Glycolysis wrong source
600px|thumb|Glykolýza Glykolýza je metabolický proces, který mění glukózu (resp. glukózu-6-fosfát) na dvě molekuly pyruvátu.[1]
Za anaerobních podmínek se pyruvát mění na laktát za katalýzy laktátdehydrogenázy. Pokud má buňka dostatek kyslíku a mitochondrií, pyruvát je přenesen do mitochondriální matrix a podléhá oxidační dekarboxylaci – reakce pyruvátdehydrogenázového komplexu. Regulačními enzymy jsou 6-fosfofrukto-1-kináza, pyruvátkináza (a do jisté míry i hexokináza/glukokináza).
Fosforylace glukózy
left|thumb|150px|Fosforylace glukózy Glukózu musíme nejdříve aktivovat a návázat na ni fosfát. Glukóza-6-fosfát, je důležitým východiskem nejen pro glykolýzu, ale i pro pentosový cyklus a syntézu glykogenu. Reakce probíhá za katalýzy hexokinázy (většina buněk těla) nebo glukokinázy (hepatocyty, β-buňky pankreatu).
Hexokináza
Km pro tento enzym je rovna 0,1 mmol/l, to tedy znamená, že reakce bude probíhat s dostatečnou rychlostí i při nízké koncentraci glukózy. Nebo jinými slovy - enzym bude téměř maximálně aktivní při dolní hranici normální glykémie (3,5 mmol/l).
Glukokináza
Km pro tento enzym je rovna 10 mmol/l což znamená, že funguje pouze při zvýšené hladině glukózy. Její umístění má funkční význam – β buňky takto dostávají signál k produkci inzulinu (po jídle glykémie výrazně narůstá, proto začníná glukokináza pracovat). Játra zase po zvýšení glykémie vychytávají glukózu, kterou využívají na syntézu glykogenu do zásoby.
Posloupnost enzymů a reakcí
Glukóza-6-fosfátizomeráza
Tato reakce je vratná, dává vznik fruktóze-6-fosfátu. Enzym působí pouze na α-anomer glukózy.
6-Fosfofrukto-1-kináza
thumb|200px|Fosforylace Fru-6-P Tato reakce je nevratná, aktivitu enzymu můžeme allostericky ovlivnit. Z toho vyplývá, že má podstatnou úlohu v regulaci glykolýzy. Jako kofaktor vystupuje Mg2+. Produktem reakce je fruktóza-1,6-bisfosfát.
Aldoláza
thumb|200px|Štiepenie Fru-1,6-BP, vzájemná přeměna DAP a GAP Fruktóza-1,6-bisfosfát podléhá štěpení na dva triózafosfáty, a sice glyceraldehyd-3-fosfát (GAP) a dihydroxyacetónfosfát (DAP). Jelikož další pokračování glykolýzy vyžaduje právě GAP, je nutné přeměnit DAP na GAP. Děje se tak prostřednictvím enzymu triózafosfátizomerázy.
Glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenáza
thumb|200px|Oxidace GAP Tento enzym váže na GAP (za současné oxidace) volný (anorganický) fosfát (Pi). Oxidace je reakce exergonická. Uvolněná energie se uloží do makroergní vazby s fosfátem (zjednodušeně…), produkt reakce je 1,3-bisfosfoglycerát a jedna molekula NADH + H+
Fosfoglycerátkináza
Makroergní fosfát, vznikající v předcházející reakci, je zachycen ve formě ATP (reakce s ADP). Jestliže ATP vzniká mimo dýchací řetězec, hovoříme o tzv. fosforylaci na substrátové úrovni. V reakci kromě ATP vzniká i 3-fosfoglycerát.
Fosfoglycerátmutáza
Fosfát je touto reakcí přesunut z pozice ’tři’ do pozice ’dva’. Dostáváme tedy 2-fosfoglycerát (2-PG).
Enoláza
Enoláza způsobuje dehydrataci 2-PG, a tím povznesení fosfátu do vysokoenergetického stavu (resp. jeho odštěpení, ke kterému následně dojde, bude mít vážné následky). Vzniká fosfoenolpyruvát. Enoláza může být inhibována fluoridem (klinické využití: pokud chceme zabránit glykolýze v krvi před stanovením glykémie).
Pyruvátkináza
Pyruvátkináza odštěpí fosfát. Tím pádem dostáváme vysoce nestabilní sloučeninu – enol-pyruvát. Proč je zde taková nestabilita? Vodík, navázaný na kyslík v rámci hydroxyskupiny, má tendence se přesouvat na uhlík, tím se dvojná vazba přesmykne mezi uhlíkem a kyslíkem, a tím dochází ke vzniku ketoskupiny (tzv. keto-enol tautomerie). Při přesmyku se uvolní energie, která je zachycena ve formě ATP (ADP reaguje s uvolněným fosfátem). Reakce je nevratná, a tedy potenciálně regulační. Výsledkem je pyruvát (nebo tedy keto-pyruvát).
Přeměny pyruvátu
Energetická bilance
| Aerobní podmínky | --- | Anaerobní podmínky | ||
| aktivace | −2 ATP | --- | aktivace | -2 ATP |
| přímo v glykolýze | 2 x 2 ATP | --- | přímo v glykolýze | 2 x 2 ATP |
| redukované koenzymy (člunky) | 3–5 ATP | --- | redukované koenzymy | spotřebované pro LDH |
| PDH komplex | 5 ATP | --- | ||
| oxidace AcCoA | 20 ATP | --- | ||
| celkově | 30–32 ATP | --- | celkově | 2 ATP |
Aerobní podmínky
V případě dostatečného množství kyslíku v buňce spotřebovává dýchací řetězec redukované koenzymy. Citrátový cyklus běží naplno (dodávka redukovaných koenzymů) a potřebuje pro svou činnost acetylkoenzym A. Ten přichází z nevratné PDH reakce, která spotřebovává pyruvát vznikající v glykolýze. Malá poznámka ke člunkům: Redukované koenzymy, které vznikly v glykolýze, nedifundují přes mitochondriální membrány. K jejich transportu se využívají člunky – Malátaspartátový (v konečném důsledku přínos 5 ATP v dýchacím řetězci) a Glycerolfosfátový (v konečném důsledku přínos 3 ATP v dýchacím řetězci). Proto je v tabulce v kolonce „redukované koenzymy (člunky)“ uveden údaj 3–5 ATP.
Anaerobní podmínky
Pokud buňka nemá mitochondrie (Erytrocyty, dřeň ledviny) nebo dostatek kyslíku (ischemická tkáň, kosterní sval při zátěži), dýchací řetězec funguje omezeně (resp. je zastaven). Současně s ním stagnují děje, které mu předcházejí (citrátový cyklus, PDH). LDH proto přeměňuje hromadící se pyruvát na laktát. Ten se postupně vylučuje do krve.
Při narušení cirkulace (infarkt myokardu, plicní embolie, šok) vysoké plazmatické hladiny laktátu způsobí pokles pH a rozvíjí se respirační acidóza.
Anaerobní glykolýza probíhá i v buňkách orgánů, které nemají vyvinuté bohaté cévní zásobení: čočka, rohovka.
Regulace
Iron
