Гликолитическая оксидоредукция

( анаэробное окисление до лактата )

ОБРАЩЕНИЕ ГЛИКОЛИЗА

В условиях интенсивной мышечной работы бывают ситуации, когда в клетку не успевает поступать кислород. При этом распад углеводов временно протекает в анаэробных условиях. Молекулам НАДН₂некуда отдавать свой водород, так как не работают дыхательные цепи в митохондриях и челночные механизмы. Это не мешает протеканию первых пяти реакций гликолиза. Но НАД - это кофермент, запасы которого в цитоплазме невелики. После того, как весь этот НАД превратится в НАДН₂в 6-й реакции, новые молекулы ФГА не могут окисляться до фосфоглицериновой кислоты, и тогда все последующие реакции гликолиза должны прекратиться. Но этого не происходит. В цитоплазме хорошим акцептором водорода является ПВК - конечный продукт 1-го этапа. Возникает сопряжение между двумя реакциями, которое называется гликолитическая оксидоредукция:

Реакции гликолитической оксидоредукции полностью обратимы. В отсутствие кислорода сколько НАДН₂образуется на 6-й стадии, столько же НАДН₂и отдаст свой водород на ПВК.

Поэтому в анаэробных условиях конечным продуктом распада глюкозы является лактат.

Таким образом, гликолитическая оксидоредукция - это сопряжение между 6-й стадией (окисление ФГА) и 11-й стадией (восстановление ПВК до лактата) гликолиза [2].

В состоянии покоя, наступающего после интенсивной мыщечной работы, в клетку начинает поступать кислород. Это приводит к запуску митохондриальных дыхательных цепей. Запускаются окислительное декарбоксилирование пирувата, ЦТК и челночный механизм переноса водорода в митохондрии, а, значит, и распада глюкозы (гликогена). При этом процесс гликолиза тормозится автоматически. Торможение гликолиза поступившим в клетку кислородом называется эффектом Пастера по имени ученого, открывшего это явление.

В раковых клетках такого эффекта не наблюдается. В них одновременно могут протекать сразу два процесса: и аэробный, и анаэробный гликолиз. Отсутствие эффекта Пастера в тканях, пораженных злокачественными опухолями, называется эффект Кребтри [7]

Судьба лактата образовавшегося при анаэробном гликолизе.

Накопившийся в ходе гликолиза лактат при поступлении кислорода в клетку начинает постепенно превращаться обратно в ПВК. Часть этого пирувата вступает в реакции окислительного декарбоксилирования и ЦТК. АТФ, образующаяся при этом, используется для синтеза из оставшегося количества ПВК глюкозы или гликогена (в условиях покоя). Процесс синтеза глюкозы или гликогена из лактата называется обращением гликолиза. Образование углеводов (например, глюкозы) из веществ, имеющих не углеводное происхождение называют глюконеогенезом [1].

3. РЕГУЛЯЦИЯ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА (обращение гликолиза).

Для протекания глюконеогенеза требуется 4 фермента, не принимающих участия в окислительном расщеплении глюкозы – это пируваткарбоксилаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа, фруктозо-1,6-бисфосфатаза и глюкозо-6-фосфатаза. Естественно ожидать, что регуляторными ферментами глюконеогенеза будут ферменты, не принимающие участие в расщеплении глюкозы. Такими регуляторными ферментами являются пируваткарбоксилаза и фруктозо-1,6-бисфосфатаза.

Пируваткарбоксилаза

Первая реакция на пути синтеза фосфоенолпирувата из пирувата. Первоначально пируват под влияние пируваткарбоксилазы и при участии СО₂и АТФ карбоксилируется с образованием оксалоацетата [1].

Механизмы регуляции:

· Ацетил-СоА

При биосинтезе в ходе глюконеогенеза оксалоацетата из бикарбоната и пирувата, катализируе­мого пируваткарбоксилазой, в качестве аллостерического активатора выступает ацетил-КоА. Последний изменяет конформацию белка, в результате умень­шается величина К_мдля бикарбоната. Этот эффект имеет важное значение для саморегуляции промежу­точного обмена веществ, поскольку ацетил-КоА, образующийся из пирувата, активирует пируваткарбоксилазу и тем самым способствует образованию оксалоацетата и его дальнейшему окислению в ци­кле лимонной кислоты. Активация пируваткарбоксилазы и ингибирование пируватдегидрогеназы, ко­торые вызываются ацетил-КоА, образующимся при окислении жирных кислот, позволяют понять тормо­зящее действие окисления жирных кислот на оки­сление пирувата и активирующее влияние на глюконеогенез в печени. Как в печени, так и в почках регу­ляция активностей пируватдегидрогеназы и пируваткарбоксилазы имеет реципрокный характер, бла­годаря этому метаболическая судьба пирувата изме­няется при переходе от окисления углеводов, начи­нающегося с гликолиза, к глюконеогенезу. Окисление жирных кислот обеспечивает глюконеогенез, поставляя АТФ, необходимый для протекания реакций, которые катализируются пируваткарбокси­лазой и фосфоенолпируваткарбоксикиназой [6].

· АДФ

Активность пируваткарбоксилазы ингибируется по аллостерическому механизму высокими концентрациями АДФ.

Механизиы регуляции:

· Фруктозо-2,6-бисфосфат

Аллостерически ингибирует фруктоза-1,6-бисфосфатазу.

· АМФ

Активность фруктозо-1,6-бисфосфатазы также по аллостерическому механизму угнетается высокими концентрациями АМФ.

Таким образом, в условиях дефицита энергии в клетках глюконеогенез будет заторможен, во-первых, из-за недостатка АТФ, а, во-вторых, из-за аллостерического ингибирования двух ферментов глюконеогенеза продуктами расщепления АТФ - АДФ и АМФ.

Нетрудно заметить, что скорость гликолиза и интенсивность глюконеогенеза регулируются реципрокно. При недостатке энергии в клетке работает гликолиз и ингибирован глюконеогенез, в то время как при хорошем энергетическом обеспечении клеток в них работает глюконеогенез и ингибировано расщепление глюкозы.