גליקוליזה

ה גליקוליזה מכיל בבני אדם וכמעט בכל האורגניזמים הרב-תאים פירוט מבוקר ביולוגית של סוכרים פשוטים כמו גלוקוז D.

תהליך ההשפלה והמרת הגלוקוז לפירובאט מתרחש בעשרה צעדים רצופים ויכול להתקיים באופן שווה בתנאים אירוביים ואנאירוביים.

גליקוליזה משמשת לייצור אנרגיה, והפירוב מספק שלב ראשוני ראשון לסינתזה הביוכימית של חומרים מסוימים. פירוק הפחמימות האיכותיות יותר (סוכרים מרובים) עובר גם גליקוליזה לאחר פירוק לסוכרים פשוטים.

מה זה גליקוליזה?

גליקוליזה היא תהליך מטבולי מרכזי לפירוק גלוקוז D הסוכר הפשוט ומתרחש בתוך התאים בציטוזול, החלק הנוזלי של פלסמת התא. תהליך ההשפלה מתרחש בעשרה צעדים פרטניים נשלטים אנזימטיים. התוצרים הסופיים של האיזון הכולל מגליקוליזה למולקולת גלוקוז הם 2 מולקולות פירובט, 2 נוקליאוטידים ATP ו -2 נוקליאוטידים NADH.

ניתן לחלק את 10 הצעדים האישיים לשני שלבים, את שלב ההכנה משלב 1 לשלב 5 ואת שלב ההפחתה משלב 6 עד 10. שלב ההכנה הוא שלילי מבחינה אנרגטית למטבוליזם, כך שיש לספק אנרגיה בצורה של 2 ATP. רק שלב ההפחתה הוא חיובי אנרגטי, כך שבאיזון יש רווח אנרגטי בצורה של 2 נוקליאוטידים ATP ו -2 נוקליאוטידים NADH.

בשני השלבים הראשונים של הגליקוליזה, מועברות 2 קבוצות פוספט לגלוקוזה, שמקורן בשני נוקליאוטידים ATP (אדנוזין טריפוספט) ואשר מומרים בכך לנוקליאוטידים ADP (אדנוזין דיפוספט).

בעוד שהגליקוליזה עד להיווצרות הפירובט אינה תלויה בשאלה אם מצבים חמורים (אירוביים) או אנוקסיים (אנאירוביים) שוררים, המטבוליזם הנוסף של הפירובט תלוי אם קיים חמצן או לא. עם זאת, בקפדנות, תהליכי ההתמוטטות וההמרה אינם שייכים עוד לגליקוליזה.

פונקציה ומשימה

גליקוליזה היא אחד התהליכים המטבוליים המרכזיים החשובים והכי תכופים שמתרחשים בתוך תא. המשימה והתפקוד של הגליקוליזה מורכבת במטבוליזם האנרגטי והחומרי של גלוקוז ה- D הסוכר הפשוט.

ה- ATP, המתקבל כחלק ממטבוליזם האנרגיה בתוספת אנרגיה והעברת קבוצת פוספט לנוקלאוטיד ADP, משמש כמוביל אנרגיה וספק אנרגיה. למסלול דרך ה- ATP היתרון בכך שהאנרגיה מאוחסנת בקצרה ולא הולכת לאיבוד באמצעות פיזור החום. בנוסף, ניתן להביא את ה- ATP למקום בו נדרשת האנרגיה לאורך מרחקים קצרים.

הגליקוליזה החיובית באנרגיה מספקת לתא גם פירובט. ניתן להכניס אותו למחזור חומצות לימון ולשרשרת הנשימה העוקבת על ידי "צריכת" חמצן בתנאים אוקסיסטיים במיטוכונדריה של התאים לייצור אנרגיה נוסף, או שהוא יכול לשמש כחומר התחלתי לסינתזה של חומרים נדרשים.

מוצרי הפירוק העיקריים במחזור חומצות לימון הם CO2 (פחמן דו חמצני) ו- H2O (מים). האנרגיה המשתחררת בתהליך החמצון משמשת בשרשרת הנשימה כדי להזרים ADP ל- ATP ולכן היא מאוחסנת לזמן קצר.

הפירוק המלא של הגלוקוז למים ופחמן דו חמצני בתוספת חמצן הוא פרודוקטיבי יותר מבחינה אנרגטית, אך יש לו את החיסרון שהוא יכול להתקיים רק בתנאים אוקסיים, כלומר בתנאים בהם חמצן מולקולרי זמין בכמויות מספיקות. כאשר נדרש ביצועים גבוהים של שרירי השלד, אספקת החמצן לתאי השריר איטית מדי, כך שהם צריכים לשאוב את האנרגיה הדרושה מגליקוליזה.

יתרון נוסף של הגליקוליזה הוא מהירות התהליך הגבוהה שלו, שהיא פי כמה ממהירות ההמרה במחזור חומצות לימון.

מחלות ומחלות

גליקוליזה מגלמת את אחד התהליכים המטבוליים הוותיקים והיציבים ביותר של אורגניזמים חיים במונחים אבולוציוניים. גליקוליזה נוצרה ככל הנראה כאחד התהליכים המטבוליים הבסיסיים לפני 3.5 מיליארד שנה, הרבה לפני התפתחותם של אורגניזמים רב-תאיים, מכיוון שכל האורגניזמים מסוגלים לבצע גליקוליזה ומשתמשים בה כדי לייצר אנרגיה.

ידועים רק מעט הפרעות או מחלות הקשורות במפורש להפרעת גליקוליזה. הפרעות בתהליך הגליקוליזה גורמות בעיקר להשפעות חמורות על כדוריות הדם האדומות (אריתרוציטים).

מכיוון שאינם מכילים מיטוכונדריה, הם מסתמכים על אספקת אנרגיה באמצעות גליקוליזה. אם אספקת האנרגיה מופרעת, מתרחשת המוליזה, כלומר הממברנות של האריתתרוציטים מתמוססות והמוגלובין עובר ישירות לסרום. בדרך כלל יש מחסור באנזים פירובאט קינאז, כך שתהליך הגליקוליזה מופרע.

סיבה נוספת שמובילה לתסמינים דומים יכולה להימצא באריתרוציטים עצמם אם אין להם את האנזים KKR הנדרש (איזנוזים של פירובט קינאז).

מחלת Tarui (מחלת Tarui) היא אחת המחלות הבודדות שמשבשות ישירות את תהליך הגליקוליזה. זו מחלת אחסון גליקוגן. עודף גלוקוזה בסרום הדם מומר על ידי הגוף באופן זמני לסוכר פולימרי (גליקוגן), שמאוחר יותר מומר חזרה לגלוקוז במידת הצורך, במטרה לחילוף חומרים באמצעות גליקוליזה.

במקרה של מחלת טרוי, מום גנטי תורשתי מוביל למחסור בזרחן-פרוקטוקינאז, אנזים הגורם לפוספורילציה ולהמרה של גלוקוז לפרוקטוז-1,6-דו-פוספט (שלב שלישי בגליקוליזה). מחסור באנזים גורם להפרעה של גליקוליזה כך ששרירי השלד לא יסופקו כראוי עם אנרגיה.עוויתות שרירים כואבות ואנמיה המוליטית, קרום תאי הדם האדומים מתפרק, מתפתחים.