הבדלים בין גרסאות בדף "גליקוליזה"

נוספו 2,353 בתים ,  לפני 8 שנים
אין תקציר עריכה
 
<math> \ \mathrm{Glucose + 2 ADP + 2 NAD^{+} + 2 P_i \rightarrow 2 Pyruvate + 2 ATP + 2H^{+} + 2 NADH + 2 H_{2}O} </math>
 
 
תהליך ה'''[[גלוקונאוגנזה]]''', במהלכו '''נוצר''' גלוקוז ב[[גוף]], הפוך, מבחינה סכימטית, לגליקוליזה. למרות זאת, שלבי התהליך האחד אינם זהים כולם לאלו של התהליך השני. בנוסף, תהליך הגלוקונאוגנזה הינו יעיל פחות מבחינה אנרגטית ולכן מעגל של גלוקוז-2 פירובט-גלוקוז יגרום לגוף "לבזבז" אנרגיה ולגוף יש מנגנונים שנועדו למנוע מצב כזה.
=== שלב ההכנה ===
 
* 1. '''גלוקוז''' מקבל קבוצת [[זרחה]] מ-ATP והופך ל'''[[גלוקוז 6-פוספט]]'''. בשל איבוד הזרחה יהפוך ה-ATP ל-[[ADP]]. ה[[אנזים]] המזרז את התגובה הוא [[הקסוקינאז]]. בנוסף, ב[[כבד]] קיים גם האנזים [[גלוקוקינאז]] שמזרז את התהליך בריכוזי גלוקוז-6-פוספט גבוהים.
* 2. '''גלוקוז 6-פוספט''' משנה את [[סטריאוכימיה|מבנהו המרחבי]] והופך ל'''[[פרוקטוז 6-פוספט]]'''. זהו צעד קריטי, שכן ללא השינוי ה[[איזומר]]י לא יכולים להתרחש השלבים הבאים. זהו שלב הפיך לחלוטין. האנזים המזרז את התגובה הוא פוספוגלוקוז איזומרז.
* 3. '''פרוקטוז 6-פוספט''' מקבל קבוצת זרחה מ-ATP והופך ל'''[[פרוקטוז 1,6-ביפוספט]]'''. זהו שלב ההתחייבות - לאחר שלב זה תמשך הגליקוליזה ללא בקרה משמעותית עד השלב הלפני אחרון. האנזים המזרז את התגובה הוא [[פוספופרוקטוקינאז]] (PFK1).
* 4. '''פרוקטוז 1,6-ביפוספט''' מתפרק לשתי מולקולות תלת-פחמניות: '''[[גליצראלדהיד 3-פוספט]]''' ו'''[[דיהידרוקסיאצטון פוספט]]'''. האנזים המזרז את התגובה הוא [[אלדולז]].
* 5. מולקולת ה'''דיהידרוקסיאצטון פוספט''' עוברת שינוי מרחבי והופכת ל-'''גליצראלדהיד 3-פוספט''', שנוצרה יחד איתה בשלב 4. עתה קיימות שתי מולקולות של '''גליצראלדהיד 3-פוספט'''. האנזים המזרז את התגובה הוא [[טריוז פוספט איזומרז]].
 
=== שלב הרווח ===
 
כל השלבים הבאים מתרחשים לכל אחת ממולקולות ה'''גליצראלדהיד 3-פוספט''' בנפרד - ולכן מתרחשתמתרחשים פעמיים לכל מולקולת גלוקוז.
* 6. כל אחת משתי מולקולות ה'''גליצראלדהיד 3-פוספט''' מקבלת קבוצת זרחה חופשית (לא מ-ATP) והופכת ל-'''[[3,1-ביפוספוגליצרט]]'''. שלב זה כולל גם חיזור (קבלת פרוטונים) של מולקולות <sup>+</sup>NAD ל-NADH. האנזים המזרז את התהליך הוא [[גליצראלדהיד 3 פוספט דהידרוגנז]].
* 7. '''3,1-ביפוספוגליצרט''' מאבד קבוצת זרחה והופך ל-'''[[3-פוספוגליצרט]]'''. קבוצת הזרחה עוברת למולקולת ADP, שהופכת למולקולת ATP. זהו השלב ה[[אקסרוגני]] הראשון בגליקוליזה - השבל הראשון בו הגוף מפיק אנרגיה מהגליקוליזה. האנזים המזרז את התהליך הוא [[פוספוגליצרט קינאז]].
* 8. קבוצת הזרחה שנותרה ב-'''3-פוספוגליצרט''' משנה מקום (באמצעות אנזים) ונודדת לאטום הפחמן הסמוך; התרכובת הופכת ל-'''[[2-פוספוגליצרט]]'''. האנזים המזרז את התהליך הוא מוטאז.
* 9. '''2-פוספוגליצרט''' מאבד מולקולת [[מים]] והופך ל'''[[אנול|פוספואנול]] פירובט''' (בסיוע. האנזים המזרז את התהליך הוא [[אנולאז]]).
* 10. '''[[פוספואנול פירובט]]''' מאבד קבוצת זרחה והופך ל'''[[פירובט]]'''. קבוצת הזרחה עוברת למולקולת ADP לייצירת ATP. האנזים המזרז את התהליך הוא [[פירובט קינאז]].
 
=== בקרות מרכזיות בתהליך ===
 
כל אחת מעשר תגובות הגליקוליזה מתרחשת בעזרת אנזים. רוב אנזימי הגליקוליזה דורשים [[יון|יוני]] [[מגנזיום]] לפעילות ה[[זרז|קטליטית]]. כפי שניתן לראות בתיאור התהליך לעיל, כל המולקולות שבין הגלוקוז והפירובט מכילות קבוצת זרחה; קבוצה זו משתלבת היטב ב'''אתר הפעיל''' של אנזימי הגליקוליזה, ומפחיתה בכך את '''אנרגיית ההפעלה''' שלהם. יוני הזרחה יוצרים קומפלקסים עם יוני המגנזיום, והללו נקלטים היטב על ידי האנזימים. כל אנזימי הגליקוליזה הינם [[מסיסות|מסיסים]] במים ונמצאים ב[[ציטוזול]] ([[נוזל]] הציטופלזמה).
 
בנוסף על בקרה כללית זו - לגליקוליזה יש שלושה אתרי בקרה מרכזיים:
 
הפיכת הגלוקוז לגלוקוז 6 פוספט - האנזים המזרז את התגובה מעוכב ע"י גלוקוז 6 פוספט (התוצר של התגובה). עיכוב זה מונע את פירוק הגלוקוז (שכזכור "עולה" לגוף מולקולת ATP) ללא צורך. בכבד, שלו יש צורך בפירוק גלוקוז באופן קבוע, קיים האנזים גלוקוקינאז שפעיל בריכוזי גלוקוז 6 פוספט גבוהים וכך מונע את תקיעת המסלול.
 
הפיכת פרוקטוז 6 פוספט לפרוקטוז 1,6-ביפוספט - זהו תהליך ייחודי לגליקוליזה ולכן מהווה את נקודת הבקרה המרכזית בגליקוליזה. המעכבים של האנזים הם ATP וציטרט (תוצר של [[מעגל קרבס]] שהוא תהליך הבא אחרי גליקוליזה) והמזרזים של האנזים הם ADP ו-[[AMP]] שמעידים על מחסור באנרגיה בתא. בנוסף בכבד קיים מאקטב נוסף - [[פרוקטוז 2,6-ביספוספט]] שייצורו מבוקר ע"י [[אינסולין]] ו[[גלוקגון]] ומאפשר לגוף לווסת את רמת הסוכר בדם.
 
הפיכת פוספואנול פירופט לפירובט - האנזים המזרז את התגובה מזורז ע"י פרוקטוז 1,6-ביספוספט - תוצר ייחודי למסלול שהצטברות שלו מעידה על זה שיש עיכוב כלשהו במסלול שיש "לשחרר". האנזים מעוכב ע"י ATP, [[אלנין]] ו-[[אצטיל קואנזים A]].
 
=== סיכום מאזן האנרגיה ===
המאזן הכללי מראה, אם כן, '''רווח של שתי מולקולות ATP'''. אנרגיה זו מהווה חלק קטן מאוד מהאנרגיה האצורה בגלוקוז. רוב האנרגיה נשמרת בשתי מולקולות הפירובט שנוצרו. אנרגיה זו מנוצלת ביצורים אירוביים בשני התהליכים המטבוליים הבאים בסדרת ה[[נשימה תאית|נשימה התאית]]: '''מעגל קרבס''' ו'''זרחון חמצוני'''.
 
=== [[אנזים|אנזימים]] ===
 
== המשך הפקת אנרגיה, עם או בלי חמצן ==
כל אחת מעשר תגובות הגליקוליזה מתרחשת בעזרת אנזים. רוב אנזימי הגליקוליזה דורשים [[יון|יוני]] [[מגנזיום]] לפעילות ה[[זרז|קטליטית]]. כפי שניתן לראות בתיאור התהליך לעיל, כל המולקולות שבין הגלוקוז והפירובט מכילות קבוצת זרחה; קבוצה זו משתלבת היטב ב'''אתר הפעיל''' של אנזימי הגליקוליזה, ומפחיתה בכך את '''אנרגיית ההפעלה''' שלהם. יוני הזרחה יוצרים קומפלקסים עם יוני המגנזיום, והללו נקלטים היטב על ידי האנזימים. כל אנזימי הגליקוליזה הינם [[מסיסות|מסיסים]] במים ונמצאים ב[[ציטוזול]] ([[נוזל]] הציטופלזמה).
 
היצורים השונים נבדלים זה מזה בדרך בה הם מנצלים את הפירובט, תוצר הגליקוליזה. היצורים האווירניים ([[אארובי]]ם נושמי החמצן), למשל, מפרקים את הפירובט לחומר הקרוי אצטיל קואנזים A ול[[פחמן דו-חמצני]]. הפחמן הדו-חמצני נפלט לסביבה (ואכן, כידוע, היצורים האווירניים, ובכללם האדם, צורכים [[חמצן]] ופולטים פחמן דו-חמצני). האצטיל קואנזים A ממשיך לעבור סדרת תגובות מורכבת ([[מעגל קרבס]] ו[[זרחון חמצוני]]), כשבסופה מופקת אנרגיההרבה '''גבוההיותר בהרבה'''אנרגיה מזו המופקת בגליקוליזה (כ-36 מולקולות ATP, בהשוואה ל-2 המופקות בגליקוליזה).
# זרחון הגלוקוז בשלב הראשון מזורז על ידי האנזים [[הקסוקינאז]]. כל אנזים המעביר קבוצת זרחה מ-ATP למולקולה אחרת נקרא '''קינאז'''; היות שהקינאז כאן מעביר זרחה ל'''הקסוז''' ([[סוכרים|סוכר]] בעל 6 פחמנים), הוא נקרא '''הקסוקינאז'''. בנוסף, ב[[כבד]] קיים גם האנזים [[גלוקוקינאז]] שמזרז את התהליך בריכוזי גלוקוז-6-פוספט גבוהים.
# המרת הגלוקוז לפרוקטוז מזורזת על ידי האנזים '''פוספוהקסוז איזומראז'''. אנזים המשנה מבנה מרחבי של מולקולה כלשהי נקרא '''איזומראז'''.
# זרחון הפרוקטוז מזורז על ידי האנזים '''פוספופרוקטוקינאז-1''' ('''PFK-1'''). אנזים זה נתון לבקרה (רגולציה) קפדנית; זהו השלב המבוקר ביותר של הגליקוליזה. האנזים חש בריכוז ה-ATP בציטופלזמה; כש-ATP מתחיל לאזול או כשתוצרי פירוקו, ADP ו-AMP, מצטברים יתר על המידה, מתגברת פעילותו של האנזים. ריכוז גבוה של ATP בתא מעיד על אנרגיה זמינה רבה; פעילות האנזים, ועמה כל תהליך הגליקוליזה, מואטים.
 
יצורים אל-אווירניים ([[אנארובי]]ים, חיידקים בעיקר) מסתפקים באנרגיה המועטה המספקתשמספקת להם הגליקוליזה. הפירובטעם מומרזאת, ביצוריםהם אלועדיין לשללצריכים תוצריםלמחזר סופייםאת בתהליךמולקולות הנקראה-NADH [[תסיסה]];שנוצרו סוגיםבתהליך שוניםולכן שלישתמשו יצוריםבפירובט אנארובייםשנוצר ממיריםלאחד אתממספר הפירובטתהליכי לתוצרים[[תסיסה]] שיצרו תוצרים שונים (למשל: [[אתנול]], [[חומץ]], [[חומצה|חומצת]] [[חמאה]], [[חומצת חלב]]). כפי שניתן לראות, רבים מתוצרי התסיסה משמשים את בני האדם להפקת מזון.
== המשך הפקת אנרגיה, עם או בלי חמצן ==
היצורים הראשונים על-פני [[כדור הארץ]] השתמשו בגליקוליזה באופן בלעדי לשם הפקת אנרגיה. התפתחותם של יצורים אווירניים, אשר פיתחו מסלולים חדשים (מוזכרים לעיל) להפקת אנרגיה, היוותה צעד משמעותי ביותר באבולוציה. יצורים הנסמכים על הגליקוליזה לבדה מפיקים, כאמור, 2 מולקולות ATP מכל מולקולת גלוקוז שהם צורכים; יצורים המשתמשים בזרחון חמצני מפיקים כמות אנרגיה גבוהה פי 18. ללא תוספת אנרגיה זו, לא היו מתפתחים יצורים גדולים, מורכבים ורב-תאיים, שכן הללו זקוקים לאנרגיה רבה, שתהליך הגליקוליזה לבדו לא מסוגל לספק.
 
== חומרי מקור אחרים לגליקוליזה ==
היצורים השונים נבדלים זה מזה בדרך בה הם מנצלים את הפירובט, תוצר הגליקוליזה. היצורים האווירניים ([[אארובי]]ם נושמי החמצן), למשל, מפרקים את הפירובט לחומר הקרוי אצטיל קואנזים A ול[[פחמן דו-חמצני]]. הפחמן הדו-חמצני נפלט לסביבה (ואכן, כידוע, היצורים האווירניים, ובכללם האדם, צורכים [[חמצן]] ופולטים פחמן דו-חמצני). האצטיל קואנזים A ממשיך לעבור סדרת תגובות מורכבת ([[מעגל קרבס]] ו[[זרחון חמצוני]]), כשבסופה מופקת אנרגיה '''גבוהה בהרבה''' מזו המופקת בגליקוליזה (36 מולקולות ATP, בהשוואה ל-2 המופקות בגליקוליזה).
 
בנוסף לגלוקוז (ולחומרי הביניים במסלול), הגליקוליזה יכולה לשמש להפקת אנרגיה משני חומרים נוספים:
יצורים אל-אווירניים ([[אנארובי]]ים, חיידקים בעיקר) מסתפקים באנרגיה המועטה המספקת להם הגליקוליזה. הפירובט מומר ביצורים אלו לשלל תוצרים סופיים בתהליך הנקרא [[תסיסה]]; סוגים שונים של יצורים אנארוביים ממירים את הפירובט לתוצרים שונים (למשל: [[אתנול]], [[חומץ]], [[חומצה|חומצת]] [[חמאה]], [[חומצת חלב]]). כפי שניתן לראות, רבים מתוצרי התסיסה משמשים את בני האדם להפקת מזון.
 
[[פרוקטוז]] - ברוב רקמות הגוף יהפוך לפרוקטוז 6 פוספט (התוצר של שלב 2) בהשקעת ATP. בכבד יפורק לגליצראלדהיד 3 פוספט ודיהדרוקסיאצטון פוספט (התוצרים של שלב 4) בהשקעת 2 ATP. בשני המקרים הגליקוליזה תיהיה יעילה באותה מידה (האנרגיה שהושקעה והאנרגיה שהופקה יהיו שוות).
היצורים הראשונים על-פני [[כדור הארץ]] השתמשו בגליקוליזה באופן בלעדי לשם הפקת אנרגיה. התפתחותם של יצורים אווירניים, אשר פיתחו מסלולים חדשים (מוזכרים לעיל) להפקת אנרגיה, היוותה צעד משמעותי ביותר באבולוציה. יצורים הנסמכים על הגליקוליזה לבדה מפיקים, כאמור, 2 מולקולות ATP מכל מולקולת גלוקוז שהם צורכים; יצורים המשתמשים בזרחון חמצני מפיקים כמות אנרגיה גבוהה פי 18. ללא תוספת אנרגיה זו, לא היו מתפתחים יצורים גדולים, מורכבים ורב-תאיים, שכן הללו זקוקים לאנרגיה רבה, שתהליך הגליקוליזה לבדו לא מסוגל לספק.
 
[[גליצרול]] - בהשקעת מולקולת ATP וחיזור מולקולת <sup>+</sup>NAD יהפוך הגליצרול לדהידרוקסיאצטון פוספט (אחד התוצרים של שלב 4). הגליקוליזה תהיה יעילה באותה מידה בהפקת אנרגיה, אך מכיוון שחוזרה עוד מולקולת <sup>+</sup>NAD, בסביבה ללא נוכחות חמצן לא ימוחזרו מספיק מולקולות <sup>+</sup>NAD והתהליך יתקע.
 
== ראו גם ==
5

עריכות