1. Lehninger Principles of Biochemistry
David L. Nelson and Michael M. Cox
Lehninger Principles of Biochemistry
Fourth Edition
Chapter 14:
Glycolysis, Gluconeogenesis, and the
Pentose Phosphate Pathway
Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company

5. Hvað gerist í glýkólýsu?
Glýkólýsa þýðir sykrurof
Við loftfirrtar aðstæður sundrast glúkósi
í laktat en oxast í pýrúvat
við loftháðar aðstæður
Um leið myndast 2 ATP sameindir
fyrir hverja glúkósasameind

6. Hvar gerist glýkólýsa?
Glýkólýsa gerist í frymi í nær öllum frumum

7. Hvert er hlutverk glýkólýsu?
Loftháð (aerobic) glýkólýsa er undirbúningur
fyrir oxun pýrúvats í mítókondríum
Loftfirrt (anaerobic) glýkólýsa er orkuöflunarleið
margra baktería sem mynda mjólkursýru
Streptococcus mutans er að finna í tannsýklu
og sýran veldur glerungsskemmdum
Lactobacillus er notaður við framleiðslu á súrmjólk og jógúrt
Við loftfirrtar aðstæður nota vöðvar glýkólýsu
Rauðar blóðfrumur nota loftfirrta glýkólýsu
Augað er mjög háð loftfirrtri glýkólýsu
Alkóhólgerjun í gerfrumum er mjög svipuð glýkólýsu,
en þar er eþanól lokaafurð í stað laktats

8. Hvernig gerist glýkólýsa?
Tveimur fosfathópum er bætt á glúkósa
sem klofnar
og tvær tríósafosfatasameindir myndast
Tríósafosfötin hvarfast svo að þau
geti knúið áfram myndun ATP frá ADP
Fosfórýleraðar sykrur eru hlaðnar
og komast ekki út úr frumunni
Fosfórýleraðar sykrur eru hvarfagjarnar

9. Glýkólýsa gerist í 10 skrefum
(glúkósi  pýrúvat)
eða 11 skrefum
(glúkósi  laktat eða eþanól)
Heildarjafna í hvörfun glúkósa í pýrúvat
við loftháðar aðstæður er:
glúkósi ADP + 2 NAD Pi 
2 pýrúvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

10. Heildarjafna í hvörfun glúkósa í laktat
við loftfirrtar aðstæður er:
glúkósi ADP + 2 Pi 
2 laktat ATP + 2 H2O
Heildarjafna í hvörfun glúkósa í eþanól
glúkósi ADP + 2 Pi 
2 eþanól ATP + 2 CO2

11. Í loftfirrtri glýkólýsu og alkóhólgerjun
eru NAD+ og NADH endurnotuð í hringrás
og koma því ekki fram í heildarjöfnunni
Mólmassar:
Glúkósi 180, pýrúvat 88, laktat 90
og eþanól 46
Reynið að setja ensímanöfnin í samhengi
við efnahvörfin og öfugt
Jöfnurnar er til þess að átta sig á
heildarmyndinni,
ekki til að læra þær utanað

12. Tegundir efnahvarfa í glýkólýsu
1. Flutningur fosfats milli sameinda
2. Flutningur fosfats innan sömu sameindar
3. Ísómerisering (hverfun)
4. Brottnám vatns (dehydration)
5. Aldólklofningur, þ. e. bakhvörf aldólþéttingar
6. Oxun og afoxun

13. Flutningskerfi glúkósa
GLUT-1 Flestar frumur, t. d. rauðar blóðfrumur Km um 1-2 mM
Tryggir flutning glúkósa í frumur
við lágan blóðsykurssyrk
GLUT-2 Lifur, beta-frumur briskirtils Km um mM
Flutningur háður glúkósastyrk
GLUT-3 Margar frumur, einkum heili Svipaður og GLUT-1
GLUT-4 Vöðvar, fituvefur Km um 5 mM Insúlín stuðlar að fjölgun ferja
í frumuhimnu
GLUT-5 Þekjufrumur mjógirnis Km (frúktósi) > 10 mM
Flytur glúkósa og frúktósa í blóðrás
Vinnur með Na+-háðum symporter
(SGLT-1) sem flytur glúkósa úr
meltingarvegi inn í þekjufrumur mjógirnis

14. Glýkólýsuferlinu má skipta í tvö stig - fjárfestingarskref og arðbær skref:
Glúkósi er fosfórýleraður tvisvar
í hexósabisfosfat á kostnað ATP
Hexósabisfosfat klofnar í tvö tríósafosföt
Tríósafosföt oxast, ATP myndast,
þau hvarfast áfram og meira ATP myndast

19. Fyrra stig glýkólýsuferlis - fjárfestingarskref
Hvörf nr. 1
Myndun glúkósa-6-fosfats er fyrsta
ógagnhverfa skrefið í glýkólýsuferli
Glúkósi er fosforýleraður á kostnað ATP
Afurðin, glúkósa-6-fosfat er hlaðin sameind og
kemst ekki aftur út úr frumunni
Glúkósi veldur mikilli breytingu
á byggingu hexókínasa

21. Hvörf nr. 2 Glúkósa-6-fosfat  frúktósa-6-fosfat
Fosfóglúkósaísómerasi hvetur gagnhverfa
breytingu glúkósa-6-fosfats í frúktósa-6-fosfat
Hvarfagangur er ekki flókinn og er skýrður
með því að sykrurnar hvarfast sem
opnar keðjur með en-díól sem millistig
Sams konar hvarfagangur verður seinna
í glýkólýsu þegar tríósafosföt ísómeriserast
(hvörfun díhýdroxýasetónfosfats
í glýseraldehýð-3-fosfat)
Einnig í pentósaferli: aldósi  ketósi

24. Hvörf nr. 3
Frúktósa-6-fosfat  frúktósa-1,6-bisfosfat
Fosfófrúktókínasi-1 hvetur
annað ógagnhverfa skrefið í glýkólýsu
ATP er notað
Fosfófrúktókínasi-1 er lykilensím glýkólýsu
Frúktósa-1,6-bisfosfat var áður kallað
frúktósa-1,6-dífosfat
Í bisfosfati eru tveir aðskildir fosfathópar, en í
dífosfati (ADP) eru tveir fosfathópar samtengdir

26. Hvörf nr. 4
Klofningur hexósabisfosfats í tríósafosföt
Ensím:
Aldólasi hvetur klofning frúktósa-1,6-bisfosfats
Hvarfagangur: Afturhverf aldólþétting
Afurðir: Tvö tríósafosföt:
díhýdroxýasetónfosfat (ketósi)
og glýseraldehýð-3-fosfat (aldósi)
Ísómerísering glúkósa í frúktósa er nauðsynleg
til þess að fá tvö tríósafosföt
Annars yrðu afurðirnar
2ja og 4ra kolefnisatómaeiningar
Jafnvægi hvarfanna er óhagstætt,
en brottnám myndefna rekur hvörfin áfram

32. Hvörf nr. 5 Ísómerisering tríósafosfata
Tríósafosfatísómerasi hvetur hvörfun
díhýdroxýasetónfosfats í glýseraldehýð-3-fosfat
Hvarfagangur: Svipaður og þegar
glúkósa-6-fosfat hvarfast í frúktósa-6-fosfat
Ensímið hefur næstum náð
katalýtiskri fullkomnum
Hlutfallið Kcat/Km er mjög hátt, 2,4*108

35. Nú hefur glúkósinn klofnað samhverft í tvennt
Fyrir hverja glúkósasameind myndast
tvær tríósafosfatsameindir,
einnig tvær af lokaafurðunum
pýrúvati, laktati eða eþanóli
Afdrif einstakra kolefnisatóma í glúkósasameind sem lögð er til í upphafi:
Nú er C-1 = C-6
C-2 = C-5
C-3 = C-4

38. Hingað til hefur ekkert ATP fengist,
en 2 ATP hafa verið fjárfest
Seinna stig glýkólýsuferlis - arðbær skref

40. Hvörf nr. 6
Glýseraldehýð-3-fosfat +Pi + NADH 
1,3-bisfosfóglýserat + NADH + H+
Glýseraldehýð-3-fosfatdehýdrógenasi
hvetur hvörfin sem eru gagnhverf
Hvarfagangur verður rakinn ítarlega

42. Aldehýð hafa dípólar eiginleika,
kolefnið hefur að hluta jákvæða hleðslu
Erfitt er að fá fram oxun aldehýðs
með því að nema brott hýdríðjón
Helsta leið frumna í afoxunarhvörfum
er brottnám hýdríðjóna með NAD+
Aldehýðið tengist kjarnsæknu efni
(nucleophile), sem er þíólhópur á ensími
með þíóester sem ensímbundið millistig

44. Hvarfagangur:
Þíólhópur ensímsins binst
aldehýðhóp hvarfefnisins með samgildu tengi
Þíóhemiasetal myndast og kolefnið hefur
ekki lengur að hluta til jákvæða hleðslu

47. Nú er unnt að nema á brott hýdríðjón
með NAD+
NAD+ sem er bundið við ensímið
oxar þíóhemiasetalið í þíóester
NADH er nú bundið við ensímið

49. Fosfat gerir kjarnsækna árás
á þíóestertengið
Mikil frjáls orka losnar
við vatnsrof þíóestertengja
Afurðin, 1,3-bisfosfóglýserat losnar frá ensíminu, en hún er blandað sýruanhýdríð
Sýrurnar eru karboxýlsýra og fosforsýra
Þíólhópur ensímsins er aftur óbundinn
Mikil frjáls orka losnar einnig við vatnsrof sýruanhýdríðtengja

51. 4) NAD+ úr lausn oxar ensímbundið NADH í NAD+, NADH fer út í lausnina
Heildarjafnan er:
Glýseraldehýð-3-fosfat + NAD+ + Pi 
1,3-bisfosfóglýserat NADH + H+

54. Í þessum skrefum hefur aldehýðið oxast í sýru
(sýruanhýdríð)
Oxunarorka aldehýðsins (hagstæð) er varðveitt
og notuð til að knýja fram myndun
á blönduðu sýruanhýdríði (óhagstæð)
Glýseraldehýð-3-fosfatdehýdrógenasi
er í öllum frumum
Hann er oft notaður sem viðmiðunarprótein
(marker) í erfðatækni
þegar fylgst er með tjáningu einstakra próteina

55. Þíólhópur glýseraldehýð-3-fosfatdehýdrógenasa
er hvarfagjarn
Efni sem hvarfast við þíólið,
þungmálmar og joðasetat, gera ensímið óvirkt

56. Hvörf nr. 7
Myndun ATP frá 1,3-bisfosfóglýserati
1,3-bisfosfóglýserat er blandað sýruanhýdríð
sem getur knúið áfram ATP-myndun frá ADP
Þetta er dæmi um fosfórýleringu á hvarfefnisstigi
(substrate-level phosphorylation)
Þessi hvörf eru gagnhverf
og hvött af fosfóglýseratkínasa
Hvörfin eru:
1,3-bisfosfóglýserat + ADP 
3-fosfóglýserat ATP

58. Arsenat, sem líkist fosfati,
frátengir ATP myndun og oxun
í þessu skrefi í glýkólýsu
Orkuafrakstur glýkólýsu verður
enginn í viðurvist arsenats
Arsenat hindrar ekki nein skref í glýkóslýsuferli

59. Hvörf nr. 8
3-fosfóglýserat hvarfast í 2-fosfóglýserat
2,3-bisfosfóglýserat er millistigsefni
við hvörfun 2-fosfóglýserats í 3-fosfóglýserat
Í öðrum frumum en rauðum blóðfrumum er
2,3-bisfosfóglýserat aðeins í katalýtísku magni

61. Hvarfagangur skýrður
Ensímið (fosfóglýserómútasi)
er til sem fosfóensím og óbreytt ensím
Fosfathópur er fluttur af ensíminu
yfir á fosfóglýserat

65. Sams konar efnahvörf verða
í efnaskiptum glýkógens,
hvött af fosfóglúkómútasa,
þegar glúkósa-1-fosfat hvarfast í glúkósa-6-fosfat
Mútasi er ensím sem hvetur flutning hóps
(t. d. fosfats) innan sömu sameindar
Mútasar tilheyra ísómerösum (ensímaflokkur 5)
Þessi hvörf gegna því hlutverki
að stokka sykrufosfatið upp og fá meira ATP

66. Hvörf nr. 9
Myndun fosfóenólpýrúvats með
brottnámi vatns af 2-fosfóglýserati
Hlöðnu hóparnir, fosfat og karboxýlhópur, eru
nú nær hvor öðrum og fráhrindikraftar meiri
Hvörfin eru samt gagnhverf
2-fosfóglýserat tapar vatni
og myndar fosfóenólpýrúvat
Fosfóenólpýrúvat hefur tvítengi
eins og nafnið bendir til
Ensím: enólasi

68. Hvörf nr. 10 Myndun pýrúvats frá fosfóenolpýrúvati og ATP frá ADP
Þetta er þriðja ógagnhverfa skrefið í glýkólýsuferli
Fosfóenólpýrúvat hefur háorkutengi sem er notað
til þess að knýja áfram myndun á ATP
Pýrúvat kemst auðveldlegar yfir himnur með
flutningskerfum en fosfórýleraðar afleiður
Pýrúvatið er til sem enól-pýrúvat og ketó-pýruvat
Enól-pýrúvatið ummyndast auðveldlega í
ketó-pýrúvat með mikilli breytingu á frjálsri orku

72. Afdrif pýrúvats 1
Pýrúvat getur hvarfast áfram í asetýl-CoA
og brunnið í sítrónsýruhring
eða verið notað til fitusýrusmíðar
Við loftfirrtar aðstæður í vöðva
(snögga áreynslu) hvarfast pýrúvat í laktat.
Laktatið er flutt til lifrar og því breytt þar í
pýrúvat og síðan í glúkósa (nýmyndun glúkósa)

75. Afdrif pýrúvats 2
Við loftfirrta gerjun í gerfrumum
dekarboxýlerast pýrúvat í asetaldehýð
sem afoxast í eþanól
Hvörfun asetaldehýðs í eþanól
er hvött af alkóhóldehýdrógenasa,
sem virkar á mörg alkóhól

76. Heildarjafna í hvörfun glúkósa í eþanól er:
glúkósi ADP + 2 Pi 
2 eþanól + 2 ATP + 2 CO2
Í loftfirrtri glýkólýsu og alkóhólgerjun
eru NAD+ og NADH endurnotuð í hringrás
og koma því ekki fram í heildarjöfnunni
Nettóorkuafrakstur í glýkólýsu
og alkóhólgerjun er 2 ATP

80. Afdrif alkóhóls í líkamanum eru þau
að það oxast í frymi í lifrarfrumum í asetaldehýð
Asetaldehýðið oxast í mítókondríum
í lifrarfrumum í edikssýru
Edikssýran er flutt úr lifrarmítókondríum og
nýtist sem orkugjafi
eða breytist í fitusýrur í lifur
Við oxun í asetaldehýð myndast NADH í frymi
sem getur dregið úr nýmyndun glúkósa

83. Afdrif frúktósa og galaktósa
Frúktósi og galaktósi og koma inn
í glýkólýsuferli og hvarfast eftir því
Frúktósi er í súkrósa, ávöxtum, orkudrykkjum
og frúktósaþykkni (þar sem það er leyft)

84. Afdrif frúktósa
Frúktósi hvarfast í frúktósa-1-fosfat í lifur
sem klofnar niður í tvær tríósaeiningar fyrir
tilstuðlan frúktósa-1-fosfataldólasa
Í mörgum vefjum hvarfast hann líka í
frúktósa-6-fosfat
Frúktósi fer framhjá helstu stýriskrefum
niðurbrots kolhýdrata

86. Galaktósi er í mjólkursykri Afdrif galaktósa
Gal + ATP  Gal-1-P + ADP
Galaktókínasi
Gal-1-P + UDP-Glu  UDP-Gal + Glu-1-P
Transferasi
3) UDP-Gal  UDP-Glu Epímerasi

92. Skortur á transferasa (2) veldur galaktósemíu,
sem erfist á víkjandi hátt
Galaktósemía er afar sjaldgæf
Galaktósa-1-fosfat safnast fyrir í vefjum
í galaktósemíu og veldur lifrarskemmdum
Einnig verða skemmdir í nýrum og heila
Mikið gengur einnig á fosfatbirgðir líffæra

93. Í auga hvetur aldósaredúktasi (notar NADPH)
afoxun galaktósa í galaktitól, sem er torleyst
Uppsöfnun galaktititóls í auga veldur dreri
(cataract)
Skortur á NADPH veldur einnig
augnskemmdum vegna skertra oxunarvarna
Algengasta ástæða þess að börn þola ekki
mjólk er ofnæmi fyrir mjólkurpróteinum

95. Fræðsluefni um sætuefni o. fl. á netinu:
Frúktósaþykkni
Sjá einkum: Carbohydrate MiniTopics og Sweeteners

96. Ensím á heimilinu –
í senn fróðlegt og skemmtilegt
Færið músina inn á ljósgrænu ferningana á myndinni til að fá stuttar upplýsingar
Smellið í grænu ferningana
til að fá nánari upplýsingar
Nánari skýringar