The glikolisis aerobik atau aerobik ditakrifkan sebagai penggunaan glukosa berlebihan tidak diproses oleh pemfosforilan oksidatif kepada pembentukan produk "penapaian", walaupun di bawah keadaan kepekatan oksigen yang tinggi dan walaupun penurunan dalam kecekapan tenaga.
Selalunya terjadi pada tisu dengan kadar proliferatif tinggi, yang mana penggunaan glukosa dan oksigen tinggi. Contohnya ialah sel tumor barah, beberapa sel parasit dalam darah mamalia dan juga sel di beberapa kawasan otak mamalia.
Jalur glikolitik (Sumber:] melalui Wikimedia Commons)
Tenaga yang dikeluarkan oleh katabolisme glukosa dijimatkan dalam bentuk ATP dan NADH, yang digunakan di hilir dalam pelbagai jalur metabolik.
Semasa glikolisis aerobik, piruvat diarahkan ke kitaran Krebs dan rantai pengangkutan elektron, tetapi juga diproses melalui jalur fermentasi untuk regenerasi NAD + tanpa pengeluaran tambahan ATP, yang berakhir dengan pembentukan laktat.
Glikolisis aerobik atau anaerobik berlaku terutamanya di sitosol, kecuali organisma seperti trypanosomatids, yang mempunyai organel glikolitik khusus yang dikenali sebagai glikosom.
Glikolisis adalah salah satu jalan metabolik yang paling terkenal. Ini dirumuskan sepenuhnya pada tahun 1930-an oleh Gustav Embden dan Otto Meyerhof, yang mempelajari jalan masuk dalam sel-sel otot rangka. Walau bagaimanapun, glikolisis aerobik telah dikenali sebagai kesan Warburg sejak tahun 1924.
Reaksi
Katabolisme aerobik glukosa berlaku dalam sepuluh langkah pemangkin secara enzimatik. Banyak penulis menganggap bahawa langkah-langkah ini terbahagi kepada satu fasa pelaburan tenaga, yang bertujuan untuk meningkatkan kandungan tenaga bebas dalam perantara, dan satu lagi penggantian dan penambahan tenaga dalam bentuk ATP.
Fasa pelaburan tenaga
1-Fosforilasi glukosa kepada glukosa 6-fosfat yang dikatalisis oleh hexokinase (HK). Dalam reaksi ini, satu molekul ATP terbalik untuk setiap molekul glukosa, yang bertindak sebagai penderma kumpulan fosfat. Ia menghasilkan glukosa 6-fosfat (G6P) dan ADP, dan reaksi tidak dapat dipulihkan.
Enzim semestinya memerlukan pembentukan Mg-ATP2 yang lengkap - untuk pengoperasiannya, sebab itulah ia memerlukan ion magnesium.
2-Isomerisasi G6P kepada fruktosa 6-fosfat (F6P). Ia tidak melibatkan perbelanjaan tenaga dan merupakan reaksi boleh balik yang dikatalisis oleh isomerase fosfoglukosa (PGI).
3-Fosforilasi F6P kepada fruktosa 1,6-bifosfat yang dikatalisis oleh fosfofruktokinase-1 (PFK-1). Molekul ATP digunakan sebagai penderma kumpulan fosfat dan produk tindak balasnya adalah F1,6-BP dan ADP. Terima kasih kepada nilai ∆G, reaksi ini tidak dapat dipulihkan (sama seperti reaksi 1).
4-pemangkin pemisahan F1,6-BP menjadi dihydroxyacetone fosfat (DHAP), ketosa, dan gliseraldehid 3-fosfat (GAP), aldose. Enzim aldolase bertanggungjawab untuk pemeluwapan aldol terbalik ini.
5-Triose fosfat isomerase (TIM) bertanggungjawab untuk interkonversi triose fosfat: DHAP dan GAP, tanpa input tenaga tambahan.
Fasa pemulihan tenaga
1-GAP dioksidakan oleh gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase (GAPDH), yang menjadi pemangkin pemindahan kumpulan fosfat ke GAP untuk membentuk 1,3-bifosfogliserat. Dalam reaksi ini, dua molekul NAD + dikurangkan per molekul glukosa, dan dua molekul fosfat anorganik digunakan.
Setiap NADH yang dihasilkan melalui rantai pengangkutan elektron dan 6 molekul ATP disintesis oleh fosforilasi oksidatif.
2-Phosphoglycerate kinase (PGK) memindahkan kumpulan fosforil dari 1,3-bisphosphoglycerate ke ADP, membentuk dua molekul ATP dan dua molekul 3-fosfogliserat (3PG). Proses ini dikenali sebagai fosforilasi tahap substrat.
Dua molekul ATP yang digunakan dalam tindak balas HK dan PFK digantikan oleh PGK pada tahap ini.
3-3PG diubah menjadi 2PG oleh phosphoglycerate mutase (PGM), yang menjadi pemangkin perpindahan kumpulan fosforil antara karbon 3 dan 2 gliserat dalam dua langkah yang boleh dibalikkan. Ion magnesium juga diperlukan oleh enzim ini.
4-Reaksi dehidrasi yang dikatalisis oleh enolase mengubah 2PG menjadi phosphoenolpyruvate (PEP) dalam tindak balas yang tidak memerlukan pelaburan tenaga, tetapi menghasilkan sebatian dengan potensi tenaga yang lebih besar untuk pemindahan kumpulan fosfat kemudian.
5-Akhirnya, piruvat kinase (PYK) memangkinkan pemindahan kumpulan fosforil dalam PEP ke molekul ADP, dengan pengeluaran piruvat yang bersamaan. Dua molekul ADP digunakan setiap molekul glukosa dan 2 molekul ATP dihasilkan. PYK menggunakan ion kalium dan magnesium.
Oleh itu, jumlah hasil tenaga glikolisis adalah 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa yang memasuki jalur. Dalam keadaan aerobik, penurunan glukosa lengkap melibatkan pengambilan antara 30 dan 32 molekul ATP.
Nasib perantaraan glikolitik
Selepas glikolisis, piruvat mengalami dekarboksilasi, menghasilkan CO2 dan menyumbangkan kumpulan asetil kepada asetil koenzim A, yang juga dioksidakan menjadi CO2 dalam kitaran Krebs.
Elektron yang dilepaskan semasa pengoksidaan ini diangkut ke oksigen melalui reaksi rantai pernafasan mitokondria, yang akhirnya mendorong sintesis ATP dalam organel ini.
Semasa glikolisis aerobik, kelebihan piruvat yang dihasilkan diproses oleh enzim laktat dehidrogenase, yang membentuk laktat dan menjana semula sebahagian daripada NAD + yang diambil dalam glikolisis, tetapi tanpa pembentukan molekul ATP baru.
Mekanisme Dehidrogenase Laktat (Sumber: Jazzlw melalui Wikimedia Commons)
Sebagai tambahan, piruvat dapat digunakan dalam proses anabolik yang menyebabkan pembentukan asam amino alanin, misalnya, atau ia juga dapat bertindak sebagai kerangka untuk sintesis asid lemak.
Seperti piruvat, produk akhir glikolisis, banyak perantara tindak balas berfungsi dengan fungsi lain dalam jalur katabolik atau anabolik yang penting bagi sel.
Seperti halnya glukosa 6-fosfat dan laluan fosfat pentosa, di mana perantara ribosa yang terdapat dalam asid nukleik diperolehi.
Rujukan
- Akram, M. (2013). Kajian mini mengenai Glikolisis dan Kanser. J. Canc. Educ., 28, 454–457.
- Esen, E., & Long, F. (2014). Glikolisis Aerobik dalam Osteoblas. Rep Curr Osteoporos, 12, 433–438.
- Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Biogenesis, pemeliharaan dan dinamika glikosom pada parasit trypanosomatid. Biochimica et Biophysica Acta - Penyelidikan Sel Molekul, 1863 (5), 1038-1048.
- Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Glikolisis aerobik: melampaui percambahan. Sempadan dalam Imunologi, 6, 1–5.
- Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hipotesis: struktur, evolusi, dan nenek moyang glukosa kinase dalam keluarga heksokinase. Jurnal Biosains dan Bioengineering, 99 (4), 320–330.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger. Edisi Omega (edisi ke-5).