Aerobik glikoliz aşırı glikozun kullanımı gibi tanımlanmıştır ya da aerobik daha yüksek oksijen konsantrasyonları ve koşullar altında bir enerji verimliliği damla rağmen, "fermantasyon" ürünlerin oluşumu için oksidatif fosforilasyon tarafından işlenmez.
Genellikle glikoz ve oksijen tüketimi yüksek, proliferatif oranların yüksek olduğu dokularda görülür. Bunun örnekleri kanser tümör hücreleri, memelilerin kanındaki bazı parazitik hücreler ve hatta memelilerin beyninin bazı bölgelerindeki hücrelerdir.
Glikolitik yol (Kaynak:] Wikimedia Commons aracılığıyla)
Glikoz katabolizması ile elde edilen enerji, çeşitli metabolik yollarda aşağı yönde kullanılan ATP ve NADH formunda korunur.
Aerobik glikoliz sırasında piruvat, Krebs döngüsüne ve elektron taşıma zincirine yönlendirilir, ancak aynı zamanda, laktat oluşumu ile sona eren ek ATP üretimi olmaksızın NAD + 'nın rejenerasyonu için fermantasyon yolu ile işlenir.
Aerobik veya anaerobik glikoliz, glikozomlar olarak bilinen özel glikolitik organellere sahip tripanozomatidler gibi organizmalar haricinde, esas olarak sitozolde meydana gelir.
Glikoliz, en iyi bilinen metabolik yollardan biridir. Tamamen 1930'larda iskelet kası hücrelerindeki yolu inceleyen Gustav Embden ve Otto Meyerhof tarafından formüle edildi. Bununla birlikte, aerobik glikoliz, 1924'ten beri Warburg etkisi olarak biliniyor.
Tepkiler
Glikozun aerobik katabolizması, enzimatik olarak katalize edilmiş on adımda meydana gelir. Birçok yazar, bu adımların, aracılarda serbest enerji içeriğini artırmayı amaçlayan bir enerji yatırımı aşamasına ve ATP biçiminde ikame ve enerji kazanımına ayrıldığını düşünmektedir.
Enerji yatırım aşaması
1-Heksokinaz (HK) ile katalize edilen glikoz 6-fosfata fosforilasyonu. Bu reaksiyonda, bir fosfat grubu donörü olarak görev yapan her glikoz molekülü için bir ATP molekülü ters çevrilir. Glikoz 6-fosfat (G6P) ve ADP verir ve reaksiyon geri döndürülemez.
Enzim, çalışması için zorunlu olarak tam bir Mg-ATP2- oluşumuna ihtiyaç duyar, bu yüzden magnezyum iyonlarına ihtiyaç duyar.
2-G6P'nin fruktoz 6-fosfata (F6P) izomerizasyonu. Enerji harcamasını içermez ve fosfoglukoz izomeraz (PGI) ile katalize edilen tersinir bir reaksiyondur.
3-F6P'nin fosfofruktokinaz-1 (PFK-1) ile katalize edilen fruktoz 1,6-bifosfata fosforilasyonu. Fosfat grubu vericisi olarak bir ATP molekülü kullanılır ve reaksiyon ürünleri F1,6-BP ve ADP'dir. ∆G değeri sayesinde, bu reaksiyon geri döndürülemez (tıpkı reaksiyon 1 gibi).
4-F1,6-BP'nin dihidroksiaseton fosfat (DHAP), bir ketoz ve bir aldoz olan gliseraldehit 3-fosfat (GAP) olarak katalitik parçalanması. Bu tersinir aldol yoğunlaşmasından enzim aldolaz sorumludur.
5-Trioz fosfat izomeraz (TIM), ek enerji girişi olmaksızın trioz fosfat: DHAP ve GAP'ın karşılıklı dönüşümünden sorumludur.
Enerji geri kazanım aşaması
1-GAP, 1,3-bifosfogliserat oluşturmak üzere bir fosfat grubunun GAP'a transferini katalize eden gliseraldehit 3-fosfat dehidrojenaz (GAPDH) tarafından oksitlenir. Bu reaksiyonda, glikoz molekülü başına iki NAD + molekülü azaltılır ve iki inorganik fosfat molekülü kullanılır.
Üretilen her NADH elektron taşıma zincirinden geçer ve 6 ATP molekülü oksidatif fosforilasyon ile sentezlenir.
2-Fosfogliserat kinaz (PGK), bir fosforil grubunu 1,3-bifosfogliserattan ADP'ye aktararak iki ATP ve iki 3-fosfogliserat (3PG) molekülü oluşturur. Bu proses, substrat seviyesinde fosforilasyon olarak bilinir.
HK ve PFK reaksiyonlarında tüketilen iki ATP molekülü, yoldaki bu adımda PGK ile değiştirilir.
3-3PG, fosfogliserat mutaz (PGM) ile 2PG'ye dönüştürülür, bu da fosforil grubunun karbon 3 ve 2 gliserat arasında iki tersinir adımda yer değiştirmesini katalize eder. Magnezyum iyonu da bu enzim tarafından gereklidir.
4-Enolaz tarafından katalize edilen bir dehidrasyon reaksiyonu, enerji yatırımı gerektirmeyen bir reaksiyonda 2PG'yi fosfoenolpiruvata (PEP) dönüştürür, ancak daha sonra fosfat grubunun transferi için daha büyük enerji potansiyeline sahip bir bileşik oluşturur.
5-Son olarak, piruvat kinaz (PYK), PEP'deki fosforil grubunun, eşlik eden piruvat üretimi ile birlikte bir ADP molekülüne transferini katalize eder. Glikoz molekülü başına iki ADP molekülü kullanılır ve 2 ATP molekülü üretilir. PYK, potasyum ve magnezyum iyonları kullanır.
Dolayısıyla, glikolizin toplam enerji verimi, yola giren her glikoz molekülü için 2 ATP molekülüdür. Aerobik koşullar altında, glikozun tamamen parçalanması, 30 ila 32 ATP molekülü elde etmeyi içerir.
Glikolitik ara ürünlerin kaderi
Glikolizden sonra piruvat dekarboksilasyona uğrar, CO2 üretir ve asetil grubunu ayrıca Krebs döngüsünde CO2'ye oksitlenen asetil koenzim A'ya bağışlar.
Bu oksidasyon sırasında salınan elektronlar, sonunda bu organelde ATP sentezini yönlendiren mitokondriyal solunum zinciri reaksiyonları yoluyla oksijene taşınır.
Aerobik glikoliz sırasında, üretilen fazla piruvat, laktat oluşturan ve glikolizde tüketilen NAD + adımlarının bir kısmını yeni ATP molekülleri oluşmadan rejenere eden laktat dehidrojenaz enzimi tarafından işlenir.
Laktat Dehidrojenaz Mekanizması (Kaynak: Jazzlw, Wikimedia Commons)
Ek olarak piruvat, örneğin amino asit alanin oluşumuna yol açan anabolik işlemlerde kullanılabilir veya ayrıca yağ asitlerinin sentezi için bir iskelet görevi görebilir.
Glikolizin son ürünü olan piruvat gibi, reaksiyon ara ürünlerinin çoğu, hücre için önemli olan katabolik veya anabolik yollarda başka işlevlere hizmet eder.
Glikoz 6-fosfat ve nükleik asitlerde bulunan riboz ara ürünlerinin elde edildiği pentoz fosfat yolu durumu böyledir.
Referanslar
- Akram, M. (2013). Glikoliz ve Kanser hakkında mini inceleme. J. Canc. Educ., 28, 454–457.
- Esen, E. ve Long, F. (2014). Osteoblastlarda Aerobik Glikoliz. Curr Osteoporos Rep, 12, 433–438.
- Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Tripanosomatid parazitlerde glikozomların biyogenezi, bakımı ve dinamiği. Biochimica et Biophysica Açta - Moleküler Hücre Araştırması, 1863 (5), 1038–1048.
- Jones, W. ve Bianchi, K. (2015). Aerobik glikoliz: proliferasyonun ötesinde. İmmünolojide Sınırlar, 6, 1-5.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B. ve Murata, K. (2005). Hipotez: heksokinaz ailesindeki glikoz kinazların yapıları, evrimi ve atası. Biyolojik Bilimler ve Biyomühendislik Dergisi, 99 (4), 320–330.
- Nelson, DL ve Cox, MM (2009). Biyokimyanın Lehninger İlkeleri. Omega Editions (5. baskı).