Varför sker glykolysen i flera steg?

Kul fråga!

Det är en massa olika kemiska reaktioner som sker under stegen, och var och en av dessa reaktioner sker i sitt eget enzym. Enzymerna är biologiska katalysatorer, som är specialiserade på att underlätta en reaktion. Så för varje reaktion under glykolysen krävs en katalysator, för rent kemiskt behöver omvandlingen av glukos till pyrovat ske i flera steg - och under dessa steg skapas även NADH och ATP.

I princip skulle ett mega-enzym kunna finnas, bestående av många olika delar/domäner, som var och en motsvarar en katalysator. Lite liknande att de olika enzymen sitter ihop. Men rent praktiskt verkar det ha varit enklare att separat utveckla flera olika enzymer, som tillsammans bidrar till nedbrytningen.

Fördelen med ett enda mega-enzym är att allt sitter ihop och kan "lösa uppgiften själv", så när det utvecklats kan det lösa uppgiften.

Fördelen med flera olika enzymer är att de var och en kan utvecklas ifrån olika föregångare till enzymen. Enzym, och proteiner generellt, utvecklas och anpassas under evolutionen så att de kan katalysera specialiserade reaktioner. Och under evolutionen har enzym uppstått, utvecklats eller försvunnit. Rent evolutionärt har enzymer med olika aktivitet/katalytisk förmåga utvecklats ifrån en gemensam föregångare - det går att beskriva precis liknande hur arter utvecklats.

T.ex. enzymet (A) kunde katalysera en reaktion (1) och fyllde ett behov i en cell. Sedan började ett nytt behov uppstå och en variant av (A) utvecklades (Ab) som katalyserade reaktionen (2). På så vis kunde både reaktionen (1) och (2) ske i cellen. Och så länge den kombinationen gav cellen en fördel, selekterades celler med den nya varianten av enzymet vidare till nästa generation o.s.v. Och över många generationer uppstod olika enzymer som kunde katalysera olika reaktioner, tills en framgångsrik kombination av enzymerna hade selekterats fram under evolutionen. Fördelen med flera olika enzymer är att de allihopa och parallellt kan muteras, och på så vis ges chansen till förbättring av delarna var och en för sig, men även för kombinationen av enzymerna.

Finns det endast ett mega-enzym, blir detta enzym mer känsligt för negativa förändringar. Förbättras katalysen av 4 reaktioner, men en försämras blir summan inte bättre utan sämre. Utvecklas däremot alla delar parallellt kan "den sämre biten" selekteras bort, och istället ersättas med en lika bra eller bättre.

Fettsyrasyntaset som används i cellerna för syntesen av fettsyror är ett exempel på ett enzym som katalyserar flera olika reaktioner, och är ganska stort. Det består dock av två separata aminosyrakedjor. I detta enzym hålls den framväxande fettsyran kvar, och flyttas runt mellan de olika delarna där de olika kemiska reaktionerna katalyseras.

Det finns en rad anledningar till att glykolysen sker i mindre steg:

• Det gör att enzymerna kan vara mer specialiserade och därmed mer effektiva.
• Det gör det mycket lättare att binda den frigjorda energin (netto får man ju 2 ATP från varje glukosmolekyl).
• Vissa av intermediärerna kan också användas som substrat i andra reaktionsvägar, för att syntetisera exempelvis fettsyror. Om glykolysen skedde i ett enda steg, skulle sådana intermediärer aldrig bildas.
• De flesta av glykolysenzymerna används även i den reaktionsväg som kallas glukoneogenes. Den innebär att cellen bildar nytt glukos av mindre molekyler. Enkelt uttryckt är det att glykolysen körs baklänges. Det skulle vara väldigt svårt att göra i ett steg.
• Eftersom nästan varje enzym i glykolysen kan regleras av olika faktorer blir det mycket lättare för cellen att finreglera glykolysen, genom att olika enzymer aktiveras eller hämmas, alltefter olika förhållande och behov.

Tack så jättemycket, förstår nu:)