ग्लुकोज ही कार्बनचे सहा अणू असलेली शर्करा असून सर्व सजीव पेशींतील उर्जेचा प्रमुख स्रोत आहे. आहारातील स्टार्च, सेल्युलोज, पेक्टीन यांसारख्या अनेक पदार्थांचे पचन होताना त्यांचे रूपांतर ग्लुकोजमध्ये केले जाते. या शर्करेचे विघटन होऊन त्याद्वारे ऊर्जानिर्मिती होणे, या क्रियेला ग्लुकोजलयन (Glycolysis) असे म्हणतात.
सामान्य रासायनिक समीकरण : सर्व सजीवांमध्ये पेशींमधील विविध जैवरासायनिक क्रियांसाठी लागणारी ऊर्जा एटीपीच्या माध्यमातून उपलब्ध होते. ग्लुकोजलयन होताना एका ग्लुकोजच्या रेणूचे विघटन होऊन त्यापासून पायरुव्हिक अम्ल आणि एटीपीचे प्रत्येकी दोन रेणू तयार होतात.
ग्लुकोजलयन प्रक्रिया : (१) ग्लुकोजचे फॉस्फोरिलीकरण (Phosphorylation of glucose) : या टप्प्यामध्ये हेक्झोकायनेज आणि ग्लुकोकायनेज या विकरांद्वारे फॉस्फेट गटाचे एटीपीकडून ग्लुकोज रेणूकडे हस्तांतरण होते. या प्रक्रियेमध्ये उष्णतेच्या स्वरूपात ऊर्जा मुक्त होते.
(२) ग्लुकोज-६-फॉस्फेटचे समघटकीकरण (Isomerization of Glucose-6-phosphate) : फॉस्फोहेक्झोआयसोमरेज या विकराद्वारे ग्लुकोज-६-फॉस्फेटचे फ्रुक्टोज-६-फॉस्फेट रेणूमध्ये रूपांतर होते.
(३) फ्रुक्टोज-६-फॉस्फेटचे फॉस्फोरिलीकरण (Phosphorylation of fructose-6-phosphate) : यामध्ये फ्रुक्टोज-६-फॉस्फेटचे फॉस्फोफ्रुक्टोकायनेज या विकराच्या उपस्थितीत फ्रुक्टोज-१,६-बिस्‍फॉस्फेट या रेणूमध्ये रूपांतर होते. यासाठी एटीपीद्वारे फॉस्फेट गट पुरवला जातो तसेच उष्णतेच्या स्वरूपात काही ऊर्जा मुक्त होते.
(४) फ्रुक्टोज-१,६- बिस्‍फॉस्फेटचे विदलन (Cleavage of fructose 1,6-Bisphosphate) : या टप्प्यामध्ये फ्रुक्टोज डायफॉस्फेट अल्डोलेज या विकराच्या सान्निध्यात फ्रुक्टोज-१,६-बिस्‍फॉस्फेटचे विदलन होते. त्यामुळे ग्लिसराल्डिहाइड-३-फॉस्फेट (अल्डोज रेणू) आणि डायहायड्रॉक्सिॲसिटोन फॉस्फेट (कीटोज रेणू) तयार होतात.
(५) डायहायड्रॉक्सिॲसिटोन फॉस्फेटचे समघटकीकरण (Isomerization of dihydroxyacetone phosphate) : ट्रायोज फॉस्फेट आयसोमरेज या विकराच्या सान्निध्यात डायहायड्रॉक्सिॲसिटोन फॉस्फेटपासून ग्लिसराल्डिहाइड-३-फॉस्फेट हा समघटक तयार होतो.
(६) ग्लिसराल्डिहाइड-३-फॉस्फेटचे ऑक्सिडीकारक फॉस्फोरिलीकरण (Oxidative phosphorylation of Glyceraldehyde -3-phosphate) : ग्लिसराल्डिहाइड-३-फॉस्फेटचे १,३-बिस्फॉस्फोग्लिसरेटमध्ये रूपांतर होते. याकरिता फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड डीहायड्रोजनेज हे विकर वापरले जाते. यामध्ये ग्लिसराल्डिहाइड-३-फॉस्फेटपासून H- मुक्त होते. त्याद्वारे निकोटिनामाइड ॲडेनाइन डायन्यूक्लिओटाइडचे (NAD) क्षपण होऊन NADH तयार होते.
ग्लुकोजच्या एका रेणूपासून दोन ग्लिसराल्डिहाइड-३-फॉस्फेट तयार होतात. परिणामी या टप्प्यामध्ये दोन NADH तयार होतात.
(७) १,३-बिस्‍फॉस्फोग्लिसरेटकडून (किंवा डाय फॉस्पोग्लिसरेट – दोन्हीचा अर्थ एकच) एडीपीकडे फॉस्फेटचे हस्तांतरण (Transfer of phosphate from 1,3- Bisphosphoglycerate to ADP) : फॉस्फोग्लिसरेट कायनेज या विकराद्वारे १,३-बिस्‍फॉस्फोग्लिसरेटकडून एडीपीकडे फॉस्फेटचे हस्तांतरण करण्यात येते. यामुळे एटीपी आणि ३-फॉस्फोग्लिसरेट यांची निर्मिती होते.
ग्लुकोजच्या एका रेणूपासून दोन १,३-बिस्‍फॉस्फोग्लिसरेट तयार होतात. परिणामी दोन एटीपींची निर्मिती होते.
(८) ३-फॉस्फोग्लिसरेटचे समघटकीकरण (Isomerization of 3-phosphoglycerate) : फॉस्फोग्लिसरेट म्युटेज या विकराद्वारे ३-फॉस्फोग्लिसरेटचे २-फॉस्फोग्लिसरेट या समघटकामध्ये रूपांतर करण्यात येते. यामध्ये फॉस्फोरिल गटाचे स्थानांतरण केले जाते. ही व्युत्क्रमी (Reversible) क्रिया आहे.
(९) २-फॉस्फोग्लिसरेटचे निर्जलीकरण (Dehydration 2-phosphoglycerate) : फॉस्फोपायरूव्हेट हायड्रेटेज या विकराद्वारे २-फॉस्फोग्लिसरेटचे फॉस्फोइनॉलपायरूव्हेटमध्ये रूपांतर करण्यात येते. ही अव्युत्क्रमी (Irreversible) क्रिया आहे.
(१०) फॉस्फोइनॉलपायरूव्हेटकडून फॉस्फेट गटाचे हस्तांतरण (Transfer of phosphate from phosphoenolpyruvate) : पायरूव्हेट कायनेज या विकराद्वारे फॉस्फोइनॉलपायरूव्हेटचे इनॉल पायरूव्हेटमध्ये रूपांतर होते. इनॉल पायरूव्हेट रेणूची जलद पुनर्जुळणी/पुनर्विन्यास होऊन कोणत्याही विकराशिवाय कीटोपायरूव्हेटमध्ये रूपांतर होते.
सारांशाने, ग्लुकोजचे पायरूव्हेटमध्ये ऑक्सिडीकरण होते; NAD+चे क्षपण होऊन NADH तयार होतेआणि एडीपीचे फॉस्फोरिलीकरण होऊन एटीपी तयार होते.
पायरूव्हेटचा उपयोग : विविध प्राणी आणि चयापचय क्रियांनुसार पायरूव्हेट रेणू भिन्नभिन्न पद्धतींनी वापरला जातो. त्यांपैकी काही पुढीलप्रमाणे :
- पायरूव्हेटचे ऑक्सिडीकरण (Oxidation of pyruvate) : ऑक्सिजीवी (Aerobic) प्राण्यांमध्ये पायरूव्हेटचे ॲसिटिल कोएंझाइम-ए मध्ये रूपांतर होते.
- लॅक्टिक अम्लाचे किण्वन (Lactic acid fermentation) : ऑक्सिजन पुरवठा अल्प प्रमाणात असलेल्या स्नायूंमध्ये पायरूव्हेटचे ऑक्सिडीकरण होत नाही. अशा वेळी पायरूव्हेटचे विनॉक्सी (Anaerobic) ग्लायकोजलयनाद्वारे लॅक्टेटमध्ये क्षपण होते.
- अल्कोहॉलीय किण्वन (Alcoholic fermentation) : यीस्ट पेशींमध्ये ग्लुकोजपासून तयार झालेले पायरूव्हेटचे विनॉक्सी पद्धतीने एथेनॉल आणि कार्बन डाय-ऑक्साइडमध्ये रूपांतर होते.
- याव्यतिरिक्त पायरूव्हिक अम्ल हे चयापचय क्रियांमधील पूर्वद्रव्य (Precursor) रेणू असल्याने त्याचे रूपांतर ब्युटिरिक, सक्सिनिक, प्रोपिओनिक, अ‍ॅसिटिक अम्ले, अ‍ॅसिटोन आणि ग्लिसरॉल यांमध्ये देखील होऊ शकते.
ग्लूकोजलयन क्रियेशी संबंधित विकरे आणि जनुके सजीवामधील प्राचीन जनुकांपैकी आहेत. त्यावरून सर्व सजीव एकाच पूर्वजापासून उत्क्रांत झाले असावेत या सिद्धांताचा हा पुरावा मानला जातो.
संदर्भ :
समीक्षक : योगेश शौचे
