GLIKOLIZA Flashcards
NAŠTEJ VSE VIDIKE UPORABNOSTI GLIKOLIZE
- ENERGIJSKI VIDIK
Oksidacija glukoze, sinteza 2ATP in NADH
- Pomembna za pridobivanje energije
- Rabimo 2x vložit ATP, da aktiviramo molekulo 🡪 kasneje dobimo nazaj 2ATP, ampak imamo še funkcionalne molekule (dihidroksiaceton fosfat)
- Dihidroksiaceton fosfat: adarkoli lahko z izomerazo transformiramo v gliceralaldehid-P-fosfin dobimo še 2 molekuli ATP
- Dobimo tudi redukcijski ekvivalent NADH (uporabimo kasneje)
- Če se metabolizem konča z glikolizo in gremo v fermentacijo, se moramo NADH znebiti 🡪 ponovno reoksidiramo, da lahko ponovno jemlje elekrtone)
- Glikoliza je oksidacijska pot – oksidacija glukoze.
- BIOSINTETSKI VIDIK
Sinteza ključnih metabolnih intermediatov - REGULACIJSKI VIDIK
Glikoliza zadovoljuje potrebe po energiji in biosintezi – podvržena močni regulaciji
- Ali glikolizo potrebujemo, ali jo bomo peljali vzratno nazaj (glukoneogenza)
- Pri metabolnih poteh se ponavadi regulacija začne na začetku ali pa na koncu poti (ključne točke za vstop ali vzratno, kaj se dogaja s produktom – regulacija vstopa v metabolno pot)
- Regulacijske točke – encimi (heksokinaze, fosfofofruktokinaze, privat kinaza)
OPIŠI FOSFORILACIJO ALKOHOLOV
- Glukoza nudi aldehidno in hidroksilno skupino
- OH lahko reagira s fosfatom (na OH skupino vežemo fosfat) 🡪 dobimo FOSFOESTER. Relativno šibka fosfoesterska vez, ki jo lahko lažje razbijejo in omogoča prenos (npr fosfata)
- Na OH skupino lahko vežemo: en fosfat, dva fosfata (priofosfat), vežem fosfat in bazo hkrati (baza z celim fosfatom). Prenos fosfat(nih) skupin in baze omogoča ATP!
- Iz ATP lahko prenesemo en fosfat, bifosfat (pirofosfat) ali bazo z enim fosfatm
- S prenosom skupin spremenimo osnovno molekulo
- Encim lažje prepozna večjo molekulo (npr. vezava baze in enega fosfata na glukozo)
- Celotno bazo lahko prenesemo tudi drugam.
Zakaj vežemo gor molekule, zakaj spremenimo hidroksilno skupino v ester?
Šibka fosfodiesterska povezava lahko hitro pade dol iz molekule.
Hkrati ne rabimo vzdrževati velike količine intermediatov.
Imamo aktivacijsko molekulo, ki jo lahko hitro poberemo dol.
Zakaj fosfat enostavne pade dol?
- Če molekula pade dol in v okolju ni zadovoljna, se bo vezala nazaj.
- Fosfatna molekula je lahko zadvoljna sama po sebi v neki raztopini (topna in stabilna v vodi)
- RESONAČNA DELOKALIZACIJA: Fosfat v raztopini ima relativno veliko negativnega naboja, vendar lahko prehajamo iz ene v drugo obliko fosfata (Naša molekula je povprečje resonanih strukutr)
- Potovanje naboja omogoča dobro separacijo naboja
- Molekula je topna in stabilna v vodi, zato se lahko odcepi od drugih molekul
- Pri aktivacijskih molekul je pomembno, da imamo nekaj kar lahko hitro izbijemo iz
BIOKEMIJSKE REAKCIJE ESTROV
HIDROLIZA
TRANSESTERIFIKACIJE
NASTANEK AMIDOV
NASTANEK LAKTONOV
ATP HIDROLIZA- ZAKAJ JE POMEMBNA, NARIŠI
ATP HIDROLIZA
- ATP se lahko razcepi na različnih koncih, nukleofilno ga lahko napademo in poberemo: 1 fosfat, 2 fosfata ali 1 fosfat + obroč.
- Če hočemo narediti molekulo ATP de novo (iz vira C - glukoza) = merimo z ATP ekvivalenti (potrebujemo čez 60 ekvivalentov ATP za eno molekulo ATP).
- Bolj smotrno recikilirat ATP, kot vedno delat na novo (preko reciklacije/jemanja fosfatov)
ATP je KISEL ANHIDRID
Omogoča aktivacijo molekul in reakcije, ki drugače nebi bile možne.
REAKCIJE KISLIH ANHIDRIDOV
Z Vod nastanejo kisline
z amino skupiami amidi
s kislinami estri
reaktivni intermediati pri peptidni sintezi
encim substrat intermediati
OPIŠI IN NARIŠI MEHANIZEM HEKSOKINAZE
- HEKSOKINAZA: omogoča prenos 1 fosfata
- Z glukozo nukleofilno napademo ATP: uporabimo OH (ni izrazito močen nukleofil), zato v aktivnem mestu encima potrebujemo bazo (aktivira nukleofil in pobere proton), napademo ATP in pride do fosforilacije
- Dobimo GLUKOZA-6P: intermediat ki ga lahko vzdržujemo v nizkih koncentracijah (ne rabimo glukoze). Lahko ima kinetično (pospešuje reakcije) ali termodinamsko (poveča izplen)
Če hočemo ATP spravit v aktivno mesto encima, rabimo naboje nevtralizirat (fosfati so negativno nabiti).
- Mg+ ioni so običajno vezani na ATP, da nevtralizirajo naboj (potrebujemo dovolj magnezija)
- V aktivnemu mestu potrebujemo še dodatne AK, da lahko nevtralizirajo naboj
- OH skupini, kateri poberemo elektron 🡪 močnejši nukleofil
- Stereoizomerija je pomembna, da pridemo s pravim kotom na elektrofil (za nukleofilno substitucijo
OPIŠI IN NARIŠI MEHANIZEM FOSFOGLUKOIZOMERAZE
- OH skupina na 6 atomu (najbolj dostopna): najlažje vidimo v hemiacetalni obliki
- Izomer glukoze se mora spremeniti v drugega 🡪 v fruktozo (imamo isto št. atomov preurejenih malo drugače)
- Izomerizacija: zamenjamo kemijsko narava molekule (glukoza – aldehid; fruktoza – keton) – oboje je karbonil, ampak imata različno reaktivnost!
Mehanizem: - Potrebna aktivacija OH skupine (1 skupini poberemo protom,) višek elektrona potuje po kisiku, dobimo dvojno vez.
- Oglijk ima 5 vez, glukoza se odpre, druga AK v aktivnem mestu pobere drugi vodik (alfa proton). Višek elektronov konča v vmesnem delu = dobimo enol.
- Enol stabiliziramo z keto-enolno tavtomerizacijo, dobimo keton. Enol je zelo reaktivna funkcionalna skupina (pretvorimo v keton, da zapremo furanski obroč)
AK v aktivnem mestu nam omogočajo prenos elektronov po molekuli – spremeinimo elektronsko gostoto (zamnjava aldehida do ketona)
NAŠTEJ IN OPIŠI VSE ENCIME V GLIKOLIZI IN KAJ NASTAJA
heksokinaza- glukoze v glukozo 6P
fosfoglukokinazo- glukoze 6P v fruktozo 6P
fosfofruktokinazo- fruktoze 6P v glukozo 1-6P
aldolazo–> fruktoze 1-6p v dihidroksiaceton fosfat in gliceraldehid 3P
fosfoizomeraza iz dihidroksiaceton fosfata v gliceraldehid ali obratno
dehidrogenaza–> iz gliceraldehid3p v 1,3 bifosfoglicerat
mutaza–> iz 3 fosfoglicerata v 2 fosfoglicerat
enolaze iz 2 fosfoglicerat v pep
piruvat kinaza iz pep v piruvat
MEHANIZEM IN NARIŠI FOSFOFRUKTOKINAZA
Ko imamo fruktozo-6P, lahko z encimom dodamo še en fosfat in molekulo ponovno aktiviramo (kasneje cepimo na 2 dela, imamo oba dela aktivirana).
Mehanizem: Zamenjamo OH skupino na prvem ogljiku in iz alfa gremo v beta fruktozo. Na ogljik dodamo še fosfat.
- Najprej rabimo zamenjat lokacijo OH skupine (navzgor/navzdol) pri 1,6, fruktozi (OH na C1)
- Anomerni ogljik (1. ogljik) ima OH skupino (pomembno!): pomembno ali se OH nahaja navzgor (alfa) ali navzdol (beta)
- Ko imamo beta skupino, naredimo ponovno fosforilacijo z ATP (OH skupino uporabimo v encimu, da dodamo še en fosfat).
S KATERIMI ENCIMI REGULIRAMO GLIKOLIZO OZ NA KATERIH MESTIH
REGULACIJA-fosfofruktokinaza
Encim je eno glavno regulacijsko mesto glikolize
- POSPEŠUJEMO: kadar je pretok skozi glikolizo majhen (malo energije)
- ZAUSTAVLJAMO: ko imamo veliko intermediatov in dovolj energije
Zakaj ravno tu regulacija? opravek z energijo/ATP (ne porabljamo več energije, kot je nujno potrebno). Reakcije ki uporabljajao ATP so podvržene regulaciji
MEHANIZEM DELOVANJA FRUKTOZE BIFOSFAT ALDOLAZE
- Bolj prisotna pri evkariontih (najdemo tudi pri prokariontih)
- Aktivno mesta encima ima nekaj AK, pomembna je lizin 🡪 lahko tvori Schiffovo bazo.
Mehanizem: - Dušik na lizinu lahko nukleofilno napade karbonilni ogljik ketona (pomembno da smo prej naredili keton: glukoza v fruktozo). Tu lahko razcepimo molekulo (na sredini)
- Ko nastane SCHIFFOVA BAZA, dobimo dušik v imino obliki (ima + naboj vendar dušik kot elektronegativen elemnt ne želi)
- Aspartat v okolici pobere elektrone iz OH skupine, elektroni ostanejo vmes (dobimo 2 vez na 3C atomu). Elektroni potujejo do dušika naprej
- Ko pridejo elektroni do dušika, se razcepi se vez med 3 in 4 ogljikom (ni več elektronske gostote, ki smo jo prej začasno prenesli na dušik, v OH skupine je preveč elektronov 🡪 ti so se prenesli na dušik)
- Elektroni so viška, sprejme jih dušik (elektrone prenesemo na dušik).
- Odcepi se produkt gliceralaldehid-3-fosfat
Drug produkt je še zmeraj vezan na encim, moramo ga izbit (naredimo reverzno reakcijo)
- Dušikove elektrone (ki jih je dušik prej dobil), vrnemo nazaj sistemu, regeneriramo encim (proton vezan na OH skupino).
- Dušikove protone prenesemo nazaj na aspartat (proton vrnemo nazaj sistemu)
- Dušik postane ponovno + nabit
- Vstopimo z vodo in zamenjamo amino dušik z kisikom, da lahko regeneriramo tudi drugi del encima (reverzna Schiffova reakcija)
- Šele nato se dihidroksiaceton izbije
Če imamo karbonilno skupino in če je vezana na keton ter imamo v okolici vezan dušik 🡪 povezava molekul preko Schiffove baze
Doibmo 2 produkta: gliceralaldehid-3-fosfat (ima fosfatno skupino) in dihidroksi aceton (ima keton in fosfat) = nastane z endolazo
MEHANIZEM DELOVANJA FRUKTOZE BIFOSFAT ALDOLAZE,drug način
- Obstaja v večih različicah
- Oblika prisotna pri MO: oblika, ki zahteva stabilizacijo 🡪 zgodi se z cinkom (stabilizira naboje in olajša transport elektronov).
- Tip 2: Elektroni so odloženi na karbonil, pomaga stabilizirat cink (elektroni so tu začasno locirani)
- TIP 1: elektroni so odloženi na imin
OPIŠI ALDOLNE IN RETROALDOLNE REAKCIJE
- ALDOLNE: kjer ustvarjamo nove ogljikove vezi (formacija)
- RETROALDOLNE: cepimo ogljikove vozi (glikoliza 🡪 razcep molekule na 2 dela: enolna ki gre lahko v ketolno in aldehidna molekula)
- Aldolne in retroaldone rackije nam omogočajo gradnjo večjih molekul 🡪 ahko prenesemo po več C-atomov hkrati
KAJ JE ALFA IN KAJ BETA OGLJIK
Če imam karbonilne skupine v molekuli, te imajo primat (zelo pomembne pri biokemijskih reakcijah)
Ostale ogljikove atome, ki niso v karbonilu, poimenujemo glede na karbonil.
- ALFA OGLJIK (zraven karbonila, bolj pomemben): protoni, ki so vezani na alfa ogljik so bolj kisli. Taka protone lažje jih izbijemo, v okolici imamo elektronegativen kisik, ki veže nase protone 🡪 lažje pograbi elektron. Vedno poberemo najprej proton na alfa ogljiku
- BETA OGLJIK (dve vezi stran od karbonila)
- GAMA OGLJIK (tri vezi stran od karbonila)
MEHANIZEM DELOVANJA FOSFAT IZOMERAZ
Dobimo 2 produkta: dihidroksiaceton fosfat in gliceralaldehid. Načeloma lahko prehajamo iz ene v drugo obliko, potrebujemo encim (izomeraze)
IZOMERAZE: preko enola lahko pridemo iz acetona v gliceralaldehid-3P
Potrebujemo encim z aktivnim mestom, kjer odcepimo enega od protonov (proton na alfa ogljiku)
Encim tako strukturiran, da pobere proton in elektrone iz alfa ogljika, elektroni končajo vmes in dobimo enol. V naslednji reakciji višek elektronov v dvojni vezi uporabimo, da iz istega mesta na encimu poberemo proton ampak ga vrnemo na drugi ogljik.
- Iz enega tipa molekule dobimo drugo (npr keton v aldehid)
- Izomeraza nam omogoči ponovno transformacijo iz aldehida v keton (ali obratno).
MEHANIZEM DELOVANJA DEHIDROGENAZ PLUS NARIŠI
2 produkta:1,6-bifosfat in keton ; uporabimo aldehid (dihidroksiaceton lahko kadarkoli izomeriziramo v aceton). Na aldehidu uporabimo dehidrogenazo 🡪naredimo oksidacijo (dobimo elektrone, ki jih moramo nekam odložit)
V aktivnem mestu encima najdemo:
- Cistein: -SH (tiolna skupina)
- Histidin: baza
- NAD+ (redoks ekvivalent): lahko pobere elektrone in se reducira v NADH.
Glavna funkcija encima je oksidacija
Mehanizem:
- Z bazo (histidin) najprej aktiviramo žveplo, postane močnejši nukleofil.
- Z žveplom napademo karbonilni ogljik (aldehid) 🡪 kovalentna vezava na encim (cistein)
- Ko je substrat enkrat vezan, je v direktnem kontaktu z NAD+
- NAD+ se reducira, tako da pograbi 1 proton z 2 elektrona iz aldehida 🡪 aldehid se oksidira (odda elektroĐe), nastane karboskilna kislina = glicerat
- Nastane HIDRID/HIDRIDNI ION (drugje če gre samo proton stran, pusti elektronsko gostoto, ki se rabi porazdelit)
- Potrebna je prerazporeditev gostote elektronov, na substratu dobimo karboskilno kislino = glicerat
Kako izbijemo produkt iz encima
- NADH se oksidira v NAD+, dobimo anorganski fosfat
- Anorgansko fosfat uporabimo kot nukleofil, da izbijemo karbonilni ogljik vezan na žveplo (šibka vezava)
- Anorganski fosfat kasneje uporabimo za sintezo ATP
- Napademo karbonil, razcepi se vez.
- Dobimo produkt 1,3-BP glicerat 🡪 porabimo za sintezo ATP (dodamo samo anorganski fosfat)
ZAKAJ JE POMEMBEN NAD+
imamo baze, sladkorje, dušik
- Imamo pozitivno nabit dušik (ne želi imeti) – center kofaktorja
- Ko pride kofaktor v bližino substrata, pobere hidridni ion. Kofaktor vežemo (z 2 elektronoma) na mesto dušikove baze.
- Imam višek elektronov, ki jih lahko pošljemo na dušik 🡪 zgubi naboj.
- Vežemo elektron in uredimo problematiko naboja dušika
- KLJUČNO: poberemo H+ (proton) in še 2 elektrona zraven
- Majkajoče elektrone zapolnimo (dobimo 2 vez), en proton ostane v raztopini
- Ion ki nastane je hidridni anion (vodik z 2 elektronoma), prenesemo in dobimo NADH
- Še en elektron na vodiku zleti dol
- Enega od vodikov smo direktno prinesli na molekulo NAD+, drugi pa kot proton ostane v raztopini =prenesli smo 2 elektrona, en vodik in en je kot protono ostal v raztopini
- Lahko delamo tudi revrezno, lahko bi nekaj reducirali.
Hipotetično: če ni dušika, bi imeli višek elektronov bi se premikali po obroču (nevzdržna situacija) ampak bi C padel dol.
Oksidacija substrata, elektrone pobere NAD+ - elektroni lahko krožijo. Prekinemo kroženje elektronov in jih začasno odložim na dušik. Ko iz dušika vračamo nazaj (imamo prost elektronski par) nazaj v sistem. Izpade hidridni ion.
Razmerje ogljik-dušik v bakterijski celici je 5:1
MEHANIZEM DELOVANJA MUTAZ
MUTAZA: mutira/spremeni pozicijo funkcionalne skupine na substratu
Enemu iz fosfatov zamenjamo pozicijo na molekuli
3 - fosfoglicerat (oksidirana oblika aldehida) 🡪 fosfatno skupino želimo prestavit na 2. pozicijo (2-fosfoglicerat)
Mehanizem prestavitve fosfatne skupine na drugi ogljik
- Najprej vežemo še en fosfat na ogljik
- V aktivnem mestu encima je histidin, ki ima vezan fosfat
- Poberemo bazo v okolici (z glutamatom); proton?
- Imamo višek elektronov, nukleofilno napade fosfatno skupino 🡪 gre na drugi ogljik
- REGENERACIJA ENCIMA: enega od 2 fosfatov poberemo nazaj (poberemo fosfat na 3C-atomu), dobimo fosfoglicerat
- Nujno je da imamo fosfat na drugi poziciji (iz tega bomo naredili fosfoenol priuvat in nadaljevanje)
MEHANIZEM DELOVANJA ENOLAZ
Omogoča nastanek fosfoenolpiruvata
V aktivnem mestu encima je lizin in Mg+ (olajša reakcijo)
- Deprotoniramo 2 fosfoglicerat: vzamemo proton (vzamem lizin) in višek elektronov pošljemo po (enolni) molekuli
- Najlažje vzamemo proton iz H na alfa ogljiku (hitreje pade dol), višek elektronov spravimo na ogljik, dobimo enolno obliko (formacija dvojne vezi)
- Prestavimo elektron med 2 ogljika (na kisiku imamo višek elektronov), kisik pošlje elektrone na ogljik. Prestavimo dvojno vez (omogiči nastanek karboksilne skupine). Voda se odcepi.
- Višek elektronov na C-atomu 🡪 odložimo na ogljika
- Dobimo fosfoenolpiruvat, pomembna molekula za uporabo (takoj) ali biosintezo naprej (lahko peljemo tudi nazaj)
OPIŠI LASTNOSTI ENOLA OZIROMA ENOLATA IN NAŠTEJ REAKCIJE
Lahko deluje kot zelo močan nukleofil.
ENOLAT: ko poberemo proton iz OH skupine
Lahko pride do resonančne stabilizacije:
- Leva (višek elektronov na kisiku): elektroni se premikajo, višek imamo na kisiku. Elektroni iz kisika se premaknejo na ogljik, dobimo HEMIKETAL (močen nukleofil)
- Desna: višek elektronov imamo na ogljiku (alfa) 🡪 izredno močen nukleofil, formira se 2 vez med dvema C atomoma = KARBOANION (nukleofil) 🡪 izrazito močen nukleofil
- Lahko izbiramo med 2 nukleofiolma na enolatu (močen in izrazito močen)
Enolat v resonačnih struktura je zelo rekativen! Če ga ne bomo uporabli za sintezo, ga rabimo stabilizirati.
Stabilizramo ga z keto-enolno tavtomerijo. Na nukleofilni alfa ogljik vežemo proton, dobimo keto skupino
REAKCIJE: JE MOČNI NUKLEOFIL, SUBSTITUCIJE, ALDOLNE IN CLAISNOVE KONDENZACIJE
MEHANIZEM DELOVANJA PIRUVAT KINAZE ZDRUŽEN Z ENOL-KETO TAVTOMERIJO
Fosfoenol piruvat
- Fosfatna skupina
- Alfa-kislina (karboskilna): kadar je dvojna vez kisika na alfa ogljiku
- Enol
Mehanizem
- Iz fosfoenol piruvata poberemo fosfat dol, elektroni končajo na kisiku (vmesni prostor)
- Dobimo keton (ker smo mu dodali elektronsko gosstoto), imamo višek elektronov.
- Iz okolice poberemo proton, naredimo metilno skupino (znebimo se reaktivnega enola)
- Fosfat poberemo dol, elektroni končajo v kisiku, dobimo priuvat v obliki ketona (veliko bolj stabilna oblika)
GLAVNO: dobimo en ATP (omogoča da je reakcija iriverzibilna, razen če vnesemo energijo) + bolj stabilna oblika piruvata,
KETO ENOLNE TAUTOMERIZACIJE
Keto (bolj elektrofilna) bolj elektrofilna in enolna oblika (bolj nukleofilna)
Lahko prehajamo iz ene v drugo obliko (preko encima)
Če rabimo npr enol za biosintetsko pot
PRIMERJALNA GLIKOLIZA BAKTERIJ
Glikoliza je osnova, načeloma zelo konzervativna pot (temeljna pot, dovolj optimizirana)
Biosinteza pri bakterijah je zelo podobna tisti pri evkariontih. Večina intermediatov in encimov je istih
GLIKOLIZA IN GLUKONEOGENEZA - OPIŠI BYPASS SISTEME
Glikolizo lahko peljem v eno ali drugo smer. Vse reakcije, ki smo jih srečali so blizu ravnovesja – lahko grejo v eno ali drugo smer (ne potrebujemo dodatnega kofatkorja ali energije – nekje so izjeme)
- iz glukoze v pirvata = glikoliza
- Iz privata do glukoze =glukoneogeneza
Povečanje glukoneogeneze:
- Stimulacija: glukoza-6-fosfataze, fruktoza1-6-bifosfataze, fosfoenolpiruvat karboksikinaze in piruvat karboksilaze, sinteza aminotransferaze (izraba alanina), stimulacija lipaze
- Inhibicija: piruvat kinaze, inhibicija izocitrat dehidrogenaze
Pomembne razlike, kadar imamo opravka z energijo - kako prehajamo iz krebsovega cikla v glikolizo?
Kako pridemo iz piruvata v fosfoenolpiruvat?
Iz fosfoenolpiruvata do privuvata gremo tako, da naredimo ATP, dobimo tudi pirofosfat. 2 fosfata smo vrgli stran, zelo iriverzibilna reakcija.
Zato so MO razvili bypass sistem: iz pirvata gremo direkt v PEP (E. coli gre lahko direktno večina MO ne zna).
BYPASS SISTEM: tvorba oksalo acetata in preko oksaloacetata vračanje na PEP.
Dodatni encimi, ki regulirajo vstop v glukoneogenezo. Če reguliram encime, reguliram tudi tok ogljika (razgrajevanje ali sinteza). Ti encimi delujejo preko energije (in niso blizu ravnovesja)
- PEP sintaza
- PEP karboksilaza
- PYR karboskilaza
GLIKOLIZA: dobimo energije (ATP), redukcijske ekvivalente, nove funkcionalne skupine, ključni intermediati (ne vseh 12)
