Аэробный дихотомический путь распада глюкозы. Основные фазы этого пути. Представить схематически аэробное дихотомическое расщепление глюкозы.

Процесс протекает в цитозоле клеток всех органов и тканей. Все метаболиты находятся в фосфорилированной форме.

 

В зависимости от образующихся конечных продуктов в дихотомическом пути окисления глюкозы выделяют два варианта: аэробный и анаэробный. Это различие проявляется только в последней реакции. Первые стадии аэробного и анаэробного гликолиза одинаковы. При этом гликолиз условно делят на три этапа, как показано на рис. 10.28.

 

Схемы химических превращений гликолиза представлены на рис. 10.29— 10.31.

 

Первый этап представляет собой превращения гексоз. Изомерное превращение гл-6-фосфата во фр-6-фосфат обратимо и легко катализируется глюкозо-6-фосфат-изомеразой.

 

Следующая реакция, синтез фр-1,6-дифосфата — необратимый процесс, поэтому он катализируется аллостерическим ферментом фосфофруктокиназой которая чувствительна к соотношению АТФ и АМФ. Фосфофруктокиназа активируется при высоком содержании АМФ, г.е. в условиях дефицита энергии. И наоборот, высокая концентрация АТФ, когда клетка хорошо обеспечена энергией, угнетает фосфофруктокиназу. Так же как при активации глюкозы (глюкокиназой или гексокиназой) здесь затрачивается одна молекула АТФ. Образование фр-1,6-дифосфата — самая медленная реакция гликолиза, поэтому от ее скорости зависит скорость всего процесса

Первый этап заканчивается дихотомическим распадом гексозы на две триозы: диоксиацетонфосфат и 3-фосфоглицери- новый альдегид (3-ФГА). Это обратимое превращение, катализируемое алъдолазой. Хотя триозы образуются в соотношении 1: 1, они могут превращаться друг в друга с помощью триозофосфатизомеразы, и равновесие в данном процессе устанавливается при содержании 95—97% диоксиацс-тонфосфата и 3—5% 3-ФГА. Такое соотношение вызвано тем, что во второй этан гликолиза вовлекается только 3-ФГА. По мере его расходования запасы пополняются из диоксиацетонфосфата.

Таким образом, если учесть начальную активацию глюкозы, нанервом этапе гликолиза затрачивается две молекулы АТФ.

Второй этап — превращения триоз. Первое превращение второго этана — образование 1,3-диФГК из 3-ФГА. По существу, это реакция окисления альдегида до кислоты, но сопряженная с фосфорилированием. Источником фосфорного остатка служит неорганический фосфат, который всегда есть в клетке. Катализируется процесс глицералъдегид-З-фосфатде-гидрогеназой

В молекуле 1,3-ДиФГК две макроэргические связи, поэтому она служит источником фосфата и используется ферментом фосфоглицераткиназой для синтеза АТФ. Это пример субстратного фосфорилирования (см. табл. 9.1) и образования первой молекулы АТФ в гликолизе.

Следующая реакция — изомерное превращение. Катализируется мута-зой (Т)-фосфоглицерат:2,3-фосфомутаза).

Образование 2-фосфоенол-ПВК происходит путем дегидратации 2-ФГК ферментом енолазой.

Завершается второй этап гликолиза необратимым расщеплением макро-эргической связи в 2-фосфоенол-ПВК и образованием ПВК. Отделяющийся фосфорный остаток перносится на АДФ. Это вторая реакция субстратного фосфорилирования и вторая молекула АТФ, образующаяся на этом этапе гликолиза.

Третий этап гликолиза самый короткий — восстановление ПВК до молочной кислоты (рис. 10.31). Катализируется НАД-зависимой лактатдеги-дрогеназой (ЛДГ). Он протекает только в том случае, если дефицит кислорода сохраняется. Если гликолиз завершается образованием молочной кислоты, то весь процесс часто называют лактатным путем окисления глюкозы, так как широко распространенное название молочной кислоты — лактат.

В аэробных условиях гликолиз завершается образованием ПВК, которая дальше используется в анаболических или ка-таболических процессах, в зависимости от потребностей клетки. При большой потребности в энергии ПВК поступает в цикл Кребса, где полностью окисляется до конечных продуктов Н20 и С02 с максимальным выходом энергии — 12 молекул АТФ.

Биологическая ценность гликолиза заключается в обеспечении клеток энергией в бескислородных условиях. С энергетической точки зрения, гликолиз — маловыгодный процесс, так как полного расщепления связей здесь не происходит.

При окислении 3-ФГА во втором этапе гликолиза синтезировалось две молекулы АТФ. Однако, если учесть, что 3-ФГА — это всего лишь половина гексозы, то количество АТФ удваивается. Но в первом этапе две молекулы АТФ расходовались на активацию гексоз. Поэтому суммарный эффект гликолиза — две молекулы АТФ.

Несмотря на относительно невысокую энергетическую ценность, это единственно возможный способ извлечения энергии в анаэробных процессах. Такие состояния возникают:

• при экстренно возникающей функциональной нагрузке на отдельный орган или организм в целом (бег на короткие дистанции, ускорения на финише и т.д.);

• при гипоксических состояниях (тромбоз артерий);

• в зрелых эритроцитах, которые не имеют митохондрий и извлекают энергию за счет гликолиза.

 

1 этап

2 этап

3 этап