הבדלים בין גרסאות בדף "גליקוליזה"

נוספו 2,004 בתים ,  לפני 7 שנים
מ
עריכה והרחבה קלה
מ
מ (עריכה והרחבה קלה)
{{לעריכה|ניסוח|נושא=בריאות}}
[[File:Glycolysis he.svg|ממוזער|620px|מסלול הגליקוליזה: תגובות אקסרגוניות (משחררות אנרגיה) מופיעות בכתום, ומזורזות על ידי [[הקסוקינאז]], [[פוספופרוטוקינאז]] (PFK1) ו[[פירובט קינאז]]]]
'''גליקוליזה''' (מיוונית: גליקו-מתוק, ליזיס-פירוק) היא [[מטבוליזם|מסלול מטבולי]] שבו מפורקת [[מולקולה|מולקולת]] [[גלוקוז]] לשתי מולקולות [[פירובט]]. המסלול משמש ב[[יצורים חיים]] להפקת [[אנרגיה]].
 
הגליקוליזה היא התהליך הבסיסי ביותר להפקת [[אנרגיה]] במערכות [[ביולוגיה|ביולוגיות]]. תהליך זה קיים כמעט בכל היצורים החיים, מ[[חיידק]]ים ועד ל[[אדם|בני האדם]].<ref name="stryer">Berg J., Tymoczko J. and Stryer L. (2002) [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=stryer.TOC&depth=2 ''Biochemistry.''] W. H. Freeman and Company ISBN 0-7167-4955-6</ref> מכך ניתן להסיק על קדמוניותו ה[[אבולוציה|אבולוציונית]] ועל חשיבותו ל[[חיים]]. הגליקוליזה מתרחשת ב[[ציטופלזמה|ציטופלזמת]] ה[[תא]] ומורכבת משרשרת של 10 [[תגובה כימית|תגובות כימיות]]. החומר המתחיל את התהליך הוא ה[[סוכרים|סוכר]] [[גלוקוז]]; בסופה של סדרת התגובות מפורק הגלוקוז, אשר מכיל 6 [[אטום|אטומי]] [[פחמן]], לשתי [[מולקולה|מולקולות]] [[פירובט]] שכל אחת מכילה 3 אטומי פחמן. האנרגיה המופקת בתהליך נאגרת בקשרים של מולקולת [[ATP]] - [[נוקלאוטיד]] שמשמש כ"מטבע האנרגיה" של כל היצורים החיים. במהלך הגליקוליזה מפורקות (נצרכות) שתי מולקולות ATP ומיוצרות ארבע; הרווח האנרגטי הוא, אם כן, שתי מולקולות ATP. ניתן לסכם את התהליך כך:
== היסטוריה ==
תהליך הגליקוליזה התגלה במקרה, על ידי [[האנס בושנר|האנס]] ו[[אדוארד בושנר]] ב-[[1897]]. הם חקרו את תהליך התסיסה מחוץ לתאים.
במהלך הניסוי, היה צורך בלהימנע משימוש בחומרים [[אנטיספטיים]] כמו [[פנול]], ולכן השתמשו ב[[סוכרוז]]. במהלך הניסו הם נתקלו בתופעה: הסוכרוז הותסס לכוהל על ידי מיץ השמרים.
 
<math> \ \mathrm{Glucose + 2 ADP + 2 NAD^{+} + 2 P_i \rightarrow 2 Pyruvate + 2 ATP + 2H^{+} + 2 NADH + 2 H_{2}O} </math>
חשיבות הגילוי טמונה בכך שזו הפעם הראשונה בה ראו כי תסיסה יכולה להתרחש גם מחוץ לתא החי. עד אז האמינו בתאוריה של [[לואי פסטר]], לפיה התסיסה קיימת רק בתא החי. גילוי זה אפשר את התפתחות ה[[ביוכימיה]].
המנגנון השלם הובא ב-[[1940]] על ידי מגוון רב של חוקרים ובהם: Gustav Embden ו Otto Meyerhof ולכן הגליקוליזה נקראת גם לפעמים: "Embden -Meyerhof Pathway".
 
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.
== מבוא ==
[[קובץ:D-glucose-chain-2D-Fischer.png|שמאל|ממוזער|151px|המבנה הכימי של גלוקוז (בצורתו הפתוחה)]]
הגליקוליזה היא התהליך הבסיסי ביותר להפקת [[אנרגיה]] במערכות [[ביולוגיה|ביולוגיות]]. תהליך זה קיים בכל{{מקור}} היצורים החיים, מה[[חיידק]] הפשוט ביותר ועד ל[[אדם|בני האדם]]. מכך ניתן להסיק על קדמוניותו ה[[אבולוציה|אבולוציונית]] ועל חשיבותו ל[[חיים]].
 
== היסטוריה ==
הגליקוליזה מתרחשת ב[[ציטופלזמה|ציטופלזמת]] ה[[תא]] ומורכבת משרשרת של 10 [[תגובה כימית|תגובות כימיות]]. החומר המתחיל את התהליך הוא ה[[סוכרים|סוכר]] [[גלוקוז]]; בסופה של סדרת התגובות מפורק הגלוקוז, אשר מכיל 6 [[אטום|אטומי]] [[פחמן]], לשתי [[מולקולה|מולקולות]] [[פירובט]] שכל אחת מכילה 3 אטומי פחמן.
[[קובץ:Eduardbuchner.jpg|180px|ממוזער|[[אדוארד בוכנר]]]]
תהליך הגליקוליזה התגלה במקרה, על ידי [[האנס בושנרבוכנר|האנס]] ו[[אדוארד בושנרבוכנר]] ב-[[1897]]. הם חקרו את תהליך התסיסה מחוץ לתאים.
במהלך הניסוי, היה צורך בלהימנע משימוש בחומרים [[אנטיספטיים]] כמו [[פנול]], ולכן השתמשו ב[[סוכרוז]]. במהלך הניסוהניסוי הם נתקלו בתופעה: הסוכרוז הותסס לכוהל על ידי מיץ השמרים.
 
חשיבות הגילוי טמונה בכך שזו הפעם הראשונה בהשבה ראו כי תסיסה יכולה להתרחש גם מחוץ לתא החי. עד אז האמינו בתאוריה של [[לואי פסטר]], לפיה התסיסה קיימת רק בתא החי. גילויהמנגנון זההשלם אפשרהובא את התפתחות הב-[[ביוכימיה1940]] על ידי מגוון רב של חוקרים ובהם: Gustav Embden ו Otto Meyerhof ולכן הגליקוליזה נקראת גם לפעמים: "Embden -Meyerhof Pathway".
האנרגיה המופקת בתהליך נאגרת בקשרים של מולקולת [[ATP]] - [[נוקלאוטיד]] שמשמש כ"מטבע האנרגיה" של כל היצורים החיים. במהלך הגליקוליזה מפורקות (נצרכות) שתי מולקולות ATP ומיוצרות ארבע; הרווח האנרגטי הוא, אם כן, שתי מולקולות ATP. ניתן לסכם את התהליך כך:
 
<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.
 
== התהליך ==
[[קובץ:D-glucose-chain-2D-Fischer.png|שמאל|ממוזער|151px|המבנה הכימי של גלוקוז (בצורתו הפתוחה)]]
 
עשר תגובות הגליקוליזה נחלקות לשני שלבים: החמש הראשונות מהוות את '''שלב ההכנה'''; בשלב זה לא רק שלא נוצרות מולקולות ATP, אלא שהוא אף דורש '''צריכה''' של שתי מולקולות ATP (כלומר, של אנרגיה). חמש התגובות האחרונות מהוות את '''שלב הרווח''', ובו אכן משתנה מאזן האנרגיה ומתקבל רווח סופי של 2 מולקולות ATP. להלן תיאור מילולי של שלבי הגליקוליזה:
 
=== 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 פוספוהקסוקינז 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 [[פוספופרוטוקינאז]] (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 [[איזומרז]].
 
=== שלב הרווח ===
 
כל השלבים הבאים מתרחשים לכל אחת ממולקולות ה'''גליצראלדהיד 3-פוספט''' בנפרד - ולכן מתרחשים פעמיים לכל מולקולת גלוקוז.
*# 6.<li value="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 [[טריוז פוספט דהידרוגנז]].</li>
* 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 - השלב 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 פוספוגליצֶרומוטאז.
* 9.# '''2-פוספוגליצרט''' מאבד מולקולת [[מים]] והופך ל'''[[אנול|פוספואנול]] פירובט'''. 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 ===
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 פעיל|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 על ידי 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 מעכב נוסף - [[פרוקטוז 2,6-ביספוספט]] שייצורו מבוקר על ידי [[אינסולין]] ו[[גלוקגון]] ומאפשר לגוף לווסת את רמת הסוכר בדם.
הפיכת הגלוקוז לגלוקוז 6 פוספט - האנזים המזרז את התגובה מעוכב על ידי 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 פוספואנול פירופט לפירובט - האנזים המזרז את התגובה מזורז על ידי פרוקטוז 1,6-ביספוספט - תוצר ייחודי למסלול שהצטברות שלו מעידה על זה שיש עיכוב כלשהו במסלול שיש "לשחרר". האנזים מעוכב על ידי ATP, [[אלנין]] ו-[[אצטיל קואנזים A]].
 
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 מעכב נוסף - [[פרוקטוז 2,6-ביספוספט]] שייצורו מבוקר על ידי [[אינסולין]] ו[[גלוקגון]] ומאפשר לגוף לווסת את רמת הסוכר בדם.
 
הפיכת פוספואנול פירופט לפירובט - האנזים המזרז את התגובה מזורז על ידי פרוקטוז 1,6-ביספוספט - תוצר ייחודי למסלול שהצטברות שלו מעידה על זה שיש עיכוב כלשהו במסלול שיש "לשחרר". האנזים מעוכב על ידי ATP, [[אלנין]] ו-[[אצטיל קואנזים A]].
 
{| class="wikitable" style="direction:ltr;"
* בשלב 10 נוצרות 2 מולקולות ATP מ-ADP.
 
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''']].
 
 
*[[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 תהיה יעילה באותה מידה (האנרגיה שהושקעה והאנרגיה שהופקה יהיו שוות).
*[[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.
 
==גליקוליזה וסרטן==
[[קובץ:PET-image.jpg|ממוזער|בדיקת PET משמשת גם ל[[דימות מוחי]]. בתנאים שאינם תנאי רעב, מקור האנרגיה העיקרי למוח הוא גלוקוז, כשכ-120 גרם מתוך 160 גרם הצריכה היומית של גלוקוז באדם בוגר נצרכת על ידי המוח.]]
תאים של גידול ממאיר לרוב מקיימים גליקוליזה בקצב מהיר בהרבה העשוי להגיע עד לפי 200 מתאים נורמליים באותה הרקמה. תופעה זו התגלתה על ידי [[אוטו ורבורג]] ב-1930 וידועה כ[[תופעת ורבורג]]. לתופעה זו חשיבות רפואית, שכן הודות לכך ניתן לאבחן ולעקוב אחר גידולים באמצעות [[טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים]] (PET). בבדיקה נעשה לרוב שימוש בפלואורו-דאוקסי-גלוקוז (fluorodeoxyglucose, או בראשי תיבות: FDG), שהוא אנלוג של מולקולת [[גלוקוז]], שבו אחת מקבוצות ה[[הידרוקסיל]] הוחלפה ב[[איזוטופ]] ה[[רדיואקטיביות|רדיואקטיבי]] [[פלואור]]-18. ה[[הנחה (לוגיקה)|הנחה]] היא שאזורים פעילים בגוף, ובמיוחד [[סרטן (מחלה)|גידולים סרטניים]], צורכים כמויות גדולות של גלוקוז ובשל כך צפויות להתרחש בסביבתם פליטות גמא רבות.
 
בתאים סרטניים המצויים במצב של היפוקסיה (חוסר בחמצן) אחראי פקטור השעתוק HIF-1 להגברת הביטוי של רוב האנזימים הגליקוליטיים וכן של [[נשא גלוקוז|נשאי הגלוקוז]] GLUT1 ו-GLUT3.{{כ}}<ref name="stryer" />
 
== ראו גם ==