Glycolyse

welkom op de homepage van Benno Beukema

Historie van de glycolyse:

Inleiding:
 

Glyk = zoet
Lysis = splitsen
Glycolyse :  de splitsing ( afbraak ) van glucose.

De glycolyse wordt ook wel de "Embden-Meyerhoff  Pathway" genoemd.

Glucose ( aldohexose ): C₆H₁₂O₆  Synoniem : dextrose, druivesuiker, een monosaccharide (enkelvoudige suiker ).

Glucose is een van de belangrijkste bronnen van energie voor levende cellen die het via de glycolyse en de citroenzuurcyclus afbreken. Het komt wijd verspreid in de natuur voor, vooral in druiven en het sap van sommige zoete vruchten zoals peren en appels; verder in dierlijke organismen, bijvoorbeeld in bloed. Verder vormt het onderdeel van de belangrijke disaccharidensaccharose ( gewone suiker ), maltose
( een afbraakprodukt van zetmeel ) en lactose ( melksuiker ).   Zetmeel, glycogeen en cellulose zijn geheel uit glucose opgebouwde polysacchariden.

Er zijn twee verschillende paden betrokken bij de stofwisseling van glucose : een anaërobische en een aërobische. Het anaërobe proces vindt plaats in het cytoplasma en het aërobe  proces vindt plaats in het mitochondrion.

De glycolyse vereist geen zuurstof en wordt daarom anaërobe stofwisseling genoemd. De glycolyse vindt plaats in het cytoplasma. ( vloeibare gedeelte van de cel ).

De glycolyse is een serie  reacties  in levende cellen, waarin glucose in een groot aantal stappen wordt afgebroken tot pyrodruivenzuur ( 2-oxopropaanzuur ).


   Pyrodruivenzuur:  Engels: pyruvic acid;  bruto formule: C₃H₄O_{3 .} 
   Pyrodruivenzuur heeft als zuurrest pyruvaat.   
   Pyrodruivenzuur is het eenvoudigste alpha-ketozuur ; smeltpunt 13 C.
   Pyruvaat metabolisme  Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes

Afhankelijk van het organisme wordt pyrodruivenzuur verder  omgezet in kooldioxide, water en ATP (citroenzuurcyclus); of in melkzuur en ATP ( bij bepaalde micro organismen ) ; of in ethanol ( alcoholische fermentatie ).

Allereerst moet energie ( in de vorm van ATP ) worden geïnvesteerd om het suikermolecule in een geactiveerde toestand te brengen, die zich leent voor splitsing. De geïnvesteerde energie wordt teruggewonnen bij de oxidatieve overgang van triosefosfaat naar fosfoglycerolzuur, waarbij dus waterstof wordt afgegeven aan het coënzym NAD.
Bij de omzetting van fosfoglycerolzuur in pyrodruivenzuur wordt een nettowinst van ATP verkregen (2 mol ATP per mol glucose). Onder aërobe omstandigheden (dwz. met zuurstof) wordt pyrodruivenzuur oxidatief omgezet in geactiveerd azijnzuur ( acetyl-coënzym A ), dat verder tot CO₂ en H₂O wordt afgebroken in de citroenzuurcyclus.

Het in alle oxidatieve stappen vrijkomende waterstof wordt door een coënzym (meestal NAD, soms FAD) opgenomen en via de ademhalingsketen afgegeven aan luchtzuurstof. Is deze niet aanwezig (bij anaërobe bacteriën), dan kan de waterstof worden overgedragen aan geoxideerde verbindingen als nitraten en sulfaten of aan organische stoffen die bij de glycolyse zijn gevormd (gisting).

De overall reactie van de glycolyse is:

Glucose + 2P_i + 2ADP + 2NAD⁺  ►  2 pyruvate + 2ATP + 2NADH + 2H⁺ + 2H₂O

Enzymen in de cyclus:

De serie chemische reacties in de glycolyse zijn enzym gekatalyseerd, waarbij de volgende enzymen een rol spelen:

1. Hexokinase
   
   Synoniemen voor dit enzym zijn: Glucokinase; Hexokinase type IV.
   
   ExPASy: EC 2.7.1.1
   
   Hexokinase is verantwoordelijk voor de overdracht van een fosforylgroep van ATP  naar verschillende hexoses.
   
   ATP +  D-hexose <=> ADP +  D-hexose 6-phosphate
   
   C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃ + C₆H₁₂O₆ <=>  C₁₀H₁₅N₅O₁₀P₂  + C₆H₁₃O₉P  
   
   Human Genetic Disease(s):
   
   OMIM: Hemolytic anemia due to hexokinase deficiency
   
   OMIM: Clinical Synopsis
   
   OMIM: Maturity-onset diabetes of the young, type II (MODY2)
   
   OMIM: Clinical Synopsis
   
   OMIM: Hyperinsulinism; autosomal dominant
   
   
   
   
   P = PO₃^2-

   Klik op de structuren voor meer informatie....
   
   
   
   
   
   
   
   
   
    

2. Glucose-6-phosphate isomerase 
   
   Synoniemen voor dit enzym zijn: Phosphoglucose isomerase, Phosphohexose isomerase, Phosphohexomutase, Oxoisomerase, Hexosephosphate isomerase, Hexose monophosphate isomerase, Phosphosaccharomutase, Phosphoglucoisomerase, Phosphohexoisomerase.
   
   ExPASy: EC 5.3.1.9
   
   D-glucose 6-phosphate <=> D-fructose 6-phosphate
   
   C₆H₁₃O₉P <=> C₆H₁₃O₉P
   
   Human Genetic Disease:
   
   Glucose-6-phosphate isomerase deficiency
   
   OMIM: Hemolytic anemia due to phosphoglucose isomerase deficiency
   
   OMIM: Clinical Synopsis
   
   
   
   Klik op de structuren voor meer informatie....
   
   Fructose 6-fosfaat + ATP > Fructose 1,6-difosfaat + ADP + H⁺
   
   
   
   
   
   
   
   
   
    
3. 6-Phosphofructokinase
   
   Enzym synoniemen: Phosphohexokinase, Phosphofructokinase I.
   
   ExPASy: EC 2.7.1.11
   
   ATP +  D-fructose 6-phosphate <=> ADP +  D-fructose 1,6-bisphosphate
   
   C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃ + C₆H₁₃O₉P <=> C₁₀H₁₅N₅O₁₀P₂ +  C₆H₁₄O₁₂P₂ 
   
   Human Genetic Disease:
   
   Ziekte van Tarui   ( Glycogeen Stapelingsziekte Type VII )
   
   OMIM: Glycogen Storage Disease  VII   
   
   Synoniemen voor deze ziekte zijn: PFKM Deficiency, Muscle  Phosphofructokinase  Deficiency, Glycogen Disease  of Muscle, TARUI Disease
   
   OMIM: Clinical Synopsis
   
   e-Medicine: Glycogen Storage Disease Type VII
   
   
   
   
   
   Klik op de structuren voor meer informatie...
   
   
   Fructose 6-fosfaat + ATP > Fructose 1,6-difosfaat + ADP + H⁺
   
   
   
   
   
   
   
   
    
4. Fructose biphosphate aldolase
   
   Enzym synoniemen: Aldolase,  Fructose-1,6-bisphosphate triosephosphate-lyase.
   
   ExPASy: EC 4.1.2.13
   
   D-fructose 1,6-bisphosphate <=> glycerone phosphate  +  D-glyceraldehyde 3-phosphate
   
   C₆H₁₄O₁₂P₂  <=>  C₃H₇O₆P + C₃H₇O₆P  
   
   Human Genetic Disease(s):
   
   Heriditaire fructose intolerantie

   Synoniemen: Fructosemie;   fructose-1-phosphate aldolase deficiency;   

   Fructose-1,6-biphosphate aldolase  deficiency; Aldolase B deficiency.

   OMIM: 229600   ( Fructose intolerance )

   Omim: Clinical Synopsis

   e-Medicine: Fructose 1-Phosphate Aldolase Deficiency (Fructose Intolerance)
   
   Aldolase A Deficiency

   Synoniemen: erythrocyte Aldolase Deficiency with nonspherocytic hemolytic anemia

   OMIM: 103850   ( Hemolytic anemia due to aldolase A deficiency )

   Omim: Clinical Synopsis
   
   
   
   Aldolase katalyseert de omzetting van fructose-1,6-difosfaat tot dihydroxyacetonfosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P).
   
    

   Klik voor meer informatie op de structuren...
   
   
   
   
   
   
   
   
   
    

5. Triose phosphate isomerase
   
   Enzym synoniemen: Triosephosphate mutase, Triose phosphoisomerase, Phosphotriose isomerase.
   
   ExPASy: EC 5.3.1.1
   
   D-glyceraldehyde 3-phosphate <=> glycerone phosphate
   
   C₃H₇O₆P <=> C₃H₇O₆P  
   
   Human Genetic Disease:
   
   Triosephosphate isomerase deficiency
   
   OMIM: Triosephosphate isomerase deficiency ( Hemolytic anemia due to triosephosphate isomerase deficiency )

   OMIM: Clinical synopsis
   
   
   
   
   
   
   Klik voor meer informatie op de structuren....
   
   
   
   
   
   
   
   
    

6. Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase ( phosphorylating ).
   
   Enzym synoniemen: NAD-dependent glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, Triosephosphate dehydrogenase, GAPDH.
   
   ExPASy: EC 1.2.1.12
   
   D-glyceraldehyde 3-phosphate +  phosphate +  NAD⁺ <=> 3-phospho-D-glyceroyl phosphate +  NADH
   
   C₃H₇O₆P  + H₃O₄P +  C₂₁H₂₈N₇O₁₄P₂ <=>  C₃H₈O₁₀P₂ +  C₂₁H₂₉N₇O₁₄P₂ + H⁺
   
   Glyceraldehyde-3-fosfaat dehydrogenase katalyseert de omzetting van glyceraldehyde-3-fosfaat tot 1,3-difosfoglycerinezuur ( 1,3-BPG)
   
   

   
   
   Klik voor meer informatie op de structuren....
   
   
   
   
   
   
   
   
   
    

7. Phosphoglycerate kinase
   
   ExPASy: EC 2.7.2.3
   
   ATP +  3-phospho-D-glycerate <=>  ADP +  3-phospho-D-glyceroyl phosphate
   
   C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃ + C₃H₇O₇P <=>   C₁₀H₁₅N₅O₁₀P₂ + C₃H₈O₁₀P₂
   
   Human Genetic Disease(s):
   
   Phosphoglycerate kinase deficiëntie

   OMIM: 311800

   OMIM: Clinical Synopsis
   
   

   Phosphoglycerate kinase katalyseert de omzetting van 1,3-difosfoglycerinezuur tot 3-fosfoglycerinezuur (3PG).
   
   Klik voor informatie op de structuren...
   
   
   
   
   
   
    

8. Phosphoglycerate mutase 
   
   Synoniemen: Phosphoglycerate phosphomutase, Phosphoglyceromutase, PGAM.
   
   ExPASy: EC 5.4.2.1
   
   2-phospho-D-glycerate +  2,3-diphosphoglycerate <=> 3-phospho-D-glycerate +  2,3-diphosphoglycerate
   
    C₃H₇O₇P  <=>   C₃H₇O₇P
   
   
   Human Genetic Disease(s):
   
   Phosphoglycerate mutase deficiency
   
   OMIM: Myopathy due to phosphoglycerate mutase deficiency

   OMIM: Clinical synopsis
   
   
   
   Klik voor informatie op de structuren...
   
   Phosphoglycerate mutase katalyseert de omzetting van 3-fosfoglycerinezuur tot 2-fosfoglycerinezuur
   
   
   
   
   
   
    

9. Phosphopyruvate hydratase
   
   Synoniemen: Enolase,  2-phosphoglycerate dehydratase
   
   ExPASy: EC 4.2.1.11
   
   2-phospho-D-glycerate <=> phosphoenolpyruvate +  H₂O
   
   C₃H₇O₇P  <=> C₃H₅O₆P + H₂O  
   
   
   Klik voor informatie op de structuren...
    

   Enolase katalyseert de omzetting van 2-fosfoglycerinezuur tot enolpyrodruivezuur ( PEP : phosphoenolpyruvate)
   
   
   
   
   
    

10. Pyruvate kinase
    
    Synoniemen: Phosphoenolpyruvate kinase,   Phosphoenol transphosphorylase
    
    ExPASy: EC 2.7.1.40
    
    ATP +  pyruvate <=> ADP +  phosphoenolpyruvate
    
    C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃ + C₃H₄O₃  <=> C₁₀H₁₅N₅O₁₀P₂ + C₃H₅O₆P
    
    Human Genetic Disease(s):
    
    Pyruvate kinase deficiency
    
    OMIM: Pyruvate kinase deficiency ( Hemolytic anemia due to pyruvate kinase deficiency )

    OMIM: Clinical synopsis
    
    
    
    
    
    Klik voor informatie op de structuren...
    
    Pyruvate kinase (PK) katalyseert de omzetting van enolpyrodruivezuur tot pyrodruivezuur
    
    
    
     

    Regulering Glycolyse:
     

    Glycolysis Enzyme	ΔG0l (kJ/mol)	ΔG (kJ/mol)
    Hexokinase	-20,9	-27,2
    Phosphoglucose isomerase	+2,2	-1,4
    Phosphofructokinase	-17,2	-25,9
    Aldolase	+22,8	-5,9
    Triose phosphate isomerase	+7,9	negative
    Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase en Phosphoglycerate kinase	-16,7	-1,1
    Phosphoglycerate mutase	+4,7	-0,6
    Enolase	-3,2	-2,4
    Pyruvate Kinase	-23,0	-13,9

    Values in this table from D. Voet & J. G. Voet  (2004)  Biochemistry, 3rd Edition, John Wiley & Sons, New York, p. 613.

    
     

Lactaat:

LDH ( lactate Dehydrogenase ) kan onder anaërobische condities in erytrocyten en onder aërobische condities pyrodruivenzuur omzetten in lactaat ( melkzuur ).

L-Lactate dehydrogenase (LDH)

Synoniemen voor dit enzym zijn: L-lactic acid dehydrogenase. L-lactic dehydrogenase

ExPASy: 1.1.1.27

OMIM: Lactate dehydrogenase A deficiency

(S)-lactate+  NAD⁺ <=> pyruvate +  NADH

C₃H₆O₃ + C₂₁H₂₈N₇O₁₄P₂ <=> C₃H₄O₃ + C₂₁H₂₉N₇O₁₄P₂ + H⁺

Alcoholische fermentatie:

Bij alcoholische fermentatie wordt pyrodruivenzuur in twee stappen omgezet in ethanol volgens :

Stap 1: enzym pyruvate decarboxylase:    Pyruvate  >  acetaldehyde + CO₂

C₃H₄O₃  <=> C₂H₄O + CO₂

Stap 2: enzym alcohol dehydrogenase:     Acetaldehyde + NADH + H⁺  >  ethanol + NAD⁺

C₂H₄O + C₂₁H₂₉N₇O₁₄P₂ + H⁺ <=> C₂H₆O + C₂₁H₂₈N₇O₁₄P₂
 

Overall:

Glucose + 2ADP + 2Pi <=> 2etanol + 2CO₂ + 2ATP + 2H₂O

Overzicht Glycolyse:

Overall energiebalans:

De overall energiebalans per glucose molecuul is :

Soms wordt een totaal van 36 ATP aangehouden, omdat bekend is dat in eukaryote cellen het gereduceerde NAD, dat gevormd is door de glycolyse in het cytoplasma, actief getransporteerd moet worden over de mitochondriële membraan om beschikbaar te komen voor de elektronentransportketen.

Het actieve transport over het membraan kost 1 ATP voor elk NADH dat getransporteerd wordt.
Wanneer men zo wil redeneren , moet men ook het actieve transport van andere moleculen in ogenschouw nemen. ( pyruvaat ? , fosfaat ? , Mg⁺  etc ). 

Het juiste netto resultaat van ATP is onbekend , maar moet worden beschouwd als minder dan 36.


 

	Introduction : Glycolysis
	Hoofdmenu