Glykolyse innebærer biokatalytisk kontrollert nedbrytning av enkle sukkerarter som D-glukose hos mennesker og i nesten alle flercellede organismer. Nedbrytings- og konverteringsprosessen til glukose til pyruvat forekommer i ti trinn i rekkefølge og kan forekomme under både aerobe og anaerobe forhold. Glykolyse brukes til energiproduksjon, og pyruvat gir en innledende forløper for biokjemisk syntese av visse stoffer. Fordelingen av høyere orden karbohydrater (polysakkarider) gjennomgår også glykolyse etter å ha blitt brutt ned i enkle sukkerarter.
Hva er glykolyse?
Glykolyse er en sentral metabolsk prosess for nedbrytning av det enkle sukker D-glukose og forekommer i celler i cytosolen, den flytende delen av celleplasmaet. Glykolyse er en sentral metabolsk prosess for nedbrytning av det enkle sukker D-glukose og finner sted i cellene i cytosolen, den flytende delen av celleplasmaet. Nedbrytingsprosessen skjer i ti påfølgende enzymatisk kontrollerte individuelle trinn. Sluttproduktene av totalen balansere fra glykolyse per glukosemolekyl er 2 pyruvat molekyler, 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 må tilføres i form av 2 ATP. Bare amortiseringsfasen er energisk positiv, noe som resulterer i en netto energiforsterkning i form av 2 ATP-nukleotider og 2 NADH-nukleotider. I hvert av de to første trinnene av glykolyse, 2 fosfat gruppene overføres til glukosen, avledet fra 2 ATP-nukleotider (adenosin trifosfat), som derved omdannes til ADP-nukleotider (adenosindifosfat). Mens glykolyse frem til dannelsen av pyruvat er uavhengig av om oksiske (aerobe) eller anoksiske (anaerobe) forhold råder, er ytterligere metabolisering av pyruvat avhengig av om oksygen er tilgjengelig eller ikke. Men strengt tatt er den videre nedbrytnings- og konverteringsprosessen ikke lenger en del av glykolyse.
Funksjon og oppgave
Glykolyse er en av de viktigste og vanligste sentrale metabolske prosessene som forekommer i en celle. Oppgaven og funksjonen til glykolyse er den enkle energiske og materielle metabolisering sukker D-glukose. Energibæreren og energileverandøren i denne prosessen er ATP, som oppnås i løpet av energimetabolisme ved å levere energi og overføre en fosfat gruppe til et ADP-nukleotid. Ruten via ATP har fordelen at energien lagres i kort tid og ikke går tapt via varmespredning. I tillegg kan ATP transporteres over korte avstander til stedet der energien er nødvendig for øyeblikket. Energipositiv glykolyse gir i tillegg cellen pyruvat. Det kan enten introduseres i sitratsyklusen og den påfølgende respirasjonskjeden under "forbruk" av oksygen under oksiske forhold i mitokondrier av cellene for videre energiproduksjon, eller det kan brukes som et utgangsmateriale for syntesen av nødvendige stoffer. I sitratsyklusen er CO2 (karbon dioksid) og H2O (Vann) produseres som de viktigste nedbrytningsproduktene. Energien som frigjøres under oksidasjonsprosessen brukes i luftveiskjeden til å fosforylere ADP til ATP og lagres dermed i kort tid. Fullstendig nedbrytning av glukose til Vann og karbon dioksid med tilsetning av oksygen er mer energisk produktiv, men har den ulempen at den bare kan finne sted under oksiske forhold, dvs. betingelser der molekylært oksygen er tilgjengelig i tilstrekkelige mengder. Når det kreves at skjelettmuskulaturen yter på høye nivåer, er oksygentilførselen til muskelceller for treg, så de må trekke den nødvendige energien fra glykolyse. En annen fordel med glykolyse ligger i den høye prosesshastigheten, som når et multiplum av konverteringsfrekvensen innen sitratsyklusen.
Sykdommer og plager
Glykolyse legemliggjør en av de eldste og mest stabile metabolske prosessene til levende organismer i evolusjonær historie. Det er sannsynlig at glykolyse ble utviklet som en av de grunnleggende metabolske prosessene så tidlig som for 3.5 milliarder år siden, i god tid før utviklingen av flercellede organismer, fordi alle levende organismer er i stand til glykolyse og bruker den til energiproduksjon. Det er bare noen få kjente lidelser eller sykdommer som eksplisitt er årsakssammenheng med en forstyrrelse av glykolyse. Forstyrrelser i løpet av glykolyse primært føre til alvorlige effekter i rødt blod celler (erytrocytter). Fordi de ikke inneholder mitokondrier, de er avhengige av energiforsyning ved glykolyse. Hvis energiforsyningen blir forstyrret, oppstår hemolyse, dvs. erytrocytter oppløse og hemoglobin passerer direkte i serumet. Vanligvis er det en mangel på enzymet pyruvatkinase, slik at glykolyseprosessen blir avbrutt. En annen årsak som fører til lignende symptomer kan skyldes erytrocytter seg selv, hvis de ikke har nok av det nødvendige enzymet KKR (isoenzym av pyruvatkinase). Tarui sykdom (Tarui sykdom) er en av få sykdommer som forårsaker en direkte forstyrrelse i glykolyseprosessen. Det er en glykogen lagrings sykdom. Overskudd av glukose i blod serum konverteres midlertidig av kroppen til polymere sukkerarter (glykogen), som senere blir omdannet tilbake til glukose når det er nødvendig å metabolisere (metabolisere) via glykolyse. I tilfelle av Tarui sykdom, på grunn av en arvelig genetisk defekt, er det en mangel på fosfofruktokinase, et enzym som forårsaker forforylering og konvertering av glukose til fruktose-1,6-bifosfat (3. trinn innen glykolyse). Enzymmangel forårsaker avbrudd i glykolyse slik at skjelettmuskulaturen ikke får riktig energi. Smertefulle muskelspasmer og hemolytisk anemi, oppløsning av membranen av rødt blod celler, forekommer.
