Glycolyse


welkom op de homepage van Benno Beukema

 

 

Historie van de glycolyse:

 

1860 Pasteur effect Louis Pasteur
1890 Fermentatie buiten de cel Hans BŁchner en Eduard BŁchner
1911 Fosfaat vereist voor de fermentatie Arthur Harden - William Young
1916 Fructose-6-fosfaat Carl Neuberg
1922 Glucose-6-fosfaat Robert Robison - Gustav Embden
1924 Afbraak glycogeen "in vivo" Archibald Vivian Hill
1928 Structuur Fructose 1,6-bisphosphate Thomas Hunt Morgan
1929 ATP Karl Lohman (met medewerker A Lipmann )
1929 Lactate to liver glucose Carl Ferdinand Cori
1929 Cori cycle Carl Ferdinand  en Gerty Theresa Cori
1930 Hexokinase Otto Fritz Meyerhof
1931 Phosphoglyceric acid Karl Lohman
1932 Het brein heeft glucose nodig Harold Edwin Himwich
1933 Pyridine nucleotiden Otto Warburg
1934 Fructose 1,6-bisphosphate -> to triose phosphates Gustav Embden
1935 Eerste poging om reactieschema te maken Jacob Parnas
1936 Oxidatie van pyruvaat vereist vitamine B1 Sir Rudolph Peters
1937 Reactieschema bijna compleet Otto Fritz Meyerhof
1937 Creatine fosfaat Eggleton



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 anaŽrobische en een aŽrobische. Het anaŽrobe proces vindt plaats in het cytoplasma en het aŽrobe  proces vindt plaats in het mitochondrion.

De glycolyse vereist geen zuurstof en wordt daarom anaŽrobe 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 ).


pyruvaat   Pyrodruivenzuur:  Engels: pyruvic acid;  bruto formule: C3H4O3 . 
   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 geÔnvesteerd om het suikermolecule in een geactiveerde toestand te brengen, die zich leent voor splitsing. De geÔnvesteerde energie wordt teruggewonnen bij de oxidatieve overgang van triosefosfaat naar fosfoglycerolzuur, waarbij dus waterstof wordt afgegeven aan het coŽnzym NAD.
Bij de omzetting van fosfoglycerolzuur in pyrodruivenzuur wordt een nettowinst van ATP verkregen (2 mol ATP per mol glucose). Onder aŽrobe omstandigheden (dwz. met zuurstof) wordt pyrodruivenzuur oxidatief omgezet in geactiveerd azijnzuur ( acetyl-coŽnzym A ), dat verder tot CO2 en H2O wordt afgebroken in de citroenzuurcyclus.

Het in alle oxidatieve stappen vrijkomende waterstof wordt door een coŽnzym (meestal NAD, soms FAD) opgenomen en via de ademhalingsketen afgegeven aan luchtzuurstof. Is deze niet aanwezig (bij anaŽrobe bacteriŽn), 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 + 2Pi + 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

    Klik: GenomeNet Kyoto University: GLUCOSE Klik: GeneNet: alpha-D-glucose 6 phosphate ATP +  D-hexose <=> ADP +  D-hexose 6-phosphate


    P = PO32-

    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

    Klik: GeneNet:alpha- D-glucose 6 phosphate klik: GeneNet: beta-D-Fructose 6-phosphate D-glucose 6-phosphate <=> D-fructose 6-phosphate

    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: GeneNet: beta-D-Fructose 6-phosphate Klik: GeneNet: beta-D-Fructose 1,6-bisphosphate ATP +  D-fructose 6-phosphate <=> ADP +  D-fructose 1,6-bisphosphate



    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

    Klik: GeneNet: beta-D-Fructose 1,6-bisphosphate Klik: GeneNet: D-Glyceraldehyde 3-phosphate Klik: GeneNet: Dihydroxyacetone phosphate (Glycerone phosphate) D-fructose 1,6-bisphosphate <=> glycerone phosphate  +  D-glyceraldehyde 3-phosphate

    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: GeneNet: Glycerone phosphate (Dihydroxyacetone phosphate) Klik: GeneNet: (2R)-2-Hydroxy-3-(phosphonooxy)-propanal (D-Glyceraldehyde 3-phosphate) D-glyceraldehyde 3-phosphate <=> glycerone phosphate


    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 <=>  C3H8O10P2C21H29N7O14P2 + H+

    Glyceraldehyde-3-fosfaat dehydrogenase katalyseert de omzetting van glyceraldehyde-3-fosfaat tot 1,3-difosfoglycerinezuur ( 1,3-BPG)

    glyceraldehyde-3-fosfaat 1,3-difosfoglycerinezuur D-glyceraldehyde 3-phosphate +  phosphate +  NAD+ <=> 3-phospho-D-glyceroyl phosphate +  NADH



    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 deficiŽntie

    OMIM: 311800

    OMIM: Clinical Synopsis

    Klik: GeneNet: 1,3-Bisphospho-D-glycerate (3-Phospho-D-glyceroyl phosphate) Klik: GeneNet: 3-Phospho-D-glycerate (D-Glycerate 3-phosphate) ATP +  3-phospho-D-glycerate <=>  ADP +  3-phospho-D-glyceroyl phosphate

    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: GeneNet: 3-Phospho-D-glycerate (D-Glycerate 3-phosphate) Klik: GeneNet: 2-Phospho-D-glycerate (D-Glycerate 2-phosphate) 2-phospho-D-glycerate +  2,3-diphosphoglycerate <=> 3-phospho-D-glycerate +  2,3-diphosphoglycerate

    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

    Klik: GeneNet: 2-Phospho-D-glycerate ( D-Glycerate 2-phosphate) Klik: Genenet: Phosphoenolpyruvate (Phosphoenolpyruvic acid) 2-phospho-D-glycerate <=> phosphoenolpyruvate +  H2OC3H7O7P  <=> 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: GeneNet: Phosphoenolpyruvate ( Phosphoenolpyruvic acid ) Klik: GeneNet: Pyruvate (2-Oxopropanoate) ( 2-Oxopropanoic acid) ATP +  pyruvate <=> ADP +  phosphoenolpyruvate



    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 anaŽrobische condities in erytrocyten en onder aŽrobische 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+

 

Klik: Genenet: Pyruvate (2-Oxopropanoate) Klik: Genenet: (S)-Lactate (L-Lactic acid ) (S)-lactate+  NAD+ <=> pyruvate +  NADH



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:

 

Glycolyse

Overall energiebalans:

De overall energiebalans per glucose molecuul is :

  Aerobisch Anaerobisch
2 ATP gebruikt in de glycolyse - 2  ATP - 2 ATP
4 ATP gevormd in de glycolyse + 4 ATP + 4 ATP
2 NADH2 gevormd in de glycolyse via elektronentransportketen + 6 ATP  
8 NADH2 gevormd in de citroenzuurcyclus via de e.t. + 24 ATP  
2 GTP in de citroenzuurcyclus + 2 ATP  
2 FADH2 in de citroenzuurcyclus via de elektronentransportketen + 4 ATP  
Totaal 38 ATP 2 ATP

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 mitochondriŽle 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 Introduction : Glycolysis
Hoofdmenu Hoofdmenu

 


 


 

Anti-Spam Knop. Schrijf het e-mail adres op, voordat u op de knop drukt