Glükolüüs

Glükolüüs sisaldab inimestel ja peaaegu kõigil mitmerakulistel organismidel lihtsate suhkrute nagu D-glükoos biokatalüütiliselt kontrollitud lagunemist.

Glükoosi lagundamine ja muundamine püruvaadiks toimub kümnes järjestikuses etapis ja võib toimuda võrdselt aeroobsetes ja anaeroobsetes tingimustes.

Energia tootmiseks kasutatakse glükolüüsi ja püruvaat on teatud ainete biokeemilise sünteesi esimene eeltingimus. Kvaliteetsemate süsivesikute (mitu suhkrut) lagunemine toimub ka glükolüüsi teel pärast lagunemist lihtsateks suhkruteks.

Mis on glükolüüs?

Glükolüüs on keskne ainevahetusprotsess lihtsa suhkru D-glükoosi lagunemiseks ja see toimub tsütosooli rakkudes, mis on raku plasma vedelas osas. Lagunemisprotsess toimub kümnes järjestikuses ensümaatiliselt kontrollitud üksikus etapis. Glükoosi analüüsimisel glükoosi molekuli kohta saadud kogubilansi lõppsaadused on 2 püruvaatmolekuli, 2 ATP nukleotiidi ja 2 NADH nukleotiidi.

10 eraldi etappi võib jagada kaheks etapiks, ettevalmistamise etapiks etapist 1 kuni 5 ja amortisatsiooni faasiks etapist 6 kuni 10. Valmistamise etapp on ainevahetuse jaoks energeetiliselt negatiivne, nii et tuleb tarnida energiat 2 ATP kujul. Ainult amortisatsiooni faas on energeetiliselt positiivne, nii et tasakaalus on energia suurenemine 2 ATP nukleotiidi ja 2 NADH nukleotiidi kujul.

Glükolüüsi kahel esimesel etapil kantakse glükoosile üle 2 fosfaatrühma, mis pärinevad 2 ATP nukleotiidist (adenosiintrifosfaat) ja mis muundatakse seeläbi ADP nukleotiidideks (adenosiindifosfaat).

Kui glükolüüs kuni püruvaadi moodustumiseni ei sõltu sellest, kas valitsevad on toksilised (aeroobsed) või anoksilised (anaeroobsed) tingimused, sõltub püruvaadi edasine metabolism metabolismi olemusest sellest, kas hapnikku on või mitte. Rangelt võttes ei kuulu edasised lagunemis- ja muundamisprotsessid enam glükolüüsi alla.

Funktsioon ja ülesanne

Glükolüüs on üks olulisemaid ja sagedamini esinevaid tsentraalseid metaboolseid protsesse, mis toimuvad rakus. Glükolüüsi ülesanne ja funktsioon koosneb lihtsa suhkru D-glükoosi energeetilisest ja materiaalsest metabolismist.

ATP, mis saadakse energia metabolismi osana koos energia lisamisega ja fosfaatrühma viimisega ADP nukleotiidi, toimib energia kandjana ja energia tarnijana. ATP kaudu kulgeval marsruudil on see eelis, et energiat hoitakse lühiajaliselt ja see ei lähe soojuse hajumise tõttu kaduma. Lisaks saab ATP viia kohta, kus energiat vajatakse väikeste vahemaade tagant.

Energeetiliselt positiivne glükolüüs annab rakule ka püruvaadi. Selle võib viia sidrunhappe tsüklisse ja sellele järgnevasse hingamisahelasse, tarbides hapnikku rakkude mitokondrites hapniku tingimustes edasiseks energiatootmiseks, või saab seda kasutada vajalike ainete sünteesi lähtematerjalina.

Sidrunhappe tsükli peamised lagunemissaadused on CO2 (süsinikdioksiid) ja H2O (vesi). Oksüdeerimise käigus eralduvat energiat kasutatakse hingamisahelas ADP fosforüülimisel ATP-ks ja seetõttu hoitakse seda lühikest aega.

Glükoosi täielik jaotus veeks ja süsinikdioksiidiks koos hapniku lisamisega on energeetiliselt produktiivsem, kuid selle puuduseks on see, et see võib toimuda ainult mürgistes tingimustes, st tingimustes, kus molekulaarset hapnikku on piisavas koguses. Kui vajatakse skeletilihaste suurt jõudlust, on lihasrakkude hapnikuvarustus liiga aeglane, nii et nad peavad glükolüüsist vajalikku energiat ammutama.

Veel üks glükolüüsi eelis on selle kõrge protsessikiirus, mis on sidrunhappe tsükli jooksul mitu korda suurem muundamise kiirusest.

Haigused ja tervisehäired

Glükolüüs kehastab evolutsioonilises elusorganismide üht vanimat ja stabiilsemat metaboolset protsessi. Glükolüüs kujunes arvatavasti üheks peamiseks metaboolseks protsessiks 3,5 miljardit aastat tagasi, ammu enne mitmerakuliste organismide teket, sest kõik organismid on võimelised glükolüüsi tegema ja kasutavad seda energia saamiseks.

On teada ainult mõned häired või haigused, mis on otseses seoses glükolüüsi häirega. Glükolüüsiprotsesside häired põhjustavad peamiselt tõsist toimet punastele verelibledele (erütrotsüüdid).

Kuna need ei sisalda mitokondreid, sõltuvad nad glükolüüsi kaudu energiavarustusest. Kui energiavarustus on häiritud, toimub hemolüüs, st erütrotsüütide membraanid lahustuvad ja hemoglobiin kandub otse seerumisse. Ensüümi püruvaatkinaasis on tavaliselt puudus, nii et glükolüüsi protsess katkeb.

Veel ühe sarnaseid sümptomeid põhjustava põhjuse võib leida erütrotsüütidest endist, kui neil puudub vajalik ensüüm KKR (püruvaatkinaasi isoensüüm).

Tarui tõbi (Tarui tõbi) on üks väheseid haigusi, mis häirib otseselt glükolüüsi protsessi. See on glükogeeni säilitamise haigus. Vere seerumi liigne glükoos muundab keha ajutiselt polümeerseks suhkruks (glükogeeniks), mis muundatakse hiljem vajadusel uuesti glükoosiks, et metaboliseeruda glükolüüsi teel.

Tarui tõve korral põhjustab pärilik geneetiline defekt fosfofruktokinaasi - ensüümi - defitsiiti, mis põhjustab glükoosi fosforüülimist ja muundamist fruktoos-1,6-bifosfaadiks (glükolüüsi kolmas etapp). Ensüümi puudus põhjustab glükolüüsi katkemise, nii et luustiku lihased ei saaks korralikult energiat.Arenevad valulikud lihasspasmid ja hemolüütiline aneemia, punaste vereliblede membraani lagunemine.