Glikoliza

Question 1

Koje su moguće sudbine glukoze u stanici?

Answer 1

Pohranjivanje za kasnije iskorištavanje energije

Oksidacija glikolizom za instantno dobivanje energije

Oksidacija u putu pentoza fosfata

Sinteza strukturnih polimera

Question 2

Što je produkt glikolize i koje su njegove moguće sudbine?

Answer 2

Piruvat

U aerobnim uvjetima -> oksidira se do acetil - koenzim A koji ulazi u ciklus limunske kiseline te se oksidira do CO2

Anaerobni uvjeti -> fermentacija piruvata do etanola (alkoholno vrenje) ili fermentacija piruvata do laktata (mliječno-kiselo vrenje)

Question 3

Koja je svrha glikolize?

Answer 3

Dobivanje energije u obliku ATP-a i NADH

Question 4

Gdje se događa glikoliza i pri kakvim uvjetima?

Answer 4

U citosolu te se može događati i pri aerobnim i anaerobnim uvjetima

Question 5

Na koje dve faze se dijeli proces glikolize?

Answer 5

Na preparatornu fazu (troši se 2 ATP-a) i fazu isplate (dobiva se 4 ATP-a)

Question 6

Opiši korake preparatorne faze glikolize

Answer 6

1. Heksokinaza fosforilira glukozu na C6 uz utrošak ATP-a
2. Fosfoheksoza izomeraza pretvara glukozu-6-fosfat u fruktozu-6-fosfat
3. Fosfofruktokinaza 1 pretvara fruktozu-6-fosfat u fruktozu-1,6-bisfosfat uz utrošak ATP-a
4. Aldolaza cijepa fruktozu-1,6-bisfosfat u gliceraldehid-3-fosfat i dihidroksiacetonfosfat
5. izomeraza trioza fosfata izomerizira dihidroksiaceton fosfat u gliceraldehid-3-fosfat

Question 7

Opiši korake faze isplate glikolize

Answer 7

1. Gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza pretvara gliceraldehid-3-fosfat u 1,3-bisfosfoglicerat uz utrošak anorganskog fosfata (umjesto ATP-a) i dobiva se NADH i H+ iz NAD+
2. Fosfoglicerat kinaza pretvara 1,3-bisfosfoglicerat u 3-fosfoglicerat te se dobiva ATP iz ADP-a
3. Fosfoglicerat mutaza pretvara 3-fosfoglicerat u 2-fosfoglicerat
4. Enolaza pretvara 2-fosfoglicerat u fosfoenolpiruvat
5. Piruvat kinaza pretvara fosfoenolpiruvat u piruvat te se dobiva ATP iz ADP-a

Question 8

Koje su reakcije glikolize ireverzibilne pri staničnim uvjetima?

Answer 8

1, 3 i 10

Heksokinaza, fosfofruktokinaza-1 i piruvat kinaza

Question 9

Opiši uloge i svojstva heksokinaze

Answer 9

Fosforilira glukozu tako da ne može proći kroz staničnu membranu

Postoji 4 izozima heksokinaze

Glukokinaza je izozim u stanicama jetre te ima specifična kinetička i regulatorna svojstva

Heksokinaza ima mehanizam induciranog pristajanja -> ATP i glukoza se vezanjem približuju tako da ne dođe do ulaza vode i hidrolize

Question 10

Opiši mehanizam fosfoheksoza-izomeraze

Answer 10

Prevodi glukozu-6-fosfat u fruktozu-6-fosfat

Koristi međuprodukt enediol

U linearnom obliku glukoze, Glutamat uzima proton s C2 atoma te nastaje C1=C2 veza, a protonacijom dolazi do nastajanja hidroksilne skupine na C1 atomu
Zatim C=C veza reagira kao nukleofil i uzima vodik od Glutamata te na C2 nastaje karbonilni kisik

Question 11

Objasni svojstva i važnost fosfofruktokinaze 1

Answer 11

Fosforilira fruktozu-6-fosfat

Reakcija katalizirana PFK1 je ireverzibilna pri staničnim uvjetima

Prvi “obvezujući” korak glikolize jer i glukoza-6-fosfat i fruktoza-6-fosfat mogu ići u različite metaboličke puteve

Važno je mjesto kontrole glikolitičkog puta

Aktivnost raste s porastom c(AMP) ili c(ADP), a opada s porastom c(ATP)

Question 12

Kako aldolaza cijepa frukto-1,6-bisfosfat?

Answer 12

Ugljici 1,2 i 3 završe kao dihidroksiacetonfosfat, a ugljici 4,5, i 6 završe kao gliceraldehid-3-fosfat

Question 13

Opiši mehanizam aldolaze

Answer 13

Nastaje schiffova baza između enzima i supstrata

Lizin napada karbonilni ugljik u linearnom obliku fruktoze-1,6-bisfosfata te nastaje tetraedarski međuprodukt te dolazi do protonacije karbonilnog kisika

Deprotonacijom dušika s lizina dolazi do stvaranja imina te se cijepa C3-C4 veza supstrata i oslobađa se gliceraldehid-3-fosfat

Izomerizacijom preostalog produkta i hidrolizom imina dolazi do odvajanja drugog produkta -> dihidroksiaceton fosfat

Question 14

Opiši ulogu, struturu i karakteristike trioze-fosfat-izomeraze

Answer 14

Ona pretvara dihidroksiacetonfosfat u gliceraldehid-3-fosfat izomerizacijom

Trioza-fosfat-izomeraza je katalitički savršen enzim - ograničen je brzinom kojom supstrat može difundirati u i izvan aktivnog mjesta

Zatvaranje omče preferentno veže labilni enediolni međuprodukt te sprečava njegovu disocijaciju i eliminaciju fosfata -> sprječava raspadanje na metil-glioksal (toksin) i anorganski fosfat

Question 15

Opiši ulogu i učinak gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaze

Answer 15

Ona pretvara gliceraldehid-3-fosfat u 1,3-bisfosfoglicerat

Aldehidna skupina se oksidira, ali ne u karboksilnu skupinu nego u anhidrid karboksilne kiseline s fosfornom kiselinom -> ne troši se ATP nego Pi

Takva vrsta anhidrida (acil fosfat) ima vrlo negativnu promjenu standardne Gibbsove energije hidrolize -> potrebno za stvaranje ATP-a

Troši se NAD+ -> on se mora negdje opet dobiti da bi glikoliza mogla funkcionirati nesmetano

Question 16

Opiši mehanizam gliceraldehid-3-fosfat-dehidrogenaze

Answer 16

1. Sumpor Cys napada karbonilni ugljik ugljik te nastaje tiohemiacetal
2. NAD+ oksidira supstrat uzimanjem vodika te se regenerira karbonilni kisik
3. Događa se Sn2 reakcija s anorganskim fosfatom na karbonilnom ugljiku (koji je vezan na cistein)
4. Oslobađa se 1,3-bisfosfoglicerat

Question 17

Opiši ulogu fosfoglicerat-kinaze

Answer 17

Katalizira prijenos fosforilne skupine s 1,3-bisfosfoglicerata na ADP te nastaju ATP i 3-fosfoglicerat

Question 18

Kako može nastati ATP u stanici?

Answer 18

Fosforilacijom na nivou suspstrata -> fosfoglicerat-kinaza i piruvat-kinaza

Fosforilacija povezana s respiracijom -> oksidativna fosforilacija

Question 19

Opiši ulogu i svojstva fosfoglicerat mutaze

Answer 19

Katalizira reverzibilni prijenos fosforilne skupine s C3 na C2 glicerata

Mg(2+) je bitan za ovu reakciju

Potrebna je fosforilirana fosfoglicerat mutaza za početak enzimske aktivnosti, događa se prenošenjem fosforila s 2,3-bisfosfoglicerata

Question 20

Opiši mehanizam fosfoglicerat-mutaze

Answer 20

1. Katalitički histidin je fosforiliran te se njegova fosforilna skupina prenosi na C2 atom, čija je hidroksilna skupina deprotonirana drugim histidinom
2. Zatim kisik vezan na C3 deprotonira histidin, a prenosi se fosforilna skupina s C3 na katalitički histidin

Question 21

Opiši ulogu enolaze

Answer 21

Stvara drugi spoj s visokim potencijalom prijenosa fosforilne skupine

Katalizira eliminaciju molekule vode iz 2-fosfoglicerata pri čemu nastaje fosfoenolpiruvat

Question 22

Opiši ulogu i svojstva piruvat-kinaze

Answer 22

Katalizira treću ireverzibilnu reakciju glikolize - prijenos fosforilne skupine s fosfoenolpiruvata na ADP -> događa se fosforilacija na nivou supstrata

Piruvat prvo nastaje u enolnom obliku, a zatim tautomerizira brzo bez enzima u keto oblik koji prevladava pri pH=7

Question 23

Kako se regenerira NAD+?

Answer 23

U aerobnim uvjetima -> oksidacijom NADH jer prenosi elektrone na O2 kroz lanac prijenosa elektrona u sklopu membrane mitohondrija

U anaerobnim uvjetima -> oksidcijom NADH redukcijom piruvata u lakat, etanol ili neki drugi produkt

Question 24

Kako se dobiva etanol iz piruvata?

Answer 24

Piruvat dekarboksilaza pretvara piruvat u acetaldehid -> uz pomoć TPP-a i Mg(2+) te se oslobađa CO2
Piruvat dekarboksilazu sadrže određeni enzimi koji fermentiraju glukozu do etanola

Alkohol dehidrogenaza pretvara acetaldehid u etanol uz pretvaranje NADH u NAD+

Question 25

Kako se dobiva laktat iz piruvata?

Answer 25

Laktat dehidrogenaza katalizira prevođenje piruvata u L-laktat uz nastajanje NAD+ iz NADH

Question 26

Koje enzimski katalizirane reakcije ovise o tijamin-pirofosfatu (TPP) ?

Answer 26

Piruvat dekarboksilaza

Piruvat dehidrogenaza
alfa-Ketoglutarat dehidrogenaza

Transketolaza

Question 27

Opiši mehanizam piruvat-dekarboksilaze

Answer 27

Reakcija se događa uz pomoć prostetičke skupine TPP -> tijamin pirofosfat (dobiven je iz vitamina B1)

1. Kiseli proton na C2 TPP-a se deprotonira te nastaje karbanion
2. Karbanion napada karbonilni ugljik piruvata
3. Dolazi do dekarboksilacije i nastajanja C=C veze između TPP-a i piruvata
4. Protonacijom C1 nastalog acetaldehida nastaje tetraedarski međuprodukt
5. Deprotonacijom (regeneracijom karbonilnog ugljika na acetaldehidu) i otpuštanja TPP-a dolazi do nastajanja produkta -> acetaldehid

Question 28

Kako galaktoza utječe na ciklus glikolize?

Answer 28

Galaktoza se dobiva razgradnjom laktoze na galaktozu i glukozu

Ona se može pretvoriti u UDP-glukozu koja se dalje može pretvoriti u glukozu-1-fosfat te ona može ići u ciklus glikolize