umožňujú správny priebeh glykolýzy. Týmto spôsobom je regulovaný aj proces. Existuje veľa procesov, ktoré ovplyvňujú glykolýzu a regulujú ju. To samozrejme platí aj pre nich Pyruvátdehydrogenáza, ktorý sa považuje za sekundárny enzým glykolýzy.

Obrázok: „Regulácia glykolýzy na prvý pohľad. Efekty, ktoré aktivujú hexokinázu (HK), fosfofruktokinázu-1 (PFK-1) alebo pyruvátkinázu (PK), sú zvýraznené zelenou farbou. Metabolity, ktoré inhibujú tieto enzýmy, sú zobrazené červenou farbou. ”Od Yikrazuul. Licencia: Verejná doména

S enzýmom Hexokináza induktor inzulínu funguje. Induktor je termín používaný v biochémii pre látky, ktoré sú potrebné na to, aby sa aktivovali génové produkty, ktoré zahŕňajú aj enzýmy, a tak boli dostupné na odbúravanie ďalších látok. V prípade hexokinázy dochádza k procesu glykolýzy prostredníctvom nadmernej ponuky sacharidov. Samozrejme existujú aj inhibičné faktory, ktoré proces znova zastavia. V tomto prípade ide o nedostatok sacharidov alebo glukózy-6-P.

V prípade enzýmu fosfofruktokinázy je induktorom aj inzulín. K aktivácii tiež dochádza prebytkom sacharidov, ale tiež fruktózy-6-P, AMP a ADP. Je inhibovaný citrátom, ATP a H.+.

V prípade enzýmu 3-fosfoglyceraldehyddehydrogenázy je induktorom NAD +. NAD + a je tiež aktivátorom. Inhibícia nastáva prostredníctvom NADH + H+.

S enzýmom pyruvátkináza je induktorom opäť inzulín. Prebytok sacharidov je známy pre aktivačný faktor. Inhibuje ho alanín, ATP, nedostatok sacharidov a citrát.

Napokon je súčasťou regulácie glykolýzy aj enzým pyruvátdehydrogenáza. Aktivuje sa prebytočnými sacharidmi, ako aj ADP, pyruvátom a ďalšími. Inhibícia prebieha opäť kvôli nedostatku sacharidov, cez ATP, NADH + H + a acetyl-CoA. Aktivácia je v tomto prípade o niečo komplikovanejšia. Pyruvát musí byť predtým, ako sa stane súčasťou cyklu kyseliny citrónovej, prevedený na aktivovanú kyselinu octovú (acetyl-CoA). Tento proces prebieha v mitochondriách. Pri regulácii je potrebné rozlišovať medzi aktívnou formou a neaktívnou formou, pretože komplex pyruvátdehydrogenázy existuje v aktívnej a neaktívnej forme. Obe formy sú reverzibilné. Na fosforyláciu je potrebný neaktívny enzým, na štiepenie fosfátov aktívny enzým. Okrem inzulínu sa za induktory aktívnej formy považujú aj pyruvát, Mg2, ADP, CoA, NAD +. V neaktívnej forme existujú ATP, NADH + H +, inzulín a Acety-CoA.

Patológia glykolýzy

Jednou z najznámejších porúch je cukrovka, a preto zaujíma oblasť medicíny, ktorá je čoraz dôležitejšia. Mnoho kliník má v súčasnosti svoje vlastné diabetologické oddelenia a zvyšuje sa aj počet špecializovaných postupov.

Mellitúria ako znak cukrovky

V moči by zvyčajne nemal byť zistiteľný žiadny cukor. Obličky vopred absorbujú cukor. Ak je cukor v moči stále zistiteľný, hovoríme o mellitúrii. Príčinou je cukrovka. Môže to byť diabetes mellitus alebo obličkový diabetes.

V tomto prípade je z Glukozúria reč, ktorá je formou mellitúrie. Pri diabetes mellitus je koncentrácia inzulínu príliš nízka. Vďaka tomu sa glukóza už nemôže transportovať do buniek. Hladina cukru v krvi prudko stúpa. To znamená, že je prekročený prah obličiek a v moči je možné zistiť glukózu. Pre obličkový diabetes je charakteristické vylučovanie glukózy bez toho, aby hladina cukru v krvi vykazovala abnormality. Príčina spočíva v chorobe obličiek.

Choroby ukladania glykogénu

Medzi choroby ukladania glykogénu patrí Z Gierkeovej choroby (Choroba z ukladania glykogénu typu 1), ktorý Forbescheho choroba a Mc-Ardleova choroba.

Z Gierkeovej choroby:
Pri Von Gierkeovej chorobe je nedostatok glukózo-6-fosfatázy. To vedie k významnému zníženiu hladiny cukru v krvi nalačno. Zároveň sa v pečeni ukladá viac cukru. Choroba sa dedí ako autozomálne recesívna vlastnosť.

Je zrejmé, že je pečeň veľmi zväčšená. Vyskytujú sa aj vývojové poruchy. Medzi jedlami sa tiež vyskytuje závažná hypoglykémia. Rýchlosť glykolýzy v pečeni je významne zvýšená. Ďalšími príznakmi sú Hyperurikémia a Hyperlipémia. Tiež jeden Ketonúria vyskytuje.

Forbescheho choroba:
Forbescheova choroba je charakterizovaná nedostatkom amylo-1,6-glukozidázy v pečeni a svaloch. Tento nedostatok vedie k tomu, že glykogén sa už nemôže štiepiť, a preto sa ukladá v rozvetvených molekulách glykogénu, čo ovplyvňuje pečeň a svaly.

Mc-Ardlova choroba:
Mc-Ardleova choroba je spojená s nedostatkom fosforylázy. Výsledkom je, že svaly nemajú k dispozícii žiadne zásoby glykogénu. Glykogén sa ukladá vo svale a vytvára sa výrazný Svalová slabosť. Choroba sa tiež nazýva „McArdleova choroba “ známe.

Obrázok: „Svalová biopsia s enzýmovou histochémiou na myofosforylázu v A: normálny sval a B: McArdleova choroba (nedostatok enzymatickej aktivity)“ od rbescho. Licencia: CC BY-SA 3.0 de

Jeho objaviteľom bol pediatr Brian McArdle. Príčinou ochorenia je genetická porucha enzýmu v kostrových svaloch. Vada bude zdedený ako autozomálne recesívny znak. Prvé príznaky sa zvyčajne prejavia u mladých dospelých. Pacient pozoruje, že jeho svaly sú menej odolné. Vyskytuje sa aj bolesť svalov. Svaly navyše stuhnú a nastanú kŕče.

Znaky sa objavujú pri námahe, najmä pri cvičení. Pokiaľ zaťaženie svalov nie je príliš veľké, príznaky sa prejavia iba mierne. Je však tiež charakteristické, že u pacientov dôjde k zlepšeniu, ak si urobia prestávku od objavenia sa znakov. V športe sa často dá potom pokračovať bez sťažností. Ďalším možným príznakom je tmavý moč po cvičení spôsobený poškodením svalov (Myoglobinúria).

Hlad - nedostatok sacharidov

Fázy hladu sa v našich kultúrach zvyčajne nevyskytujú. To neznamená, že ľudský organizmus nie je schopný zvládnuť takéto situácie. Strata takýchto schopností môže trvať 10 000 rokov. Určite existujú regióny, v ktorých sú tieto zručnosti pre dnešok stále dôležité. Kompenzácia hladu a prebytočných živín sú dôležitými ochrannými mechanizmami.

Niektoré tkanivá závisia od sacharidov, iné nie. Medzi tie, ktoré ich nepotrebujú, patrí pečeň, ale aj svaly. V tomto prípade sa oxidujú predovšetkým mastné kyseliny. Hovoríme o Oxidácia mastných kyselín. V jednotlivých prípadoch to znamená, že stúpa hladina acetyl-CoA (inhibuje sa pyruvátdehydrogenáza). To spôsobí zvýšenie hladiny citrátu (zvýšenie pyruvátkinázy). To všetko má za následok, že tiež stúpa hladina glukóza-6-fosfátu. Táto koncentrácia inhibuje Hexokináza. To zase vedie k zvýšeniu oxidácie mastných kyselín. Oxidácia mastných kyselín v príslušných orgánoch sa takmer zastaví.

Prebytok sacharidov

Musí sa vyrovnať nielen nedostatok, ale aj nadbytok sacharidov. Sacharidy sú zdroje, ktoré je potrebné šetriť v čase núdze. To, čo vedie k hrozivému počtu civilizačných chorôb na skrátenie života v priemyselných krajinách, je v podstate ochranný mechanizmus na udržanie života.

Ak je príjem sacharidov vyšší ako skutočná potreba, premieňajú sa na tuk. Keď sa to stane, zvýši sa glykolýza. Tento proces sa spúšťa aktiváciou enzýmov. Oni sú zase stimulovaní prebytkom sacharidov. Výsledkom je vysoká koncentrácia pyruvátu a acetyl-CoA (spôsobená následnou reakciou pyruvátdehydrogenázy).

Dobrý prísun kyslíka a zlý prísun kyslíka

Aeróbny prívod kyslíka je tiež známy ako aeróbna glykolýza. Acetyl-CoA sa vytvára z pyruvátu pomocou chemickej reakcie. CoA je absolútnym predpokladom mnohých metabolických procesov. Pri takzvanom zlom prívode kyslíka sa pri konzumácii ADH + H + anaeróbna glykolýza premení nepoužiteľný pyruvát na laktát.

Táto reakcia je obzvlášť dôležitá v súťažných športoch. Vo všeobecnom lekárstve majú lekári, ktorí sa starajú o vytrvalostných športovcov, častejšie problémy s anaeróbnym metabolizmom. Skúsení športovci si zvyčajne uvedomia, keď sa ich metabolizmus „prepne“ z aeróbneho na anaeróbny metabolizmus. Tento stav sa potom vedome dosahuje aj pri tréningových situáciách.

Populárne otázky týkajúce sa skúšok glykolýzy

Riešenia nájdete pod odkazmi.

Ktoré odpovede sú správne?

1. krt ...

... znamená Moloars.
... znamená molárna hmotnosť.
... nie je skratka pre molekulovú hmotnosť.
... sa používa na výpočet potreby glukózy.
... je zastaraná meracia jednotka.

2. V erytrocytoch ...

... mitochondrie vykonávajú glykolýzu.
... glykolýza je anaeróbna.
... prebieha glykolýza.
... neexistuje glykolýza.
... dôraz sa kladie na glykolýzu.

3. Glykolýza prebieha v kostrových svaloch ...

... iba aeróbne.
... iba anaeróbne.
... sa vôbec nevyskytuje.
... je možné anaeróbne a aeróbne.
... prebieha iba ako núdzové opatrenie.

nafúknuť

T. Kreuzig: Krátka učebnicová biochémia, 12. vydanie - Elsevier, Urban & Fischer

Riešenia otázok: 1B, 2C, 3D