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Glukolyse Phasen und Funktionen
Die Glykolyse oder Glykolyse ist der Prozess, durch den ein Molekül Glukose in zwei Pyruvatmoleküle zerlegt wird. Energie wird durch Glykolyse produziert, die vom Organismus in verschiedenen zellulären Prozessen genutzt wird.
Glykolyse ist auch bekannt als der Embden-Meyerhof-Zyklus, zu Ehren von Gustav Embden und Otto Fritz Meyerhof, die die Entdecker dieses Verfahrens waren.
Glykolyse wird in Zellen, speziell im Cytosol im Zytoplasma, erzeugt. Dies ist das am weitesten verbreitete Verfahren bei allen Lebewesen, da es in allen Arten von Zellen, sowohl eukaryotischen als auch prokaryotischen, erzeugt wird.
Dies bedeutet, dass Tiere, Pflanzen, Bakterien, Pilze, Algen und sogar Protozoon-Organismen anfällig für den Prozess der Glykolyse sind.
Das Hauptziel der Glykolyse ist es, Energie zu produzieren, die dann in anderen zellulären Prozessen des Körpers verwendet wird.
Die Glykolyse entspricht dem Anfangsschritt, aus dem der Prozess der zellulären oder aeroben Atmung hervorgeht, in dem die Anwesenheit von Sauerstoff notwendig ist.
Bei sauerstoffarmen Umgebungen spielt auch die Glykolyse eine wichtige Rolle, da sie zum Fermentationsprozess beiträgt.
Index
- 1 Phasen der Glykolyse
- 1.1 Energiebedarfsphase
- 1.2 Energiefreigabephase
- 2 Funktionen der Glykolyse
- 2.1 Neuronaler Schutz
- 3 Referenzen
Phasen der Glykolyse
Glykolyse wird als Folge von zehn Phasen erzeugt. Diese zehn Phasen können vereinfacht erklärt werden, indem zwei Hauptkategorien festgelegt werden: die erste, in der ein Energiebedarf besteht; und der zweite, in dem mehr Energie produziert oder freigesetzt wird.
Energiebedarfsphase
Es beginnt mit einem Molekül Glucose, das aus Zucker gewonnen wird, der das Molekül Glucose und ein anderes Fructose enthält.
Sobald das Glukosemolekül abgetrennt ist, wird es mit zwei Phosphatgruppen, auch Phosphorsäuren genannt, verbunden.
Diese Phosphorsäuren sind aus Adenosintriphosphat (ATP) entstanden, einem Element, das als eine der wichtigsten Energiequellen gilt, die in den verschiedenen Aktivitäten und Funktionen von Zellen benötigt werden.
Mit dem Einbau dieser Phosphatgruppen wird das Glucosemolekül modifiziert und trägt einen anderen Namen: Fructose-1,6-bisphosphat.
Die Phosphorsäuren erzeugen in diesem neuen Molekül eine instabile Situation, die zur Folge hat, dass es in zwei Teile geteilt ist.
Als Ergebnis entstehen zwei verschiedene Zucker mit jeweils phosphatierten Eigenschaften und drei Kohlenstoffen.
Obwohl diese zwei Zucker gleiche Basen haben, haben sie Eigenschaften, die sie voneinander unterscheiden.
Die erste wird Glyceraldehyd-3-Phosphat genannt und ist diejenige, die direkt in die nächste Phase des Glykolyseprozesses übergeht.
Der zweite Drei-Kohlenstoff-Phosphatzucker, der erzeugt wird, wird Dihydroxyacetonphosphat genannt, das unter dem Akronym DHAP bekannt ist. Es ist auch an den folgenden Schritten der Glykolyse beteiligt, nachdem es dieselbe Komponente des ersten aus dem Verfahren erzeugten Zuckers geworden ist: Glyceraldehyd-3-phosphat.
Diese Umwandlung von Dihydroxyacetonphosphat zu Glycerinaldehyd-3-phosphat wird durch ein Enzym erzeugt, das sich im Cytosol von Zellen befindet und Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase genannt wird. Dieser Umwandlungsprozess ist als "Glycerinphosphat-Shuttle" bekannt.
Man kann also allgemein sagen, dass die erste Phase der Glykolyse auf der Modifikation eines Glukosemoleküls in zwei Molekülen Triosephosphat beruht. Es ist das Stadium, in dem keine Oxidation stattfindet.
Dieses Stadium besteht aus fünf Schritten, die als Reaktionen bezeichnet werden, und jedes wird durch sein eigenes spezifisches Enzym katalysiert. Die 5 Schritte der Vorbereitungsphase oder des Energiebedarfs sind die folgenden:
Erster Schritt
Der erste Schritt in der Glykolyse ist die Umwandlung von Glukose zu Glukose-6-Phosphat. Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, ist Hexokinase. Hier ist der Glucose-Ring phosphoryliert.
Phosphorylierung besteht aus der Zugabe einer Phosphatgruppe zu einem von ATP abgeleiteten Molekül. Als Ergebnis wurde 1 Molekül ATP an diesem Punkt in der Glykolyse verbraucht.
Die Reaktion erfolgt mit Hilfe des Enzyms Hexokinase, einem Enzym, das die Phosphorylierung vieler ringartiger Glukosestrukturen mit sechs Elementen katalysiert.
Atomares Magnesium (Mg) greift ebenfalls ein, um die negativen Ladungen der Phosphatgruppen im ATP-Molekül zu schützen.
Das Ergebnis dieser Phosphorylierung ist ein Molekül, das Glukose-6-Phosphat (G6P) genannt wird, das so genannt wird, weil der Kohlenstoff 6 der Glukose die Phosphatgruppe annimmt.
Zweiter Schritt
Der zweite Schritt der Glykolyse beinhaltet die Umwandlung von Glucose-6-Phosphat in Fructose-6-Phosphat (F6P). Diese Reaktion erfolgt mit Hilfe des Enzyms Phosphoglucoseisomerase.
Wie der Name des Enzyms andeutet, hat diese Reaktion einen Isomerisierungseffekt zur Folge.
Die Reaktion beinhaltet die Umwandlung der Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindung, um den sechsgliedrigen Ring in einem fünfgliedrigen Ring zu modifizieren.
Die Reorganisation wird durchgeführt, wenn der sechsgliedrige Ring geöffnet und dann so geschlossen wird, dass der erste Kohlenstoff nun außerhalb des Rings liegt.
Dritter Schritt
Im dritten Schritt der Glykolyse wird Fructose-6-Phosphat in Fructose-1,6-Biphosphat (FBP) umgewandelt.
Ähnlich wie bei der Reaktion im ersten Schritt der Glykolyse liefert ein zweites ATP-Molekül die Phosphatgruppe, die dem Fructose-6-Phosphat-Molekül hinzugefügt wird.
Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, ist Phosphofruktokinase. Wie in Schritt 1 ist ein Magnesiumatom beteiligt, um die negativen Ladungen zu schützen.
Vierter Schritt
Das Enzym Aldolase teilt Fructose 1,6-Bisphosphat in zwei Zucker, die Isomere voneinander sind. Diese zwei Zucker sind Dihydroxyacetonphosphat und Glyceraldehydtriphosphat.
Dieser Schritt verwendet das Enzym Aldolase, das die Spaltung von Fructose-1,6-biphosphat (FBP) unter Bildung von zwei 3-Kohlenstoff-Molekülen katalysiert. Eines dieser Moleküle wird Glyceraldehydtriphosphat und das andere Dihydroxyacetonphosphat genannt.
Fünfter Schritt
Die Enzymtriphosphatisomerase durchdringt die Dihydroxyacetonphosphat- und Glyceraldehydtriphosphatmoleküle schnell. Das Glyceraldehydphosphat wird eliminiert und / oder im nächsten Schritt der Glycolyse verwendet.
Glyceraldehydtriphosphat ist das einzige Molekül, das im glycolytischen Stoffwechselweg weitergeht. Als Ergebnis folgt auf alle hergestellten Dihydroxyacetonphosphatmoleküle die Enzymtriphosphatisomerase, die das Dihydroxyacetonphosphat in Glyceraldehydtriphosphat umlagert, so dass es in der Glykolyse fortfahren kann.
Zu diesem Zeitpunkt im Glykolyseweg gibt es zwei Moleküle mit drei Kohlenstoffen, aber Glukose ist noch nicht vollständig in Pyruvat umgewandelt.
Energie Release-Phase
Die zwei Zuckermoleküle mit drei Kohlenstoffatomen, die aus der ersten Stufe erzeugt wurden, durchlaufen nun eine weitere Reihe von Transformationen. Der Prozess, der im Folgenden beschrieben wird, wird für jedes Zuckermolekül zweimal erzeugt.
Erstens wird eines der Moleküle zwei Elektronen und zwei Protonen los, und als Folge dieser Freisetzung wird ein weiteres Phosphat dem Zuckermolekül hinzugefügt. Die resultierende Komponente wird 1,3-Bisphosphoglycerat genannt.
Als nächstes wird 1,3-Biphosphoglycerat von einer der Phosphatgruppen befreit, die schließlich ein ATP-Molekül wird.
An diesem Punkt wird Energie freigesetzt. Das Molekül, das aus dieser Freisetzung von Phosphat resultiert, wird 3-Phosphoglycerat genannt.
Das 3-Phosphoglycerat wird zu einem anderen gleichwertigen Element, jedoch mit bestimmten Eigenschaften in Bezug auf die Molekülstruktur. Dieses neue Element ist 2-Phosphoglycerat.
Im vorletzten Schritt des Glykolyseprozesses wird das 2-Phosphoglycerat als Folge des Verlustes eines Wassermoleküls in Phosphoenolpyruvat umgewandelt.
Schließlich wird das Phosphoenolpyruvat von einer anderen Phosphatgruppe befreit, ein Verfahren, das auch die Bildung eines Moleküls ATP und somit eine Freisetzung von Energie beinhaltet.
Phosphatfrei entsteht das Phosphoenolpyruvat am Ende des Prozesses in einem Pyruvatmolekül.
Am Ende der Glykolyse werden zwei Pyruvatmoleküle erzeugt, vier von ATP und zwei von Nikotinamidadenindinukleotidwasserstoff (NADH), ein Element des letzteren, das ebenfalls die Bildung von ATP-Molekülen im Körper begünstigt.
Wie wir gesehen haben, treten in der zweiten Hälfte der Glykolyse die fünf verbleibenden Reaktionen auf. Dieses Stadium wird auch als oxidativ bezeichnet.
Zusätzlich greift ein spezifisches Enzym für jeden Schritt ein und die Reaktionen dieses Stadiums treten zweimal für jedes Glucosemolekül auf. Die 5 Schritte der Vorteile oder Energie Release-Phase sind die folgenden:
Erster Schritt
In diesem Schritt treten zwei Hauptereignisse auf, von denen eines ist, dass das Glyceraldehydtriphosphat durch das Coenzym Nicotinamidadenindinucleotid (NAD) oxidiert wird; und auf der anderen Seite wird das Molekül durch die Zugabe einer freien Phosphatgruppe phosphoryliert.
Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, ist Glycerinaldehydtriphosphatdehydrogenase.
Dieses Enzym enthält geeignete Strukturen und hält das Molekül in einer solchen Position, dass es dem Nikotinamidadenindinukleotidmolekül ermöglicht, einen Wasserstoff aus dem Glyceraldehydtriphosphat zu extrahieren, wobei das NAD in NAD-Dehydrogenase (NADH) umgewandelt wird.
Die Phosphatgruppe greift dann das Glyceraldehydtriphosphatmolekül an und setzt es aus dem Enzym frei, um 1,3-Bisphosphoglycerat, NADH und ein Wasserstoffatom zu erzeugen.
Zweiter Schritt
In dieser Stufe wird 1,3-Bisphoglycerat durch das Enzym Phosphoglyceratkinase in Triphosphoglycerat umgewandelt.
Diese Reaktion beinhaltet den Verlust einer Phosphatgruppe aus dem Ausgangsmaterial. Das Phosphat wird auf ein Adenosindiphosphat-Molekül übertragen, das das erste ATP-Molekül produziert.
Da es tatsächlich zwei Moleküle 1,3-Bisphosphit gibt (weil es zwei 3-Kohlenstoff-Produkte aus Stufe 1 der Glykolyse gab), werden tatsächlich zwei Moleküle ATP in diesem Schritt synthetisiert.
Mit dieser Synthese von ATP werden die ersten zwei Moleküle des verwendeten ATP aufgehoben, was bis zu diesem Glykolyse-Stadium ein Netzwerk von 0 Molekülen ATP verursacht.
Wiederum wird beobachtet, dass ein Magnesiumatom beteiligt ist, um die negativen Ladungen in den Phosphatgruppen des ATP-Moleküls zu schützen.
Dritter Schritt
Dieser Schritt beinhaltet eine einfache Umordnung der Position der Phosphatgruppe in dem 3-Phosphoglycerat-Molekül, das es in 2-Phosphoglycerat umwandelt.
Das Molekül, das an der Katalyse dieser Reaktion beteiligt ist, heißt Phosphoglyceratmutase (PGM). Eine Mutase ist ein Enzym, das den Transfer einer funktionellen Gruppe von einer Position in einem Molekül zu einem anderen katalysiert.
Der Reaktionsmechanismus schreitet fort, indem zuerst eine zusätzliche Phosphatgruppe an die 2'-Position des 3-Phosphoglycerats angefügt wird. Dann entfernt das Enzym das Phosphat von der 3'-Position, wobei nur das 2'-Phosphat zurückbleibt und somit 2 Phosphoglycerat erhalten wird. Auf diese Weise wird das Enzym auch in seinen ursprünglichen phosphorylierten Zustand zurückgeführt.
Vierter Schritt
Dieser Schritt beinhaltet die Umwandlung von 2 Phosphoglycerat zu Phosphoenolpyruvat (PEP). Die Reaktion wird durch das Enolase-Enzym katalysiert.
Enolase wirkt, indem eine Gruppe Wasser entfernt oder das 2-Phosphoglycerat entwässert wird. Die Spezifität der Tasche des Enzyms ermöglicht es den Elektronen im Substrat, sich so umzuordnen, dass die verbleibende Phosphatbindung sehr instabil wird, wodurch das Substrat für die nächste Reaktion vorbereitet wird.
Fünfter Schritt
Der letzte Schritt der Glykolyse wandelt Phosphoenolpyruvat mit Hilfe des Enzyms Pyruvatkinase in Pyruvat um.
Wie der Name des Enzyms andeutet, beinhaltet diese Reaktion den Transfer einer Phosphatgruppe. Die Phosphatgruppe, die an das 2'-Kohlenstoffatom des Phosphoenolpyruvats gebunden ist, wird auf ein Adenosindiphosphatmolekül übertragen, wodurch ATP erzeugt wird.
Da es zwei Moleküle Phosphoenolpyruvat gibt, werden hier tatsächlich zwei Moleküle Adenosintriphosphat oder ATP erzeugt.
Funktionen der Glykolyse
Der Prozess der Glykolyse ist von vitaler Bedeutung für alle lebenden Organismen, da er den Vorgang darstellt, durch den die zelluläre Energie erzeugt wird.
Diese Energiegewinnung begünstigt die Atmungsprozesse der Zellen und auch den Prozess der Fermentation.
Die Glukose, die durch den Verzehr von Zuckern in den Körper gelangt, hat eine komplexe Zusammensetzung.
Durch Glykolyse ist es möglich, diese Zusammensetzung zu vereinfachen und zu einer Verbindung zu machen, die der Körper für die Energiegewinnung nutzen kann.
Durch den Prozess der Glykolyse werden vier Moleküle ATP erzeugt. Diese Moleküle des ATP sind der Hauptweg, durch den der Organismus die Energie erhält und die Schaffung neuer Zellen begünstigt; daher ist die Erzeugung dieser Moleküle für den Organismus grundlegend.
Nervenschutz
Studien haben ergeben, dass die Glykolyse eine wichtige Rolle im Verhalten von Neuronen spielt.
Forscher der Universität von Salamanca, des Instituts für Neurowissenschaften von Castilla y León und des Universitätskrankenhauses von Salamanca stellten fest, dass eine zunehmende Glykolyse in Neuronen einen schnelleren Tod dieser Neuronen impliziert.
Dies ist eine Folge von Neuronen, die an dem leiden, was sie oxidativen Stress genannt haben. Je niedriger die Glykolyse ist, desto größer ist die antioxidative Kraft über den Neuronen und desto größer ist die Überlebenschance.
Die Implikationen dieser Entdeckung können sich positiv auf Studien von Krankheiten auswirken, die durch neuronale Degeneration wie Alzheimer oder Parkinson gekennzeichnet sind.
Referenzen
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