Glykolys

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök
Denna artikel är en del i serien Ämnesomsättningen med följande delar:
Metabolism
Katabolism
Anabolism
Katabolism
Matspjälkning
Glykolys
Beta-oxidation
Trans-/Deaminering
Citronsyracykeln
Elektrontransportkedjan
Oxidativ fosforylering
Ureacykeln
Anabolism
Glukoneogenes
Proteinsyntes
Fettsyrasyntes
Se även
Fotosyntes
Cellandning
Malat-aspartatskytteln

Glykolys (från glykos, äldre term för glukos, och -lysis, nedbrytning) är en metabol process där glukos bryts ned till två stycken pyruvat. Den fria energin som utvinns ur reaktionerna används för att bilda högenergiföreningar i form av ATP-molekyler och NADH. De bildade ATP-molekylerna är färdiga att användas för energi, medan NADH först måste passera elektrontransportkedjan som i sin tur ger upphov till ATP.

Glykolysen består av tio väl definierade reaktioner med nio stycken intermediärer, som är väldigt lika i praktiskt taget alla celler, både prokaryota och eukaryota. Flera andra metaboliter såsom fruktos, galaktos och aminosyror[1] bildar vid nedbrytning glukos eller glykolys-intermediärer och kan på så vis gå in i glykolysen. Fruktos kan bland annat i fettvävnad ombildas till intermediären fruktos-6-fosfat och i levern till dihydroxiacetonfosfat och glyceraldehyd-3-fosfat. Galaktos å andra sidan omvandlas till intermediären glukos-6-fosfat.

Intermediären dihydroxiacetonfosfat kan även användas för att skapa glycerol, som behövs för att skapa triacylglycerol. På samma vis kan också det omvända ske, att glycerol ombildas till dihydroxiacetonfosfat för att kunna gå vidare i glykolysen.

De två bildade pyruvatmolekylerna kan efter glykolysen reagera vidare på främst tre sätt.

Hos aeroba organismer med tillgång till syre kan pyruvat omvandlas till acetyl-koenzym-A (acetyl-CoA), som i sin tur vidareprocessas i mitokondrien för att bilda ytterligare högenergimetaboliter i citronsyracykeln och elektrontransportkedjan, eller vid överskott på energi lagras genom fettsyrasyntes.

I frånvaro av syre (anaerobt) kommer det bildade pyruvatet att reagera med NADH och istället bilda laktat i en process kallad fermentation. Hos bakterier (exempelvis hos Escherichia coli; E.coli) kommer det istället bildas etanol. Detta sker för att glykolysen kräver tillgång till NAD+, NADH som bildats i glykolysen kan då tillbakabilda NAD+ genom dessa reaktioner.

Glykolysen återfinns hos nästan alla organismer med vissa variationer och kan köras både aerobt och anaerobt, med sitt evolutionära ursprung före ackulumationen av substantiella mängder syre i atmosfären. Processen är mycket viktig för organismens överlevnad då dess process bildar den väldigt viktiga fosfatgruppen ATP, som används som dessa organismers "energikälla" och drivkraft för många reaktioner av vikt. Hos de röda blodkropparna är glykolysen det enda sättet att bilda energi, då de saknar mitokondrier och därigenom inte har tillgång till vare sig citronsyracykel eller elektrontransportkedja.

Nettoreaktionen för själva glykolysen är:

D-Glukos Pyruvat
D-glucose wpmp.png + 2 [NAD]+ + 2 [ADP] + 2 [P]i Biochem reaction arrow forward NNNN horiz med.png 2 Pyruvate2 wpmp.png + 2 [NADH] + 2 H+ + 2 [ATP]

Reglering[redigera | redigera wikitext]

Glykolysen regleras genom att aktiviteten i tre av dess ingående enzymer moduleras. De tre enzymer som regleras i glykolysen är:

  1. Hexokinas
    1. Hämmas av sin produkt, glukos-6-fosfat, vars koncentration byggs upp om senare steg i glykolysen avstannar.
  2. Fosfofruktokinas-1, som utför ett irreversibelt reaktionssteg.
    1. Hämmas allosteriskt av förhöjda nivåer av ATP, vilket medför att det inte är aktivt när energinivån i cellen är adekvat.
    2. Aktiveras av AMP, som bildas när energiförbrukningen är hög, kommer dock att ha en kraftigare aktiverande effekt än den dämpande effekt som ATP har.
    3. Aktiveras av fruktos-2,6-bisfosfat, som är den mest kraftfulla aktivatorn av fosfofruktokinas 1.
  3. Pyruvatkinas, det tredje irreversibla steget i glykolysen. Pyruvatkinas katalyserar överföringen av en fosfatgrupp från fosfoenolpyruvat till ADP, vilket ger pyruvat och ATP.
    1. Aktiveras av fruktos-1,6-bisfosfat, vilket är ett sällsynt exempel på så kallad "feed forward"-reglering där en produkt tidigare i reaktionsvägen aktiverar ett senare enzym (i motsats till feedback).
    2. I lever inaktiveras pyruvatkinas i en cAMP-beroende fosforyleringsreaktion. När detta sker kan inte fosfoenolpyruvatet omvandlas till pyruvat utan ingår istället i glukoneogenesen. Detta regleras av glukagon, som aktiverar en G-protein receptor vilket ger de förhöjda cAMP-nivåerna, som aktiverar PKA som i sin tur fosforylerar pyruvatkinaset. Detta är viktigt för att reglera processerna så att glykolys och glykoneogenes inte sker samtidigt, då dessa processer enbart hade motarbetat varandra.


Långsiktig reglering[redigera | redigera wikitext]

Högt intag av kolhydrater kommer att öka gentranskriptionen och produktionen av de regulativa enzymerna som är beskrivna ovan. Detta för att kunna möta det ökade behovet av glukosmetabolism. Det motsatta ses vid långvarigt låga nivåer av insulin och höga nivåer av glukagon, som ses bland annat vid diabetes och fasta.

Detaljerade steg[redigera | redigera wikitext]

Översikt över glykolysens olika steg.

De första stegen i glykolysen går ut på att tillföra energi i form av ATP till glukosmolekylen, detta kallas ofta för investeringsfasen. Under den senare delen kan energi istället utvinnas i form av ATP och NADH. När ATP skapas på detta vis kallas det för fosforylering på substratnivå, eftersom fosfatgrupper byter plats från olika molekyler.

Energiinvesteringsfas[redigera | redigera wikitext]

Glukos → glukos-6-fosfat

  • Under denna reaktion oxideras en ATP till en ADP (reaktionen förbrukar energi).
  • Enzymen som utför detta är antingen hexokinas eller glukokinas.
  • Glukokinas finns i levern, samt hos bukspottkörtelns β-celler.
  • Reaktionen regleras hormonellt och ökar av insulin och minskar av glukagon.
D-Glukos hexokinas / glukokinas α-D-glukos-6-fosfat
D-glucose wpmp.png ATP ADP+H+ Alpha-D-glucose-6-phosphate wpmp.png
Biochem reaction arrow forward YYNN horiz med.png

Glukos-6-fosfat → fruktos-6-fosfat

α-D-Glukos fosfoglukosisomeras β-D-fruktos-6-fosfat
Alpha-D-glucose-6-phosphate wpmp.png Beta-D-fructose-6-phosphate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.png

Fruktos-6-fosfat → fruktos-1,6-bifosfat

  • Under denna reaktion oxideras en ATP till en ADP (reaktionen förbrukar energi).
  • Reaktionen utförs av enzymet fosfofruktokinas 1.
  • Detta enzym hämmas av mängden citrat och ATP.
  • Det stimuleras av mängden fruktos-2,6-bifosfat.
β-D-fruktos-6-fosfat fosfofruktokinas β-D-fruktos-1,6-bisfosfat
Beta-D-fructose-6-phosphate wpmp.png ATP ADP+H+ Beta-D-fructose-1,6-bisphosphate wpmp.png
Biochem reaction arrow forward YYNN horiz med.png

Fruktos-1,6-bifosfat → dihydroxiacetonfosfat (DHAP) + glyceraldehyd-3-fosfat

  • Reaktionen utförs av enzymet aldolas A.
  • Lägg märke till att det bildas två molekyler här. I totalreaktionen ska alltså steg 6 - 10 räknas dubbelt.
β-D-fruktos-1,6-bisfosfat fruktosbifosfataldolas D-glyceraldehyd-3-fosfat Dihydroxiacetonfosfat
Beta-D-fructose-1,6-bisphosphate wpmp.png D-glyceraldehyde-3-phosphate wpmp.png Glycerone-phosphate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.png +

DHAP \leftrightarrow glyceraldehyd-3-fosfat

  • Detta steg är en isomerisering och reaktionen kan gå åt båda hållen. Molekylerna är isomera och står i jämvikt.
  • När glyceraldehyd-3-fosfat tas om hand av steg 6 störs jämvikten och mer DHAP omvandlas.
Dihydroxiacetonfosfat triosfosfatisomeras D-glyceraldehyd-3-fosfat
Glycerone-phosphate wpmp.png D-glyceraldehyde-3-phosphate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.png

Energigenerationsfas[redigera | redigera wikitext]

Glyceraldehyd-3-fosfat → 1,3-difosfoglycerat

D-glyceraldehyd-3-fosfat glyceraldehydfosfatdehydrogenas 1,3-difosfoglycerat
D-glyceraldehyde-3-phosphate wpmp.png NAD++Pi NADH+H 1,3-bisphospho-D-glycerate.svg
Biochem reaction arrow reversible YYYY horiz med.png

1,3-difosfoglycerat → 3-fosfoglycerat

  • Reaktionen utförs av enzymet fosfoglyceratkinas. Molekylen defosforyleras medan en ADP fosforyleras till ATP.
1,3-bifosfoglycerat Fosfoglyceratkinas 3-fosfoglycerat
1,3-bisphospho-D-glycerate.svg ADP ATP 3-phospho-D-glycerate trulyglycerate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible YYYY horiz med.png

3-fosfoglycerat → 2-fosfoglycerat

Förflyttning av fosfatgruppen från kolposition 3 till 2.

Kofaktor: Mg+

3-fosfoglycerat fosfoglyceratmutas 2-fosfoglycerat
3-phospho-D-glycerate trulyglycerate wpmp.png 2-phospho-D-glycerate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.png

2-fosfoglycerat → fosfoenolpyruvat (PEP) + H2O

2-fosfoglycerat Enolas Fosfoenolpyruvat
2-phospho-D-glycerate wpmp.png H20 Phosphoenolpyruvate wpmp.png
Biochem reaction arrow reversible NYYN horiz med.png

PEP → pyruvat

  • Reaktionen utförs av enzymet pyruvatkinas och coenzymet biotin och fosforylerar en ADP till ATP.
  • Pyruvatkinas stimuleras av insulin samt mängden fruktos-1,6-bifosfat och hämmas av glukagon.
Fosfoenolpyruvat Pyruvatkinas Pyruvat
Phosphoenolpyruvate wpmp.png ADP ATP Pyruvate wpmp.png
Biochem reaction arrow forward YYNN horiz med.png

Referenser[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ Berg, Jeremy M. et al. (2006). ”23 - Protein Turnover and Amino Acid Catabolism”. Biochemistry (6:e upplagan). New York: W.H. Freeman and Company. sid. 656. ISBN 9780716767664. ”However, any [aminoacids] not needed as building blocks are degraded to compounds able to enter the metabolic mainstream. The amino group is first removed, and then the remaining carbon skeleton is metabolized to glucose [...].”