Tässä artikkelissa tarkastelemme tarkemmin aerobista glykolyysiä, sen prosesseja ja analysoimme vaiheita ja vaiheita. Tutustutaan glukoosin anaerobiseen hapettumiseen, tämän prosessin evolutionaarisiin muunnelmiin ja selvitetään sen biologinen merkitys.
Mikä on glykolyysi
Glykolyysi on yksi kolmesta glukoosin hapettumismuodosta, jossa itse hapetusprosessiin liittyy energian vapautumista, joka varastoituu NADH:hen ja ATP:hen. Glykolyysiprosessissa glukoosimolekyylistä saadaan kaksi pyruviinihappomolekyyliä.
Glykolyysi on prosessi, joka tapahtuu erilaisten biologisten katalyyttien – entsyymien – vaikutuksesta. Päähapetin on happi - O2, mutta glykolyysiprosessit voivat edetä sen puuttuessa. Tämän tyyppistä glykolyysiä kutsutaan anaerobiseksi glykolyysiksi.
Glykolyysiprosessi ilman happea
Anaerobinen glykolyysi on vaiheittainen glukoosin hapettumisprosessi, jossa glukoosi ei hapetu täysin. Muodostuu yksi pyruviinihappomolekyyli. Ja energiallanäkökulmasta glykolyysi ilman hapen osallistumista (anaerobinen) on vähemmän hyödyllinen. Kuitenkin, kun happea pääsee soluun, anaerobinen hapetusprosessi voi muuttua aerobiseksi ja edetä täydessä muodossa.
Glykolyysin mekanismit
Glykolyysiprosessi on kuuden hiilen glukoosin hajoaminen kolmen hiilipitoisen pyruvaatin muodossa kahden molekyylin muodossa. Itse prosessi on jaettu 5 valmisteluvaiheeseen ja 5 vaiheeseen, joissa energia varastoituu ATP:hen.
2- ja 10-vaiheinen glykolyysiprosessi on seuraava:
- 1 vaihe, vaihe 1 - glukoosin fosforylaatio. Glukoosin kuudennessa hiilessä itse sakkaridi aktivoituu fosforylaation kautta.
- Vaihe 2 - glukoosi-6-fosfaatin isomerointi. Tässä vaiheessa fosfoglukoosimeraasi muuntaa katalyyttisesti glukoosin fruktoosi-6-fosfaatiksi.
- Vaihe 3 - Fruktoosi-6-fosfaatti ja sen fosforylaatio. Tämä vaihe koostuu fruktoosi-1,6-difosfaatin (aldolaasi) muodostumisesta fosfofruktokinaasi-1:n vaikutuksesta, joka seuraa fosforyyliryhmää adenosiinitrifosforihaposta fruktoosimolekyyliin.
- Vaihe 4 on aldolaasin pilkkoutumisprosessi kahden trioosifosfaattimolekyylin muodostamiseksi, eli eldoosiksi ja ketoosiksi.
- Vaihe 5 - trioosifosfaatit ja niiden isomerointi. Tässä vaiheessa glyseraldehydi-3-fosfaatti lähetetään glukoosin hajoamisen seuraaviin vaiheisiin, ja dihydroksiasetonifosfaatti muuttuu glyseraldehydi-3-fosfaatiksi entsyymin vaikutuksesta.
- 2 vaihe, vaihe 6 (1) - Glyseraldehydi-3-fosfaatti ja sen hapetus - vaihe, jossa tämä molekyyli hapetetaan ja fosforyloituudifosfoglyseraatti-1, 3.
- Vaihe 7 (2) - tarkoituksena on siirtää fosfaattiryhmä ADP:hen 1,3-difosfoglyseraatista. Tämän vaiheen lopputuotteet ovat 3-fosfoglyseraatin ja ATP:n muodostuminen.
- Vaihe 8 (3) - siirtyminen 3-fosfoglyseraatista 2-fosfoglyseraattiin. Tämä prosessi tapahtuu fosfoglyseraattimutaasientsyymin vaikutuksen alaisena. Kemiallisen reaktion kulumisen edellytys on magnesiumin (Mg) läsnäolo.
- Vaihe 9 (4) – 2 fosfoglysertaa dehydratoitu.
- Vaihe 10 (5) - edellisten vaiheiden tuloksena saadut fosfaatit siirretään ADP:hen ja PEP:iin. Fosfoenulpyrovaatista saatava energia siirtyy ADP:hen. Reaktio edellyttää kalium- (K)- ja magnesium- (Mg)-ionien läsnäoloa.
Glykolyysin muunnetut muodot
Glykolyysiprosessiin voi liittyä 1, 3 ja 2, 3-bifosfoglyseraattien lisätuotanto. 2,3-fosfoglyseraatti pystyy biologisten katalyyttien vaikutuksesta palaamaan glykolyysiin ja muuttumaan 3-fosfoglyseraatiksi. Näiden entsyymien rooli on monipuolinen, esimerkiksi hemoglobiinissa oleva 2,3-bifosfoglyseraatti saa happea kulkeutumaan kudoksiin edistäen dissosiaatiota ja alentaen O2 ja punasolujen affiniteettia.
Monet bakteerit muuttavat glykolyysin muotoja eri vaiheissa vähentäen niiden kokonaismäärää tai muuntelemalla niitä eri entsyymien vaikutuksesta. Pienellä osalla anaerobeista on muita menetelmiä hiilihydraattien hajottamiseen. Monilla termofiileillä on vain kaksi glykolyysientsyymiä, nämä ovat enolaasi ja pyruvaattikinaasi.
Glykogeeni ja tärkkelys, disakkaridit jamuun tyyppiset monosakkaridit
Aerobinen glykolyysi on prosessi, joka on luontainen muun tyyppisille hiilihydraateille ja erityisesti tärkkelykselle, glykogeenille ja useimmille disakkarideille (manoosi, galaktoosi, fruktoosi, sakkaroosi ja muut). Kaikentyyppisten hiilihydraattien toiminnot on yleensä suunnattu energian saamiseen, mutta ne voivat vaihdella niiden tarkoituksen, käytön jne. mukaan. Esimerkiksi glykogeeni soveltuu glykogeneesiin, joka itse asiassa on fosfolyyttinen mekanismi, jonka tarkoituksena on saada energiaa glykogeenin hajoaminen. Itse glykogeeni voidaan varastoida kehoon energian varalähteenä. Joten esimerkiksi aterian aikana saatu glukoosi, joka ei imeydy aivoihin, kerääntyy maksaan ja sitä käytetään, kun elimistössä on glukoosin puute, suojaamaan henkilöä vakavilta homeostaasin häiriöiltä.
Glykolyysin merkitys
Glykolyysi on ainutlaatuinen, mutta ei ainoa glukoosin hapettumistyyppi kehossa, sekä prokaryoottien että eukaryoottien soluissa. Glykolyysientsyymit ovat vesiliukoisia. Glykolyysireaktio joissakin kudoksissa ja soluissa voi tapahtua vain tällä tavalla, esimerkiksi aivojen ja maksan nefronisoluissa. Muita tapoja hapettaa glukoosi näissä elimissä ei käytetä. Glykolyysin toiminnot eivät kuitenkaan ole samat kaikkialla. Esimerkiksi rasvakudos ja maksa ruoansulatusprosessissa uuttavat tarvittavat substraatit glukoosista rasvojen synteesiä varten. Monet kasvit käyttävät glykolyysiä tapana saada suurin osa energiastaan.
