Гликолиз, биологическое значание. Послед. Р-ций в анаэробных условиях. Кпд кликолиза.

Послед-ть фермент. р-ций, приводящих к превращ. глюкозы в ПВК с образованием АТФ.

Анаэр. гликолиз – фермент. процесс распада глюкозы в тканях человека и животных без потребления кислорода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. Биологическое значение процесса гликолиза заключается в образовании богатых энергией фосфорных соединений. В гексокиназной и фосфофруктокиназной реакциях гликолиза затрачиваются 2 молекулы АТФ. На последующих образуются 4 АТФ (фосфоглицераткиназная и пируваткиназная реакции). Т. о., энергетическая эффективность гликолиза в анаэробных условиях составляет 2 АТФ на 1 молек. глюкозы. В пр-е 1ой минуты работы благодаря анаэр. пр-су достигается гораздо большая мощность, чем при дальнейшей работе. Эритроциты вообще не имеют митохондрий, и их потребность в АТФ целиком удовлетворяется за счет анаэр. гл-за. Интенс. гл-из хар-н также для клеток злокач. опухолей.

Протекает в гиалоплазме кл. 1ой фермент. р-цией гликолиза явл. фосфорилирование, катализируется гексокиназой. 2ой р-цией явл. превращ. глюкозо-6-фос-фата под действием глюкозо-6-фосфат-изомеразы во фруктозо-6-фосфат. 3я р-ция катализ. фосфофруктокиназой; фруктозо-6-фосфат фосфорилируется за счет 2ой молек. АТФ. В 4ой р-ции альдолаза расщеп. фруктозо-1,6-бисфосфат на диоксиацетонфосфат и глицеральдегид-3 фосфат, далее происходит р-ция изомерации под дейст. триозофосфатизомеразы. Обр-м глицеральдегид-3-фосфата завершается 1ая стадия гл-за. 2ая – вкл. ок.-восст. р-цию (реакция гликолитической оксидоредукции), сопряж. с субстр. фосф-м, в пр-се к-го обр-ся АТФ. В 6ой р-ции в присут. глицеральдегидфосфатд/г, кофермента НАД и неорг. фосфата глицеральдегид-3-фосфат подвергается окислению с образованием 1,3-бисфосфоглицерата и НАДН. 7ая р-ция катализ. фосфоглицераткиназой, происходит передача фосфатной группы в положении 1 на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицерата. В 8ой р-ции 3-фосфоглицерат превращ. в 2-фосфоглицерат.

9ая катализ. енолазой, при этом 2-фосфоглицерат в результате отщепления молекулы воды переходит в фосфоенолпируват, а фосфатная связь в положении 2 становится высокоэргической. 10ая разрыв высокоэргической связи и переносом фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ - субстратное фосфорилирование. Катализируется пируваткиназой. В 11ой р-ции восст. ПВК и образуется лактат при участии ЛДГ и НАДН, образовавшегося в 6 р-ции.

Метаболические превращения ПВК.

ПВК под действием фермента ЛДГ в последней стадии анаэробного гликолиза превращается в лактат. При спиртовом брожении. которое набл. у плесневых грибков, дрожжеподобных организмов ПВК подвергается декарбоксилированию под действием пируватдекарбоксилазы. образуется ацетальдегид и выд. СО2. Ацетальдегид присоед. к себе водород.. отщепляемый от НАДН, восстанавливаясь при этом в этанол. Р-ция катализируется алкогольдегидрогеназой.

Из ПВК может синтезироваться глюкоза в процессе глюконеогенеза.

При аэробном распаде глюкозы ПВК не восст. до лактата. а подвергается окислительному декарбоксилированию с обр-м ацетил-КоА.

Аспарагиновая к-та и аланин путем переаминирования превращаются в пвк и оксалоацетат. серин под дейст. серинангидразы превращ. в ПВК. Цистеин окисл. с обр. цистеинсульфиновой к-ты. происх трансаминирование с а-кетоглуторатом, обр ПВК и сульфит.

Осн. путь превращ. углеводов в жиры явл. путь обр. жир. к-т из ацетил-КоА. обр-ся при окислит декарбоксилировании ПВК.

 

 

Окислительное декарбоксилирование ПВК.

протекает под влиянием пируватдегидрогеназного комплекса. в который входит 3 ферментативной

Е1 - тиаминдифосфатпируватдегидрогеназа, кофермент ТДФ,

Е2 - дигидролипоилацетилтрансфераза (коферменты - липолиевая кислота. HS-КоА)

Е3 - дигидролипоилдегидрогеназа (коферменты - НАД и ФАД)

Нв 1ой стадии ПВК декарбоксилируется под действием Е1-ТПФ. На 2ой стадии оксиэтильная гр. комплекса Е1-ТПФ -СНОН-СН3 окисляется с образованием ацетильной гр., которая переносится на липолиевую к-ту (на ее амид), связ. с Е2. Затем. на 3ей стадии ацетильная группа переносится на коэнзимКоА с образованием конечного продукта - ацетилКоА. уч. в ЦТК. На 4ой стадии регенерируется полная форма липоамида из восст. комплекса Е2. При участии Е3 переносятся атомы водорода от восст. сульфгидридных гр. дигидролипоамида на ФАД. На 5ой стадии ФАДН2 передает водород на НАД с обр-м НАДН(Н).

 

 

Глюконеогенез. Цикл Кори.

Некот. ткани, напр. мозг, нуждаются в постоянном поступлении глюкозы. Когда поступ. углеводов в составе пищи недост., сод-е глюкозы в крови некоторое время поддерж. в пределах нормы за счёт расщепления гликогена в печени. Однако запасы гликогена в печени невелики. Они значительно уменьшаются к 6-10 ч голодания и практич. полностью исчерп. после суточ. голодания. В этом случае в печени начинается синтез глюкозы de novo - глюконеогенез - процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длит. голодания и интенс. физич. нагрузок. Протекает в основном в печени и менее интенс. в корковом в-ве почек, в слиз. об-ке кишеч.

Первич. субстраты глюконеогенеза - лактат, ам-ты и глицерол. Лактат - продукт анаэр. гликолиза. Он обр-ся при любых состояниях организма в эритроцитах и работающих мышцах. Ииспользуется в глюконеогенезе постоянно. Глицерол высвоб. при гидролизе жиров в жир. тк. в период голодания или при длит. физич. нагрузке. Ами-ты обр-ся в рез-те распада мыш. белков и включ. в глюконеогенез при длит. голодании или продолжит. мыш. работе.

Большинство р-ций глюконеогенеза протекает за счёт обратимых р-ций гликолиза и катализируется теми же ферментами. Однако 3 реакции необратимы. На этих стадиях р-ции глюконеогенеза протекают другими путями. Часть реакций глюконеогенеза происходит в митохондриях.

ПВК --> оксалоацетат(пируваткарбоксилаза) Оксалоацетат --> фосфоенолпируват (фосфоенолпируваткарбоксикиназа — ГТФ-зависимый фермент). Далее все р-ции до фруктозо-1,6-фосфата проходят под дейст. Гликолитич. Ферм. Фруктозо-1,6-бисфосфатаза и глюкозо-6-фосфатаза катал. отщепление фосфатной гр. от фруктозо-1,6-бисфосфата и глюкозо-6-фосфата. После чего свободная глюкоза выходит из клетки в кровь.

Лактат, обр-ся в интенс. раб. м-цах или в кл. с преобл. анаэр. спос. катаб. глюкозы, поступает в кровь, а затем в печень. В печени отношение NADH/NAD+ ниже, чем в сокращ. м-це, поэтому ЛДГ р-ция протекает в обратном направлении, т.е. в сторону образования ПВК из лактата. ПВК включ. в глюконеогенез, а образ-я глюкоза поступает в кровь и поглощ. скелет. м-цами - "глюкозо-лактатным циклом", или "циклом Кори ", обесп. утилизацию лактата; предотвращает его накопление опасное снижение рН (лактоацидоз). Часть ПВК, обр. из лактата, ок. печенью. Энергия ок. может исп. для синтеза АТФ, необхо.о для р-ций глюконеогенеза.

 

 

Из всех аминокислот, поступающих в печень, примерно 30% приходится на долю аланина. Аланин из мышц переносится кровью в печень, где преобразуется в ПВК, который частич. окисляется и частично включ. в глюкозонеогенез. Следовательно, сущ. следующая последовательность событий (глюкозо-аланиновый цикл): глюкоза в мышцах → пируват в мышцах → аланин в мышцах → аланин в печени → глюкоза в печени → глюкоза в мышцах. Весь цикл не приводит к увеличению количества глюкозы в мышцах, но он решает проблемы транспорта аминного азота из мышц в печень и предотвращает лактоацидоз.

 

Аллостерическая регуляция скорости гликолиза, зависимая от изменения соотношения АТФ/АДФ, направлена на изменение скорости исп. глюкозы непосредственно кл. печени. Глюкоза в кл. печени исп. не только для синтеза гликогена и жиров, но также и как источник энергии для синтеза АТФ. Осн. потребителями АТФ в гепатоцитах явл. пр-сы трансмембранного переноса в-в, синтез белков, гликогена, жиров, глюконеогенез. От скорости утилизации АТФ в этих пр-сах зав. скорость его синтеза. АТФ, АДФ и АМФ, а также НАД и НАДН служат аллостерическими эффекторами некот. гликолитических ферментов и ферментов глюконеогенеза. В частности, АМФ активирует фосфофруктокиназу и ингибирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу. АТФ и НАДН ингиб. пируваткиназу, а АДФ активирует пируваткарбоксилазу. Следовательно, при усил. расход. АТФ и снижении его конц-ции с одновременным увелич. конц-ции АМФ, активируется гликолиз и обр-е АТФ, а глюконеогенез при этом замедляется.

Глюкокортикостероиды обесп. пр-сс глюконеогенеза субстратами.

 

Аэробное окисление глюкозы.

Аэробный гликолиз включает - процесс окисления глюкозы с образованием 2 молекул ПВК, общий путь катаболизма, включающий превращение пирувата в ацетил-КоА и его дальнейшее окисление в цитратом цикле; цепь переноса электронов на О2, сопряжённая с р-циями дегидрирования происх. в пр-се распада глюкозы.

В результате гликолиза образуется ПВК, который далее окисляется до СО2 и Н2О в ЦТК. Выход АТФ при окислении 1 моль глюкозы до СО2 и Н2О составляет 38 моль АТФ.

В процессе аэробного распада глюкозы происходят 6 реакций дегидрирования. Субстраты для специфических НАД-зависимых дегидрогеназ: глицеральдегид-3-фосфат, ПВК, изоцитрат, α-кетоглутарат, малат. Одна реакция дегидрирования в цитратном цикле под действием сукцинатдегидрогеназы происходит с участием ФАД. Общее количество АТФ, синтезированное путём окислит. фофорилирования, составляет 17 АТФ на 1 моль глицеральдегидфосфата. К этому необходимо прибавить 3 АТФ, синтезированных путём субстр. фосфорилирования (две реакции в гликолизе и одна в цитратном цикле). Учитывая, что глюкоза распадается на 2 фосфотриозы и что стехиометрический коэффициент дальнейших превращений равен 2, полученную величину надо умножить на 2, а из результата вычесть 2 АТФ, использованные на первом этапе гликолиза.