해당 과정 (glycolysis pathway) - 세포 호흡 ★

 

알짜 반응: 2 ATP + 2 NADH

 

산소의 유무와 무관하게 일어날수 있으면 이산화탄소 방출을 하지 않는다. 이러한 사실때문에 소기관이 존재하지 않는 적혈구의 ATP 생성은 오로지 해당에만 의존한다. 

 

1,3,6, 마지막 단계를 집중해서 정리하길 바람. 

 

해당과정

 

 

1단계: 첫번째 에너지 투자기 (비가역 단계) 

 

Glucose → Glucose-6-p

 

 포도당이 인산화되는 해당의 첫번째 반응이며 ATP를 사용하며  동종효소 헥소카이네이스에 의해 일어난다.  

 

Hexokinase 는 동종효소로 (isoenzyme) 위치하는 장소에따라 이름과 조절기작이 다르다. 

•  Hexokinase 1
  • 대부분의 조직에 존재하지만 근육에 주로 존재하는 hexokinase로 넓은 기질 특이성을 가지며 포도당이외의 육탄당의 인산화가 가능함 
  • 낮은 Km 값을 가져 친화도가 매우 높고 낮은 포도당 농도에서 반응이 가능함 
  • 낮은 Vmax 값을 가져 필요한 만큼 이상의 포도당을 사용할수 없으며 저장도 불가능함. 
  • 반응산물인 Glucose-6-p에 의해 음성피드백인 조절이 생김.
    • 만일 어떠한 이유로 G-6-P가 다음단계로 진행하지 못하고 축적이 발생하면 Hexokinase 1을 억제한다. 

• Glucokinase (=Hexokinase 4)
  • 간 및 이자의 베타세포에 존재한다. 
    • 베타세포가 포도당농도에 따라 인슐린 분비를 할지 말지 결정하는 탐지기 역활을함 
  • 높은 Km 값을 가져 친화도가 낮지만 이로인해 식사 직후 처럼 혈당이 높을때에만 반응할수 있어 혈당 조절이 가능함. 
  • 높은 Vmax 값을 가져 간이 문맥으로부터 효과적으로 포도당을 흡수하고 또한 저장할수 있게함
    • 이러한 특징때문에 HK1 과 다르게 G-6-P에 의한 음성피드백이 일어나지 않는다.  
  • Glucokinase regulatory protein (GKPR)에 의한 조절
    • 혈당 낮을떄: GKPR이 glucokinase와 결합하여 불활성화 시킴 
      • Fructose-6-P의 농도가 높을때 발생 
    • 혈당 높을때: GKPR이 glucokinase을 방출 시켜 활성화됨 
      • 포도당에 의해 발생
      • 인슐린에 의해 glucokinase의 전사와 활성이 증가된다. 

GKPR에 의한 glucokinase의 조절

 

 

2단계: Glucose-6-P → Fructose-6- P

• Phosphoglucose isomerase에 의해 진행됨

3단계: 두번째 비가역적 단계, 속도 결정 단계 (Rate-determining step), 2번째 ATP 투자기 

 

Fructose-6-P → Fructose-1,6 bisphosphate 

 

• PFK-1 (Phosphofructokinase-1)이 촉매하는 반응
• 에너지에 의한 조절 
  • 활성제 (Activator): AMP 
  • 억제제 (Inhibitor): ATP, Citrate
• Fructose-2, 6-Bisphosphate에 의한 조절  
  • PFK-2에 의해 생성되는 F-2,6bisP는 PFK-1의 강력한 알로스테릭 활성자 역활을하며 3단계 반응의 역반응 즉 당신생단계에서 촉매하는 Fructose -1,6-bisphosphatase를 억제한다. 
  • 이는 해당과 당신생이 동시에 일어나는것을 방지해준다. 
  • PFK-2 = FBpase-2로 이중기능 효소다. 글루카곤에의해 인산화되어 FBpase-2 활성형, 인슐린이 인산기를 제거하면 PFK-2가 활성형이 되는식으로 인산기에의해 조절된다.  
  • 호르몬에 의한 조절
    • 인슐린(인산기 제거) : PFK-2 활성화 → F26bisp → PFK-1
      • 해당촉진/ Glycogen synthase 활성
    • 글루카곤/Epi (인산기 부착): FBpase-2의 활성화 
      • 해당억제/당신생 촉진
       

 

4 단계: Fructose-1,6 bisphosphate (FBP) → GAP or PGAL (glyceraldehyde 3-P)  + DHAP (Dihydroacetone phosphate) 

 

• FBP가 잘리는 과정
• Aldolase에 의해 촉매됨
• 생성된 DHAP 는 triose phposphate isomerase에 의해 GAP으로 바뀌어 총 두개의 GAP을 생성함 

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여기서부터 에너지 회수기 

 

 

5.단계: GAP의 산화 (oxidation)

 

GAP → 1,3-Bisphosphoglycerate (BPG)

 

• GAP dehydrogenase가 촉매하는 반응이며 NADH를 생산함 
  • dehydrogenase는 비소(Arsenic)에 의해 억제될수 있다. 

 

6단계: 첫번째 기질 수준인산화

 

 1,3 BPG + ADP  → 3-phosphoglycerate (3-PGA) +ATP

• 처음으로 ATP가 회수되는 단계 
• Phsophglycerate kinase에 의해 촉매
• 보어 효과: 적혈구에서는 1,3-bisphosphoglycerate mutase에 의해 촉매되어 2,3-bisphosphoglycerate (2,3 BPG) 생성
  • 2,3 BPG는 Hb의 베타 단위체와 결합하여 산소해리도를 증가시킴 기체교환 참고할것

7단계:  인산기의 자리옮김 

 

3-PGA  → 2-PGA

 

• Mutase에 의해 촉매 

 

8단계: 탈수반응 

 

2-PGA   → Phosphoenolpyruvate (PEP) 

 

• Enolase가 촉매 

마지막 단계: 피루브산의 생성, 마지막 기질 수준인산화, 비가역 단계 

 

PEP + ADP → Pyruvate + ATP 

 

• Pyruvate kinase가 촉매 
  • 속도 조절단계의 산물인 F-1,6 BP가 존재해야 pyruvate kinase가 활성화 될수 있음 
  • 간에서 pyruvate kinase를 인산화하면 불활성화됨 = 해당 억제 
    • 인슐린에 의해 활성화되며 글루카곤에 의해 비활성화 
  • 뇌와 근육에서는 해당 촉진 
  • 높은 ATP는 음성피드백으로 kinase를 불활성화 시킴 
  • 결핍시 용혈성 빈혈 (hemolytic anemia)의 원인이 될수 있다. 
    • Glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency 가 다음으로 흔한 원인 
  • 암세포에서 매우 활발함