Glikolīze

Glikolīze satur cilvēkiem un gandrīz visos daudzšūnu organismos biokatalītiski kontrolētu vienkāršo cukuru, piemēram, D-glikozes, sadalīšanos.

Glikozes sadalīšanās un pārvēršanas process piruvātā notiek desmit secīgos posmos, un tas var notikt vienādi aerobos un anaerobos apstākļos.

Enerģijas iegūšanai izmanto glikolīzi, un piruvāts nodrošina pirmo sagatavošanās posmu noteiktu vielu bioķīmiskajai sintēzei. Augstākas kvalitātes ogļhidrātu (vairāku cukuru) sadalīšanās notiek arī glikolīzes rezultātā pēc sadalīšanas vienkāršos cukuros.

Kas ir glikolīze?

Glikolīze ir centrālais metabolisma process vienkāršā cukura D-glikozes sadalīšanai un notiek citosola šūnās, kas ir šūnas plazmas šķidrā daļa. Noārdīšanās process notiek 10 secīgos fermentatīvi kontrolētos atsevišķos posmos. Glikolīzes vienas glikozes molekulas kopējā bilances gala produkti ir 2 piruvāta molekulas, 2 ATP nukleotīdi un 2 NADH nukleotīdi.

10 atsevišķos posmus var iedalīt divās fāzēs, sagatavošanās fāzē no 1. līdz 5. solim un amortizācijas fāzē no 6. līdz 10. Sagatavošanas fāze ir enerģētiski negatīva vielmaiņai, tāpēc ir jāpiegādā enerģija 2 ATP formā. Tikai amortizācijas fāze ir enerģētiski pozitīva, tā ka līdzsvars ir enerģijas pieaugums 2 ATP nukleotīdu un 2 NADH nukleotīdu formā.

Pirmajos divos glikolīzes posmos uz glikozi tiek nodotas 2 fosfātu grupas, kuras nāk no 2 ATP nukleotīdiem (adenozīna trifosfāts) un kuras tādējādi tiek pārveidotas par ADP nukleotīdiem (adenozīndifosfāts).

Kamēr glikolīze līdz piruvāta veidošanās nav atkarīga no tā, vai dominē oksiski (aerobi) vai anoksiski (anaerobie) apstākļi, turpmākais piruvāta metabolisms ir atkarīgs no tā, vai ir pieejams skābeklis. Tomēr, stingri sakot, turpmākie sadalīšanās un pārvēršanas procesi vairs nepieder pie glikolīzes.

Funkcija un uzdevums

Glikolīze ir viens no vissvarīgākajiem un biežākajiem centrālajiem metabolisma procesiem, kas notiek šūnā. Glikolīzes uzdevums un funkcija sastāv no vienkāršā cukura D-glikozes enerģētiskā un materiālā metabolisma.

ATP, ko iegūst kā daļu no enerģijas metabolisma, pievienojot enerģiju un pārnesot fosfātu grupu uz ADP nukleotīdu, kalpo kā enerģijas nesējs un enerģijas piegādātājs. Maršrutam caur ATP ir tāda priekšrocība, ka enerģija tiek īslaicīgi uzkrāta un netiek zaudēta siltuma izkliedes laikā. Turklāt ATP var nogādāt vietā, kur nepieciešama enerģija nelielos attālumos.

Enerģētiski pozitīvā glikolīze arī nodrošina šūnu ar piruvātu. To var vai nu ievadīt citronskābes ciklā, bet tam sekojošajā elpošanas ķēdē, “patērējot” skābekli toksiskos apstākļos šūnu mitohondrijos turpmākai enerģijas iegūšanai, vai arī to var izmantot kā izejvielu nepieciešamo vielu sintēzei.

Galvenie noārdīšanās produkti citronskābes ciklā ir CO2 (oglekļa dioksīds) un H2O (ūdens). Oksidācijas procesa laikā atbrīvotā enerģija tiek izmantota elpošanas ķēdē, lai fosforilētu ADP līdz ATP, un tāpēc to īslaicīgi uzglabā.

Pilnīga glikozes sadalīšana ūdenī un oglekļa dioksīdā ar skābekļa pievienošanu ir enerģētiski produktīvāka, taču tās trūkums ir tāds, ka tā var notikt tikai oksiskos apstākļos, t.i., apstākļos, kad pietiekamā daudzumā ir pieejams molekulārais skābeklis. Ja nepieciešama augsta skeleta muskuļu veiktspēja, skābekļa pievadīšana muskuļu šūnām ir pārāk lēna, tāpēc no glikolīzes tām jāvelta vajadzīgā enerģija.

Vēl viena glikolīzes priekšrocība ir augsts procesa ātrums, kas daudzkārt pārsniedz konversijas ātrumu citronskābes ciklā.

Slimības un kaites

Glikolīze iemieso vienu no vecākajiem un stabilākajiem dzīvo organismu metabolisma procesiem evolūcijas izteiksmē. Glikolīze, iespējams, tika izstrādāta kā viens no galvenajiem metabolisma procesiem pirms 3,5 miljardiem gadu, ilgi pirms daudzšūnu organismu attīstības, jo visi organismi ir spējīgi glikolizēties un izmantot to enerģijas iegūšanai.

Ir zināmi tikai daži traucējumi vai slimības, kas tieši saistīti ar glikolīzes traucējumiem. Traucējumi glikolīzes procesā galvenokārt rada nopietnu ietekmi uz eritrocītiem (eritrocītiem).

Tā kā tie nesatur mitohondrijus, tie paļaujas uz enerģijas piegādi, veicot glikolīzi. Ja tiek traucēta enerģijas piegāde, notiek hemolīze, t.i., eritrocītu membrānas izšķīst un hemoglobīns nonāk tieši serumā. Parasti ir fermenta piruvāta kināzes deficīts, tāpēc tiek pārtraukts glikolīzes process.

Vēl viens iemesls, kas izraisa līdzīgus simptomus, ir atrodams pašos eritrocītos, ja tiem nav nepieciešamā enzīma KKR (piruvāta kināzes izoenzīma).

Tarui slimība (Tarui slimība) ir viena no nedaudzajām slimībām, kas tieši traucē glikolīzes procesu. Tā ir glikogēna uzglabāšanas slimība. Pārmērīgu glikozes daudzumu asins serumā ķermenis īslaicīgi pārveido polimēriskajā cukurā (glikogēnā), kas vēlāk vajadzības gadījumā tiek pārveidots par glikozi, lai metabolizētos caur glikolīzi.

Tarui slimības gadījumā iedzimts ģenētisks defekts noved pie fosfofruktokināzes deficīta - fermenta, kas izraisa glikozes fosforilēšanos un pārvēršanu fruktozes-1,6-bifosfātā (glikolīzes 3. solis). Fermentu deficīts izraisa glikolīzes pārtraukšanu, lai skeleta muskuļi netiktu pienācīgi piegādāti ar enerģiju.Attīstās sāpīgas muskuļu spazmas un hemolītiska anēmija, sarkano asins šūnu membrāna sadaloties.