גליקוליזה: פונקציה, משימות, תפקיד ומחלות

גליקוליזה כוללת פירוק מבוקר ביו-קטליטי של סוכרים פשוטים כגון D-גלוקוז בבני אדם וכמעט בכל האורגניזמים הרב-תאיים. תהליך ההשפלה וההמרה של גלוקוז ל פירובטה מתרחשת בעשרה שלבים רצופים ויכולה להתרחש בתנאים אירוביים ואנאירוביים כאחד. גליקוליזה משמש לייצור אנרגיה, ו פירובטה מספק מבשר ראשוני לסינתזה ביוכימית של חומרים מסוימים. פירוט הסדר הגבוה יותר פחמימות (פוליסכרידים) עובר גם גליקוליזה לאחר שהתפרק לסוכרים פשוטים.

מהי גליקוליזה?

גליקוליזה היא תהליך מטבולי מרכזי להתמוטטות של פשוטים סוכר D-גלוקוז ומתרחש בתוך תאים בציטוזול, החלק הנוזלי של פלזמת התאים. גליקוליזה היא תהליך מטבולי מרכזי להתמוטטות של פשוטים סוכר גלוקוז D ומתרחש בתוך התאים בציטוזול, החלק הנוזלי של פלזמה של התא. תהליך ההשפלה מתרחש ב -10 צעדים בודדים רצופים הנשלטים אנזימטית. תוצרי הקצה בסך הכל לאזן מגליקוליזה לכל מולקולת גלוקוז הם 2 פירובטה מולקולות, 2 נוקלאוטידים של ATP ו- 2 נוקלאוטידים של NADH. ניתן לחלק את 10 הצעדים האישיים לשני שלבים, שלב ההכנה משלב 1 לשלב 5 ושלב ההפחתה משלב 6 עד 10. שלב ההכנה הוא שלילי מבחינה אנרגטית לחילוף החומרים, כך שיש לספק אנרגיה בצורה של 2 ATP. רק שלב ההפחתה חיובי מבחינה אנרגטית, וכתוצאה מכך רווח אנרגיה נטו בצורה של 2 נוקלאוטידים ATP ו- 2 נוקלאוטידים NADH. בכל אחד משני השלבים הראשונים של הגליקוליזה, 2 פוספט קבוצות מועברות לגלוקוז, שמקורן בשני נוקלאוטידים ATP (אדנוזין טריפוספט), המומרים בכך לנוקליאוטידים ADP (אדנוזין דיפוספט). בעוד שגליקוליזה עד היווצרות פירובט אינה תלויה בשאלה האם מצבים אוקסיים (אירוביים) או אנאקסיים (אנאירוביים) שוררים, מטבוליזם נוסף של פירובט תלוי אם חמצן זמין או לא. עם זאת, בקפדנות, תהליכי ההשפלה וההמרה הנוספים כבר אינם חלק מגליקוליזה.

פונקציה ומשימה

גליקוליזה הוא אחד התהליכים המטבוליים המרכזיים החשובים והנפוצים ביותר המתרחשים בתא. המשימה והתפקיד של הגליקוליזה היא חילוף החומרים האנרגטי והחומרי של הפשוטים סוכר גלוקוז D. נושא האנרגיה וספק האנרגיה בתהליך זה הוא ATP, המתקבל במהלך מטבוליזם אנרגיה על ידי אספקת אנרגיה והעברת א פוספט קבוצה לנוקלאוטיד ADP. למסלול דרך ה- ATP היתרון בכך שהאנרגיה נשמרת לזמן קצר ואינה הולכת לאיבוד באמצעות פיזור חום. בנוסף, ניתן להעביר את ה- ATP למרחקים קצרים למקום בו יש צורך באנרגיה כרגע. גליקוליזה חיובית אנרגטית מספקת בנוסף לתא פירובט. ניתן להכניס את זה למחזור הציטראט ולשרשרת הנשימה שלאחר מכן תחת "צריכה" של חמצן בתנאים אוקסיים ב המיטוכונדריה של התאים להפקת אנרגיה נוספת, או שהוא יכול לשמש כחומר מוצא לסינתזה של חומרים נדרשים. במחזור הציטראט, CO2 (פַּחמָן דו חמצני) ו- H2O (מַיִם) מיוצרים כמוצרי ההשפלה העיקריים. האנרגיה המשתחררת בתהליך החמצון משמשת בשרשרת הנשימה לזרחת ADP ל- ATP וכך נשמרת לזמן קצר. השפלה מוחלטת של גלוקוז ל מַיִם ו פַּחמָן דו חמצני בתוספת חמצן הוא פרודוקטיבי יותר אנרגטית, אך יש לו את החיסרון שהוא יכול להתקיים רק בתנאים אוקסיים, כלומר בתנאים שבהם חמצן מולקולרי זמין בכמויות מספיקות. כאשר שרירי השלד נדרשים לבצע ברמות גבוהות, אספקת החמצן לתאי השריר איטית מדי, ולכן עליהם לשאוב את האנרגיה הדרושה מגליקוליזה. יתרון נוסף של הגליקוליזה טמון במהירות התהליכית הגבוהה שלו, שמגיעה לכפול ממיר ההמרה בתוך מחזור הציטראט.

מחלות ומחלות

גליקוליזה מגלם את אחד התהליכים המטבוליים העתיקים והיציבים ביותר של אורגניזמים חיים בהיסטוריה האבולוציונית. סביר להניח כי הגליקוליזה התפתח כאחד התהליכים המטבוליים הבסיסיים כבר לפני 3.5 מיליארד שנים, הרבה לפני התפתחותם של אורגניזמים רב-תאיים, מכיוון שכל האורגניזמים החיים מסוגלים לעשות גליקוליזה ולהשתמש בו לייצור אנרגיה. הפרעות או מחלות ידועות הקשורות באופן סיבתי במפורש להפרעה בגליקוליזה. הפרעות במהלך הגליקוליזה בעיקר עוֹפֶרֶת להשפעות חמורות באדום דם תאים (אריתרוציטים). כי הם לא מכילים המיטוכונדריה, הם תלויים באספקת אנרגיה על ידי גליקוליזה. אם אספקת האנרגיה מופרעת, מתרחשת המוליזה, כלומר הממברנות של אריתרוציטים להתמוסס ואת המוגלובין עובר ישירות לסרום. בדרך כלל, קיים מחסור באנזים פירובט קינאז, כך שתהליך הגליקוליזה נקטע. סיבה נוספת המובילה לתסמינים דומים עשויה להיות בגלל אריתרוציטים את עצמם, אם אין להם מספיק מהאנזים הדרוש KKR (איזואנזים של קינאז פירובט). מחלת טרוי (מחלת טרואי) היא אחת המחלות הבודדות הגורמות להפרעה ישירה בתהליך הגליקוליזה. זוהי מחלת אחסון גליקוגן. עודף גלוקוז ב דם סרום הופך באופן זמני על ידי הגוף לסוכרים פולימריים (גליקוגן), אשר מאוחר יותר הופך חזרה לגלוקוז כאשר יש צורך לחילוף מטבוליזם (מטבוליזם) באמצעות גליקוליזה. במקרה של מחלת טרואי, עקב מום תורשתי תורשתי, קיים מחסור בפוספופרוקטוקינאז, אנזים הגורם לפופורילציה ולהמרה של גלוקוז ל פרוקטוז-1,6-ביפוספט (שלב 3 בתוך הגליקוליזה). מחסור באנזים גורם להפרעה של הגליקוליזה כך ששרירי השלד אינם מסופקים כראוי עם אנרגיה. עוויתות שרירים כואבות ומוליטיות אנמיה, פירוק קרום האדום דם תאים, מתרחשים.