thumb|380px|Općeniti pregled glikolize Glikoliza (grč. γλυκύς - glykys = slatko + λύσις - lysis = razgradnja) – od srarog termina glikoza,Webster's New International Dictionary of the English Language, 2nd ed. (1937): Merriam Company, Springfield, Mass. za glukozu – je metabolitski put koji pretvara glukozu C6H12O6 u piruvat, CH3COCOO− + H+. Slobodna energija koja se u tom procesu oslobađa, koristi se za formiranje visoko-energetskih spojeva ATP (adenozin trifosfata) i NADH. Glikoliza se odvija u nizu od deset sukcesivnih enzimski – kataliziranih reakcija. U tom slijedu, svaki prelazni oblik otvara ulaz u narednu fazu procesa glikolize. Naprimjer, većina monosaharida, kao što su fruktoza i galaktoza, može se pretvoriti ili uključiti u jedan od ovih međuprodukata. Prelazni oblici mogu također biti direktno iskorišteni, kao što je, primjerice, srednji dihidroksiaceton fosfat (DHAP) izvor glicerola koji se, pri formiranju masti, kombinira sa masnim kiselinama.http://biology.about.com/od/cellularprocesses/a/aa082704a.htm .
Glikoliza je, dakle, centralni anaerobni metabolički proces, u kojem se glukoza (C6H12O6) putem desetak enzimskih reakcija razgrađuje u dvije molekule piruvata (C3H3O2). U mišićima eukariota, mnogim bakterijama i nekim gljivama taj proces se nastavlja sve do mliječne kiseline, a kod nekih kvasaca, u procesu alkoholnog vrenja, do etilalkohola i CO2. Glikoliza se odvija u citoplazmi, a nastali produkti se dalje aerobno razgrađuju u mitohondrijama.
Glikoliza je sveprisutni biohemijski proce jer se odvija kod životinja, biljaka, gljiva i većine bakterija. Tokom ovog procesa, dio oslobođene energije se skladišti u obliku adenozin trifosfata (ATP) za anaboličke reakcije. Glavni koraci u glikolizi su, kako slijedi. Glukoza ↓ Glukoza-6-fosfat ↓ Fruktoza-6-fosfat ↓ Fruktoza-1,6-bisfosfat ↓ Gliceraldehid-3-fosfat←dihidroksiaceton-fosfat ↓ 1,3-Bisfofoglicerat ↓* 3-Fosfoglicerat ↓ 2-fosfoglicerat ↓ Fosfoenolpiruvat ↓* Piruvat (*) Koraci u kojima se odvija fosforilacija ADP u ATP..Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, .
Glikoliza je metabolički put koji je nezavisan od kisika, što znači da ne koristi molekulski kisik (tj. atmosferski) za bilo koju od uključenih reakcija. Međutim, proizvodi glikolize (piruvat i NADH + H+) su prisutni u post-glikoliznim procesima.
Kada se koristi molekulski kisik, proces se obično naziva aerobno disanje, a bez njega, za takav proces se kaže da je anaerobno disanje. Glikoliza se , dakle, s varijacijama,javlja u gotovo svim organizmima, u oba vida ćelijskog disanja: aerobnom i anaerobnom. Široka pojava glikolize u živom svijetu ukazuje na to da je to jedan od evolucijski najstarijih metabolizama. Zapravo, reakcije koje su uključene u glikolizu i paralelne puteve pentoza fosfata, javljaju se kao metal-katalizirane pod anaerobnim (bez kisika) uvjetima , kao što i u arhajskim okeanima. U nedostatku enzima, glikoliza se u početku mogla podsticati iz ograničenih hemijskih prebiotika.Kornberg A. (1989): For the love of enzymes – The Odyssay of a biochemist. Harvard University Press, Cambridge (Mass.), London,, .Graeme K. Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, .Nelson D. L., Michael M. Cox M. M. (2013): Lehninger Principles of Biochemistry. W. H. Freeman, 2013..
Glikoliza se javlja u većini organizama u ćelijskom citosolu. Najčešći tip glikolize je Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) put, koji su otkrili Gustav Embden, Otto Meyerhof i Jakub Karol Parnas. Glikoliza se odnosi i na druge puteve, kao što su Entner-Doudoroff put, razne heterofermentacijske i homofermentacijske varijante.
Prema EMP putu , cijeli tok glikolize se možese podijeliti u dvije faze: Pripremna faza u kojoj se ATP konzumira, po čemu je poznata i kao Faza investicije; Faza naplate u kojoj se proizvodi ATP.
Pregled Sveukupni tok glikolize je kako slijedi. D-Glukoza Piruvat + 2 [NAD]+ + 2[ADP] + 2[P]i Datoteka:Biochem reaction arrow forward NNNN horiz med.svg 2 Datoteka:Pyruvate2 wpmp.png + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2 H2O Metabolizam običnih monosaharida, uključujući glikolizu i glukoneogenezunone|1000px
Kao polazni tnaterijal u procesu disanja, polisaharidi se mogu se koristiti tek nakon prethodne razgradnje na prostije šećere. Tako se skrob u tkivima za nagmnilavanje energetskih rezervi najprije razlaže do prostih šećera, u ptisustvu vode i enzima amilaze: skrob + n H2O → amilaza + n glukoza.
U drugim tkivima, gdje se skrob nalazi samo privreremeno, njegova hidroliza se odvija pomoću enzima fosforilaze: skrob + n H3P04 → fosforilaza + n glukozo-1-fosfat. Toplotna energija koja se oslobađa u razgradnji skroba putem fosforilacije ostaje vezana u fosfat-estarskoj vezi glukoza-1-fosfata. Da bi se taj spoj mogao uključiti u glikolizu, mora se prethodno pretvoriti u pirogrožđanu kiselinu.
Nastala pirogrožđana kiselina u anaerobnitn uvjetima, pri fementaciji, podvrgava se alkoholnom ili mliječnom vrenju, a u aerobnim uvjetima, nakon aktivacije ulazi u tzv. Krebsov ciklus. U mladim tkivima biljaka glukoza se pretežno razgrađuje u procesu glikolize. Sa starenjem tkiva, postepeno se povećava razgradnja glukoze, putem njene direktne oksidacije.
Glikoliza se odvija u citoplazmi, pri cemu se glukoza (kao svi drugi ugljikohidrati koji čine supstrat disanja), razlaže do dvije molekule pirogrožđane kiseline. Proces glikolize obuhvata četiri etape: aktivacija heksoza sa 2 molekule ATP-a, prevođenje molekula heksoze u 2 molekule trioze, dehidriranje gliceraldehid-3-fosfata i njegovo povezivanje sa neorganskitn fosforom, i stvaranje pirogrožđane kiseline (pituvata).
Energetska dobit procesa fermentacije iznosi dva mola ATP-a po molu glukoze, što je vemna malo. Proizvodnja i akumulacija alkohola pri fermentaciji odvija se u anaerobnim uvjetima. Obično se ovaj proces odvija kod mikroorganizama kod kojih se energija osigurava na račun oksidacije i razgradnje organskih jedinjenja dtugih bića. Ovakvi mikroorganizmi jako su osjetljivi na kisik, te u njegovom ptisustvu odmah uginu.
Nasuprot prethodnim, postoje mikroorganizmi koji mogu egzistirati i u ptisustvu i u odsustvu kiseonika. Takav je slučaj sa kvascima.
Put izlučivanja Godine 1860., Louis Pasteur je otkrio da su mikroorganizmi odgovorni za fermentaciju, a zatim je 1897., Eduard Buchner našao da ekstrakt pojedinih ćelija može izazvati fermentaciju. Godine 1905., Arthur Harden i William Young, zajedno sa Nickom Sheppardom utvrđuju da je za fermentaciju obavezno i prisustvo termoosetljivih frakcija (enzima) i termo-neosjetljivih subćelijskih citoplazmatskih frakcija male molekulske težine (ADP, ATP i NAD+. Pritom je potreban i drugi kofaktori) visoke molekulske težine. Detalji puta su određeni 1940, uz veliki doprinos Otta Meyerhofa, a nekoliko godina kasnije LuisaLeroira. Najveći poteškoće u određivanju zamršenosti ove mreže javljaju se zbog vrlo kratkog životnog vijeka i niske stabilnosti koncentracije prelaznih oblika brzih glikolitskih reakcija. Sekvenca reakcījâ Pripremna faza Prvih pet koraka smatraju se pripremnom (ili investicijskom) fazom, jer ona troši energiju za pretvaranje glukoze u dva trougljična šećerna fosfata.
Prvi korak u glikolizi je fosforilacija glukoze, uz katalizu porodice enzima pod nazivom heksozakinaze da se formira glukoza 6-fosfat (G6P). Ova reakcija troši ATP, ali djeluje na održavanje niske koncentracije glukoze, što podstiče stalni transport glukoze u ćeliju, kroz plazma membranu transportera. Osim toga, on blokira glukozu da iscuri, pošto ćeliji nedostaje transporter za G6P. To je značajno zato što sprečava slobodnu difuzijeu iz ćelije, zbog prirode naboja G6P. Glukoza može alternativno biti formirana iz fosforilize ili hidrolize unutarćelijskog škroba ili glikogena.
U životinja, jedan izoenzim heksozakinaze pod nazivom glukokinaza se također koristi u jetri, koja ima znatno niži afinitet za glukozu (Km u blizini normalne glikemije), a razlikuje se u regulatornim svojstvima. Različiti afiniteti i alternativne regulacije ovog enzima su odraz uloge jetre u održavanju razine šećera u krvi. Enzimska reakcija thumb|600px|lijevo|D-Glukoza mini|600px|desno|α-D-glukozo-6-fosfat Enzim: Heksokinaza (HK) (jedna od transferaza) Sustrat: D-Glukoza (Glc) Produkt: α-D-Glukozo-6-fosfat (G6P) Reakcija: Napredujuća Produkt: Adenozin trifosfat Manji produkt: H+ + adenozin difosfat
G6P se zatim rearanžira u fruktozo-6-fosfat (F6P) pomoću glukozo fosfat izomeraze. Fruktoza također, u ovom trenutku, može ući u glikolitski put do fosforilacije.
Promjena u strukturi je izomerizacija, u kojoj je G6P je pretvoren u F6P. Za nastavak procesa, neophodan je enzim fosfoheksozo izomeraza. U normalnim ćelijskim uvjetima, ova reakcija je slobodna i reverzibilnia. Međutim, često je progresijska, zbog niske koncentracije F6P, koji se stalno konzumira u svakom narednom koraku glikolize. Pod uvjetima visoke koncentracije F6P, ova reakcija se lahko odvija i u obrnutom smjeru. Taj fenomen se može objasniti na temelju Le Chatelierov principa. Izomerizacije je potrebno na keto šećeru, za stabilizaciju ugljika u četvrtoj reakciji (korak ispod).
↓
Enzimska reakcija Enzim: Fosfoglukozo izomeraza (PGI) jedna od izomeraza Supstrat: α-D-Glukozo 6-fosfat (G6P) Produkt: β-D-Frutozo 6-fosfat (F6P) Reakcija: Reverzibilna mini|300px|lijevo|α-D-glukozo-6-fosfat 300px|mini|β-D-fruktozo-6-fosfat
Potrošnje energije drugog ATP u ovom koraku je opravdana na dva načina: glikolitiski proces (do ovog koraka) je sada nepovratan, a isporučena energija destabilizira molekule. Budući da je reakcija katalizirana enzimom fosfofruktokinaza 1 (PFK-1) sklapanje ATP (jedan energetski povoljan korak) je, u suštini, nepovratan, a drugi put se mora koristiti za obrnutu konverziju u toku glukoneogeneze. To čini da je ova reakcija ključna regulatorna tačka (vidi dolje). Ovo je ujedno i korak ograničavanja. Osim toga, druga fosforilacija je potrebno kako bi se omogućilo formiranje dvije odgovorne skupine (a ne samo jedna) u kasnijem koraku glikolize, osiguravajući sprečavanje slobodne difuzije iz ćelije.
Istu reakciju može katalizirati PFP (pirofosfat-ovisna fosfofruktokinaza), (partnerstvo za mir ili PPI-PFK), koji se nalazi u većini biljaka, nekim bakterijaama, Archaeaima i protistima, ali ne i kod životinja. Ovaj enzim koristi pirofosfat (PPI) kao donator fosfata, umjesto ATP. To je reverzibilna reakcija, koja povećva fleksibilnost glikolitskih metabolizma.
↓
Enzimska reakcija Enzim:Fosfofruktokinaza 1 (PFK-1) (jedna od transferaza)Supstrat: β-D-Fruktozo 6-fosfat (F6P) Produkt: β-D-Fruktozo 1,6-bisfosfat (F1,6BP) Reakcija: Napredujuća Naredni supstrat: ATP Naredni produkt: H+ + ADP mini|300px|β-D-fruktozo-6-fosfat mini|300px|β-D-fruktozo-1,6-bifosfat
Destabilizaciju molekula u prethodnoj reakciji omogućava heksozni prsten, koji se može podijeliti na fruktoz-bisulfat aldolazu i dva triozna šećera: dihidroksiaceton fosfat (ketoza) i gliceraldehid 3-fosfat (aldoza). Postoje dvije klase aldolaza: klase I je prisutna u životinja i biljaka, a klasa II se javlja u gljivica i bakterija; dvije klase koriste različite mehanizme u vezanju na ketozni prsten.
Delokalizirani elektroni u cijepanju ugljik-ugljik veze, spajaju se sa alkoholom grupom. Rezultirajući ugljik je stabiliziran ugljičnom samom strukturom, preko distribucije rezonance punjenja i prisustvom napunjenih ionskih protetskih grupa.↓Kompleksna enzimska reakcijaGlavni supstrat: β-D-Fruktozo 1,6-bisfosfat (F1,6BP) mini|lijevo|300px|β-D-fruktozo-1,6-bisfosfat Glavni produkt-1: D-gliceraldehid 3-fosfat (GADP) mini|lijevo300px|D-gliceraldehid-3-fosfat Glavni produkt-2: Dihidroksiaceton fosfat (DHAP) mini|300px|lije|Gliceron-fosfat Enzim - napredujući: frutozo-bifofat aldolaza (ALDO) (jedna od lijaza Reakcija: Reverzibilna