![](/user_photo/65070_2azrz.gif)
![](/html/65070/203/html_5p9zm8B6vV.lZly/htmlconvd-PT_lZV201x1.jpg)
Второй этап гликолиза включает реакции, приводящие к превращению фосфоглицеральдегида в пируват или лактат (соответственно реакции 6-10 или 6-11). Эти реакции связаны с синтезом АТФ;
2.Большинство гликолитических реакций обратимо, за исключением трех
(реакции 1, 3 и 10);
3.Все промежуточные соединения находятся в фосфорилированной форме. Источником фосфатной группы в реакциях фосфорилирования являются АТФ (реакции 1, 3) или Н3РО4 (реакция 6);
4.Регенерация НАД+, необходимого для окисления новых молекул фосфоглицеральдегида, происходит при аэробном гликолизе посредством дыхательной цепи. При этом водород транспортируется из цитозоля в митохондрии с помощью челночного механизма. При анаэробном гликолизе НАД+ регенерируется в реакции восстановления пирувата в лактат, сопряженного с окислением НАДН+Н+ . Процесс циклического восстановления и окисления НАД в реакциях анаэробного окисления глюкозы получил название гликолитическая
оксидоредукция:
Схема гликолитической оксидоредукции НАД-НАДН
5.Образование АТФ при гликолизе может идти двумя путями: либо субстратным фосфорилированием, когда для образования АТФ из АДФ и Н3РО4 используется энергия макроэргической связи субстрата (реакции 7, 10), либо путем окислительного фосфорилирования за счет энергии переноса электронов и протонов в дыхательной цепи.
![](/html/65070/203/html_5p9zm8B6vV.lZly/htmlconvd-PT_lZV202x1.jpg)
Расчет выхода АТФ при анаэробном окислении глюкозы
Клетки, недостаточно снабжаемые кислородом, могут частично или полностью существовать за счет энергии гликолиза. В анаэробных условиях гликолиз является единственным способом получения энергии для синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата.
Реакции гликолиза, связанные с затратой и образованием АТФ в анаэробных условиях
![](/html/65070/203/html_5p9zm8B6vV.lZly/htmlconvd-PT_lZV203x1.jpg)
Участки гликолиза, связанные с затратой и образованием АТФ в анаэробных условиях
Расчет выхода АТФ при аэробном окислении
Большинство животных и растительных клеток в норме находится в аэробных условиях, и глюкоза полностью окисляется до СО2 и Н2О.
При наличии в клетке кислорода НАДН+Н+, возникающий на 6-й стадии, направляется в митохондрии на процесс окислительного фосфорилирования. Там его окисление сопровождается синтезом 3 молекул АТФ.
Образовавшийся в гликолизе пируват в аэробных условиях под действием пируватдегидрогеназного комплекса превращается в ацетил-SКоА, при этом образуется 1 молекула НАДН+Н+.
Ацетил-SКоА вовлекается в цикл Кребса и, окисляясь, дает 3 молекулы НАДН+Н+, 1 молекулу ФАДН2 и 1 молекулу ГТФ. При окислении НАДН+Н+, и ФАДН2 в дыхательной цепи образуется еще 11 молекул АТФ. В целом при сгорании 1 ацетильного остатка образуется 12 молекул АТФ.
Суммируя «гликолитический» АТФ, результаты окисления «гликолитического» и пируватдегидрогеназного НАДН+Н+, энергетический выход цикла Кребса и умножая все на 2, получаем 38 молекул АТФ:
Очевидно, что в энергетическом отношении полное расщепление глюкозы является более эффективным процессом, чем анаэробный гликолиз.
![](/html/65070/203/html_5p9zm8B6vV.lZly/htmlconvd-PT_lZV204x1.jpg)
Участки аэробного окисления глюкозы, связанные с затратой и образованием АТФ
Мембрана митохондрий непроницаема для НАДН, поэтому перенос водорода с цитозольного НАДН в митохондрии осуществляется за счет челночного транспорта. Суть этого механизма сводится к тому, что НАДН в цитозоле восстанавливает некоторое соединение, способное проникать в митохондрию. В митохондрии это соединение окисляется, восстанавливая внутримитохондриальный НАД+, и вновь переходит в цитозоль. В качестве челнока работает глицеролфосфатный механизм или малат-аспартатная система:
![](/html/65070/203/html_5p9zm8B6vV.lZly/htmlconvd-PT_lZV205x1.jpg)
Глицеролфосфатный челнок: 1, 2 - окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие транспорт водорода из цитозоля в митохондрии на дыхательную цепь; 3 - ФАД-зависимая глицеролфосфатдегидрогеназа
Малат-аспартатный челнок: 1,2 - окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие транспорт водорода из цитозоля в митохондрии на дыхательную цепь; 3,4 - транслоказы, обеспечивающие транспорт малата, аспартата и глутамата через мембрану митохондрий
Если перенос водорода с НАДН происходит за счет глицеролфосфатного механизма, то реальное количество синтезируемых молекул АТФ меньше, так как энергия расходуется на транспорт НАДН из цитозоля через митохондриальную мембрану. Цитозольный НАДН сначала реагирует с цитозольным дигидроксиацетонфосфатом, образуя глицерол-3-фосфат, который легко проникает через мембрану митохондрии. Внутри митохондрии глицерол-3-фосфат окисляется до диоксиацетонфосфата с участием не НАД, а ФАД-зависимой глицерол-3-фосфат- дегидрогеназы. Восстановленный флавопротеин (фермент-ФАДН2) вводит приобретенные им электроны в дыхательную цепь на уровне KoQ. Таким образом, пара электронов (из одной молекулы цитозольного НАДН2), вводимая в дыхательную цепь с помощью глицеролфосфатного челночного механизма, дает не 3, а 2 АТФ и общий энергетический выход составляет не 38, а 36 молекул АТФ.
С помощью данного челночного механизма перенос восстановленных эквивалентов от цитозольного НАДН2 в митохондрии осуществляется лишь в скелетных мышцах и мозге.
Вклетках печени, почек и сердца действует более сложная малат-аспартатная челночная система. Действие такого челночного механизма становится возможным благодаря присутствию малатдегидрогеназы и аспартатаминотрансферазы как в цитозоле, так и в митохондриях. Цитозольный НАДН восстановливает оксалоацетат до малата при участии фермента малатдегидрогеназы. Малат с помощью системы, транспортирующей дикарбоновые кислоты, проходит через внутреннюю мембрану митохондрии в матрикс. Здесь малат за счет внутримитохондриального НАД+ окисляется в оксалоацетат, а восстановленный НАДН передает свои электроны в цепь дыхательных ферментов.
Всвою очередь, образовавшийся оксалоацетат в присутствии глутамата и фермента АСТ вступает в реакцию трансаминирования. Образующиеся аспартат и α- кетоглутарат с помощью специальных транспортных систем способны проходить через мембрану митохондрий. Трансаминирование в цитозоле регенерирует оксалоацетат, что вызывает к действию следующий цикл.
Вцелом процесс включает легкообратимые реакции, происходит без потребления энергии, в результате полного окисления одной молекулы глюкозы может образоваться не 36, а 38 молекул АТФ.
При переходе от анаэробных условий к аэробным накопление лактата в клетке прекращается в связи с его окислением в пируват. Первым это явление отметил Л. Пастер, сформулировав тезис о том, что с началом дыхания (т. е. потребления кислорода) брожение останавливается. Он определял брожение как жизнь без доступа кислорода.
![](/html/65070/203/html_5p9zm8B6vV.lZly/htmlconvd-PT_lZV207x1.jpg)
Механизм эффекта Пастера
(блокирование брожения дыханием, сопровождаемое резким падением скорости утилизации глюкозы) объясняется тем, что в присутствии кислорода НАДН и пируват сразу после их образования утилизируются митохондриями. При переключении на аэробное окисление происходит убыль ранее накопленного лактата. Утилизация лактата, накопившегося в период дефицита кислорода, лежит в основе явления, которое получило название «ликвидация кислородной задолженности». Суть этого явления состоит в том, что после интенсивной мышечной работы легочное дыхание не сразу возвращается к норме, а некоторое время остается усиленным. Избыточное потребление кислорода в этот период определяется количеством лактата, накопившегося во время работы, недостаточно обеспеченной кислородом.
Таким образом, в отсутствие или при недостатке кислорода лактат не может не образоваться, а при достаточном снабжении кислородом он не может образоваться.
Схемы аэробного и анаэробного гликолиза
В ряде случаев выработка лактата может происходить в аэробных условиях. В частности, он может образовываться в аэробных условиях в злокачественных опухолях. Причины отсутствия эффекта Пастера в раковых клетках до сих пор не выяснены. Эритроциты также вырабатывают лактат в обычных аэробных условиях. Это связано с отсутствием митохондрий в этих клетках и, как следствие, невозможностью утилизации восстановленных коферментов и пирувата. Поэтому эритроциты обеспечивают себя энергией только за счет двух молекул АТФ, образующихся в реакции субстратного фосфорилирования (7-я стадия).
Регуляция катаболизма глюкозы в скелетных мышцах
Основное значение гликолиза - синтез АТФ, поэтому его скорость должна коррелировать с затратами энергии в организме. Регуляторные факторы, изменяющие скорость гликолиза, а значит, и образование АТФ, направлены на
необратимые реакции. Показателем потребления АТФ является накопление АДФ и АМФ - продуктов распада АТФ.
Даже небольшой расход АТФ ведет к заметному увеличению АДФ и АМФ. Отношение уровня АТФ к АДФ и АМФ характеризует энергетический статус клетки, а его составляющие служат аллостерическими регуляторами скорости как общего пути катаболизма, так и гликолиза.
Существенное значение для регуляции гликолиза имеет изменение активности фосфофруктокиназы, поскольку этот фермент катализирует наиболее медленную реакцию процесса. Фосфофруктокиназа активируется АМФ, но ингибируется АТФ. АМФ, связываясь с аллостерическим центром фосфофруктокиназы, увеличивает сродство фермента к фруктозо-6-фосфату и повышает скорость его фосфорилирования.
Повышение уровня АТФ относительно АДФ снижает скорость этой реакции, поскольку АТФ в этих условиях действует как ингибитор: связывается с аллостерическим центром фермента, вызывает конформационные изменения и уменьшает его сродство к субстрату - фруктозо-6-фосфату. Снижение активности фосфофруктокиназы при высоком уровне АТФ ведет к накоплению как фруктозо-6- фосфата, так и глюкозо-6-фосфата, а последний ингибирует гексокиназу. Гексокиназа во многих тканях (за исключением печени и β-клеток поджелудочной железы) ингибируется глюкозо-6-фосфатом.
При высоком уровне АТФ снижается скорость цикла лимонной кислоты и дыхательной цепи. В этих условиях процесс гликолиза также замедляется. Следует напомнить, что регуляция ферментов ОПК и дыхательной цепи связана с изменением концентрации таких ключевых продуктов, как NADH, АТФ и некоторых метаболитов. Так, увеличение концентрации NADH, в том случае, если снижается скорость его окисления в дыхательной цепи, ингибирует некоторые аллостерические ферменты цитратного цикла.
Физиологическая роль гликолиза в печени и жировой ткани несколько иная, чем в других тканях. В печени и жировой ткани гликолиз в период пищеварения функционирует в основном как источник субстратов для синтеза жиров. Регуляция гликолиза в печени имеет свои особенности и будет рассмотрена позже.
![](/html/65070/203/html_5p9zm8B6vV.lZly/htmlconvd-PT_lZV209x1.jpg)
Регуляция катаболизма глюкозы в скелетных мышцах.
2,3-бисфосфоглицератный цикл
В гликолитическом пути может протекать дополнительная реакция, катализируемая бисфосфоглицератмутазой, превращающей 1,3-бисфосфоглицерат в 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ), который может при участии 2,3-бисфосфогли- цератфосфатазы превращаться в 3-фосфоглицерат — метаболит гликолиза. Реакции получили название шунт Раппопорта.
В большинстве тканей 2,3-БФГ образуется в небольших количествах. В эритроцитах этот метаболит образуется в значительных количествах и выполняет роль аллостерического регулятора функции гемоглобина.
![](/html/65070/203/html_5p9zm8B6vV.lZly/htmlconvd-PT_lZV210x1.jpg)
2,3-БФГ, связываясь с гемоглобином, понижает его сродство к кислороду, способствует диссоциации кислорода и переходу его в ткани.
Реакции шунта Раппопорта
Образование 2,3-БФГ предполагает потерю энергии макроэргической связи в 1,3-бисфосфоглицерате, которая не переносится на АТФ, а рассеивается в форме теплоты, что означает снижение энергетического эффекта гликолиза.
СИНТЕЗ ГЛЮКОЗЫ В ПЕЧЕНИ (ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ)
Некоторые ткани, например, мозг, нуждаются в постоянном поступлении глюкозы. Когда поступление углеводов в составе пищи недостаточно, содержание глюкозы в крови некоторое время поддерживается в пределах нормы за счёт расщепления гликогена в печени. Однако запасы гликогена в печени невелики. Они значительно уменьшаются к 6 —10 ч голодания и практически полностью исчерпываются после суточного голодания. В этом случае в печени начинается синтез глюкозы de novo — глюконеогенез.
Глюконеогенез — процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в