background image

1

 

 

GLYCOLYSIS 

In  the  pathway  of  glycolysis,  glucose  (6  carbons  molecule)  is  split  into 
two  pyruvate  (3-carbon  molecule)  under  aerobic  conditions;  or  lactate 
under anaerobic conditions, along with production of a small quantity of 
energy. 
 

 

 

Summary of glycolysis  (Embden-Meyerhof pathway) 

 
The whole reaction is summarized as 

Glucose + 2 Pi + 2 ADP --> 2 Lactate + 2 ATP 

 
 

     glucokinase 


background image

2

 

 

 Notes 

  Steps  1,  3  and  9  are  key  enzymes;  these  reactions  are 

irreversible. Steps 5, 6 and 9 produce energy. Steps 5 and 10 are 
coupled for regeneration of NAD+. 

  The steps 1, 2 and 3 are called the preparatory phase, The next 

steps are together called the energy producing phase

  Hexokinase and glucokinase may be considered as iso-enzymes; 

their  properties  are  compared  in  Table  below.  Glucokinase  is 
under the influence of insulin; but hexokinase is not. 
 

 

 

  The  phosphorylation  of  glucose  to  glucose-6-phosphate  traps  it 

within the cells to be metabolized.  

  The  enzyme  phosphofructokinase  (PFK)  is  an  allosteric, 

inducible, regulatory enzyme. It is an important key enzyme of this 
pathway. This is an activation process, the energy being derived by 
hydrolysis  of  ATP.  This  irreversible  step  is  the  rate  limiting 
reaction in glycolysis.  

  The  energy  of  bisphospho  glycerate  (1,3-BPG)  is  trapped  to 

synthesize  one  ATP  molecule  with  the  help  of  bisphospho 
glycerate  kinase.  This  is  an  example  of  substrate  level 
phosphorylation  (where  energy  is  trapped  directly  from  the 
substrate  without  the  help  of  the  complicated  electron  transport 


background image

3

 

 

chain reactions). When energy is trapped by oxidation of reducing 
equivalents such as NADH, it is called oxidative phosphorylation. 

  In  the  5th  step,  for  each  molecule  of  glucose  entering  in  the 

pathway,  two  molecules  of  NAD+  are  reduced  to  NADH.  The 
availability  of  co-enzymes  inside  a  cell  is  limited.  Therefore,  this 
step becomes a bottleneck in the whole reaction sequence. 

For smooth operation of the pathway, the NADH is to be reconverted to 
NAD+  by  oxidative  phosphorylation  which  needs  oxygen.  However, 
during  exercise,  there  is  lack  of  oxygen  so  this  reconversion  is  not 
possible, Therefore, the cell has to couple some other reaction in which 
NAD+ is regenerated in the cytoplasm itself hence, pyruvate is reduced to 
lactate; the NAD+ thus generated is reutilized for uninterrupted operation 
of the pathway. But when oxygen is in plenty, the two NADH molecules, 
generated  in  the  glyceraldehyde-  3-phosphate  dehydrogenase  reaction 
(step 5), can enter the mitochondrial electron transport chain for complete 
oxidation as each NADH provides 3 ATPs. 
In  RBCs,  there  are  no  mitochondria  (where  oxidative  phosphorylation 
occurs)  hence  RBCs  derive  energy  only  through  anaerobic  glycolysis, 
where the end product is lactic acid. 

  Enolase  (step  8)  requires  Mg++,  fluoride  irreversibly  inhibit  this 

enzyme by removing magnesium ions. Thus, fluoride will stop the 
whole  glycolysis.  So  when  taking  blood  for  glucose  estimation, 
fluoride  is  added  to  blood.  If  not,  glucose  is  metabolized  by  the 
blood cells and lower blood glucose values are obtained (incorrect 
result). 

Factors Regulating Glycolysis 

A. Glucokinase  enzyme  is  active  mainly  in  liver  and  has  a  high  Km  for 

glucose and low affinity. Hence, glucokinase can act only when there is 
adequate glucose supply. Hexokinase with low km and high affinity can 
phosphorylate  glucose  even  at  lower  concentrations  so  that  glucose  is 
made available to brain, cardiac and skeletal muscle. 
Glucokinase can act only when there is plenty of glucose. Thus, when the 
supply  of  glucose  is  limited,  glucose  is  made  available  to  brain  and 
muscles. Insulin increases GK activity whereas glucagon inhibits it.  

 

B. Pyruvate  Kinase  enzyme  catalyses  an  irreversible  step  and  is  a 

regulatory  enzyme  of  glycolysis.  When  energy  is  plenty  in  the  cell, 


background image

4

 

 

glycolysis is inhibited; Pyruvate kinase is inactive in the phosphorylated 
state. 
 
Insulin  favors  glycolysis  by  activating  the  above  two  key  glycolytic 
enzymes (PK and GK). 
Glucagon and glucocorticoids 

inhibit  glycolysis  and  favor 

gluconeogenesis. 
C.  PF K enzyme as mention above 

 

Regulatory enzymes of glycolysis 

 

 

Significance of the Glycolysis Pathway 

1. It is the only pathway that is taking place in all the cells (cytoplasm) of 
the body. 
2. Glycolysis is the only source of energy in erythrocytes. 
3.  In  strenuous  exercise,  when  muscle  tissue  lacks  enough  oxygen, 
anaerobic glycolysis forms the major source of energy for muscles. 
4.  The  glycolytic  pathway  may  be  considered  as  the  preliminary  step 
before complete oxidation. 
5. The glycolytic pathway provides carbon skeletons for synthesis of non-
essential amino acids as well as glycerol part of fat (glycerol is required 
which can be derived from glucose through DHAP  also glycerol portion 
of the neutral fat can enter into glycolytic or gluconeogenic pathways at 
step 4). 
6. Most of the reactions of the glycolytic pathway are reversible, which 
are also used for gluconeogenesis. 

Clinical Applications of Glycolytic Enzymes 

1.  Lactic  acidosis  may  be  seen  in  hypoxia,  shock,  pulmonary  failure, 
alcohol abuse and diabetes mellitus . 


background image

5

 

 

2.  Deficiency  of  glycolytic  enzymes.  These  conditions  are  rare,  out  of 
which  pyruvate  kinase  deficiency  and  hexokinase  deficiency  are 
comparatively  common.  These  deficiency  states  can  lead  to  hemolytic 
anemia, because energy depleted RBCs are destroyed. Inherited aldolase 
deficiency also causes hemolysis. In PFK deficiency, muscle weakness is 
seen. 
 

Alternate fates of pyruvate: 

A. Oxidative decarboxylation of pyruvate  
Oxidative  decarboxylation  of  pyruvate  by  pyruvate  dehydrogenase 
complex  is  an  important  pathway  in  tissues  with  a  high  oxidative 
capacity,  such  as  cardiac  muscle.  Pyruvate  dehydrogenase  irreversibly 
converts pyruvate, the end product of glycolysis, into acetyl CoA, a major 
fuel for the tricarboxylic acid cycle.  

 

 

B. Carboxylation of pyruvate to oxaloacetate  
Carboxylation  of  pyruvate  to  oxaloacetate  (OAA)  by  Pyruvate 
carboxylase  is  a  biotin-dependent  reaction.  This  reaction  is  important 
because  it  replenishes  the  citric  acid  cycle  intermediates,  and  provides 
substrate for gluconeogenesis. 

 

 

C. Reduction of pyruvate to lactate  
Reduction  of  pyruvate  to  lactate  by  lactate  dehydrogenase  under 
anaerobic condition 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام 11 عضواً و 210 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل