ข้อมูล

ระเบียบ Glycolysis และวิถีทางอื่น ๆ ที่ขั้นตอนปฏิกิริยา 'กลับไม่ได้'

ระเบียบ Glycolysis และวิถีทางอื่น ๆ ที่ขั้นตอนปฏิกิริยา 'กลับไม่ได้'



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ขั้นตอนของ hexokinase, phosphofructokinase และ pyruvate kinase ของ glycolysis (1,3 และ 10 ด้านล่าง) เป็นขั้นตอนเดียวที่ไม่สามารถย้อนกลับได้และเป็นขั้นตอนที่ควบคุมไกลโคไลซิส

จำเป็นหรือไม่ที่ขั้นตอนของกฎระเบียบในไกลโคไลซิสจะย้อนกลับไม่ได้ และหากเป็นเช่นนั้น จะนำไปใช้กับวิถีการเผาผลาญโดยทั่วไปหรือไม่


สำหรับไกลโคไลซิส คำตอบนั้นตรงไปตรงมา ในเซลล์และเนื้อเยื่อบางชนิด มีทางเดินที่ทำงานในทิศทางตรงกันข้าม - gluconeogenesis - ซึ่งตามจริงแล้วขั้นตอน 'กลับไม่ได้' ของ glycolysis (และจำเป็น) ถูกย้อนกลับโดยปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่แตกต่างกันซึ่งตำแหน่งของสมดุลคือ ในทิศทางตรงกันข้าม

เห็นได้ชัดว่าถ้ามันเหมาะสมทางเมแทบอลิซึมเพื่อให้เกิดไกลโคไลซิส มันไม่เหมาะสมสำหรับการสร้างกลูโคนีเจเนซิส ทางเดียวที่จะเลี้ยวได้เช่น glycolysis ปิดในขณะเดียวกันการเปิด gluconeogenesis โดยการควบคุมกิจกรรมของเอนไซม์ต่างๆ ในสามขั้นตอนเหล่านี้

ไกลโคไลซิสจึงเป็นกรณีพิเศษในการแบ่งปันปฏิกิริยาหลายอย่างกับเส้นทางอื่นที่ทำงานในทิศทางตรงกันข้าม สิ่งที่เกี่ยวกับเส้นทางที่การแปลงระหว่างกันดำเนินไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ตัวอย่างคลาสสิกคือวิถีสังเคราะห์ทางชีวสังเคราะห์ที่ควบคุมโดยสิ่งที่เรียกว่าการยับยั้ง 'คำติชม' หรือการยับยั้ง 'ผลิตภัณฑ์สุดท้าย' ตัวอย่าง (ซึ่งฉันมีไดอะแกรมของตัวเอง) คือการสังเคราะห์ไอโซลิวซีนจากธรีโอนีนในแบคทีเรีย:

เมื่อความเข้มข้นของไอโซลิวซีนเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่ง (เพียงพอสำหรับความต้องการของเซลล์) สิ่งนี้จะยับยั้งเอ็นไซม์ ทรีโอนีน ดีอะมิเนส ป้องกันไม่ให้เปลี่ยนจากทรีโอนีนไปเป็นไอโซลิวซีนอย่างสิ้นเปลือง

ประเด็นหลักไม่ใช่ตำแหน่งสมดุลของปฏิกิริยาทรีโอนีนดีอะมิเนส (ฉันยังไม่ได้ตรวจสอบ) แต่เป็นขั้นตอนแรกที่ไม่เหมือนใครในเส้นทางการสังเคราะห์ ดังนั้นการควบคุมขั้นตอนนี้จะป้องกันการกำจัดธรีโอนีนโดยไม่จำเป็นในลักษณะที่ไม่อนุญาตให้มีการสะสมของตัวกลางอย่างสิ้นเปลือง

ศีลธรรม

มีเกมปาร์ตี้แบบเก่าที่คุณส่งกรรไกรให้เพื่อนบ้านของคุณโดยพูดว่า "ฉันส่งกรรไกรเหล่านี้ให้คุณ" หรือ "ฉันส่งกรรไกรเหล่านี้ให้คุณ" ผู้ประทับจิตจะบอกคุณว่าคุณได้ดำเนินการอย่างถูกต้องหรือไม่ ผู้เล่นที่ไม่ได้ฝึกหัดถือว่าสิ่งที่สำคัญคือว่า กรรไกร ถูกข้าม อันที่จริงมันเป็นของคุณหรือเปล่า ขา ถูกข้าม ระวังการเชื่อมโยงที่ผิดพลาด


3 ควบคุมเอนไซม์และขั้นตอนจำกัดอัตราของไกลโคลิซิส

Glycolysis (Glyco=Glucose lysis= splitting) คือการเกิดออกซิเดชันของกลูโคส (C 6) ถึง 2 pyruvate (3 C) ด้วยการก่อตัวของ ATP และ NADH

เรียกอีกอย่างว่าเส้นทาง Embden-Meyerhof Pathway
Glycolysis เป็นวิถีสากลที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด:
ตั้งแต่ยีสต์ไปจนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

เป็นกระบวนการแบบไม่ใช้ออกซิเจนสากลที่ไม่ต้องการออกซิเจน

ในวิถีทางเมแทบอลิซึม เอ็นไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาที่ย้อนกลับไม่ได้โดยพื้นฐานแล้วเป็นตำแหน่งที่มีศักยภาพในการควบคุม ใน glycolysis ปฏิกิริยาที่กระตุ้นโดย hexokinase, phosphofructokinase และ pyruvate kinase นั้นแทบจะไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นสิ่งเหล่านี้คือเอนไซม์ควบคุมใน Glycolysis

วิดีโอนี้เป็นวิดีโอความยาว 5 นาที ของ Regulatory Enzymes และขั้นตอนการจำกัดอัตราของ Glycolysis

ระเบียบข้อบังคับ เอนไซม์ 1 : เฮกโซคินาเสะ

ขั้นตอนที่ 1 : ฟอสฟอรีเลชันของกลูโคสเป็นกลูโคส-6 ฟอสเฟต (เฮกโซไคเนส)

ปฏิกิริยานี้ต้องการพลังงาน ดังนั้นจึงประกอบกับการไฮโดรไลซิสของ ATP เป็น ADP และ Pi
• เอ็นไซม์: เฮกโซไคเนส มี Km ต่ำสำหรับกลูโคส hexokinase phosphorylates กลูโคสที่เข้าสู่เซลล์
• ขั้นตอนที่กลับไม่ได้ ดังนั้นกลูโคสที่มีฟอสโฟรีเลตจึงติดอยู่ภายในเซลล์ ผู้ขนส่งกลูโคสขนส่งเฉพาะกลูโคสฟรีเท่านั้น

Hexokinase Activators:AMP/ADP (แสดงว่ามีพลังงานต่ำหรือ ATP ดังนั้นจึงกระตุ้น hexokinase

หาก G6P สะสมในเซลล์ จะเกิดการยับยั้งการป้อนกลับของ hexokinase จนกระทั่ง G6P หมดไป

ระเบียบข้อบังคับ เอนไซม์ 2 และขั้นตอนจำกัดอัตรา : Phosphofructokinase (PFK)

ขั้นตอนที่ 3 : ฟอสฟอรีเลชันของฟรุกโตส-6- บิสฟอสเฟต.(PFK)

ขั้นตอนการจำกัดอัตราเป็นขั้นตอนที่ช้าที่สุด (ย้อนกลับไม่ได้) ในทางเดิน ซึ่งจะกำหนดความเร็วของทางเดินทั้งหมด

ตัวกระตุ้น PFK: AMP/ADP, Fructose-2,6-bisphosphate

ซิเตรตยับยั้ง PFK โดยเพิ่มผลการยับยั้งของ ATP

ฟรุกโตส 2,6-บิสฟอสเฟต (PFK-2) กระตุ้น PFK โดยเพิ่มความเกี่ยวข้องกับฟรุกโตส 6-ฟอสเฟต และลดผลการยับยั้งของ ATP

ปฏิกิริยานี้มีลักษณะเฉพาะของ Glycolysis ดังนั้นอัตราจำกัด step

เอนไซม์ควบคุม 3: ไพรูเวตไคเนส

ขั้นตอนที่ 10 : อีโนลฟอสเฟตเป็นพันธะพลังงานสูง มันถูกไฮโดรไลซ์เพื่อสร้างรูปแบบอีโนลิกของไพรูเวตด้วยการสังเคราะห์เอทีพี ขั้นตอนที่ย้อนกลับไม่ได้

Enol pyruvate เปลี่ยนเป็น keto pyruvate ที่เสถียรกว่าอย่างรวดเร็ว

ตัวกระตุ้นไคเนส Pyruvte:AMP/ADP , Fructose-1,6-bisphosphate

สารยับยั้ง: ATP, Acetyl CoA, Alanine

หากเกิดฟรุกโตส 1,6 บิสฟอสเฟต มันจะทำหน้าที่กระตุ้นการป้อนกลับแบบ allosteric และขับเคลื่อนปฏิกิริยาไคเนสไพรูเวตไปข้างหน้า

อะลานีนซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่ได้จากไพรูเวทเป็นค่าลบ
ผลกระทบของแคแทบอลิซึม


Glycolysis - กระบวนการทั้งหมดของ gylcolysis

ปฏิกิริยาที่ 1: ฟอสฟอรีเลชันของกลูโคสต่อกลูโคส-6 ฟอสเฟต

ปฏิกิริยานี้ต้องการพลังงาน ดังนั้นจึงประกอบกับการไฮโดรไลซิสของ ATP เป็น ADP และ Pi

เอนไซม์: เฮกโซไคเนส มีกลูโคสต่ำ ดังนั้น เมื่อกลูโคสเข้าสู่เซลล์ จะได้รับฟอสโฟรีเลต

ขั้นตอนนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นกลูโคสจึงติดอยู่ภายในเซลล์ (ผู้ขนส่งกลูโคสขนส่งเฉพาะกลูโคสอิสระ ไม่ใช่กลูโคสฟอสฟอรีเลต)

ปฏิกิริยา 2: ไอโซเมอไรเซชันของกลูโคส-6-ฟอสเฟตถึงฟรุกโตส 6- ฟอสเฟต น้ำตาลอัลโดสจะถูกแปลงเป็นคีโตไอโซฟอร์ม

นี่คือปฏิกิริยาย้อนกลับ ฟรุกโตส-6-ฟอสเฟตถูกบริโภคอย่างรวดเร็วและชอบปฏิกิริยาไปข้างหน้า

ปฏิกิริยาที่ 3: เป็นปฏิกิริยาไคเนสอื่น ฟอสฟอรีเลชันของหมู่ไฮดรอกซิลบน C1 ทำให้เกิดฟรุกโตส-1,6- บิสฟอสเฟต

เอ็นไซม์: ฟอสโฟฟรุกโตไคเนส เอนไซม์ allosteric นี้ควบคุมจังหวะของไกลโคไลซิส

ปฏิกิริยาควบคู่ไปกับการไฮโดรไลซิสของ ATP เป็น ADP และ Pi

นี่เป็นปฏิกิริยาที่ย้อนกลับไม่ได้ครั้งที่สองของวิถีทางไกลโคไลติก

ปฏิกิริยาที่ 4: ฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสเฟตถูกแบ่งออกเป็น 2 โมเลกุลคาร์บอน 3 ตัว อัลดีไฮด์หนึ่งตัวและคีโตนหนึ่งตัว: ไดไฮรอกซีอะซีโตน ฟอสเฟต (DHAP) และกลีซาลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต (GAP)

ปฏิกิริยาที่ 5: DHAP และ GAP เป็นไอโซเมอร์ของกันและกันและสามารถแปลงระหว่างกันได้โดยการกระทำของเอนไซม์ไตรโอส-ฟอสเฟตไอโซเมอเรส

GAP เป็นสารตั้งต้นสำหรับขั้นตอนต่อไปในไกลโคไลซิส ดังนั้น DHAP ทั้งหมดจึงหมดลงในที่สุด ดังนั้น GAP 2 โมเลกุลจึงเกิดขึ้นจากแต่ละโมเลกุลของกลูโคส

ปฏิกิริยาตามขั้นตอนของไกลโคไลซิส (ต่อ)

ไกลโคไลซิส

Glycolysis: งบดุลพลังงาน

  • เฮกโซไคเนส: - 1 ATP
  • ฟอสฟอรัสไคเนส: -1 ATP
  • GAPDH: +2 NADH
  • ไคเนสฟอสโฟกลีเซอเรต: +2 ATP
  • ไพรูเวท ไคเนส: +2 ATP

รวม/ โมเลกุลของกลูโคส: +2 ATP, +2 NADH

ชะตากรรมของ Pyruvate

  • NADH เกิดขึ้นจาก NAD+ ระหว่างไกลโคไลซิส
  • ต้องรักษาสมดุลรีดอกซ์ของเซลล์เพื่อให้รอบไกลโคไลซิสต่อไปได้

• NAD+สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ด้วยปฏิกิริยา /วิถีทางใดทางหนึ่งต่อไปนี้:

Pyruvate ถูกแปลงเป็นแลคเตท

Pyruvate ถูกแปลงเป็นเอทานอล

เมื่อมี O2 NAD+ จะถูกสร้างใหม่โดย ETC Pyruvate ถูกแปลงเป็น acetyl CoA ซึ่งเข้าสู่วงจร TCA และถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์เป็น CO 2


การควบคุม F2,6BP โดย ONCOGENES และผู้ยับยั้งเนื้องอก และบทบาทในการเผาผลาญของเซลล์มะเร็ง

ความเชื่อมโยงระหว่างเมแทบอลิซึมของกลูโคสกับการเปลี่ยนแปลงของมะเร็งนั้นเป็นที่ทราบกันมานานแล้ว (Warburg 1956) แม้ว่ากลไกที่อยู่ภายใต้การเชื่อมต่อนี้จะยังคงถูกสำรวจอยู่ก็ตาม เอนไซม์ไกลโคไลติกหลายชนิดมักถูกยกระดับในเซลล์มะเร็ง ซึ่งรวมถึง PFK-1 ซึ่งนำไปสู่ลักษณะการไหลของไกลโคไลติกที่เพิ่มขึ้นของเซลล์เหล่านี้ (มอเรโน-ซานเชซ et al. 2007) นอกจากนี้ยังมีความเชื่อมโยงระหว่างการควบคุมระดับ F2,6BP ของเซลล์และกระบวนการต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับมะเร็ง ไอโซฟอร์ม PFK-2 ที่เหนี่ยวนำไม่ได้ PFKFB3 มักแสดงออกอย่างมากในมะเร็งของมนุษย์ในสมองแอสโทรไซล์ ลำไส้ใหญ่ ต่อมลูกหมาก เต้านม รังไข่ และไทรอยด์เมื่อเปรียบเทียบกับเนื้อเยื่อปกติที่อยู่ติดกัน (Atsumi et al. 2002 Bando et al. 2005 Kessler et al. 2008 ). การควบคุมที่เข้มงวดของ PFKFB3 ซึ่งประสานระดับกับความก้าวหน้าของวัฏจักรเซลล์ แสดงให้เห็นบทบาทของ F2,6BP ในการเพิ่มจำนวนเซลล์ (Almeida et al. 2010 Tudzarova et al. 2011) นอกจากนี้ เมื่อ PFKFB3 ถูกปิดเสียงในเซลล์ HeLa จะป้องกันไม่ให้ระดับโปรตีนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและสั้นในสาย G1และเซลล์ล้มเหลวในการเข้าสู่ระยะ S (Tudzarova et al. 2011) ควรสังเกตว่าในเซลล์เหล่านี้ ความสูงของ PFKFB3 ใกล้เคียงกับการเพิ่มขึ้นของการผลิตแลคเตท ซึ่งสนับสนุนการมีส่วนทำให้เกิดฟลักซ์ของไกลโคไลติก การศึกษาอื่นในเซลล์ HeLa แสดงให้เห็นว่าความมีชีวิตของเซลล์และการเติบโตของเซลล์ที่ไม่ขึ้นกับจุดยึดนั้นได้รับผลกระทบจากการปิดเสียง PFKFB3 (Calvo et al. 2006) การลบจีโนมแบบเฮเทอโรไซโกติกของ PFKFB3 ใน รส- ไฟโบรบลาสต์ของเมาส์ที่แปลงร่างลดความสามารถในการแพร่กระจายของเซลล์เหล่านี้ (Telang et al. 2006) ในทางกลับกัน เซลล์ที่เปลี่ยนแปลงโดย oncogenes เช่น v-src/vfps หรือ รส แสดงค่า F2,6BP ที่เพิ่มขึ้นรวมทั้งฟลักซ์ของไกลโคไลติกที่เพิ่มขึ้น (Bosca et al. 1986 Kole et al. 1991) ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงระหว่างการเปลี่ยนแปลงของสารก่อมะเร็งและการปรับตัวของเมตาบอลิซึมที่ได้รับจาก F2,6BP อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานว่าในบางเซลล์ความสัมพันธ์ระหว่างการแสดงออกของ PFKFB3 และระดับ F2,6BP ภายในเซลล์นั้นไม่ตรงไปตรงมานัก โดยการแสดงออกของ PFKFB3 ที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำให้เป็นอมตะนั้นมาพร้อมกับการลดลงของ F2,6BP ภายในเซลล์ (Telang et al. 2006) . ที่น่าสนใจในกรณีนี้ ระดับ F2,6BP นั้นไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงกับฟลักซ์ของไกลโคไลติก ผู้เขียนคาดการณ์ว่านี่อาจเป็นผลของไกลโคไลซิสที่เพิ่มสูงขึ้นซึ่งนำไปสู่การชดเชยการป้อนกลับเชิงลบหรือการใช้ F2,6BP ที่เพิ่มขึ้นเป็นสารตั้งต้นของไกลโคไลติกภายหลังการแปลงเป็น F6P

การศึกษาในกลุ่มเซลล์มะเร็งที่แตกต่างกันได้แสดงให้เห็นว่าระดับที่เพิ่มขึ้นของกิจกรรม PFK-2 ทำได้ผ่านกลไกต่างๆ รวมถึงการถอดรหัสที่เพิ่มขึ้น การกระตุ้นเอนไซม์ผ่านการดัดแปลงหลังการแปล และความเสื่อมโทรมของโปรตีโอโซมที่ลดลง (Okar et al. 2001 Rider et al. 2004 Bando et al. 2005 Almeida et al. 2010). ตัวอย่างเช่น ปัจจัยกระตุ้นการขาดออกซิเจน 1 (HIF1) ซึ่งมักทำให้เสถียรในเซลล์มะเร็ง กระตุ้นการถอดรหัสยีน PFKFB ที่เพิ่มขึ้น แต่ในขอบเขตที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับประเภทเซลล์ (Minchenko et al. 2003) PFKFB3 ฟอสโฟรีเลชัน ซึ่งช่วยเพิ่มการทำงานของเอนไซม์ เพิ่มขึ้นในเซลล์เนื้องอกของมนุษย์และมีความสัมพันธ์กับการเพิ่มจำนวนของเซลล์ COS7 ในวัฒนธรรม (Bando et al. 2005) ฟอสฟอริเลชันของไอโซฟอร์มต่างๆ ของ PFKFB อาจทำได้โดยไคเนสหลายชนิด รวมถึงไคเนสโปรตีนที่กระตุ้น AKT และ AMP โปรตีนไคเนส A และโปรตีนไคเนส C เป็นต้น (Marsin et al. 2000, 2002 Rider et al. 2004 Mukhtar et al . 2008 Moon et al. 2010) อนุญาตให้ควบคุมไกลโคไลซิสเพื่อตอบสนองต่อเส้นทางการส่งสัญญาณต่างๆ ในขณะที่ไอโซฟอร์มหลายตัวของ PFK-2 ถูกแสดงออกในเซลล์มะเร็ง สันนิษฐานว่า FKBFB3 ที่เหนี่ยวนำได้มีผลสำคัญต่อระดับ F2,6BP ของเซลล์และอัตราฟลักซ์ของไกลโคไลติกเนื่องจากมีกิจกรรมไคเนสสูง (Telang et al. 2006 Yalcin et al. 2552b). อันที่จริง ตัวยับยั้งโมเลกุลขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อกำหนดเป้าหมายโดยเฉพาะ PFKFB3 ลดระดับ F2,6BP การดูดซึมกลูโคสและการเติบโตของเนื้องอกเมื่อให้กับหนูที่มีเนื้องอก (Clem et al. 2008) ในฐานะที่เป็นตัวกระตุ้นไกลโคไลติกที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งควบคุมอย่างแน่นหนาในเซลล์ปกติและแสดงออกอย่างมากในเซลล์ที่ถูกแปลงสภาพ PFKFB3 จึงเป็นเป้าหมายที่น่าสนใจสำหรับการรักษามะเร็ง การพัฒนาของสารยับยั้งจำเพาะที่จะยับยั้งเซลล์มะเร็งดัดแปลงทางเมตาบอลิซึมโดยตรงและสำรองเซลล์ปกติสามารถจัดให้มีวิธีการที่มีประสิทธิผลเพื่อใช้บทบาทศูนย์กลางของระดับ F2,6BP สำหรับการรักษามะเร็ง

ที่น่าสนใจคือ มีการแนะนำการเชื่อมโยงอื่นระหว่าง PFKFB3 กับการควบคุมวัฏจักรของเซลล์ในเซลล์ที่แปลงร่างแล้ว เนื่องจากรูปแบบการต่อเชื่อมแบบหนึ่งมีสัญญาณการแปลตำแหน่งนิวเคลียร์ (Yalcin et al. 2009a) ตัวแปรนี้เป็นแวเรียนต์แบบประกบที่แสดงออกอย่างเด่นชัดในเซลล์เนื้องอกหลายสายพันธุ์ และเป็นเพียงชนิดเดียวที่จำกัดตำแหน่งไปยังนิวเคลียส พบว่าทั้งกิจกรรมไคเนสและการโลคัลไลเซชันของนิวเคลียร์มีความสำคัญต่อการเหนี่ยวนำการเพิ่มจำนวนเซลล์และส่งผลให้การแสดงออกของโปรตีนในวัฏจักรเซลล์สูงขึ้น การศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่าผลกระทบของ F2,6BP ต่อเซลล์มะเร็งสามารถเป็นสื่อกลางได้ในหลายระดับ ซึ่งจำเป็นต้องมีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นที่ถูกต้องตลอดจนระยะเวลา


7.7 ระเบียบการหายใจของเซลล์

การหายใจระดับเซลล์ต้องได้รับการควบคุมเพื่อให้มีปริมาณพลังงานที่สมดุลในรูปของ ATP เซลล์ยังต้องสร้างสารประกอบระดับกลางจำนวนหนึ่งที่ใช้ในแอแนบอลิซึมและแคแทบอลิซึมของโมเลกุลขนาดใหญ่ หากไม่มีการควบคุม ปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมจะหยุดนิ่งอย่างรวดเร็วเมื่อปฏิกิริยาไปข้างหน้าและข้างหลังเข้าสู่สภาวะสมดุล ทรัพยากรจะถูกนำไปใช้อย่างไม่เหมาะสม เซลล์ไม่ต้องการปริมาณ ATP สูงสุดที่สามารถสร้างได้ตลอดเวลา: ในบางครั้ง เซลล์จำเป็นต้องแยกตัวกลางบางส่วนไปสู่วิถีการผลิตกรดอะมิโน โปรตีน ไกลโคเจน ลิพิด และกรดนิวคลีอิก กล่าวโดยสรุป เซลล์จำเป็นต้องควบคุมการเผาผลาญของมัน

กลไกการกำกับดูแล

มีการใช้กลไกที่หลากหลายเพื่อควบคุมการหายใจของเซลล์ การควบคุมบางประเภทมีอยู่ในแต่ละขั้นตอนของการเผาผลาญกลูโคส การเข้าถึงกลูโคสไปยังเซลล์สามารถควบคุมได้โดยใช้โปรตีน GLUT ที่ขนส่งกลูโคส (รูปที่ 7.18) รูปแบบต่างๆ ของโปรตีน GLUT ควบคุมทางเดินของกลูโคสเข้าสู่เซลล์ของเนื้อเยื่อเฉพาะ

ปฏิกิริยาบางอย่างถูกควบคุมโดยการมีเอ็นไซม์สองชนิดที่แตกต่างกัน—แต่ละอันสำหรับปฏิกิริยาสองทิศทางที่ผันกลับได้ ปฏิกิริยาที่กระตุ้นด้วยเอนไซม์เพียงตัวเดียวสามารถเข้าสู่สภาวะสมดุลได้ ทำให้ปฏิกิริยาหยุดชะงัก ในทางตรงกันข้าม หากเอนไซม์สองชนิดที่แตกต่างกัน (แต่ละเอนไซม์เฉพาะสำหรับทิศทางที่กำหนด) มีความจำเป็นสำหรับปฏิกิริยาย้อนกลับ โอกาสในการควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น และไม่ถึงสมดุล

เอ็นไซม์จำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องในแต่ละวิถีทาง—โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เอ็นไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาแรกเริ่มของวิถี—ถูกควบคุมโดยการเกาะติดของโมเลกุลกับตำแหน่งอัลโลสเตอริกบนโปรตีน โมเลกุลที่ใช้บ่อยที่สุดในความสามารถนี้คือนิวคลีโอไทด์ ATP, ADP, AMP, NAD + และ NADH สารควบคุมเหล่านี้ หรือ allosteric effectors อาจเพิ่มหรือลดการทำงานของเอนไซม์ ขึ้นอยู่กับสภาวะที่มีอยู่ allosteric effector เปลี่ยนแปลงโครงสร้าง steric ของเอนไซม์ ซึ่งมักจะส่งผลต่อการกำหนดค่าของแอคทีฟไซต์ การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีน (ของเอนไซม์) นี้จะเพิ่มหรือลดความสัมพันธ์ของโปรตีนกับซับสเตรต โดยผลของการเพิ่มหรือลดอัตราการเกิดปฏิกิริยา สิ่งที่แนบมาส่งสัญญาณไปยังเอนไซม์ การผูกมัดนี้สามารถเพิ่มหรือลดการทำงานของเอนไซม์โดยให้ผลป้อนกลับ การควบคุมประเภทป้อนกลับนี้จะมีผลตราบเท่าที่สารเคมีที่มีผลต่อมันติดอยู่กับเอนไซม์ เมื่อความเข้มข้นโดยรวมของสารเคมีลดลง สารเคมีจะกระจายออกจากโปรตีนและการควบคุมจะผ่อนคลาย

การควบคุมเส้นทาง Catabolic

เอ็นไซม์ โปรตีน ตัวพาอิเล็กตรอน และปั๊มที่มีบทบาทในไกลโคไลซิส วัฏจักรกรดซิตริก และห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนมักจะเร่งปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ถ้าเกิดปฏิกิริยาเริ่มต้น วิถีก็มุ่งมั่นที่จะดำเนินการกับปฏิกิริยาที่เหลือ กิจกรรมของเอนไซม์ที่ปล่อยออกมาโดยเฉพาะหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงานของเซลล์ (ดังสะท้อนโดยระดับของ ATP, ADP และ AMP)

ไกลโคไลซิส

การควบคุมไกลโคไลซิสเริ่มต้นด้วยเอ็นไซม์ตัวแรกในทางเดิน เฮกโซไคเนส (รูปที่ 7.19) เอนไซม์นี้เร่งปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชั่นของกลูโคส ซึ่งช่วยเตรียมสารประกอบสำหรับการแตกแยกในขั้นต่อไป การปรากฏตัวของฟอสเฟตที่มีประจุลบในโมเลกุลยังช่วยป้องกันไม่ให้น้ำตาลออกจากเซลล์ เมื่อยับยั้ง hexokinase กลูโคสจะกระจายออกจากเซลล์และไม่กลายเป็นสารตั้งต้นสำหรับเส้นทางการหายใจในเนื้อเยื่อนั้น ผลคูณของปฏิกิริยาเฮกโซไคเนสคือกลูโคส -6-ฟอสเฟต ซึ่งสะสมเมื่อเอนไซม์ในภายหลัง ฟอสโฟฟรุกโตไคเนสถูกยับยั้ง

Phosphofructokinase เป็นเอนไซม์หลักที่ควบคุมในไกลโคไลซิส ระดับสูงของ ATP, citrate หรือ pH ที่เป็นกรดต่ำลงมากจะลดการทำงานของเอนไซม์ ความเข้มข้นของซิเตรตเพิ่มขึ้นอาจเกิดขึ้นเนื่องจากการอุดตันในวัฏจักรกรดซิตริก การหมักด้วยการผลิตกรดอินทรีย์ เช่น กรดแลคติก มักทำให้เกิดความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นในเซลล์ อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์จากการหมักมักไม่สะสมในเซลล์

ขั้นตอนสุดท้ายใน glycolysis ถูกเร่งโดย pyruvate kinase ไพรูเวตที่ผลิตขึ้นสามารถดำเนินการ catabolized หรือแปลงเป็นกรดอะมิโนอะลานีน หากไม่ต้องการพลังงานและอะลานีนมีเพียงพอ เอ็นไซม์จะถูกยับยั้ง กิจกรรมของเอนไซม์จะเพิ่มขึ้นเมื่อระดับฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสเฟตเพิ่มขึ้น (จำได้ว่าฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสเฟตเป็นสารตัวกลางในครึ่งแรกของไกลโคไลซิส) การควบคุมของไคเนสไพรูเวตเกี่ยวข้องกับฟอสโฟรีเลชันโดยไคเนส (ไพรูเวตไคเนสไคเนส) ส่งผลให้เอนไซม์ทำงานน้อยลง Dephosphorylation โดย phosphatase เปิดใช้งานอีกครั้ง Pyruvate kinase ยังควบคุมโดย ATP (ผล allosteric เชิงลบ)

หากต้องการพลังงานมากขึ้น ไพรูเวตมากขึ้นจะถูกแปลงเป็นอะซิติลโคเอผ่านการกระทำของไพรูเวต ดีไฮโดรจีเนส ถ้าทั้งหมู่อะเซทิลหรือ NADH สะสม จะมีความจำเป็นน้อยลงสำหรับปฏิกิริยาและอัตราจะลดลง Pyruvate dehydrogenase ยังควบคุมโดย phosphorylation: ไคเนสฟอสโฟรีเลตเพื่อสร้างเอนไซม์ที่ไม่ใช้งานและฟอสฟาเตสจะกระตุ้นอีกครั้ง ไคเนสและฟอสฟาเตสก็ถูกควบคุมเช่นกัน

วงจรกรดซิตริก

วัฏจักรกรดซิตริกถูกควบคุมโดยเอนไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยาที่สร้าง NADH สองโมเลกุลแรก (รูปที่ 7.9) เอนไซม์เหล่านี้คือไอโซซิเตรตดีไฮโดรจีเนสและ α-คีโตกลูตาเรต ดีไฮโดรจีเนส เมื่อมีระดับ ATP และ NADH เพียงพอ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเหล่านี้จะลดลง เมื่อต้องการ ATP มากขึ้น ซึ่งสะท้อนให้เห็นในระดับ ADP ที่เพิ่มขึ้น อัตราจะเพิ่มขึ้น α-Ketoglutarate dehydrogenase จะได้รับผลกระทบจากระดับของ succinyl CoA ซึ่งเป็นสารตัวกลางที่ตามมาในวงจรซึ่งทำให้กิจกรรมลดลง การลดลงของอัตราการทำงานของทางเดิน ณ จุดนี้ไม่จำเป็นต้องเป็นลบ เนื่องจากระดับที่เพิ่มขึ้นของ α-คีโตกลูตาเรตที่ไม่ได้ใช้โดยวัฏจักรกรดซิตริก สามารถใช้โดยเซลล์สำหรับการสังเคราะห์กรดอะมิโน (กลูตาเมต)

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน

เอ็นไซม์เฉพาะของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนจะไม่ได้รับผลกระทบจากการยับยั้งการป้อนกลับ แต่อัตราการขนส่งอิเล็กตรอนผ่านทางเดินจะได้รับผลกระทบจากระดับของ ADP และ ATP ปริมาณการใช้ ATP ที่มากขึ้นโดยเซลล์จะแสดงโดยการสะสมของ ADP เมื่อการใช้ ATP ลดลง ความเข้มข้นของ ADP จะลดลง และตอนนี้ ATP ก็เริ่มก่อตัวขึ้นในเซลล์ การเปลี่ยนแปลงนี้คือความเข้มข้นสัมพัทธ์ของ ADP ต่อ ATP ทริกเกอร์เซลล์เพื่อชะลอห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน

ลิงค์การเรียนรู้

เยี่ยมชมเว็บไซต์นี้เพื่อดูภาพเคลื่อนไหวของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและการสังเคราะห์ ATP

สำหรับบทสรุปของการควบคุมผลป้อนกลับในการหายใจระดับเซลล์ ดูตารางที่ 7.1


ไกลโคไลซิสและการผลิตเอทีพี

ในวิถีทางไกลโคไลติก โมเลกุลกลูโคสจะถูกย่อยสลายเป็นไพรูเวตสองโมเลกุล
ในระยะแรก ระยะเตรียมการ ใช้ ATP สองตัวต่อโมเลกุลของกลูโคสในปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย hexokinase และ PFK-1 ในระยะที่สอง ระยะผลตอบแทน 4 ATP ถูกผลิตขึ้นผ่านฟอสโฟรีเลชั่นระดับสารตั้งต้นในปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาด้วยฟอสโฟกลีเซอเรตไคเนสและไพรูเวตไคเนส ดังนั้นจึงมี กำไรสุทธิของสอง ATP ต่อโมเลกุลของกลูโคสที่ใช้ นอกจากนี้ ในปฏิกิริยาที่กระตุ้นโดย glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase จะมีการสร้าง NADH สองโมเลกุลสำหรับโมเลกุลกลูโคสแต่ละโมเลกุล

การเปลี่ยนแปลงพลังงานของปฏิกิริยาไกลโคไลติก

ค่า ΔG°’ ของไกลโคไลซิสโดยรวมคือ -85 กิโลจูล/โมล (-20.3 kcal/mol) ค่าที่เกิดจากความแตกต่างระหว่าง ΔG°’ ของการเปลี่ยนกลูโคสเป็นโมเลกุลไพรูเวตสองโมเลกุล, -146 kJ/mol (-34,9 kcal/mol) และ ΔG°& #8217 ของการก่อตัวของ ATP จาก ADP และ Pผม, 2 x 30.5 kJ/mol = 61 kJ / mol (2 x 7.3 kcal/mol = 14.6 kcal/mol) นี่คือปฏิกิริยาทั้งสอง

กลูโคส + 2 NAD + → 2 ไพรูเวท + 2 NADH + 2 H +

2 ADP + 2 Pผม → 2 ATP + 2 ชั่วโมง2โอ

ผลรวมของปฏิกิริยาทั้งสองให้สมการโดยรวมของไกลโคไลซิส

กลูโคส + 2 NAD + + 2 ADP + 2 Pผม → 2 ไพรูเวท + 2 NADH + 2 H + + 2 ATP + 2 H20

ดังนั้น ภายใต้สภาวะมาตรฐาน ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาซึ่งจัดเก็บไว้ภายใน ATP คือ (61/146) x 100 = 41.8%
โปรดสังเกตว่าสมการโดยรวมของไกลโคไลซิสสามารถหาได้โดยพิจารณาจากรีเอเจนต์ทั้งหมด ATP, NAD + , ADP และ Pผม และผลิตภัณฑ์ทั้งหมด

กลูโคส + 2 ATP + 2 NAD + + 4 ADP + 2 Pผม → 2 ไพรูเวท + 2 ADP + 2 NADH + 2 H + + 4 ATP + 2 H20

การยกเลิกเงื่อนไขทั่วไปของสมการทั้งสองข้าง เราจะได้สมการโดยรวมที่แสดงด้านบนนี้

การผลิตไกลโคไลซิสและเอทีพีภายใต้สภาวะไร้อากาศ

ภายใต้ สภาวะไร้อากาศโดยไม่คำนึงถึงชะตากรรมการเผาผลาญของไพรูเวตการแปลงเป็นแลคเตทเอทานอลหรือโมเลกุลอื่น ๆ ก็มี ไม่มีการผลิตเพิ่มเติม ของ ATP ปลายทางของไกลโคไลซิส
ดังนั้นภายใต้สภาวะเหล่านี้ glycolysis จะดึงพลังงานเคมีของโมเลกุลกลูโคสออกมาเพียงเล็กน้อย พลังงานเท่ากับ 2840 kJ/mol (679 kcal/mol) ที่ปล่อยออกมาจากการเปลี่ยนเป็น CO2 และ H2O. แท้จริงแล้ว มีการปล่อยเพียง 146 kJ/mol ในการเปลี่ยนโมเลกุลกลูโคสเป็นโมเลกุลไพรูเวตสองโมเลกุล เท่ากับ 5%, [(146/2,840) x 100] ของพลังงานเคมีที่มีอยู่ ดังนั้นไพรูเวตยังคงมีพลังงานเคมีส่วนใหญ่ของเฮกโซสอยู่
ในทำนองเดียวกัน อิเล็กตรอน 4 ตัวที่บรรทุกโดย NADH ที่ผลิตในขั้นตอนที่ 6 ของไกลโคไลซิสไม่สามารถใช้สำหรับการผลิต ATP ได้
ในการหมักกรดแลคติก ΔG°’ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนโมเลกุลกลูโคสเป็นสองโมเลกุลของแลคเตทคือ -183.6 kJ/โมล (-43.9 กิโลแคลอรี/โมล) และ 33.2% ของพลังงานอิสระดังกล่าว [(61/183.6) x 100] ถูกเก็บไว้ภายใน ATP ขณะที่ 41.8% ในการเปลี่ยนโมเลกุลกลูโคสเป็นไพรูเวตสองโมเลกุล
ควรสังเกตว่าภายใต้สภาวะจริงปริมาณพลังงานอิสระที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ ATP จาก ADP และ Pผม สูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนดมาก กล่าวคือ ประมาณ 50% ของพลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกเก็บไว้ภายใน ATP

ไกลโคไลซิสและการผลิตเอทีพีภายใต้สภาวะแอโรบิก

ภายใต้ เงื่อนไขแอโรบิกในเซลล์ที่มีไมโตคอนเดรีย ปริมาณพลังงานเคมีที่สามารถสกัดจากกลูโคสและเก็บไว้ภายใน ATP คือ มากขึ้น กว่าภายใต้สภาวะไร้อากาศ
หากเราพิจารณา NADH สองตัวที่เกิดขึ้นระหว่างไกลโคไลซิส การไหลของ 4 ค่าเทียบเท่ารีดิวซ์ของพวกมันตามห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนของไมโตคอนเดรียจะทำให้เกิดการผลิต 2-3 ATP ต่อคู่อิเล็กตรอนผ่านฟอสโฟรีเลชั่นออกซิเดชัน ดังนั้น, 6 ถึง 8 ATP เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลของกลูโคสถูกเปลี่ยนเป็นไพรูเวต 2 โมเลกุล 2 จากไกลโคไลซิสและ 4-6 จากฟอสโฟรีเลชั่นออกซิเดชัน

หมายเหตุ: ปริมาณของ ATP ที่ผลิตจากการรีดิวซ์ของ NADH ขึ้นอยู่กับ กลไกที่ส่งผ่านไปยังไมโตคอนเดรีย

ในทางกลับกัน หากเราวิเคราะห์การกระทำที่ประสานกันและต่อเนื่องกันของไกลโคไลซิส สารเชิงซ้อนไพรูเวตดีไฮโดรจีเนส วัฏจักรกรดซิตริก ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนในไมโตคอนเดรีย ในกรณีนี้ ตามที่ Lehninger รายงาน 30 ถึง 32 ATP ถูกผลิตขึ้นสำหรับโมเลกุลกลูโคสแต่ละโมเลกุล แม้ว่าการประมาณการล่าสุดแนะนำว่าการผลิตสุทธิเท่ากับ 29.85 เอทีพี/กลูโคส หรือ 29.38 เอทีพี/กลูโคส หากเอทีพีที่เกิดจาก GTP ซึ่งผลิตขึ้นโดยวัฏจักรกรดซิตริกก็ถูกส่งออกเช่นกัน เมื่อพิจารณาทั้งสองประมาณการ การผลิต ATP อยู่ที่ประมาณ มากกว่า 15 เท่า กว่าภายใต้สภาวะไร้อากาศ


ปัจจุบันมีสารตั้งต้นที่แตกต่างกันสำหรับ Gluconeogenesis เช่น Glycerol, lactate และ Glucogenic amino acids

Gluconeogenesis – กลีเซอรอล | ที่มาของภาพ: https://biologyreader.com/gluconeogenesis.html

กลีเซอรอลผลิตจากไตรกลีเซอไรด์ไฮโดรไลซิสในเนื้อเยื่อไขมัน หลังจากนั้นจะเคลื่อนไปที่ตับผ่านทางกระแสเลือด

กลีเซอรอลเข้าสู่เส้นทาง Gluconeogenesis ในสองขั้นตอนตามลำดับ:

  1. ในขั้นตอนแรก กลีเซอรอลจะถูกฟอสโฟรีเลตเพื่อสร้างกลีเซอรอล 3 ฟอสเฟต โดยใช้เอนไซม์กลีเซอรอลไคเนส ในปฏิกิริยานี้จะใช้โมเลกุล ATP หนึ่งโมเลกุล
  2. หลังจากนั้น กลีเซอรอล 3 ฟอสเฟตจะถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างไดไฮดรอกซีอะซีโตน ฟอสเฟต ในปฏิกิริยานี้ NAD หนึ่งโมเลกุลจะถูกรีดิวซ์เป็น NADH ปฏิกิริยาถูกเร่งโดยเอนไซม์ Glycerol 3 phosphodehydrogenase
  3. นอกจากนี้ยังล้างสารที่สะสมในเลือดเช่นแลคเตทและกลีเซอรอลเป็นต้น

Gluconeogenesis – แลคเตท | ที่มาของภาพ: https://biologyreader.com/gluconeogenesis.html

แลคเตทผลิตผ่านไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนใน RBC และกล้ามเนื้อ หลังจากนั้น แลคเตทจะเคลื่อนไปยังตับผ่านทางกระแสเลือด

ในตับแลคเตทแปลงเป็นไพรูเวทโดยเอนไซม์แลคเตทดีไฮโดรจีเนส ตอนนี้ Pyruvate เข้าสู่เส้นทาง Gluconeogenesis และผลิตกลูโคส

กรดอะมิโนกลูโคเจนิค

กรดอะมิโนกลูโคเจนิก |ที่มาของภาพ: https://biologyreader.com/gluconeogenesis.html

กรดอะมิโน Glucogenic เกิดจากการไฮโดรไลซิสของโปรตีนในเนื้อเยื่อ ตัวอย่างของกรดอะมิโน Glucogenic ได้แก่ Succinyl Co-A, α-ketoglutarate, fumarate, oxaloacetate และ fumarate

กรดอะมิโนกลูโคเจนิกเข้าสู่วิถีของกลูโคเนเจเนซิสผ่านจุดเข้าสองจุด เช่น ไพรูเวตและออกซาโลอะซีเตต


การดำเนินการควบคุมฮอร์โมน

ในไกลโคไลซิสและกลูโคเนเจเนซิส ฮอร์โมน (กลูคากอนและอินซูลิน) จะควบคุมวิถีทางที่จุดที่ใช้เอ็นไซม์ต่างๆ ดังแสดงในรูปที่ 5 กลูคากอนถูกหลั่งโดยเซลล์อัลฟาของตับอ่อนเข้าสู่กระแสเลือดเมื่อมีระดับน้ำตาลในเลือดลดลง (James, 2010) กระตุ้นการสร้างกลูโคเนซิสโดยการเพิ่มเอ็นไซม์ PEPCK และยับยั้งไพรูเวตไคเนสในไกลโคไลซิส (เพิ่มการปลดปล่อยของ กลูโคสจากไกลโคเจน) การควบคุมฮอร์โมนนี้ป้องกันภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ (Eric & Tony, 2009) อินซูลินถูกหลั่งออกจากเซลล์เบต้าของตับอ่อนเมื่อระดับน้ำตาลในเลือดสูง (James, 2010) ดังนั้น gluconeogenesis จะถูกยับยั้งโดยการลดเอ็นไซม์ PEP carboxykinase และ glycolysis pathway ถูกกระตุ้นโดยการกระตุ้น pyruvate kinase (เปลี่ยนกลูโคสเป็นไกลโคเจน) การควบคุมฮอร์โมนนี้ช่วยป้องกันภาวะน้ำตาลในเลือดสูง (Eric & Tony, 2009)

ความผิดปกติของการควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดอาจทำให้เกิดโรคได้ ตัวอย่างสำหรับระดับน้ำตาลในเลือดสูง: เบาหวาน (ชนิดที่ 1 ขึ้นอยู่กับอินซูลินและชนิดที่ 2 ไม่ใช่อินซูลิน) โรคตับและภาวะต่อมไทรอยด์ทำงานเกิน ตัวอย่างของระดับน้ำตาลในเลือดต่ำ: hypothyroidism และ hyperinsulinism โรคเบาหวานเป็นความล้มเหลวทั่วไปของการควบคุมการเผาผลาญ อย่างไรก็ตาม อาจนำไปสู่ภาวะแทรกซ้อนร้ายแรงได้หากไม่ควบคุม (Izak, 2001)

โดยสรุป เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับวิถีเมแทบอลิซึมที่ต้องประสานงานเพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งมีชีวิตสามารถดำรงชีวิตด้วยการดำเนินการอย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิผล มีหลายวิธีในการควบคุมกระบวนการเผาผลาญอาหาร: เอนไซม์ประเภทต่างๆ มีบทบาทสำคัญในการควบคุมวิถี สารควบคุม allosteric จะเพิ่มหรือลดอัตราการเกิดปฏิกิริยา การยับยั้งการป้อนกลับช่วยป้องกันไม่ให้มีการผลิตผลิตภัณฑ์ส่วนเกินและดำเนินการตามขั้นตอนในทางเดิน ทำให้มั่นใจได้ว่าส่วนที่เหลือของเส้นทางจะเกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม มีหลายผลลัพธ์ ปัญหาสุขภาพ หากกฎระเบียบของสิ่งมีชีวิตทำงานผิดปกติ หากปราศจากเมตาบอลิซึม สิ่งมีชีวิตก็จะไม่มีชีวิตอยู่

เมแทบอลิซึมเป็นปฏิกิริยาเคมีที่ประสานกันหลายอย่างที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเพื่อรักษาชีวิต (Berg et al. 2006) การได้รับสารอาหาร การสร้างของเสีย การเติบโต การสืบพันธุ์ การปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันล้วนเป็นกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นในร่างกายมนุษย์เพื่อรักษาสภาพความเป็นอยู่ (Deborah, 2009). เอนไซม์จำเพาะหลายชนิดกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีที่แตกต่างกันในวิถีเมแทบอลิซึม วิถีเมแทบอลิซึมกลับไม่ได้ แต่ปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้ด้วยวิถีทางอื่นหรือเอนไซม์ (Berg et al. 2006) ตัวอย่างเช่น วิถีไกลโคไลติกสามารถย้อนกลับได้โดยกลูโคนีเจเนซิส

เส้นทางการเผาผลาญสามารถแยกออกเป็นปฏิกิริยา catabolic, anabolic และ amphibolic แคแทบอลิซึมจะแบ่งโมเลกุลที่ซับซ้อน เช่น โปรตีนและไขมันออกเป็นโมเลกุลที่เล็กกว่าและง่ายกว่า เช่น กรดอะมิโนและกรดไขมัน ปฏิกิริยานี้จะปล่อยพลังงานเคมี อะดีโนซีน ไตร-ฟอสเฟต (ATP) และพาหะอิเล็กตรอนที่ลดลง NADH NADPH และ FADH2 (David & Michael, 2005 ). ปัจจัยร่วมเหล่านี้มีความสำคัญในการเผาผลาญ เนื่องจากถูกนำกลับมาใช้ใหม่โดยออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชันและนำกลับมาใช้ใหม่โดยไกลโคไลซิสและวัฏจักร TCA ตัวอย่างของปฏิกิริยา catabolic อาจรวมถึงการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสในระหว่าง glycolysis การหายใจแบบใช้ออกซิเจน การสลายของกลูโคสเป็นกรดไพรูเวต (Joyce, 2007) ปฏิกิริยาอะนาโบลิกต้องการพลังงานซึ่งได้มาจากพลังงานเคมีที่ผลิตขึ้นในกระบวนการแคแทบอลิซึม พลังงานที่ใช้สำหรับการบำรุงรักษาและการเจริญเติบโตของเซลล์ โมเลกุลสารตั้งต้นขนาดเล็ก เช่น โมโนแซ็กคาไรด์ กรดอะมิโน และนิวคลีโอไทด์สังเคราะห์เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น พอลิแซ็กคาไรด์ โปรตีน และกรดนิวคลีอิก ตัวอย่างของวิถี anabolic อาจรวมถึง gluconeogenesis การสร้างโมเลกุลของกลูโคสจากไพรูเวต (David & Michael, 2005) ทั้งวิถีแคแทบอลิซึมและอะนาโบลิกรวมกันเรียกว่าปฏิกิริยาแอมฟิโบลิกเช่น วัฏจักร TCA ซึ่งเกี่ยวข้องกับทั้งการสลายตัวและการสังเคราะห์โมเลกุล (Berg et al. 2006)

การควบคุมในวิถีทางเมแทบอลิซึมเป็นสิ่งจำเป็นในการรักษาสมดุลภายในเซลล์ เช่น สภาวะสมดุล การควบคุมตัวกลางการไหลผ่านทางเดิน การอนุรักษ์พลังงาน การป้องกันไม่ให้มีการผลิตผลิตภัณฑ์ส่วนเกิน และการเสื่อมสภาพของซับสเตรตและ/หรือวัฏจักรของซับสเตรต (William & Daphne, 2005 ). มีหลายวิธีในการควบคุมการเผาผลาญ กระบวนการเหล่านี้จำนวนหนึ่งรวมอยู่ในเมแทบอลิซึม

เอนไซม์มีบทบาทอย่างมากในการควบคุมวิถีการเผาผลาญ การควบคุมปริมาณของเอ็นไซม์และการแก้ไขอัตราการสังเคราะห์จะประสานกิจกรรมในเซลล์ การเพิ่มหรือลดกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาจะถูกกระตุ้นโดยสัญญาณบางอย่าง (L. Roux, 2010). การควบคุมอัลโลสเตอริกคือเมื่อโมเลกุลเกาะติดตัวเองที่ตำแหน่งบนเอ็นไซม์อื่นที่ไม่ใช่แอกทีฟไซต์ ซึ่งจะเปลี่ยนกิจกรรมของเอ็นไซม์ดังแสดงในรูปที่ 1 เรกูเลเตอร์อัลโลสเตอริกจะเพิ่มการทำงานของเอ็นไซม์ เรียกว่า อัลโลสเตอริกแอกติเวเตอร์ หรืออาจลดการทำงานของเอ็นไซม์ เรียกว่าสารยับยั้ง allosteric (David & Michael, 2005) ไซโมเจนยังช่วยควบคุมการทำงานของเอ็นไซม์ที่ผลิตขึ้นในรูปแบบที่ไม่ใช้งาน และเมื่อจำเป็นต้องใช้เอ็นไซม์นี้ ไซโมเจนก็จะถูกแปลงเป็นรูปแบบแอคทีฟ โดยใช้โปรตีโอไลซิสสำหรับการแปลงนี้ พบว่าไซโมเจนไม่ทำงานในทางเดินอาหารจนกว่าพวกเขาจะจำเป็นสำหรับการย่อยซึ่งจะช่วยป้องกันความเสียหายต่อกระเพาะอาหาร (Berg et al. 2006) การขาดเอนไซม์ย่อยโปรตีนสามารถนำไปสู่ปัญหามากมายเช่นความเป็นด่างในเลือดมากเกินไปซึ่งอาจทำให้เกิดความวิตกกังวล (Enzyme Essentials, 2006)

ระเบียบของวิถีโดยการยับยั้งคำติชม ตัวยับยั้งคือผลิตภัณฑ์ที่ทำจากปฏิกิริยาต่อไปในวิถีทาง เมื่อผลิตภัณฑ์สร้างขึ้น มันจะดึงกลับเข้าสู่กระบวนการ ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ เมื่อระดับผลิตภัณฑ์ลดลง ทางเดินเริ่มต้นอีกครั้ง การยับยั้งการตอบสนองช่วยป้องกันไม่ให้มีการผลิตผลิตภัณฑ์ส่วนเกิน (William & Daphne, 2005)

ขั้นตอนที่มุ่งมั่นนั้นมีความพิเศษมากในการควบคุมเส้นทาง พวกเขาเกิดขึ้นในช่วงต้นของทางเดิน ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าส่วนที่เหลือของทางเดินจะเกิดขึ้น (Bryant Miles, 2003)

การควบคุมการเผาผลาญอาจเกิดขึ้นได้ในส่วนต่างๆ ในเซลล์ เช่น ในเซลล์ยูคาริโอต Compartmentalization ช่วยจัดระเบียบเส้นทางการเผาผลาญอาหารที่หลากหลายหรือตรงกันข้ามที่จะเกิดขึ้นเช่น mitochondria ในเมทริกซ์วงจร TCA เกิดขึ้นและในเยื่อหุ้มชั้นในของ mitochondria ทางเดินของการขนส่งอิเล็กตรอนเกิดขึ้น (Bryant Miles, 2003)


เอ็นไซม์ กลีซาลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต ดีไฮโดรจีเนส (GAPDH) ทำหน้าที่สองอย่างในปฏิกิริยานี้ อย่างแรก มันดีไฮโดรจีเนต GAP โดยการถ่ายโอนโมเลกุลไฮโดรเจน (H⁺) ตัวหนึ่งไปยังตัวออกซิไดซ์นิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ (NAD⁺) เพื่อสร้าง NADH + H⁺

ถัดไป GAPDH เพิ่มฟอสเฟตจากไซโตซอลไปยัง GAP ที่ออกซิไดซ์เพื่อสร้าง 1,3-bisphosphoglycerate (BPG) โมเลกุลทั้งสองของ GAP ที่ผลิตในขั้นตอนก่อนหน้านี้ต้องผ่านกระบวนการดีไฮโดรจีเนชันและฟอสโฟรีเลชัน


ดูวิดีโอ: Glikoliza (สิงหาคม 2022).