당분해
Glycolysis | 이 기사는 대부분의 독자들이 이해하기에는 너무 전문적일 수 있다.(2021년 (템플릿메시지 및 에 대해 ) |
당분해는 포도당을 변환하는 대사 경로이다.피루브산(CHCOCOH32)으로6126 변환됩니다.이 과정에서 방출되는 자유 에너지는 고에너지 분자 아데노신 삼인산(ATP)과 환원 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(NADH)[1]를 형성하는데 사용된다.당분해는 효소에 의해 촉매되는 10가지 반응의 연속이다.탄수화물의 결합 에너지 포획.ATP 저장
당분해는 산소를 필요로 하지 않는 대사 경로이다.다른 종에서 해당과정의 광범위한 발생은 해당과정이 고대 대사 [2]경로임을 나타낸다.실제로 해당과정과 그 평행경로인 펜토오스 인산경로를 구성하는 반응들은 시생대양의 산소 없는 조건, [3]또한 효소가 없는 상태에서 금속에 의해 촉매된다.
대부분의 유기체에서 해당과정은 세포의 액체 부분인 세포에서 일어난다.해당과정의 가장 일반적인 유형은 구스타프 엠벤, 오토 마이어호프 및 야쿱 카롤 파르나스에 의해 발견된 엠벤-마이어호프-파르나스 경로이다.당분해는 또한 Entner-Doudoroff 경로, 다양한 이질발효 경로 및 동질발효 경로와 같은 다른 경로를 참조한다.단, 여기서의 논의는 Embden-Meyerhof-Parnas [4]경로로 한정된다.
해당과정은 두 [5]단계로 분리될 수 있다.
- 투자 단계 – ATP가 소비되는 단계
- 수율 단계 – 최초 소비량보다 더 많은 ATP가 생산됩니다.
개요
해당과정의 전반적인 반응은 다음과 같다.
이 방정식에 기호를 사용하면 산소 원자, 수소 원자 및 전하와 관련하여 불균형적으로 보입니다.원자 균형은 두 개의 인산염([6]Pi) 그룹에 의해 유지됩니다.
- 각각은 인산수소 음이온(HPO4)2− 형태로 존재하며, 전체적으로 2H를+ 기여하도록 해리된다.
- 각각이 아데노신 이인산(ADP) 분자에 결합할 때 산소 원자를 방출하여 전체적으로 2O를 기여합니다.
전하들은 ADP와 ATP의 차이에 의해 균형을 이룬다.세포 환경에서 ADP의 모든 3수산화 그룹 −O−과 수소 이온에, ADP3− 주는 것, 그리고 이 이온 Mg2+을 가진 이온 결합에 ATP똑같이 네명 수산화들을 제외한 ATPMg2−을 주는 행동 ADPMg−을 주는 존재하는 경향이 있 그렇다.그 두 인산염 그룹에 진정한 기소와 함께 이러한 차이점을 따라 toget으로 여겨진다.양쪽에 -4의 순전하가 균형을 이루고 있어요
단순 발효의 경우, 포도당 한 분자가 피루브산 두 분자로의 대사량은 두 분자의 ATP 순 산출량을 가진다.그런+ 다음 대부분의 세포는 사용된 NAD를 "재매입"하기 위한 추가 반응을 수행하고 에탄올 또는 젖산의 최종 제품을 생산합니다.많은 박테리아가 무기 화합물을 수소 수용체로 사용하여 NAD를 재생한다+.
유산소 호흡을 하는 세포는 해당과정의 일부로서가 아니라 훨씬 더 많은 ATP를 합성한다.이러한 추가적인 호기성 반응은 해당과정의 피루브산과 NADH + H를+ 사용한다.진핵생물 호기성 호흡은 각 포도당 분자에 대해 약 34개의 추가적인 ATP 분자를 생성하지만, 이러한 분자의 대부분은 해당과정의 기질 수준 인산화와는 크게 다른 메커니즘에 의해 생성된다.
유산소 호흡에 비해 혐기성 호흡의 포도당 낮은 에너지 생성은 지방산과 같은 혐기성 기질의 대체 공급원이 발견되지 않는 한 저산소(저산소) 조건에서 경로를 통해 더 큰 플럭스를 초래한다.
| 당분해, 글루코네제네시스, 글리코겐 분해 등을 포함한 일반적인 단당류 대사 |
|---|
 |
역사
오늘날 알려진 해당과정의 경로는 완전히 [7]해명하는데 거의 100년이 걸렸다.경로를 전체적으로 이해하기 위해서는 많은 소규모 실험의 결합 결과가 필요했다.
당분해를 이해하기 위한 첫 단계는 19세기에 와인 산업과 함께 시작되었다.경제적인 이유로, 프랑스 와인 산업은 왜 와인이 알코올로 발효되는 대신 때때로 불쾌하게 변하는지 조사하려고 했다.프랑스 과학자 루이 파스퇴르는 1850년대에 이 문제를 연구했고, 그의 실험 결과는 해당과정의 [8]경로를 설명하기 위한 긴 여정을 시작했다.그의 실험은 발효가 살아있는 미생물과 효모의 작용에 의해 발생하며 발효의 유산소 조건 하에서 효모의 포도당 소비는 혐기성 조건과 비교하여 [9]감소한다는 것을 보여주었다.
해당과정의 구성요소 단계에 대한 통찰은 1890년대 [10][11]에두아르트 부흐네르의 비세포 발효 실험에 의해 제공되었다.부흐네르는 [12]: 135–148 효모 추출물의 무생물 추출물을 사용하여 추출물의 효소의 작용으로 포도당의 에탄올로의 전환이 가능하다는 것을 입증했다.이 실험은 생화학에 혁명을 일으켰을 뿐만 아니라 후대의 과학자들이 보다 통제된 실험실 환경에서 이 경로를 분석할 수 있게 해주었다.일련의 실험에서, 과학자 Arthur Harden과 William Young은 당분해 과정을 [13]더 많이 발견했다.그들은 알코올 발효 동안 포도당 소비에 대한 ATP의 조절 효과를 발견했습니다.그들은 또한 당분해 중간물인 [12]: 151–158 과당 1,6-이인산이라는 한 화합물의 역할을 밝혀냈다.
과당 1,6-이인산염의 설명은 효모즙을 포도당으로 배양했을 때 CO 수치를 측정하여2 이루어졌다.CO2 생산량은 빠르게 증가했다가 둔화되었다.Harden과 Young은 혼합물에 무기인산염(Pi)을 첨가하면 이 과정이 다시 시작된다고 언급했다.Harden과 Young은 이 과정이 유기 인산 에스테르를 생성했다고 추론했고, 추가 실험을 통해 과당 이인산(F-1,6-DP)을 추출할 수 있었다.
Arthur Harden과 William Young은 Nick Sheppard와 함께 두 번째 실험에서 발효를 진행하기 위해 고분자 아세포 분율(효소)과 저분자 세포질 분율(ADP, ATP, NAD+ 및 기타 보조 인자)이 함께 필요하다는 것을 확인했습니다.이 실험은 투석된 (정제된) 효모 주스가 발효될 수 없거나 심지어 인산당도 만들어낼 수 없다는 것을 관찰하는 것으로 시작되었습니다.이 혼합물은 끓인 이스트 추출물을 첨가하여 구했다.효모 추출물을 끓이면 모든 단백질이 (변성될 때) 비활성화됩니다.끓인 추출물과 투석 주스의 발효 완료 능력은 보조 인자가 [13]비단백질이었음을 시사합니다.
1920년대에 오토 마이어호프는 부흐네르, 하덴, 그리고 영에 의해 발견된 당과정의 많은 개별 조각들 중 일부를 함께 연결할 수 있었다.마이어호프와 그의 팀은 근육 조직으로부터 당화효소를 추출하여 글리코겐에서 [14][15]젖산으로 가는 경로를 인공적으로 만들기 위해 결합할 수 있었다.
한 논문에서, Meyerhof와 과학자 Renate Junowicz-Kockolaty는 과당 1,6-diphosphate를 두 개의 삼인산염으로 분해하는 반응을 조사했습니다.이전 연구에서는 1,3-디포스포글리세린알데히드 및 산화효소와 코지마아제를 통해 분할이 일어났다고 제안했다.Meyerhoff와 Junowicz는 이성질화효소에 대한 평형상수와 알도스 반응이 무기인산염이나 다른 아늑한 효소 또는 산화효소에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 발견했다.그들은 해당과정의 [15]가능한 중간체로서 디포스포글리세르알데히드를 추가로 제거했다.
1930년대까지 이 모든 조각들을 이용할 수 있게 되면서, Gustav Embden은 우리가 현재 [16]당분해라고 알고 있는 경로에 대한 상세하고 단계적인 개요를 제안했다.경로의 복잡성을 결정하는 데 가장 큰 어려움은 빠른 해당과정 반응 중간체의 매우 짧은 수명과 낮은 정상 상태 농도 때문이었다.1940년대에 마이어호프, 엠벤과 다른 많은 생화학자들이 마침내 [15]해당과정의 퍼즐을 완성했다.고립 경로에 대한 이해는 이후 수십 년 동안 그 조절과 다른 대사 경로와의 통합에 대한 더 자세한 내용을 포함하도록 확장되었다.
반응 순서
반응의 개요
+
2 ×글리세린알데히드3-인산
2 ×3-포스포글리세린산
2 ×2-포스포글리세린산
2 ×포스포에놀피루브산
2 ×피루브산
준비 단계
해당과정의 첫 5단계는 포도당을[5] 두 개의 3탄당 인산염(G3P)으로 변환하기 위해 에너지를 소비하기 때문에 준비(또는 투자) 단계로 간주됩니다.
| ||||||||||||||||||||
첫 번째 단계는 포도당 6-인산을 형성하기 위해 헥소키나아제라고 불리는 효소군에 의한 포도당의 인산화이다.이 반응은 ATP를 소비하지만 포도당 농도를 낮게 유지하여 혈장막 운반체를 통해 포도당이 세포로 지속적으로 전달되도록 촉진합니다.또한 포도당의 유출을 차단한다 – 세포는 G6P를 위한 운반체가 부족하며, G6P의 하전 특성으로 인해 세포 밖으로의 자유 확산이 방지된다. 포도당은 세포 내 전분 또는 글리코겐의 형광 분해 또는 가수 분해로부터 형성될 수 있다.
동물에서는 글루코키나아제라고 불리는 헥소키나제의 동질효소가 간에서도 사용되며, 포도당에 대한 친화력이 훨씬 낮고(정상m 혈당 부근의 K), 조절 특성이 다르다.이 효소의 다른 기질 친화력과 대체 조절은 혈당 수치를 유지하는 데 있어 간의 역할을 반영한다.
보조2+ 요인: Mg
| ||||||||||||||||||||
이어서 포도당 인산 이성질화효소에 의해 G6P가 과당 6-인산(F6P)으로 재배열된다.과당은 또한 이 시점에서 인산화에 의해 해당과정 경로로 들어갈 수 있다.
구조 변화는 이성화이며, G6P가 F6P로 변환되었습니다.그 반응은 진행되기 위해 포스포글루코스 이성질화효소가 필요하다.이 반응은 정상적인 세포 조건에서는 자유롭게 되돌릴 수 있다.그러나 당분해의 다음 단계에서 지속적으로 소비되는 낮은 농도의 F6P 때문에 종종 앞으로 유도된다.F6P 농도가 높은 조건에서 이 반응은 쉽게 역방향으로 진행됩니다.이 현상은 르 샤틀리에의 원리를 통해 설명될 수 있다.제4반응단계(이하)에서 카바니온 안정화를 위해서는 케토당으로의 이성화가 필요하다.
| ||||||||||||||||||||
이 단계에서 다른 ATP의 에너지 지출은 두 가지 방법으로 정당화된다.당분해 과정(이 단계까지)은 되돌릴 수 없게 되고 공급되는 에너지는 분자를 불안정하게 만든다.포스포프룩토키나아제 1(PFK-1)에 의해 촉매되는 반응은 ATP(에너지적으로 유리한 단계)의 가수분해와 결합되기 때문에 본질적으로 되돌릴 수 없으며, 글루코네제네시스 동안 역변환을 하기 위해 다른 경로를 사용해야 한다.이 때문에, 그 반응이 주요한 규제 포인트가 됩니다(아래를 참조).이것도 환율 제한 단계입니다.
또한 해당과정의 후속 단계에서 2개의 하전기를 형성하기 위해 제2인산화 이벤트가 필요하며, 기질이 세포 밖으로 자유롭게 확산되는 것을 방지할 수 있다.
동일한 반응은 또한 대부분의 식물, 일부 박테리아, 원생동물에서 발견되지만 동물에서는 발견되지 않는 피로인산 의존성 포스포프룩토키나아제(PFP 또는 PPi-PFK)에 의해 촉매될 수 있다.이 효소는 ATP 대신 피로인산염(Pi)을 인산염 공여체로 사용한다.그것은 당질 [17]대사의 유연성을 증가시키는 가역적 반응이다.보다 희귀한 ADP 의존성 PFK 효소 변이가 고고학 [18]종에서 확인되었다.
보조2+ 요인: Mg
| ||||||||||||||||||||||||||
이전 반응에서 분자를 불안정하게 하면 알돌라아제에 의해 헥소스 고리가 디히드록시아세톤 인산염(케토스)과 글리세르알데히드 3-인산(알도스)의 두 가지 트리오스 당으로 분할된다.알돌라아제에는 두 가지 종류가 있습니다: 동물과 식물에 존재하는 I급 알돌라아제와 곰팡이와 박테리아에 존재하는 II급 알돌라아제; 두 가지 종류는 케토스 고리를 절단할 때 다른 메커니즘을 사용합니다.
탄소-탄소 결합 균열에서 비국재화된 전자는 알코올기와 관련됩니다.생성된 카르보아니온은 공진 전하 분포를 통해 카르보아니온 자체의 구조와 하전 이온 보철기의 존재에 의해 안정화된다.
| ||||||||||||||||||||
트리오스인산 이성질화효소는 디히드록시아세톤 인산염과 글리세린알데히드 3-인산(GADP)을 빠르게 상호 변환하여 해당과정에 더 많이 진행된다.이는 글리세린알데히드 3-인산과 동일한 경로를 통해 디히드록시아세톤 인산염을 유도하여 조절을 단순화하기 때문에 유리하다.
지불 단계
해당과정의 후반부는 에너지가 풍부한 분자인 ATP와 NADH의 [5]순이익으로 특징지어지는 보상 단계로 알려져 있다.이것은 2개의 NADH 분자와 4개의 ATP 분자를 생성하며, 포도당 당 당분해 경로에서 2개의 NADH 분자와 2개의 ATP 분자의 순 이득을 이끌어 낸다.
| ||||||||||||||||||||
트리오스당의 알데히드기는 산화되어 무기인산이 첨가되어 1,3-비스포스포글리세린산염이 형성된다.
수소는 수소 운반체인 NAD의+ 두 분자를 환원하는 데 사용되며, 각 트리오스에 대해 NADH + H를+ 제공합니다.
인산염(Pi)기가 실제로 수소인산 음이온(HPO2-4)[6] 형태로 존재하기 때문에 수소원자 밸런스와 전하 밸런스가 모두 유지되며, 수소인산 음이온은 분해되어 여분의+ H이온을 기여하고 양측에 -3의 순전하를 부여한다.
여기서 무기인산과 유사한 음이온인 비산염(AsO4)3−이 기질로서 인산염을 치환하여 1-아르세노-3-포스포글리세린을 형성해도 된다.그러나 이는 불안정하고 쉽게 가수분해되어 경로의 다음 단계의 중간체인 3-포스포글리세린을 형성한다.이 단계를 우회한 결과, 다음 반응에서 1-3 비스포스포글리세린산염에서 생성된 ATP 분자는 반응이 진행되더라도 생성되지 않는다.그 결과 비산염은 당분해의 [19]언커플러이다.
| ||||||||||||||||||||
이 단계는 인산기가 포스포글리세린산 키나제에 의해 1,3-비스포스포글리세린산염에서 ADP로 효소적으로 전달되어 ATP 및 3-포스포글리세린산을 형성하는 것이다.이 단계에서 해당과정은 손익분기점에 도달했다: 2개의 ATP 분자가 소비되었고, 2개의 새로운 분자가 합성되었다.두 가지 기질 수준 인산화 단계 중 하나인 이 단계는 ADP를 필요로 한다. 따라서 세포에 많은 ATP가 있을 때(그리고 ADP가 거의 없을 때), 이 반응은 일어나지 않는다.ATP는 대사되지 않을 때 상대적으로 빨리 부패하기 때문에, 이것은 해당과정의 중요한 조절 지점이다.
ADP는 실제로 ADPMg로− 존재하며 ATP는2− ATPMg로 존재하며 양쪽에서 -5의 전하 균형을 유지합니다.
보조2+ 요인: Mg
| ||||||||||||||||||||
포스포글리세린산 뮤타아제는 3-포스포글리세린산을 2-포스포글리세린산으로 이성질화한다.
| ||||||||||||||||||||
다음으로 에놀라아제는 2-포스포글리세린을 포스포에놀피루브산으로 변환한다.이 반응은 E1cB 메커니즘을 수반하는 제거 반응이다.
보조인자: 22+ Mg, 기질의 카르본산염기와 배위하는 "구성" 이온 1개 및 탈수에 관여하는 "촉매" 이온 1개.
| ||||||||||||||||||||
최종 기질 수준 인산화효소는 이제 피루브산 키나제를 통해 피루브산 분자와 ATP 분자를 형성한다.이것은 포스포글리세린산인산화효소 단계와 유사한 추가적인 조절 단계로 작용한다.
보조2+ 요인: Mg
생화학적 논리
두 개 이상의 조절 지점이 존재한다는 것은 해당 지점 사이의 중간체가 다른 과정을 통해 당분해 경로로 들어오고 나가는 것을 의미한다.예를 들어, 첫 번째 조절 단계에서 헥소키나제는 포도당을 포도당 6-인산으로 변환한다.해당과정을 계속하는 대신, 이 중간생성물은 글리코겐이나 녹말과 같은 포도당 저장 분자로 전환될 수 있다.예를 들어 글리코겐과 같은 역반응은 주로 포도당 6-인산을 생성하며, 반응에서 유리 포도당은 거의 형성되지 않는다.이렇게 생성된 포도당 6-인산은 첫 번째 조절점 이후 해당과정에 들어갈 수 있다.
제2조절공정(해당작용의 제3단계)에서 포스포프룩토키나제는 과당-6-인산을 과당-1,6-이인산으로 변환하고, 과당-1,6-이인산은 글리세린알데히드-3-인산 및 디히드록시아세톤인산으로 변환한다.디히드록시아세톤 인산염은 글리세롤-3-인산으로 전환되어 해당과정에서 제거될 수 있으며, 글리세리드 [20]생성에 사용될 수 있다.반대로, 트리글리세라이드는 지방산과 글리세롤로 분해될 수 있으며, 트리글리세라이드는 디히드록시아세톤 인산염으로 전환될 수 있으며, 디히드록시아세톤 인산염은 두 번째 조절점 이후 해당과정에 들어갈 수 있다.
자유 에너지 변화
| 컴파운드 | 농도 / mM |
|---|---|
| 포도당 | 5.0 |
| 글루코오스-6-인산 | 0.083 |
| 과당-6-인산 | 0.014 |
| 과당-1,6-이인산 | 0.031 |
| 인산디히드록시아세톤 | 0.14 |
| 글리세린알데히드-3-인산 | 0.019 |
| 1,3-비스포스포글리세린산 | 0.001 |
| 2,3-비스포스포글리세린산 | 4.0 |
| 3-포스포글리세린산 | 0.12 |
| 2-포스포글리세린산 | 0.03 |
| 포스포에놀피루브산 | 0.023 |
| 피루브산 | 0.051 |
| ATP | 1.85 |
| ADP | 0.14 |
| Pi. | 1.0 |
해당과정의 각 단계에 대한 자유 에너지 변화 δG는 δG = δG°' + RTln Q를 사용하여 계산할 수 있으며, 여기서 Q는 반응 계수이다.이것은 대사물의 농도를 알아야 한다.NAD 및 NADH 농도를+ 제외하고 적혈구에 대해 이러한 모든 값을 사용할 수 있다.세포질에서 NAD 대 NADH의 비율은+ 약 1000으로, 글리세린알데히드-3-인산의 산화가 유리하다(6단계).
각 단계에서 측정된 농도와 표준 자유 에너지 변화를 사용하여 실제 자유 에너지 변화를 계산할 수 있습니다.(이를 무시하는 것은 매우 일반적이다 - 세포에서 ATP 가수분해의 델타 G는 교과서에서 인용된 ATP 가수분해의 표준 자유 에너지 변화가 아니다.)
| 걸음 | 반응 | ΩG°' / (kJ/mol) | ΩG / (kJ/mol) |
|---|---|---|---|
| 1 | 포도당 + ATP4− → 포도당-6-인산2− + ADP3− + H+ | −16.7 | −34 |
| 2 | 글루코스-6-인산2−→과당-6-인산2− | 1.67 | −2.9 |
| 3 | 과당-6-인산2−+ATP4−→과당-1,6-이인산4−+ADP3−+H+ | −14.2 | −19 |
| 4 | 과당-1,6-이인산4−→디히드록시아세톤인산2−+글리세린알데히드-3-인산2− | 23.9 | −0.23 |
| 5 | 디히드록시아세톤인산2−→글리세린알데히드-3-인산2− | 7.56 | 2.4 |
| 6 | 글리세린알데히드-3-인산2−+Pi2−++NAD→1,3-비스포스포글리세린산4−+NADH+H+ | 6.30 | −1.29 |
| 7 | 1,3-비스포스포글리세린산염4− + ADP3− → 3-포스포글리세린산염3− + ATP4− | −18.9 | 0.09 |
| 8 | 3-포스포글리세린산3−→2-포스포글리세린산3− | 4.4 | 0.83 |
| 9 | 2-포스포글리세린산3−→포스포에놀피루브산3−+HO2 | 1.8 | 1.1 |
| 10 | 포스포에놀피루브산3− + ADP3− + H+ → 피루브산− + ATP4− | −31.7 | −23.0 |
적혈구 내 대사물의 생리학적 농도를 측정함으로써 해당과정의 약 7단계는 해당 세포 유형에 대해 평형 상태에 있는 것으로 보인다.음의 자유 에너지 변화가 큰 단계 중 세 단계는 평형이 아니며 되돌릴 수 없는 단계라고 합니다. 이러한 단계는 종종 규제의 대상이 됩니다.
그림 5단계는 중간 글리세린알데히드-3-인산의 농도를 낮추거나 증가시킬 수 있는 부작용이기 때문에 다른 단계 뒤에 나와 있다.그 화합물은 촉매적으로 완벽한 효소인 트리오스 인산 이성질화효소에 의해 디히드록시아세톤 인산염으로 전환된다. 그 속도는 매우 빨라서 반응이 평형 상태에 있다고 가정할 수 있다.δG가 0이 아니라는 것은 적혈구 내의 실제 농도를 정확히 알 수 없다는 것을 의미한다.
규정
해당과정을 촉매하는 효소는 경로를 통해 전체적인 플럭스를 제어하기 위해 다양한 생물학적 메커니즘을 통해 조절된다.이는 정적인 환경에서의 항상성 및 변화하는 환경 또는 [22]요구에 대한 대사 적응에 모두 필수적입니다.일부 효소에 대한 조절의 세부 사항은 종마다 매우 보존되어 있는 반면,[23][24] 다른 것들은 매우 다양하다.
- 유전자 발현:첫째, 당분해효소의 세포농도는 전사인자를 [25]통한 유전자 발현 조절에 의해 조절되며, 여러 당분해효소 자체가 [26]핵에서 조절단백질인산화효소로서 작용한다.
- 대사물에 의한 알로스테릭 억제 및 활성화:특히 ATP와 같은 대사물에 의한 속도 제한 효소의 최종 산물 억제는 [23][27]경로의 음성 피드백 조절 역할을 한다.
- 단백질-단백질 상호작용(PPI)[28]에 의한 알로스테릭 억제 및 활성화.실제로, 일부 단백질은 여러 당분해 [29]효소와 상호작용하고 조절한다.
- 번역 후 수정(PTM).[30] 특히 인산화와 탈인산화는 간에서 피루브산 키나제를 조절하는 핵심 메커니즘이다.
- 현지화[27]
동물의 인슐린에 의한 조절
동물에서 간과 함께 췌장에 의한 혈당치 조절은 항상성의 중요한 부분이다.췌장의 베타 세포는 혈당 [31]농도에 민감하다.혈당 농도의 상승은 그들이 인슐린을 혈액으로 방출하게 하고, 이것은 특히 간뿐만 아니라 지방과 근육 세포에도 영향을 미치며, 이러한 조직들이 혈액에서 포도당을 제거하게 합니다.혈당이 떨어지면 췌장 베타 세포는 인슐린 생산을 중단하지만, 대신 인접한 췌장 알파 세포를 자극하여 글루카곤을 [31]혈액으로 방출합니다.이것은, 차례로, 저장된 글리코겐을 분해하고 포도당 합성을 통해 간에 포도당을 혈액으로 방출시킵니다.혈당 수치 하락이 특히 빠르거나 심할 경우, 다른 포도당 센서는 부신에서 혈액으로 에피네프린이 방출되는 원인이 됩니다.글루카곤과 포도당 대사에 대한 작용은 같지만 그 효과는 더 [31]뚜렷하다.간 글루카곤 및 에피네프린은 키, 당분해 속도 제한 효소, 지방산 합성, 콜레스테롤 합성, 글루코겐 생성 및 글리코겐 분해의 인산화를 일으킨다.인슐린은 이 [32]효소들에 대해 반대의 영향을 미친다.이러한 효소의 인산화 및 탈인산화(궁극적으로 혈액의 포도당 수준에 반응)는 간, 지방 및 근육 세포에서 이러한 경로가 제어되는 지배적인 방법입니다.따라서 포스포프룩토키나아제의 인산화효소는 해당과정을 억제하는 반면 인슐린의 작용을 통한 탈인산화효소는 [32]해당과정을 자극한다.
속도제한효소조절제
세 가지 조절 효소는 헥소키나아제(또는 간에서 글루코키나아제), 포스포프룩토키나아제 및 피루브산 키나아제이다.당화 경로를 통과하는 플럭스는 세포 내부 및 외부 조건에 따라 조절됩니다.당분해를 조절하는 내부 인자는 주로 세포의 요구에 적합한 양의 ATP를 제공하기 위해 그렇게 한다.외부 인자는 주로 간, 지방 조직, 근육에 작용하여 식사 후 혈액에서 다량의 포도당을 제거할 수 있다(따라서 조직의 종류에 따라 지방이나 글리코겐으로 과잉 포도당을 저장함으로써 고혈당을 예방한다).간은 또한 식사, 단식, 운동 사이에 혈중으로 포도당을 방출하여 글리코겐 분해와 포도당 합성을 통해 저혈당을 예방할 수 있다.이러한 후자의 반응은 간에서 해당과정의 중단과 일치한다.
또한 헥소키나아제 및 글루코키나아제는 호르몬 효과와는 독립적으로 포도당의 다른 조직의 세포 진입점에서의 제어로서 작용한다.헥소키나아제는 세포 내 포도당 6-인산(G6P) 수준에 반응하거나, 글루코키나아제의 경우 혈당 수준에 반응하여 다른 조직(아래 [32]참조)에서 해당과정의 완전한 세포 내 제어를 부여한다.
포도당이 헥소키나아제 또는 글루코키나제에 의해 G6P로 전환되면 글리코겐으로의 전환을 위해 포도당-1-인산(G1P)으로 전환되거나 해당과정에 의해 피루브산으로 전환되고 피루브산은 미토콘드리아로 들어가 아세틸-CoA로 전환된 후 구연산염으로 전환된다.과도한 구연산염은 미토콘드리아에서 세포로 다시 수출되며, 여기서 ATP 구연산분해효소는 아세틸-CoA와 옥살아세트산(OAA)을 재생한다.아세틸-CoA는 지방산 합성과 콜레스테롤 합성에 사용되며, 이는 혈중 농도가 높을 때 여분의 포도당을 이용하는 두 가지 중요한 방법이다.이러한 반응을 촉매하는 속도 제한 효소는 간 세포에 대한 인슐린의 작용을 통해 탈인산화되었을 때 이러한 기능을 수행합니다.식사 사이, 단식 중, 운동 중 또는 저혈당 동안 글루카곤과 에피네프린이 혈액으로 방출됩니다.이는 간 글리코겐을 다시 G6P로 전환시키고 간 특이 효소인 포도당 6-인산가수분해효소에 의해 포도당으로 전환하여 혈액으로 방출시킨다.글루카곤과 에피네프린은 또한 비탄수화물 기질을 G6P로 덮고 글리코겐 유래의 G6P와 결합하거나 간 글리코겐 저장소가 고갈되었을 때 이를 대체하는 글루코겐 합성을 자극한다.뇌는 대부분의 [33]조건에서 포도당을 에너지원으로 사용하기 때문에 이것은 뇌 기능에 매우 중요합니다.포스포프룩토키나아제, 그리고 피루브산 키네아제의 동시 인산화 또한 어느 정도 피루브산 키네아제의 당분해를 당합성 및 글리코겐 분해와 동시에 일어난다.
헥소키나아제 및 글루코키나아제
모든 세포는 세포에 들어온 포도당을 포도당 6-인산(G6P)으로 변환시키는 효소인 헥소키나제를 포함하고 있다.세포막이 G6P에 침투하지 않기 때문에, 헥소키나제는 본질적으로 포도당을 세포로 운반하는 작용을 하며, 포도당은 더 이상 빠져나갈 수 없다.헥소키나아제는 세포 내 고농도의 G6P에 의해 억제된다.따라서 포도당이 세포로 진입하는 속도는 부분적으로 해당과정에 의해 얼마나 빨리 G6P가 처리될 수 있는가에 달려있다(글리코겐을 저장하는 세포, 즉 간과 근육).[32][34]
글루코키나아제는 헥소키나아제와는 달리 G6P에 의해 억제되지 않는다.그것은 간 세포에서 발생하며, 혈중 포도당이 풍부할 때 세포로 들어가는 포도당을 인산화하여 포도당 6-인산(G6P)을 형성한다.간에서 당화 경로의 첫 번째 단계인 이것은 따라서 [32]이 장기에서 당화 경로의 추가적인 제어 층을 부여한다.
포스포프룩토키나아제
포스포프룩토키나아제는 불가역적 단계 중 하나이며 핵심 알로스테릭 효과인 AMP와 과당 2,6-이인산(F2,6BP)을 가지고 있기 때문에 해당과정의 중요한 조절 지점이다.
과당 2,6-이인산(F2,6BP)은 F6P가 두 번째 포스포프룩토키나제(PFK2)에 의해 인산화될 때 합성되는 포스포프룩토키나아제(PFK-1)의 매우 강력한 활성제이다.간에서는 혈당이 낮고 글루카곤이 cAMP를 상승시키면 PFK2는 단백질인산화효소A에 의해 인산화된다.인산화 작용은 PFK2를 비활성화하고, 이 단백질의 또 다른 도메인은 과당 비스포스파타아제-2로 활성화되어 F2,6BP를 F6P로 다시 변환한다.글루카곤과 에피네프린은 모두 간에 높은 수준의 cAMP를 일으킨다.간 과당-2,6-이인산염의 낮은 수치의 결과는 포스포프룩토키나아제 활성의 감소와 과당 1,6-비스포스파타아제 활성의 증가로 인해 글루코네제네시스(본질적으로 "역방향 당분해")가 선호된다.이러한 호르몬에 대한 간의 반응이 포도당을 혈액으로 방출하는 것이기 때문에 이러한 상황에서 간의 역할과 일치합니다.
ATP는 PFK 효소의 알로스테릭 이펙터 부위에서 AMP와 경쟁합니다.세포의 ATP 농도는 AMP의 농도보다 훨씬 높고, 전형적으로 100배 [35]높지만, ATP의 농도는 생리적인 조건에서 약 10% 이상 변하지 않는 반면, ATP의 10% 감소는 [36]AMP의 6배 증가를 초래한다.따라서, 알로스테릭 이펙터로서의 ATP의 관련성은 의심스럽다.AMP의 증가는 셀 내 에너지 전하 감소의 결과입니다.
구연산염은 시험관내 시험 시 ATP의 억제 효과를 높여 포스포프룩토키나제를 억제한다.그러나 세포 내 구연산염은 주로 지방산 및 콜레스테롤 합성을 위해 아세틸-CoA로의 전환에 이용되기 때문에 생체 내에서의 유의한 효과인지 의심된다.
p53 유도 효소인 TIGAR은 포스포프룩토키나아제 조절을 담당하며 산화 [37]스트레스로부터 보호하는 역할을 한다.TIGAR은 F2,6BP를 조절하는 이중 기능을 가진 단일 효소이다.포스파타아제는 F6P를 생성하는 탄소-2에서 인산염을 분해하는 포스파타아제(프루투오스-2,6-비스포스파타아제)로 작용할 수 있다.또한 F2,6BP를 생성하는 F6P의 탄소-2에 인산염을 첨가하는 키나제(PFK2)로 작용할 수 있다.사람의 경우 TIGAR 단백질은 C12orf5 유전자에 의해 암호화된다.TIGAR 효소는 포도당 6-인산(G6P)으로 이성화된 과당 6-인산(F6P)의 축적을 생성함으로써 해당과정의 진행을 방해한다.G6P의 축적은 탄소를 펜토오스 인산 [38][39]경로로 분류할 것이다.
피루브산인산화효소
해당과정의 마지막 단계는 피루브산 키나제에 의해 촉매되어 피루브산과 또 다른 ATP를 형성한다.이는 조직마다 크게 다를 수 있는 다양한 전사, 공유 및 비공유 [40][41][42]조절 메커니즘에 의해 조절됩니다.예를 들어 간에서 피루브산인산화효소는 포도당 가용성에 기초하여 조절된다.단식 중(사용 가능한 포도당이 없음) 글루카곤은 단백질 키나제 A를 활성화하여 [43]피루브산 키나제를 인산화하여 억제한다.혈당의 증가는 단백질 포스파타아제 1을 활성화하는 인슐린의 분비로 이어져 피루브산 [43]키나제의 탈인산화 및 재활성화를 초래한다.이러한 제어는 피루브산인산화효소가 역반응을 촉매하는 효소(피루브산카르복실화효소 및 포스포에놀피루브산카르복실화효소)와 동시에 활성화되는 것을 방지하여 헛된 [43]순환을 방지한다.반대로 근육에서 발견되는 피루브산 키나제인의 아이소폼은 단백질 키나제 A(아드레날린에 의해 조직 내에서 활성화됨)의 영향을 받지 않기 때문에 해당과정은 [43]단식 중에도 근육에서 활성 상태를 유지한다.
당분해 후 과정
해당과정의 전체 과정은 다음과 같습니다.
- 포도당 + 2+ NAD + 2 ADP + 2i P → 2 피루브산 + 2 NADH + 2+ H + 2 ATP
해당과정이 무기한 계속되면 모든 NAD가+ 소모되고 해당과정이 중단된다.해당과정이 지속되도록 하기 위해서는 유기체가 NADH를 다시 NAD로+ 산화시킬 수 있어야 한다.이 방법은 사용 가능한 외부 전자 수용체에 따라 달라집니다.
NAD의 무산소+ 재생
 | 이 섹션은 어떠한 출처도 인용하지 않습니다.(2022년 6월 (이를 에 대해 설명합니다) |
한 가지 방법은 단순히 피루브산에 산화를 시키는 것입니다. 이 과정에서 피루브산은 젖산 발효라는 과정에서 젖산(유산 결합 염기)으로 전환됩니다.
- 피루브산 + NADH + H+ → 젖산 + NAD+
이 과정은 요구르트를 만드는 것과 관련된 박테리아에서 발생합니다.이 과정은 또한 저산소 상태(또는 부분적으로 혐기성)의 동물에서도 발생합니다. 예를 들어, 산소가 부족한 과로한 근육에서 발견됩니다.많은 조직에서 이것은 에너지를 위한 세포 최후의 수단이다; 대부분의 동물 조직은 장기간 혐기 상태를 견딜 수 없다.
효모와 같은 일부 유기체는 에탄올 발효라고 불리는 과정에서 NADH를 다시 NAD로+ 변환합니다.이 과정에서 피루브산은 먼저 아세트알데히드 및 이산화탄소로 변환된 후 에탄올로 변환된다.
젖산 발효 및 에탄올 발효는 산소가 없을 때 발생할 수 있습니다.이 혐기성 발효는 많은 단세포 생물들이 당분해를 유일한 에너지원으로 사용할 수 있게 해준다.
NAD의 무산소+ 재생은 인간의 최대 노력 동안 10초에서 2분 사이의 기간 동안 척추 동물에서 짧고 격렬한 운동 동안 에너지 생산의 효과적인 수단입니다. (낮은 운동 강도로 그것은 바다표범, 고래 그리고 다른 수생 척추 동물과 같은 다이빙 동물에서 매우 오랫동안 근육 활동을 유지할 수 있습니다.)훨씬 더 긴 시간)이러한 조건에서+ NAD는 NADH에 의해 공급되어 피루브산에 전자를 기증하여 젖산염을 형성한다.이것은 포도당 분자당 2개의 ATP 분자를 생성하는데, 이는 포도당 에너지 전위의 약 5%이다.그러나 이러한 방식으로 ATP가 생성되는 속도는 산화적 인산화의 약 100배입니다.근육에 수소 이온이 축적되면 세포질의 pH는 빠르게 떨어져 해당과정에 관여하는 효소를 억제한다.
격렬한 운동 중 근육의 타는 느낌은 산소 대사가 근육의 에너지 수요를 따라가지 못할 때 포도당 산화와 이산화탄소와 물로 포도당 발효로 전환되는 동안 수소 이온의 방출에 기인할 수 있습니다.이 수소 이온들은 젖산의 일부를 형성한다.몸은 낮은 산소 조건에서 ATP를 생산하는 덜 효율적이지만 더 빠른 방법에 의존합니다.이것은 2000년에서 2억 5천만 년 전 사이에 산소가 대기 중 고농도에 도달하기 전에 초기 유기체에서 에너지를 생산하는 주요 수단으로 생각되며, 따라서 세포에서 NAD를+ 호기적으로 보충하는 것보다 더 오래된 형태의 에너지 생산을 나타낼 것이다.
포유류의 간은 과도한 젖산염을 유산소 조건 하에서 다시 피루브산으로 변형시킴으로써 제거한다. 코리 사이클을 참조하라.
피루브산이 젖산염으로 발효되는 것을 "소포성 당분해"라고도 하지만, 해당과정은 산소의 유무에 관계없이 피루브산의 생산으로 끝난다.
상기 2가지 발효 예에서 NADH는 2개의 전자를 피루브산에 전달함으로써 산화된다.그러나 혐기성 박테리아는 세포 호흡의 말단 전자 수용체로 질산염, 아질산염, 아황산염, 아황산염, 아황산염, 원소 황과 같은 질소 화합물, 이산화탄소, 철 화합물, 망간 화합물, 코발트 화합물, 우라늄 화합물 등 다양한 화합물을 사용한다.ds.
NAD의 호기성+ 재생 및 피루브산의 폐기
호기성 유기체에서는 공기 중의 산소를 최종 전자 수용체로 사용하는 복잡한 메커니즘이 개발되었습니다.
- 먼저 해당과정에 의해 생성된 NADH + H가+ 미토콘드리아로 전달되어 산화되어 해당과정이 지속되기 위해 필요한 NAD를 재생한다+.그러나 내부 미토콘드리아 막은 NADH와+ [44]NAD에 침투하지 않는다.따라서 NADH로부터 미토콘드리아 막을 가로질러 전자를 운반하기 위해 두 개의 "셔틀"로 만들어진다.그것들은 말산 아스파르트산 셔틀과 글리세롤 인산 셔틀이다.전자의 경우 NADH로부터의 전자는 세포질 옥살아세트산염으로 전달되어 말산을 형성한다.그런 다음 말산은 미토콘드리아 내막을 통과하여 미토콘드리아 기질로 들어가며, 여기서 미토콘드리아 내 옥살아세트산 및 NADH를 형성하는 NAD에 의해+ 재산화된다.그런 다음 옥살아세트산은 미토콘드리아 밖으로 쉽게 운반되는 아스파르트산으로의 변환을 통해 세포로 다시 순환된다.세포질 NADH로부터의 인산글리세롤 셔틀 전자가 디히드록시아세톤에 전달되어 미토콘드리아 외막을 용이하게 횡단하는 글리세롤 3-인산을 형성한다.글리세롤 3-인산은 디히드록시아세톤으로 재산화되어 전자를 [44]NAD 대신+ FAD로 공급한다.이 반응은 미토콘드리아 내막에서 일어나 FADH가 물의 형성과 함께 궁극적으로 산소 분자2 O로 전자를 전달하는 전자전달 사슬의 일부인 조효소 Q (유비퀴논)에 직접 전자를 기증할 수 있게 하고2, 결국 ATP의 형태로 에너지의 방출을 가능하게 한다.
- 해당과정의 최종 생성물인 피루브산(+ NAD+)은 피루브산 탈탄산화라고 불리는 과정에서 미토콘드리아 내에서 아세틸-CoA, CO2 및 NADH + H로+ 전환된다.
- 생성된 아세틸-CoA는 구연산 회로(또는 Krebs Cycle)로 들어가고, 여기서 아세틸-CoA의 아세틸기는 아직 더 많은 미토콘드리아 내 NADH + H의+ 형성과 함께 두 가지 탈탄산화 반응에 의해 이산화탄소로 전환된다.
- 미토콘드리아 내 NADH + H는+ 전자전달계에 의해 NAD로+ 산화되며 산소를 최종 전자수용체로 사용하여 물을 형성한다.이 과정 동안 방출되는 에너지는 미토콘드리아의 내막을 가로질러 수소 이온(또는 양성자) 구배를 만드는 데 사용됩니다.
- 마지막으로 양성자 구배는 산화적 [44]인산화라고 불리는 과정에서 산화되는 모든 NADH + H에+ 대해 약 2.5 ATP를 생성하기 위해 사용된다.
탄수화물을 지방산과 콜레스테롤로 변환
해당과정에 의해 생성된 피루브산은 탄수화물이 지방산과 콜레스테롤로 [45]전환되는 중요한 매개체이다.이것은 미토콘드리아에서 피루브산이 아세틸-CoA로 변환됨으로써 발생한다.그러나, 이 아세틸 CoA는 지방산과 콜레스테롤의 합성이 일어나는 세포질로 운반되어야 한다.이것은 직접 발생할 수 없습니다.세포질 아세틸-CoA를 얻기 위해 구연산 회로에서 구연산(아세틸 CoA와 옥살아세트산)을 제거하고 미토콘드리아 내막을 통해 세포질로 [45]운반한다.여기서 그것은 ATP 구연산분해효소에 의해 아세틸-CoA와 옥살아세트산염으로 분해된다.옥살아세트산은 말산염으로 미토콘드리아로 돌아간다(그리고 옥살아세트산으로 돌아가 미토콘드리아 밖으로 아세틸-CoA를 더 많이 옮긴다).세포질 아세틸-CoA는 아세틸-CoA 카르복실화효소에 의해 말로닐 CoA(지방산 합성의 첫 번째 커밋 단계)로 카르복실화되거나 아세토아세틸-CoA와 결합하여 3-히드록시-3-메틸글루타릴-CoA(HMG-CoA)를 형성하여 속도를 조절할 수 있다.콜레스테롤은 세포막의 구조성분으로 그대로 사용할 수도 있고 스테로이드 호르몬, 담즙염,[34][45][46] 비타민D를 합성할 수도 있다.
구연산 사이클을 위한 피루브산의 옥살아세트산으로의 전환
해당과정에 의해 생성된 피루브산 분자는 미토콘드리아 내막을 통해 활발하게 운반되어 산화되어 CO, 아세틸-CoA 및 NADH를 [34]형성하기2 위해 조효소 A와 결합되거나 카르본화(피루브산 카르복실화효소에 의해)되어 옥살아세테이트를 형성할 수 있다.이 후자의 반응은 구연산 순환에서 옥살아세트산의 양을 "충족"시키고, 따라서 (그리스어로 "충족"을 의미함) 과민반응이며,[47] 활동에 의해 조직의 에너지 요구량이 갑자기 증가할 때 아세틸-CoA를 대사하는 순환의 능력을 증가시킨다.구연산 회로에서는 모든 중간체(예: 구연산, 이소-시트레이트, 알파-케토글루타르산, 석신산, 푸마르산, 말산 및 옥살아세트산)가 사이클의 각 회전 중에 재생된다.따라서 이들 중간체 중 하나를 미토콘드리아에 더 많이 첨가하는 것은 추가적인 양이 순환 내에 유지되고, 한 중간체가 다른 중간체로 전환될 때 다른 모든 중간체들이 증가한다는 것을 의미한다.따라서 옥살아세트산염의 첨가는 모든 구연산 중간체의 양을 크게 증가시키고, 따라서 아세틸산염 성분을 CO와2 물로 전환하고, 아세틸산염의 추가적인 분자에 대해 11 ATP와 1 GTP 분자를 형성하기에 충분한 에너지의 방출로 아세틸 CoA를 대사하는 사이클의 용량을 증가시킨다.h개의 옥살아세트산염.[47]
구연 회로에서 옥살아세트산을 캐터플러오틱하게 제거하기 위해 말산은 미토콘드리아에서 세포질로 운반되어 [47]재생될 수 있는 옥살아세트산의 양을 줄일 수 있다.또한 구연산 중간체를 항상 사용하여 푸린, 피리미딘, 포르피린 [47]등의 다양한 물질을 형성한다.
다른 경로의 중간체
본 논문은 포도당이 피루브산으로 산화되는 동안 잠재적 화학 에너지를 사용 가능한 화학 에너지로 변환하는 것에 관한 해당과정의 이화 작용에 초점을 맞추고 있다.해당과정의 대사물의 대부분은 동화경로에 의해서도 사용되고, 그 결과 경로를 통과하는 플럭스는 생합성을 위한 탄소골격의 공급을 유지하기 위해 매우 중요하다.
다음의 대사 경로는 모두 대사물의 공급원으로서 해당과정에 크게 의존하고 있습니다.
- 해당과정에 의해 생산되는 첫 번째 중간체인 포도당 6-인산의 탈수소로부터 시작되는 펜토스 인산 경로는 다양한 펜토스 당과 지방산과 콜레스테롤의 합성을 위한 NADPH를 생성한다.
- 글리코겐 합성은 또한 해당과정의 시작 부분에서 포도당 6-인산으로부터 시작된다.
- 글리세롤은 트리글리세리드 및 인지질의 형성을 위해 해당과정 중간체 글리세린알데히드-3-인산으로부터 제조된다.
- 다양한 당분해 후 경로:
포도당생성과 당분해는 많은 중간체들을 공유하지만, 기능적으로 한쪽은 다른 한쪽의 분기 또는 지류가 아니다.두 경로 모두 두 가지 조절 단계가 있으며, 한 경로에서 활성화되면 다른 경로에서 자동으로 비활성화된다.따라서 두 프로세스를 동시에 [48]활성화할 수 없습니다.실제로, 두 반응 세트가 동시에 매우 활성화된 경우, 최종 결과는 반응 [48]주기당 4개의 고에너지 인산염 결합(2개의 ATP와 2개의 GTP)의 가수 분해가 될 것이다.
NAD는+ 해당과정의 산화제이며, 대부분의 다른 에너지에서 대사 반응을 일으킨다(예: 지방산의 베타 산화 및 구연산 회로).이렇게 생성된 NADH는 궁극적으로 전자를 O로2 전달하여 물을 생성하거나, O를 사용할 수 없는2 경우 젖산염 또는 에탄올과 같은 화합물을 생성하는 데 주로 사용됩니다(위의 NAD의 무산소+ 재생 참조).NADH는 합성 과정에서 거의 사용되지 않으며, 주목할 만한 예외는 포도당 생성이다.지방산과 콜레스테롤을 합성하는 동안 환원제는 NADPH이다.이러한 차이는 NADPH가 생합성 반응 중에 소비되는 반면 NADPH는 에너지 산출 [48]반응에서 생성된다는 일반적인 원리를 보여준다.NADPH의 소스는 2배입니다.사과산염이 "NADP 연결 사과산 효소"에 의해 산화적으로 탈탄산되면 피루브산염, CO2 및 NADPH가 형성된다.NADPH는 또한 포도당을 리보스로 변환하는 펜토오스 인산 경로에 의해 형성되며, 리보스는 뉴클레오티드와 핵산의 합성에 사용될 수 있으며 [48]피루브산으로 분해될 수 있다.
질병에서의 당분해
당뇨병
포도당의 세포 흡수는 인슐린 신호에 반응하여 일어나며, 포도당은 해당과정을 통해 분해되어 혈당치를 낮춘다.그러나 당뇨병의 낮은 인슐린 수치는 혈당 수치가 상승하고 포도당이 세포에 의해 적절하게 흡수되지 않는 고혈당을 초래한다.간세포는 포도당 합성을 통해 이 고혈당에 더 기여한다.간세포의 당분해는 간 포도당 생성을 제어하고, 포도당이 체내에서 분해되지 않고 간에 의해 과잉 생성되면 고혈당이 발생한다.[49]
유전병
당분해 돌연변이는 대사 경로의 중요성으로 인해 일반적으로 드물며, 이는 발생하는 돌연변이의 대부분이 세포의 호흡 불능을 초래하고, 따라서 세포의 조기 사멸을 초래한다는 것을 의미한다.그러나 일부 돌연변이는 피루브산 키나아제 결핍과 함께 만성 용혈성 빈혈로 이어지는 주목할 만한 예로는 피루브산 키나아제 결핍이 있다.
암
악성 종양 세포는 비암 조직 [50]세포보다 10배 빠른 속도로 당분해를 수행한다.발생 과정에서 모세혈관 지원이 제한되면 종양 세포 내에 저산소증(O2 공급 감소)이 발생하는 경우가 많습니다.따라서, 이러한 세포들은 ATP(아데노신 삼인산)를 위한 당분해와 같은 혐기성 대사 과정에 의존한다.일부 종양 세포는 해당과정의 높은 비율을 초래하는 특정 [51]당분해효소를 과도하게 발현한다.종종 이러한 효소는 전통적인 당분해 효소의 이소엔자임이며, 전통적인 피드백 억제에 대한 민감도가 다르다.해당과정의 활성 증가는 궁극적으로 이 혐기성 [52]경로로부터 충분한 ATP를 생성함으로써 저산소증의 영향을 상쇄한다.이 현상은 1930년 오토 바르부르크에 의해 처음 설명되었고 바르부르크 효과라고 불린다.워버그 가설은 암은 주로 세포의 통제되지 않은 성장보다는 미토콘드리아 신진대사의 기능 장애에 의해 발생한다고 주장한다.워버그 효과를 설명하기 위해 많은 이론들이 발전했다.그러한 이론 중 하나는 해당과정이 인체의 정상적인 보호 과정이며 악성 변화는 주로 에너지 [53]대사에 의해 야기될 수 있다는 것을 암시한다.
악성종양에 의한 높은 호기성 당분해가 양전자방출단층촬영(PET)[54][55]에 의한 2-F-2-디옥시글루코스18(FDG)(방사능변형 헥소키나아제 기질)의 영상흡수에 의한 암의 진단 및 치료반응 감시에 임상적으로 이용되기 때문에 이 높은 당분율은 중요한 의학적 응용이 있다.
케톤생성 식단을 포함한 다양한 새로운 방법으로 해당과정을 줄이고 [56][57][58]암세포를 굶주림으로써 미토콘드리아 대사에 영향을 미치고 암을 치료하기 위한 연구가 진행 중이다.
인터랙티브 패스 맵
아래 그림은 인간의 단백질 이름을 보여줍니다.다른 유기체의 이름은 다를 수 있으며, 동질효소의 수(HK1, HK2, ... 등)도 다를 수 있습니다.
아래의 유전자, 단백질 및 대사물을 클릭하여 각각의 기사와 연결하세요.[§ 1]
- ^ 대화형 경로 맵은 WikiPathways에서 편집할 수 있습니다."GlycolysisGluconeogenesis_WP534".
대체 명명법
해당과정의 대사물 중 일부는 대체 명칭과 명명법을 가지고 있다.부분적으로, 이것은 그들 중 일부가 캘빈 회로와 같은 다른 경로에 공통적이기 때문이다.
| 이 기사 | 대안 | |||
|---|---|---|---|---|
| 1 | 포도당 | GLC | 덱스트로스 | |
| 2 | 글루코오스-6-인산 | G6P | ||
| 3 | 과당-6-인산 | F6P | ||
| 4 | 과당-1,6-이인산 | F1,6BP | 과당 1,6-이인산 | FBP, FDP, F1,6DP |
| 5 | 인산디히드록시아세톤 | DHAP | 글리세론인산 | |
| 6 | 글리세린알데히드-3-인산 | GADP | 3-포스포글리세르알데히드 | PGAL, G3P, GALP, GAP, TP |
| 7 | 1,3-비스포스포글리세린산 | 1,3 BPG | 글리세린산-1, 3-이인산염, 글리세린산-1,3-2인산염, 1,3-포스포글리세린산 | PGAP, BPG, DPG |
| 8 | 3-포스포글리세린산 | 3PG | 글리세린산-3-인산 | PGA; GP |
| 9 | 2-포스포글리세린산 | 2PG | 글리세린산-2-인산 | |
| 10 | 포스포에놀피루브산 | PEP | ||
| 11 | 피루브산 | 피르 | 피루브산 | |
피셔 투영 및 다각형 모델에서 당분해 성분 구조
피셔 투영법에 묘사된 해당과정의 중간은 단계별 화학적 변화를 보여준다.이러한 이미지는 다각형 모델 [59]표현과 비교할 수 있습니다.해당과정의 피셔 투영과 폴리고날 모델의 또 다른 비교는 [60]비디오에 나와 있습니다.YouTube에서 동일한 채널의 비디오 애니메이션은 다른 대사 경로(Krebs Cycle)와 유기화학에서의 폴리곤 모델 표현 및 적용에 대해 볼 수 있습니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ Alfarouk KO, Verduzco D, Rauch C, Muddathir AK, Adil HH, Elhassan GO, et al. (18 December 2014). "Glycolysis, tumor metabolism, cancer growth and dissemination. A new pH-based etiopathogenic perspective and therapeutic approach to an old cancer question". Oncoscience. 1 (12): 777–802. doi:10.18632/oncoscience.109. PMC 4303887. PMID 25621294.
- ^ Romano AH, Conway T (1996). "Evolution of carbohydrate metabolic pathways". Research in Microbiology. 147 (6–7): 448–455. doi:10.1016/0923-2508(96)83998-2. PMID 9084754.
- ^ Keller MA, Turchyn AV, Ralser M (April 2014). "Non-enzymatic glycolysis and pentose phosphate pathway-like reactions in a plausible Archean ocean". Molecular Systems Biology. 10 (4): 725. doi:10.1002/msb.20145228. PMC 4023395. PMID 24771084.
- ^ Kim BH, Gadd GM. (2011) 세균생리대사, 제3판.
- ^ a b c Mehta S (20 September 2011). "Glycolysis – Animation and Notes". PharmaXchange.
- ^ a b Lane AN, Fan TW, Higashi RM (2009). "Metabolic acidosis and the importance of balanced equations". Metabolomics. 5 (2): 163–165. doi:10.1007/s11306-008-0142-2. S2CID 35500999.
- ^ Barnett JA (April 2003). "A history of research on yeasts 5: the fermentation pathway". Yeast. 20 (6): 509–543. doi:10.1002/yea.986. PMID 12722184. S2CID 26805351.
- ^ "Louis Pasteur and Alcoholic Fermentation". www.pasteurbrewing.com. Archived from the original on 2011-01-13. Retrieved 2016-02-23.
- ^ Alba-Lois L, Segal-Kischinevzky C (January 2010). "Yeast fermentation and the making of beer and wine". Nature Education. 3 (9): 17.
- ^ Kohler R (1971-03-01). "The background to Eduard Buchner's discovery of cell-free fermentation". Journal of the History of Biology. 4 (1): 35–61. doi:10.1007/BF00356976. PMID 11609437. S2CID 46573308.
- ^ "Eduard Buchner - Biographical". www.nobelprize.org. Retrieved 2016-02-23.
- ^ a b Cornish-Bowden A (1997). "Harden and Young's Discovery of Fructose 1,6-Bisphosphate". New Beer in an Old Bottle: Eduard Buchner and the Growth of Biochemical Knowledge. Valencia, Spain.
- ^ a b Palmer G. "Chapter 3: The History of Glycolysis: An Example of a Linear Metabolic Pathway.". Bios 302 (PDF). Archived from the original (PDF) on 18 November 2017.
- ^ "Otto Meyerhof - Biographical". www.nobelprize.org. Retrieved 2016-02-23.
- ^ a b c Kresge N, Simoni RD, Hill RL (January 2005). "Otto Fritz Meyerhof and the elucidation of the glycolytic pathway". The Journal of Biological Chemistry. 280 (4): e3. doi:10.1016/S0021-9258(20)76366-0. PMID 15665335.
- ^ "Embden, Gustav – Dictionary definition of Embden, Gustav Encyclopedia.com: FREE online dictionary". www.encyclopedia.com. Retrieved 2016-02-23.
- ^ Reeves RE, South DJ, Blytt HJ, Warren LG (December 1974). "Pyrophosphate:D-fructose 6-phosphate 1-phosphotransferase. A new enzyme with the glycolytic function of 6-phosphofructokinase". The Journal of Biological Chemistry. 249 (24): 7737–7741. doi:10.1016/S0021-9258(19)42029-2. PMID 4372217.
- ^ Selig M, Xavier KB, Santos H, Schönheit P (April 1997). "Comparative analysis of Embden-Meyerhof and Entner-Doudoroff glycolytic pathways in hyperthermophilic archaea and the bacterium Thermotoga". Archives of Microbiology. 167 (4): 217–232. doi:10.1007/BF03356097. PMID 9075622. S2CID 19489719.
- ^ Garrett RH, Grisham CM (2012). Biochemistry (5th ed.). Cengage Learning. ISBN 978-1-133-10629-6.
- ^ Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2007). Biochemistry (6th ed.). New York: Freeman. p. 622. ISBN 978-0716787242.
- ^ a b Garrett R, Grisham CM (2005). Biochemistry (3rd ed.). Belmont, CA: Thomson Brooks/Cole. p. 584. ISBN 978-0-534-49033-1.
- ^ Shimizu K, Matsuoka Y (March 2019). "Regulation of glycolytic flux and overflow metabolism depending on the source of energy generation for energy demand". Biotechnology Advances. 37 (2): 284–305. doi:10.1016/j.biotechadv.2018.12.007. PMID 30576718. S2CID 58591361.
- ^ a b Chubukov V, Gerosa L, Kochanowski K, Sauer U (May 2014). "Coordination of microbial metabolism". Nature Reviews. Microbiology. 12 (5): 327–340. doi:10.1038/nrmicro3238. PMID 24658329. S2CID 28413431.
- ^ Hochachka PW (1999). Roach RC, Wagner PD, Hackett PH (eds.). "Cross-species studies of glycolytic function". Advances in Experimental Medicine and Biology. Boston, MA: Springer US. 474: 219–229. doi:10.1007/978-1-4615-4711-2_18. ISBN 978-1-4613-7134-2. PMID 10635004.
- ^ Lemaigre FP, Rousseau GG (October 1994). "Transcriptional control of genes that regulate glycolysis and gluconeogenesis in adult liver". The Biochemical Journal. 303 (1): 1–14. doi:10.1042/bj3030001. PMC 1137548. PMID 7945228.
- ^ Bian X, Jiang H, Meng Y, Li YP, Fang J, Lu Z (March 2022). "Regulation of gene expression by glycolytic and gluconeogenic enzymes". Trends in Cell Biology: S0962892422000368. doi:10.1016/j.tcb.2022.02.003. PMID 35300892. S2CID 247459973.
- ^ a b Gerosa L, Sauer U (August 2011). "Regulation and control of metabolic fluxes in microbes". Current Opinion in Biotechnology. 22 (4): 566–575. doi:10.1016/j.copbio.2011.04.016. PMID 21600757.
- ^ Chowdhury S, Hepper S, Lodi MK, Saier MH, Uetz P (April 2021). "The Protein Interactome of Glycolysis in Escherichia coli". Proteomes. 9 (2): 16. doi:10.3390/proteomes9020016. PMC 8167557. PMID 33917325.
- ^ Rodionova IA, Zhang Z, Mehla J, Goodacre N, Babu M, Emili A, et al. (August 2017). "The phosphocarrier protein HPr of the bacterial phosphotransferase system globally regulates energy metabolism by directly interacting with multiple enzymes in Escherichia coli". The Journal of Biological Chemistry. 292 (34): 14250–14257. doi:10.1074/jbc.M117.795294. PMC 5572926. PMID 28634232.
- ^ Pisithkul T, Patel NM, Amador-Noguez D (April 2015). "Post-translational modifications as key regulators of bacterial metabolic fluxes". Current Opinion in Microbiology. 24: 29–37. doi:10.1016/j.mib.2014.12.006. PMID 25597444.
- ^ a b c Koeslag JH, Saunders PT, Terblanche E (June 2003). "A reappraisal of the blood glucose homeostat which comprehensively explains the type 2 diabetes mellitus-syndrome X complex". The Journal of Physiology (published 2003). 549 (Pt 2): 333–346. doi:10.1113/jphysiol.2002.037895. PMC 2342944. PMID 12717005.
- ^ a b c d e Stryer L (1995). "Glycolysis.". Biochemistry (Fourth ed.). New York: W.H. Freeman and Company. pp. 483–508. ISBN 0-7167-2009-4.
- ^ Stryer L (1995). Biochemistry (Fourth ed.). New York: W.H. Freeman and Company. p. 773. ISBN 0-7167-2009-4.
- ^ a b c Voet D, Voet JG, Pratt CW (2006). Fundamentals of Biochemistry (2nd ed.). John Wiley and Sons, Inc. pp. 547, 556. ISBN 978-0-471-21495-3.
- ^ Beis I, Newsholme EA (October 1975). "The contents of adenine nucleotides, phosphagens and some glycolytic intermediates in resting muscles from vertebrates and invertebrates". The Biochemical Journal. 152 (1): 23–32. doi:10.1042/bj1520023. PMC 1172435. PMID 1212224.
- ^ Voet D, Voet JG (2004). Biochemistry (3rd ed.). New York: John Wiley & Sons, Inc.
- ^ Lackie J (2010). TIGAR. Oxford Reference Online: Oxford University Press. ISBN 9780199549351.
- ^ Bensaad K, Tsuruta A, Selak MA, Vidal MN, Nakano K, Bartrons R, et al. (July 2006). "TIGAR, a p53-inducible regulator of glycolysis and apoptosis". Cell. 126 (1): 107–120. doi:10.1016/j.cell.2006.05.036. PMID 16839880. S2CID 15006256.
- ^ "TIGAR TP53 induced glycolysis regulatory phosphatase [Homo sapiens (human)] - Gene - NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov. Retrieved 2018-05-17.
- ^ Carbonell J, Felíu JE, Marco R, Sols A (August 1973). "Pyruvate kinase. Classes of regulatory isoenzymes in mammalian tissues". European Journal of Biochemistry. 37 (1): 148–156. doi:10.1111/j.1432-1033.1973.tb02969.x. hdl:10261/78345. PMID 4729424.
- ^ Valentini G, Chiarelli L, Fortin R, Speranza ML, Galizzi A, Mattevi A (June 2000). "The allosteric regulation of pyruvate kinase". The Journal of Biological Chemistry. 275 (24): 18145–18152. doi:10.1074/jbc.m001870200. PMID 10751408.
- ^ Israelsen WJ, Vander Heiden MG (July 2015). "Pyruvate kinase: Function, regulation and role in cancer". Seminars in Cell & Developmental Biology. 43: 43–51. doi:10.1016/j.semcdb.2015.08.004. PMC 4662905. PMID 26277545.
- ^ a b c d Engström L (1978). "The regulation of liver pyruvate kinase by phosphorylation--dephosphorylation". Current Topics in Cellular Regulation. Elsevier. 13: 28–51. doi:10.1016/b978-0-12-152813-3.50006-9. ISBN 978-0-12-152813-3. PMID 208818.
- ^ a b c Stryer L (1995). "Oxidative phosphorylation.". Biochemistry (Fourth ed.). New York: W.H. Freeman and Company. pp. 537–549. ISBN 0-7167-2009-4.
- ^ a b c Stryer L (1995). "Fatty acid metabolism.". Biochemistry (Fourth ed.). New York: W.H. Freeman and Company. pp. 603–628. ISBN 0-7167-2009-4.
- ^ a b Stryer L (1995). "Biosynthesis of membrane lipids and steroids.". Biochemistry (Fourth ed.). New York: W.H. Freeman and Company. pp. 691–707. ISBN 0-7167-2009-4.
- ^ a b c d Stryer L (1995). "Citric acid cycle.". Biochemistry (Fourth ed.). New York: W.H. Freeman and Company. pp. 509–527, 569–579, 614–616, 638–641, 732–735, 739–748, 770–773. ISBN 0-7167-2009-4.
- ^ a b c d Stryer L (1995). Biochemistry (Fourth ed.). New York: W.H. Freeman and Company. pp. 559–565, 574–576, 614–623. ISBN 0-7167-2009-4.
- ^ Guo X, Li H, Xu H, Woo S, Dong H, Lu F, et al. (2012-08-01). "Glycolysis in the control of blood glucose homeostasis". Acta Pharmaceutica Sinica B. 2 (4): 358–367. doi:10.1016/j.apsb.2012.06.002. ISSN 2211-3835.
- ^ Alfarouk KO, Verduzco D, Rauch C, Muddathir AK, Adil HH, Elhassan GO, et al. (2014). "Glycolysis, tumor metabolism, cancer growth and dissemination. A new pH-based etiopathogenic perspective and therapeutic approach to an old cancer question". Oncoscience. 1 (12): 777–802. doi:10.18632/oncoscience.109. PMC 4303887. PMID 25621294.
- ^ Alfarouk KO, Shayoub ME, Muddathir AK, Elhassan GO, Bashir AH (July 2011). "Evolution of Tumor Metabolism might Reflect Carcinogenesis as a Reverse Evolution process (Dismantling of Multicellularity)". Cancers. 3 (3): 3002–3017. doi:10.3390/cancers3033002. PMC 3759183. PMID 24310356.
- ^ Nelson DL, Cox MM (2005). Lehninger principles of biochemistry (4th ed.). New York: W.H. Freeman. ISBN 978-0-7167-4339-2.
- ^ Gold J (October 2011). "What is Cancer?". Archived from the original on May 19, 2018. Retrieved September 8, 2012.
- ^ Pauwels EK, Sturm EJ, Bombardieri E, Cleton FJ, Stokkel MP (October 2000). "Positron-emission tomography with [18F]fluorodeoxyglucose. Part I. Biochemical uptake mechanism and its implication for clinical studies". Journal of Cancer Research and Clinical Oncology. 126 (10): 549–59. doi:10.1007/pl00008465. PMID 11043392. S2CID 2725555.
- ^ "PET Scan: PET Scan Info Reveals ..." Retrieved December 5, 2005.
- ^ Schwartz L, Seyfried T, Alfarouk KO, Da Veiga Moreira J, Fais S (April 2017). "Out of Warburg effect: An effective cancer treatment targeting the tumor specific metabolism and dysregulated pH". Seminars in Cancer Biology. 43: 134–138. doi:10.1016/j.semcancer.2017.01.005. PMID 28122260.
- ^ Schwartz L, Supuran CT, Alfarouk KO (2017). "The Warburg Effect and the Hallmarks of Cancer". Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry. 17 (2): 164–170. doi:10.2174/1871520616666161031143301. PMID 27804847.
- ^ Maroon J, Bost J, Amos A, Zuccoli G (August 2013). "Restricted calorie ketogenic diet for the treatment of glioblastoma multiforme". Journal of Child Neurology. 28 (8): 1002–1008. doi:10.1177/0883073813488670. PMID 23670248. S2CID 1994087.
- ^ Bonafe CF, Bispo JA, de Jesus MB (January 2018). "The polygonal model: A simple representation of biomolecules as a tool for teaching metabolism". Biochemistry and Molecular Biology Education. 46 (1): 66–75. doi:10.1002/bmb.21093. PMID 29131491. S2CID 31317102.
- ^ Bonafe C (23 September 2019). "Introduction to Polygonal Model - PART 1. Glycolysis and Structure of the Participant Molecules". YouTube. Archived from the original on 2021-11-04.
- ^ "Metabolism Animation and Polygonal Model". YouTube. Retrieved 2019-12-11.
외부 링크
- IUBMB에서 제공하는 당분해 애니메이션 상세(Adobe Flash 필요)
- RCSB PDB의 당분해 효소
- wdv.com에서 애니메이션을 사용한 당분해 사이클
- 신진대사, 세포호흡 및 광합성 - 생화학, 분자생물학 및 세포생물학 가상도서관
- 해당과정에 대한 화학적 논리는 ufp.pt에서 확인할 수 있습니다.
- ExPASy의 Expasy 생화학 경로 포스터
- MedicalMnemonics.com: 317,5468
- metpath:해당과정의 대화형 표현
| 라이브러리 리소스 정보 당분해 |
대사 지도 | |
|---|---|
오렌지노드: 
