glykolyse

De glykolyse inneholder i mennesker og i nesten alle flercellede organismer en biokatalytisk kontrollert sammenbrudd av enkle sukkerarter som D-glukose.

Prosessen med nedbrytning og omdannelse av glukose til pyruvat foregår i ti påfølgende trinn og kan foregå likt under aerobe og anaerobe forhold.

Glykolyse brukes til å generere energi, og pyruvat gir et første innledende stadium for biokjemisk syntese av visse stoffer. Nedbrytningen av karbohydrater av høyere kvalitet (flere sukkerarter) går også gjennom glykolyse etter å ha blitt brutt ned til enkle sukkerarter.

Hva er glykolyse?

Glykolyse er en sentral metabolsk prosess for nedbrytning av den enkle sukker D-glukose og foregår i cellene i cytosol, den flytende delen av celleplasma.

Glykolyse er en sentral metabolsk prosess for nedbrytning av den enkle sukker D-glukose og foregår i cellene i cytosol, den flytende delen av celleplasma. Nedbrytningsprosessen foregår i 10 påfølgende enzymatisk kontrollerte individuelle trinn. Sluttproduktene av den totale balansen fra glykolyse per glukosemolekyl er 2 pyruvatmolekyler, 2 ATP-nukleotider og 2 NADH-nukleotider.

De 10 individuelle trinnene kan deles inn i to faser, forberedelsesfasen fra trinn 1 til trinn 5 og amortiseringsfasen fra trinn 6 til 10. Forberedelsesfasen er energisk negativ for metabolismen, slik at energi i form av 2 ATP må tilføres. Bare amortiseringsfasen er energisk positiv, slik at det i balanse er en energigevinst i form av 2 ATP-nukleotider og 2 NADH-nukleotider.

I de to første trinnene i glykolysen overføres 2 fosfatgrupper til glukosen, som kommer fra 2 ATP-nukleotider (adenosintrifosfat) og som derved omdannes til ADP-nukleotider (adenosindifosfat).

Mens glykolysen fram til dannelsen av pyruvat er uavhengig av om oksiske (aerobe) eller anoksiske (anaerobe) forhold råder, avhenger den videre metabolismen av pyruvatet av om oksygen er tilgjengelig eller ikke. Strengt tatt hører imidlertid ikke de videre nedbrytnings- og konverteringsprosessene lenger til glykolyse.

Funksjon & oppgave

Glykolyse er en av de viktigste og hyppigste sentrale metabolske prosesser som foregår i en celle. Oppgaven og funksjonen til glykolyse består i den energiske og materielle metabolismen til den enkle sukker-D-glukosen.

ATP, som oppnås som en del av energimetabolismen med tilsetning av energi og overføring av en fosfatgruppe til et ADP-nukleotid, fungerer som en energibærer og energileverandør. Ruten via ATP har den fordelen at energien lagres kort og ikke går tapt gjennom varmespredning. I tillegg kan ATP føres til stedet der energien trengs over korte avstander.

Den energisk positive glykolysen gir også cellen pyruvat. Den kan enten introduseres i sitronsyresyklusen og den påfølgende åndedrettskjeden ved å "konsumere" oksygen under oksiske forhold i mitokondriene i cellene for videre energiproduksjon, eller den kan brukes som et utgangsmateriale for syntese av de nødvendige stoffene.

De viktigste nedbrytningsproduktene i sitronsyresyklusen er CO2 (karbondioksid) og H2O (vann). Energien som frigjøres under oksidasjonsprosessen, brukes i luftveiekjeden for å fosforylere ADP til ATP og lagres derfor i kort tid.

Den fullstendige nedbrytningen av glukose til vann og karbondioksyd med tilsetning av oksygen er energisk mer produktiv, men har den ulempen at det bare kan skje under oksiske forhold, dvs. under forhold under hvilke molekylært oksygen er tilgjengelig i tilstrekkelige mengder. Når det kreves høy ytelse av skjelettmusklene, er oksygentilførselen til muskelcellene for treg, slik at de må hente den nødvendige energien fra glykolyse.

En annen fordel med glykolyse er dens høye prosesshastighet, som er mange ganger konverteringshastigheten i sitronsyresyklusen.

Sykdommer og plager

Glykolyse legemliggjør en av de eldste og mest stabile metabolske prosesser av levende organismer i evolusjonære termer. Glykolyse ble sannsynligvis utviklet som en av de grunnleggende metabolske prosessene for 3,5 milliarder år siden, lenge før utviklingen av flercellede organismer, fordi alle organismer er i stand til glykolyse og bruker den til å generere energi.

Bare noen få lidelser eller sykdommer er kjent som eksplisitt er assosiert med en glykolyseforstyrrelse. Forstyrrelser i glykolyseprosessen fører først og fremst til alvorlige effekter på de røde blodlegemene (erytrocytter).

Fordi de ikke inneholder mitokondrier, er de avhengige av tilførsel av energi gjennom glykolyse. Hvis energiforsyningen er forstyrret, skjer hemolyse, dvs. membranene til erytrocyttene løses opp og hemoglobinet går direkte inn i serumet. Det er vanligvis en mangel i enzymet pyruvat kinase, slik at glykolyseprosessen blir avbrutt.

En annen årsak som fører til lignende symptomer, kan finnes i erytrocyttene selv hvis de ikke har nødvendig enzym KKR (isoenzym av pyruvatkinase).

Taruis sykdom (Tarui sykdom) er en av få sykdommer som direkte forstyrrer glykolyseprosessen. Det er en glykogenlagringssykdom. Overskudd av glukose i blodserum omdannes midlertidig av kroppen til polymert sukker (glykogen), som senere blir konvertert tilbake til glukose ved behov for å metaboliseres via glykolyse.

Når det gjelder Tarui sykdom, fører en arvelig genetisk defekt til en mangel på fosfofruktokinase, et enzym som forårsaker fosforylering og omdannelse av glukose til fruktose-1,6-bifosfat (3. trinn i glykolyse). Enzymmangel fører til at glykolyse blir avbrutt slik at skjelettmusklene ikke forsynes ordentlig med energi.Smertefulle muskelspasmer og hemolytisk anemi, den røde blodlegemembranen bryter sammen, utvikler seg.