Г ликолитическая оксиредукция

 

Процесс циклического восстановления и окис-

 

ления НАД в реакциях анаэробного гликолиза полу-

 

чил название гликолитическая оксиредукция.

 

В анаэробных условиях образуемый в шестой, ГАФ-дегидрогеназной реакции, НАДН используется

 

в последней реакции для восстановления пирувата до лактата. Образуемый таким образом НАД опять возвращается в шестую реакцию.

В аэробных условиях НАДН отдает свои атомы водорода на челночные систе-

 

мы (см ниже)для их передачи в дыхательную цепь митохондрий.

 

Э НЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ

 

На подготовительном этапе

 

на активацию глюкозы затра-

чивается 2молекулы АТФ,ка-ждая из которых оказывается

на триозе – глицеральдегид-

 

фосфате и диоксиацетонфос-фате. В следующий второй

этап входит только глицераль-

 

дегидфосфат, но его уже две молекулы, каждая из которых

окисляется до пирувата с об-

 

Разованием 2-х молекул АТФ

 

в реакциях субстратного фос-

 

форилирования. Таким обра-

 

зом, суммируя, получаем, что

 

на пути от глюкозы до пирувата

 

в чистом виде образуется 2

 

молекулы АТФ.

 

Однако надо иметь в виду

 

и глицеральдегидфосфат-

 

дегидрогеназную реакцию, из которой выходит НАДН. Если

условия анаэробные, то он

 

используется в лактатдегидро-геназной реакции – окисляется

для образования лактата и в

 

получении АТФ не участвует.

 

Если же имеется кислород

 

– НАДН направляется в мито-хондрию, на процессы окисли-

 

тельного фосфорилирования, и

 

там его окисление приносит дивиденды в форме АТФ.

 

Э ФФЕКТ П АСТЕРА

 

Эффект Пастера – это снижение потребления глюкозы и прекращение продукции молочной кислоты клеткой в присутствии кислорода.

Луи Пастер, занимавшийся вопросами виноделия, наблюдал подобный фено-мен при производстве вина. Забегая вперед, отметим, что спиртовое броже-ние весьма похоже на гликолиз, только вместо молочной кислоты из пирува-та образуется спирт.

 

Биохимический механизм эффекта Пастера заключается в конкуренции между

 

пируватдегидрогеназой,превращающей пируват в ацетил-S-КоА,и лактатдегид-

 

рогеназой,превращающей пируват в лактат.При отсутствии кислорода внутрими-тохондриальные процессы дыхания не идут, цикл трикарбоновых кислот тормозится

и накапливающийся ацетил-S-КоА ингибирует ПВК-дегидрогеназу. В этой ситуации

 

пировиноградной кислоте не остается ничего иного как превращаться в молочную. При наличии кислорода ингибирование ПВК-дегидрогеназы прекращается и она, об-

ладая большим сродством к пирувату, выигрывает конкуренцию.

Важно то, что пировиноградная кислота является для клетки токсичным

 

веществом, и клетке необходимо избавиться от нее каким угодно образом. Так как через мембраны она не проходит, то обезвреживание достигается

превращением пирувата 1) в лактат; 2) в ацетил- S -КоА; 3) в аланин (см "Ала-нинаминотрансфераза"), 4) в оксалоацетат.

 

Иллюстрацией к сказанному служит от-личие изоферментов лактатдегидроге-наз (ЛДГ) друг от друга. Сердечный

изофермент ЛДГ-1 обладает высоким сродством к молочной кислоте и "стре-

мится" поднять концентрацию пирува-та с целью его включения в ЦТК и полу-чения энергии для деятельности мио-

карда. Большое количество митохонд-

рий и поступление сюда лактата из других органов обеспечивает работу сердца при аэробных условиях. При не-хватке кислорода свойства ЛДГ-1 не из-

менятся, он по-прежнему будет сдвигать реакцию в сторону продукции пиро-

виноградной кислоты. Изофермент скелетной мышцы ЛДГ -5 обладает высо-ким сродством к пирувату, при отсутствии кислорода в клетке быстро и эффективно превращает его в лактат, легко проникающий сквозь мембраны. Таким образом, в анаэробных условиях сильнее будет страдать сердечная мышца, что, собственно говоря, и наблюдается в медицинской практике.

Ч ЕЛНОЧНЫЕ СИС-ТЕМЫ

 

Челночные системы –

механизм доставки обра-

зованных в гликолизе ио-

нов Н⁺ (в составе НАДН)

из цитозоля в митохонд-рию.

Так как сама молекула

 

НАДН через мембрану не проходит, природа поза-

ботилась о том, чтобы

 

создать системы, прини-

 

мающие этот водород в цитоплазме и отдающие его в матриксе митохонд-рий.

 

Определены две основные челночные системы – глицеролфосфатная и малат-

 

аспартатная.

 

Глицеролфосфатный челнок активен в печени и в быстрых мышечных волок-нах. Его ключевыми ферментами являются изоферменты глицерол-3-фосфат-

дегидрогеназы, цитоплазматический и митохондриальный. Они отличаются своими

 

коферментами: у цитоплазматической формы – НАД, у митохондриальной – ФАД. Метаболиты гликолиза – диоксиацетонфосфат и НАДН образуют глицерол-3-

фосфат, поступающий в матрикс митохондрий, где он окисляется с образованием

 

ФАДН ₂. Далее ФАДН₂ направляется в дыхательную цепь и используется для полу-чения энергии.

 

Малат-аспартатный челнок более сложен:постоянно идущие в цитоплазме ре-

 

акции трансаминирования аспартата поставляют оксалоацетат, который под дейст-вием цитозольного пула малатдегидрогеназы восстанавливается до яблочной ки-

слоты. Последняя антипортом с α-кетоглутаратом проникает в митохондрии и, явля-

 

 

ясь метаболитом ЦТК, окисляется в оксалоацетат с образованием НАДН. Так как

 

мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, то он аминируется до ас-

 

парагиновой кислоты, которая в обмен на глутамат выходит в цитозоль.

 

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ

 

Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата. глицерола, метаболитов цикла Кребса, аминокислот. Все аминокислоты,

кроме кетогенных лейцина и лизина, способны участвовать в синтезе глюкозы. Неко-

 

торые из них – глюкогенные – полностью включаются в молекулу глюкозы, некото-рые – смешанные – частично.

 

В организме всегда существует потребность в глюкозе:

 

• для эритроцитов глюкоза является единственным источником энергии,

 

• нервная ткань потребляет 120 г глюкозы в сутки, притом эта величина не за-висит от интенсивности ее работы. Только в экстремальных ситуациях (дли-

тельное голодание) она способна получать энергию из неуглеводных источ-

 

ников,

 

• глюкоза играет весомую роль для поддержания необходимых концентраций

 

метаболитов цикла трикарбоновых кислот (в первую очередь оксалоацета-

 

та).

 

Таким образом, при определенных ситуациях – при низком содержании углево-

 

дов в пище, голодании, длительной физической работе – организм должен иметь

 

возможность получить глюкозу. Это достигается процессом глюконеогенеза. Кроме получения глюкозы, глюконеогенез обеспечивает и уборку "шлаков" – лак-

тата, образованного при мышечной работе и в эритроцитах, и глицерола, являюще-

 

гося продуктом липолиза в жировой ткани.

 

Глюконеогенез лишь отчасти повторяет реакции окисления глюкозы. Как указы-

 

валось ранее, в гликолизе существуют три необратимые стадии: пируваткиназная

 

(десятая), фосфофруктокиназная (третья) и гексокиназная (первая). На этих стадиях существуют энергетические барьеры, которые обходятся с помощью специальных реакций.