Γλυκόλυση

ο Γλυκόλυση περιέχει σε ανθρώπους και σχεδόν σε όλους τους πολυκυτταρικούς οργανισμούς μια βιοκαταλυτικά ελεγχόμενη διάσπαση απλών σακχάρων όπως η D-γλυκόζη.

Η διαδικασία αποδόμησης και μετατροπής της γλυκόζης σε πυροσταφυλικό λαμβάνει χώρα σε δέκα διαδοχικά στάδια και μπορεί να πραγματοποιηθεί εξίσου υπό αερόβιες και αναερόβιες συνθήκες.

Η γλυκόλυση χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας και το πυροσταφυλικό παρέχει ένα πρώτο προκαταρκτικό στάδιο για τη βιοχημική σύνθεση ορισμένων ουσιών. Η ανάλυση των υδατανθράκων υψηλότερης ποιότητας (πολλαπλά σάκχαρα) περνά επίσης από γλυκόλυση αφού διασπάται σε απλά σάκχαρα.

Τι είναι η γλυκόλυση;

Η γλυκόλυση είναι μια κεντρική μεταβολική διαδικασία για τη διάσπαση της απλής γλυκόζης D-γλυκόζης και λαμβάνει χώρα εντός των κυττάρων στο κυτοσόλιο, το υγρό μέρος του κυτταρικού πλάσματος.

Η γλυκόλυση είναι μια κεντρική μεταβολική διαδικασία για τη διάσπαση της απλής γλυκόζης D-γλυκόζης και λαμβάνει χώρα εντός των κυττάρων στο κυτοσόλιο, το υγρό μέρος του κυτταρικού πλάσματος. Η διαδικασία αποδόμησης πραγματοποιείται σε 10 διαδοχικά ενζυματικά ελεγχόμενα μεμονωμένα στάδια. Τα τελικά προϊόντα της ολικής ισορροπίας από γλυκόλυση ανά μόριο γλυκόζης είναι 2 μόρια πυροσταφυλικού, 2 νουκλεοτίδια ΑΤΡ και 2 νουκλεοτίδια NADH.

Τα 10 μεμονωμένα βήματα μπορούν να χωριστούν σε δύο φάσεις, τη φάση παρασκευής από το βήμα 1 έως το βήμα 5 και τη φάση απόσβεσης από το βήμα 6 έως 10. Η φάση παρασκευής είναι ενεργητικά αρνητική για το μεταβολισμό, έτσι ώστε να πρέπει να παρέχεται ενέργεια με τη μορφή 2 ΑΤΡ. Μόνο η φάση απόσβεσης είναι ενεργειακά θετική, έτσι ώστε σε ισορροπία να υπάρχει ένα κέρδος ενέργειας με τη μορφή 2 νουκλεοτιδίων ATP και 2 νουκλεοτιδίων NADH.

Στα δύο πρώτα στάδια της γλυκόλυσης, 2 ομάδες φωσφορικών μεταφέρονται στη γλυκόζη, οι οποίες προέρχονται από 2 νουκλεοτίδια ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη) και τα οποία με αυτόν τον τρόπο μετατρέπονται σε νουκλεοτίδια ADP (διφωσφορική αδενοσίνη).

Ενώ η γλυκόλυση μέχρι το σχηματισμό του πυροσταφυλικού είναι ανεξάρτητη από το εάν επικρατούν οι τοξικές (αερόβιες) ή ανοξικές (αναερόβιες) συνθήκες, ο περαιτέρω μεταβολισμός του πυροσταφυλικού εξαρτάται από το εάν υπάρχει οξυγόνο ή όχι. Ωστόσο, αυστηρά, η περαιτέρω ανάλυση και οι διαδικασίες μετατροπής δεν ανήκουν πλέον στη γλυκόλυση.

Λειτουργία & εργασία

Η γλυκόλυση είναι μία από τις πιο σημαντικές και συχνότερες κεντρικές μεταβολικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα μέσα σε ένα κύτταρο. Η εργασία και η λειτουργία της γλυκόλυσης συνίσταται στον ενεργητικό και υλιστικό μεταβολισμό της απλής γλυκόζης D-γλυκόζης.

Το ATP, το οποίο λαμβάνεται ως μέρος του ενεργειακού μεταβολισμού με την προσθήκη ενέργειας και τη μεταφορά μιας φωσφορικής ομάδας σε ένα νουκλεοτίδιο ADP, χρησιμεύει ως φορέας ενέργειας και προμηθευτής ενέργειας. Η διαδρομή μέσω του ATP έχει το πλεονέκτημα ότι η ενέργεια αποθηκεύεται για λίγο και δεν χάνεται μέσω απαγωγής θερμότητας. Επιπλέον, το ATP μπορεί να μεταφερθεί στον τόπο όπου απαιτείται ενέργεια σε μικρές αποστάσεις.

Η ενεργητικά θετική γλυκόλυση παρέχει επίσης στο κύτταρο πυροσταφυλικό. Μπορεί είτε να εισαχθεί στον κύκλο του κιτρικού οξέος και στην επακόλουθη αναπνευστική αλυσίδα «καταναλώνοντας» οξυγόνο κάτω από τοξικές συνθήκες στα μιτοχόνδρια των κυττάρων για περαιτέρω παραγωγή ενέργειας, ή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αρχικό υλικό για τη σύνθεση των απαιτούμενων ουσιών.

Τα κύρια προϊόντα κατανομής στον κύκλο του κιτρικού οξέος είναι το CO2 (διοξείδιο του άνθρακα) και το H2O (νερό). Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διαδικασία οξείδωσης χρησιμοποιείται στην αναπνευστική αλυσίδα για φωσφορυλίωση ADP σε ATP και επομένως αποθηκεύεται για μικρό χρονικό διάστημα.

Η πλήρης διάσπαση της γλυκόζης στο νερό και το διοξείδιο του άνθρακα με την προσθήκη οξυγόνου είναι ενεργητικά πιο παραγωγική, αλλά έχει το μειονέκτημα ότι μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο υπό τοξικές συνθήκες, δηλαδή υπό συνθήκες υπό τις οποίες το μοριακό οξυγόνο είναι διαθέσιμο σε επαρκείς ποσότητες. Όταν απαιτείται υψηλή απόδοση των σκελετικών μυών, η παροχή οξυγόνου στα μυϊκά κύτταρα είναι πολύ αργή, έτσι ώστε να πρέπει να αντλήσουν την απαραίτητη ενέργεια από τη γλυκόλυση.

Ένα άλλο πλεονέκτημα της γλυκόλυσης είναι η υψηλή ταχύτητα διεργασίας, η οποία είναι πολλές φορές η ταχύτητα μετατροπής εντός του κύκλου του κιτρικού οξέος.

Ασθένειες και παθήσεις

Η γλυκόλυση ενσωματώνει μια από τις παλαιότερες και πιο σταθερές μεταβολικές διεργασίες των ζωντανών οργανισμών με εξελικτικούς όρους. Η γλυκόλυση σχηματίστηκε πιθανώς ως μία από τις βασικές μεταβολικές διεργασίες πριν από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, πολύ πριν από την ανάπτυξη πολυκυτταρικών οργανισμών, επειδή όλοι οι οργανισμοί είναι ικανοί για γλυκόλυση και τον χρησιμοποιούν για να παράγουν ενέργεια.

Μόνο μερικές διαταραχές ή ασθένειες είναι γνωστές που σχετίζονται ρητά με μια διαταραχή γλυκόλυσης. Οι διαταραχές στη διαδικασία της γλυκόλυσης οδηγούν κυρίως σε σοβαρές επιπτώσεις στα ερυθρά αιμοσφαίρια (ερυθροκύτταρα).

Επειδή δεν περιέχουν μιτοχόνδρια, βασίζονται στην παροχή ενέργειας μέσω της γλυκόλυσης. Εάν διαταραχθεί η παροχή ενέργειας, εμφανίζεται αιμόλυση, δηλαδή οι μεμβράνες των ερυθροκυττάρων διαλύονται και η αιμοσφαιρίνη περνά κατευθείαν στον ορό. Συνήθως υπάρχει ανεπάρκεια στο ένζυμο πυροσταφυλική κινάση, έτσι ώστε η διαδικασία γλυκόλυσης να διακόπτεται.

Μια άλλη αιτία που οδηγεί σε παρόμοια συμπτώματα μπορεί να βρεθεί στα ίδια τα ερυθροκύτταρα εάν δεν έχουν το απαραίτητο ένζυμο KKR (ισοένζυμο πυροσταφυλικής κινάσης).

Η νόσος του Tarui (ασθένεια Tarui) είναι μία από τις λίγες ασθένειες που διαταράσσουν άμεσα τη διαδικασία γλυκόλυσης. Είναι μια ασθένεια αποθήκευσης γλυκογόνου. Η περίσσεια γλυκόζης στον ορό του αίματος μετατρέπεται προσωρινά από τον οργανισμό σε πολυμερικό σάκχαρο (γλυκογόνο), το οποίο αργότερα μετατρέπεται σε γλυκόζη εάν είναι απαραίτητο, προκειμένου να μεταβολιστεί μέσω γλυκόλυσης.

Στην περίπτωση της νόσου Tarui, ένα κληρονομικό γενετικό ελάττωμα οδηγεί σε έλλειψη φωσφοφρουκτοκινάσης, ένα ένζυμο που προκαλεί τη φωσφορυλίωση και τη μετατροπή της γλυκόζης σε φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική (3ο στάδιο της γλυκόλυσης). Η έλλειψη ενζύμου προκαλεί τη διακοπή της γλυκόλυσης, έτσι ώστε οι σκελετικοί μύες να μην τροφοδοτούνται σωστά με ενέργεια.Αναπτύσσονται επίπονοι μυϊκοί σπασμοί και αιμολυτική αναιμία, η διάσπαση της μεμβράνης των ερυθρών αιμοσφαιρίων.