Glykolýza

Z WikiSkript

(přesměrováno z Anaerobní glykolýza)

Glykolýza

Glykolýza je metabolický proces, který mění glukózu (resp. glukózu-6-fosfát) na dvě molekuly pyruvátu.[1]

Za anaerobních podmínek se pyruvát mění na laktát za katalýzy laktátdehydrogenázy. Pokud má buňka dostatek kyslíku a mitochondrií, pyruvát je přenesen do mitochondriální matrix a podléhá oxidační dekarboxylaci – reakce pyruvátdehydrogenázového komplexu. Regulačními enzymy jsou 6-fosfofrukto-1-kináza, pyruvátkináza (a do jisté míry i hexokináza/glukokináza).

Fosforylace glukózy

Fosforylace glukózy

Glukózu musíme nejdříve aktivovat a návázat na ni fosfát. Glukóza-6-fosfát, je důležitým východiskem nejen pro glykolýzu, ale i pro pentosový cyklus a syntézu glykogenu. Reakce probíhá za katalýzy hexokinázy (většina buněk těla) nebo glukokinázy (hepatocyty, β-buňky pankreatu).


Hexokináza

Km pro tento enzym je rovna 0,1 mmol/l, to tedy znamená, že reakce bude probíhat s dostatečnou rychlostí i při nízké koncentraci glukózy. Nebo jinými slovy - enzym bude téměř maximálně aktivní při dolní hranici normální glykémie (3,5 mmol/l).

Glukokináza

Km pro tento enzym je rovna 10 mmol/l což znamená, že funguje pouze při zvýšené hladině glukózy. Její umístění má funkční význam – β buňky takto dostávají signál k produkci inzulinu (po jídle glykémie výrazně narůstá, proto začníná glukokináza pracovat). Játra zase po zvýšení glykémie vychytávají glukózu, kterou využívají na syntézu glykogenu do zásoby.

Posloupnost enzymů a reakcí

Izomerace Glc-6-P

Glukóza-6-fosfátizomeráza

Tato reakce je vratná, dává vznik fruktóze-6-fosfátu. Enzym působí pouze na α-anomer glukózy.

6-Fosfofrukto-1-kináza

Fosforylace Fru-6-P

Tato reakce je nevratná, aktivitu enzymu můžeme allostericky ovlivnit. Z toho vyplývá, že má podstatnou úlohu v regulaci glykolýzy. Jako kofaktor vystupuje Mg2+. Produktem reakce je fruktóza-1,6-bisfosfát.

Aldoláza

Štiepenie Fru-1,6-BP, vzájemná přeměna DAP a GAP

Fruktóza-1,6-bisfosfát podléhá štěpení na dva triózafosfáty, a sice glyceraldehyd-3-fosfát (GAP) a dihydroxyacetónfosfát (DAP). Jelikož další pokračování glykolýzy vyžaduje právě GAP, je nutné přeměnit DAP na GAP. Děje se tak prostřednictvím enzymu triózafosfátizomerázy.

Glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenáza

Oxidace GAP

Tento enzym váže na GAP (za současné oxidace) volný (anorganický) fosfát (Pi). Oxidace je reakce exergonická. Uvolněná energie se uloží do makroergní vazby s fosfátem (zjednodušeně…), produkt reakce je 1,3-bisfosfoglycerát a jedna molekula NADH + H+

Fosfoglycerátkináza

Makroergní fosfát, vznikající v předcházející reakci, je zachycen ve formě ATP (reakce s ADP). Jestliže ATP vzniká mimo dýchací řetězec, hovoříme o tzv. fosforylaci na substrátové úrovni. V reakci kromě ATP vzniká i 3-fosfoglycerát.

Fosfoglycerátmutáza

Fosfát je touto reakcí přesunut z pozice ’tři’ do pozice ’dva’. Dostáváme tedy 2-fosfoglycerát (2-PG).

Enoláza

Enoláza způsobuje dehydrataci 2-PG, a tím povznesení fosfátu do vysokoenergetického stavu (resp. jeho odštěpení, ke kterému následně dojde, bude mít vážné následky). Vzniká fosfoenolpyruvát. Enoláza může být inhibována fluoridem (klinické využití: pokud chceme zabránit glykolýze v krvi před stanovením glykémie).

Pyruvátkináza

Pyruvátkináza odštěpí fosfát. Tím pádem dostáváme vysoce nestabilní sloučeninu – enol-pyruvát. Proč je zde taková nestabilita? Vodík, navázaný na kyslík v rámci hydroxyskupiny, má tendence se přesouvat na uhlík, tím se dvojná vazba přesmykne mezi uhlíkem a kyslíkem, a tím dochází ke vzniku ketoskupiny (tzv. keto-enol tautomerie). Při přesmyku se uvolní energie, která je zachycena ve formě ATP (ADP reaguje s uvolněným fosfátem). Reakce je nevratná, a tedy potenciálně regulační. Výsledkem je pyruvát (nebo tedy keto-pyruvát).

Přeměny pyruvátu

Laktátdehydrogenáza

Pyruvát je redukován na laktát za spotřeby NADH

Laktátdehydrogenáza (LD nebo LDH, EC 1.1.1.27) je oxidoredukční enzym katalyzující reverzibilní přeměnu laktátu na pyruvát. Struktura molekuly je tvořena 4 podjednotkami o relativní molekulové hmotnosti 34 000. Každá z těchto podjednotek může být buď M (muscle) nebo H (heart), takže celkem existuje 5 izoenzymů označovaných LD1 (s podjednotkovým složením H4) až LD5 (M4). LD je přítomna v cytoplazmě buněk mnoha tkání. Do cirkulace se uvolňuje již při mírném tkáňovém poškození.

Izoenzymy laktátdehydrogenázy
isoenzym podjednotky výskyt
LD1 H4 myokard + erytrocyty
LD2 H3M myokard + erytrocyty
LD3 H2M2 kosterní svaly
LD4 HM3 játra + kosterní svaly
LD5 M4 játra + kosterní svaly

Vyšetření

Zvýšení katalytické koncentrace celkové LD v séru doprovází řadu onemocnění. V současné době se stanovení celkové aktivity LD používá jako nespecifický marker rozpadu buněk, např. při nádorových onemocněních (leukémie, testikulární nádory). Charakteristické je také pozdní zvýšení celkové LD po infarktu myokardu, které může přetrvávat až 15 dní. Vzhledem k vysokému obsahu v erytrocytech může sérovou koncentraci falešně pozitivně zvýšit hemolýza. Použití LD a jejích izoenzymů pro diagnostiku akutního koronárního syndromu se dnes považuje za zastaralé.

Fyziologická horní hranice LD pro dospělé muže a ženy je 4,10 µkat/l.[2]

Pro stanovení se využívá optického testu. Zastoupení izoenzymů lze určit elektroforeticky.

Pyruvátdehydrogenáza

Pyruvát dehydrogenáza

Pyruvát dehydrogenázový komplex je komplex tří enzymů uvnitř mitochondrie: pyruvát dekarboxylázy, dihydrolipoyltransacetylázy a dihydrolipoyldehydrogenázy. Komplex pracuje jako celek v přítomnosti koenzymů TPP, NAD+, lipoátu ve formě lipoamidu, FAD a koenzymu A. Pyruvát dehydrogenáza katalyzuje oxidativní dekarboxylaci pyruvátu s navázáním acetylu na TPP, dihydrolipoyltransacetyláza katalyzuje přenesení acetylu z TPP přes lipoamid na koenzym A a dihydrolipoyldehydrogenáza regeneruje lipoamid pomocí FAD, z něhož vzniká FADH2, které regeneruje zase pomocí NAD+, z něhož vzniká NADH + H+. Enzym je inhibován arsenem v oxidačním stavu As(III) (arseničnany,…), který blokuje lipoamid.

Energetická bilance

Aerobní podmínky --- Anaerobní podmínky
aktivace −2 ATP --- aktivace -2 ATP
přímo v glykolýze 2 x 2 ATP --- přímo v glykolýze 2 x 2 ATP
redukované koenzymy (člunky) 3–5 ATP --- redukované koenzymy spotřebované pro LDH
PDH komplex 5 ATP ---
oxidace AcCoA 20 ATP ---
celkově 30–32 ATP --- celkově 2 ATP

Aerobní podmínky

V případě dostatečného množství kyslíku v buňce spotřebovává dýchací řetězec redukované koenzymy. Citrátový cyklus běží naplno (dodávka redukovaných koenzymů) a potřebuje pro svou činnost acetylkoenzym A. Ten přichází z nevratné PDH reakce, která spotřebovává pyruvát vznikající v glykolýze. Malá poznámka ke člunkům: Redukované koenzymy, které vznikly v glykolýze, nedifundují přes mitochondriální membrány. K jejich transportu se využívají člunkyMalátaspartátový (v konečném důsledku přínos 5 ATP v dýchacím řetězci) a Glycerolfosfátový (v konečném důsledku přínos 3 ATP v dýchacím řetězci). Proto je v tabulce v kolonce „redukované koenzymy (člunky)“ uveden údaj 3–5 ATP.

Anaerobní podmínky

Pokud buňka nemá mitochondrie (Erytrocyty, dřeň ledviny) nebo dostatek kyslíku (ischemická tkáň, kosterní sval při zátěži), dýchací řetězec funguje omezeně (resp. je zastaven). Současně s ním stagnují děje, které mu předcházejí (citrátový cyklus, PDH). LDH proto přeměňuje hromadící se pyruvát na laktát. Ten se postupně vylučuje do krve.

Při narušení cirkulace (infarkt myokardu, plicní embolie, šok) vysoké plazmatické hladiny laktátu způsobí pokles pH a rozvíjí se respirační acidóza.

Anaerobní glykolýza probíhá i v buňkách orgánů, které nemají vyvinuté bohaté cévní zásobení: čočka, rohovka.

Regulace

Searchtool right.svg Podrobnější informace naleznete na stránce Regulace jednotlivých metabolických drah.

Odkazy

Související články

Reference

  1. ŠVÍGLEROVÁ, Jitka. Glykolýza [online]. Poslední revize 18.2.2009, [cit. 2010-12-25]. <http://wiki.lfp-studium.cz/index.php?title=Glykol%C3%BDza&oldid=359>.
  2. Jaroslav Racek et al.: Klinická biochemie, druhé, přepracované vydání, Galén, 2006

Použitá literatura

  • DUŠKA, František. Biochemie v souvislostech, 1.díl – základy energetického metabolizmu. 1. vydání. Praha : Karolinum, 2006. ISBN 80-246-1116-3.


  • MURRAY, Robert K.. Harperova biochemie. 2. vydání. Jinočany : H&H, 1998. ISBN 80-7319-013-3.