2.1.1 Glycolysis Pathway



ครูไวยุ์

   Glycolysis (from glycose, an older term for glucose + -lysis degradation) is the metabolic pathway that converts glucose C6H12O, into pyruvate, CH3COCOO+H+. The free energy released in this process is used to form the high-energy compounds ATP (Adenosine Triphosphate) and NADH (reduced nicotinamide adenine dinucleotide).

    Glycolysis is a definite sequence of ten reactions involving ten intermediate compounds (one of the steps involves two intermediates). The intermediates provide entry points to glycolysis. For example, most monosaccharides, such as fructoseglucose, and galactose, can be converted to one of these intermediates. The intermediates may also be directly useful. For example, the intermediate dihydroxyacetone phosphate (DHAP) is a source of the glycerol that combines with fatty acids to form fat.

   It occurs, with variations, in nearly all organisms, both aerobic and anaerobic. The wide occurrence of glycolysis indicates that it is one of the most ancient known metabolic pathways. It occurs in the cytosol of the cell.

     The most common type of glycolysis is the Embden-Meyerhof-Parnas (EMP pathway), which was first discovered by Gustav Embden, Otto Meyerhof, and Jakub Karol Parnas. Glycolysis also refers to other pathways, such as the Entner–Doudoroff pathway and various heterofermentative and homofermentative pathways. However, the discussion here will be limited to the Embden-Meyerhof-Parnas pathway.

     The entire glycolysis pathway can be separated into two phases : 
   1. The Preparatory Phase - in which ATP is consumed and is hence also known as the investment phase
    2. The Pay Off Phase - in which ATP is produced.
  
เป็นกระบวนการสลายกลูโคส ที่เกิดขึ้นต่อเนื่องหลายขั้นตอนให้เกิดเป็นไพรูเวท(pyruvate) โดยจะได้พลังงานทั้งในรูป ATP และ NADH (ซึ่งเก็บพลังงานเคมีไว้ในตัว) กระบวนการนี้เกิดขึ้นกับเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด โดยเกิดขึ้นในส่วนไซโทซอล ทั้งปฏิกิริยาที่ใช้ออกซิเจน และไม่ใช้ออกซิเจน ถ้า เป็นปฏิกิริยาที่ใช้ออกซิเจน ไพรูเวทจะถูกส่งผ่านกระบวนการสร้างอะซิติล โคเอนไซม์ เอ (Acetyl Co A) ต่อไปยังวัฏจักรเครบส์ (Kreb's cycle) และเข้าสู่ขั้นตอนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน (Oxidative phosphoreation) หรือถ้าเป็นปฏิกิริยาไม่ใช้ออกซิเจน จะถูกเปลี่ยนเป็นเอทานอล (ethanol) ในกระบวนการหมักแอลกอฮอล์ (alcohol fermentation) หรือเปลี่ยนเป็นแลกเตต (lactate) ในการทำงานของกล้ามเนื้อลาย ขณะที่กล้ามเนื้อทำงานหนัก

    ปฏิกิริยาทั้งหมดในวิถีไกลโคลิซีสถูกค้นพบตั้งแต่ ค.ศ. 1940 การค้นพบนี้มีที่มาจากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ หลายคน เช่น Gustave Embden, Otto Myerhof และ Jakub Karol Panas (นักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยา ค.ศ.1922) วิถีไกลโคลิซีสนี้มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า วิถี Embden-Myerhof-Panas Pathway (EMP Pathway) โดยตั้งชื่อขึ้นตามนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งมีส่วนร่วมที่สำคัญในการค้นพบวิถีไกลโคลิซีส  

วิถีไกลโคลิซีสอาจแบ่งเป็น 3 ขั้นตอนใหญ่ๆ



ขั้นตอนที่ 1 เป็นการเติมหมู่ฟอสเฟตจาก ATP ให้น้ำตาลกลูโคส

ขั้นตอนที่ 2 เปลี่ยนน้ำตาลที่มี 6 คาร์บอน ให้เป็น น้ำตาลที่มีคาร์บอน 3 อะตอม หรือที่เรียกว่าไตรโอสฟอสเฟต (triose phosphate) จำนวน 2 ตัว (ในที่นี้คือ GAP และ DHAP)

ขั้นตอนที่ 3 เป็นการออกซิเดชันของไตรโอสฟอสเฟตให้เป็นไพรูเวท และได้ ATP ดังแสดงในภาพ



Glycolysis Pathway

     โดยสรุป วิถีไกลโคลิซิสทั้ง 10 ขั้นตอน อาจแบ่งได้เป็น 2 ขั้นใหญ่ ตามพลังงานที่ใช้ไป และพลังงานที่สร้างคืนมา ดังแสดงภาพ

ภาพแสดงพลังงานที่ใช้ไปและพลังงานที่ได้กลับมาจากวิถีไกลโคลิซีส




สมการเคมีวิถีไกลโคลิซีส

 
glucose+2ADP+2NAD++2Pi ---> 2pyruvate+2ATP  2NADH+2H2O+2H+



     นอกจากน้ำตาลกลูโคสแล้วยังมีน้ำตาลอื่นๆ ที่มีอยู่ปริมาณมาก  น้ำตาลที่เราใช้กันทั่วไปในชีวิตประจำวัน คือ ซูโครส (sucrose) หรือน้ำตาลอ้อย จะแตกตัวให้เป็นกลูโคสและฟรักโทส (fructose) น้ำผึ้งก็เป็นน้ำตาลฟรักโทส นอกจากนี้ยังมีน้ำตาลในนม ซึ่งคือแลกโตส (lactose) จะแตกตัวให้กลูโคสและแกแลกโตส (galactose)



แผนภาพกระบวนการสลายน้ำตาลชนิดอื่นๆ

ไกลโคเจนให้พลังงานผ่านวิถีไกลโคลิซีสได้อย่างไร?

   ไกลโคเจน (glycogen) คือ โพลิเมอร์ของกลูโคสที่สะสมอยู่ในกล้ามเนื้อและตับ เมื่อกลูโคสในเลือดมีมากเกินพอก็จะถูกเปลี่ยนเป็นไกลโคเจน สะสมไว้ที่กล้ามเนื้อและตับ เมื่อกลูโคสในเลือดลดระดับลง ก็จะมีการสลายไกลโคเจนจากแหล่งดังกล่าวให้เป็นกลูโคส และส่งเข้ากระแสเลือดไปยังเซลล์ต่างๆ เพื่อใช้ในกระบวนการหายใจได้ ซึ่งกระบวนการสลายไกลโคเจนให้เป็นน้ำตาลกลูโคสจะใช้เอนไซม์ glycogen phosphorylase เปลี่ยนกลูโคสให้เป็น กลูโคส-1-ฟอสเฟต ต่อจากนั้นจึงเปลี่ยนเป็น กลูโคส-6-ฟอสเฟต และเข้าสู่วิถีไกลโคลิซีสตามปกติ

ขั้นต่อไป ออกซิเดทีฟดีคาร์บอกซิเลชันของไพรูเวท (Oxidative decarboxylation of pyruvate)


1 ความคิดเห็น: