34. Аэробный дихотомический распад глюкозы в тканях, его основные этапы. Биологическое значение. Пентозофосфатный путь распада глюкозы, его биологическая роль.

ПРОЦЕСС АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ разделяют на 3 этапа:

1. Расщепление глюкозы до пирувата.

2. Окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА.

3. Окисление ацетила в цикле Кребса (ЦТК).

Эти этапы можно представить в виде общей схемы:

Глюкоза – 2пируват – 2 ацетил-КоА + 2СО₂ – 4 СО₂+10Н₂О

1 Этап. Расщепление глюкозы до пирувата.

По современным представлениям первый этап окисления глюкозы протекает в цитозоле и катализируется надмолекулярным белковым комплексом — гликолитическим метаболоном, включающим в себя до десятка отдельных ферментов.Контроль направления потока метаболитов по данному метаболическому пути осуществляется с помощью термодинамических механизмов. Имеется три реакции, в ходе которых теряется большое количество энергии: гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная, эти реакции в клетке практически необратимы, и за счет их необратимости процесс становится необратимым.

2 этап. Окислительное декарбоксилирование пирувата с образованием ацетил-КоА. Это превращение катализируется надмолекулярным пируватдегидрогеназным комплексом, локализованным в матриксе митохондрий. Суммарное уравнение процесса:

2Пируват +2НАД⁺ +2HS-КоА –– 2Ацетил-КоА +2НАДН+Н⁺ +2СО₂

В ходе окисления 2 моль пирувата высвобождается около 500 кДж энергии, из них около 420 кДж накапливается в виде энергии восстановленного НАД. Остальная энергия рассеивается в виде теплоты.

активность комплекса снижается, если клетка хорошо обеспечена энергией (много АТФ и НАДН+Н⁺) или же цикл Кребса не справляется с окислением имеющегося ацетил-КоА.

Образовавшийся ацетил-КоА, как уже неоднократно упоминалось, поступает в цикл трикарбоных кислот, работа которого сопряжена с функционированием цепи дыхательных ферментов. При функционировании этих двух метаболических путей остаток ацетила окисляется до углекислого газа и воды.

Суммарное уравнение для всех трех этапов окисления молекулы глюкозы выглядит следующим образом:Глюкоза + 2 АДФ + 2 ГДФ + 4Ф + 10 НАД⁺ + 2 ФАД +2Н₂О –– 6 СО₂ + 2 АТФ + 2 ГТФ + 10 НАДН+Н⁺ + 2 ФАДН₂; при окислении 1 молекулы глюкозы до углекислого газа и воды клетка получит 38 молекул АТФ (40 синтезируется и 2 расходуется).Второй важной функцией аэробного окисления глюкозы является пластическая функция. Из промежуточных продуктов ее окисления синтезируется много различных соединений, необходимых клетке: Гл-6-ф используется в клетке для синтеза пентоз и глюкуроновой кислоты;Фр-6-ф — для синтеза аминосахаров; ФГА и ФДА — для образования 3-фосфоглицерола, необходимого для синтеза глицеролсодержащих липидов; 3-фосфоглицериновая кислота — для синтеза заменимых аминокислот: серина, глицина и цистеина; ФЭП — для синтеза сиаловых кислот, используемых при синтезе гетероолигосахаридов; пируват — для синтеза аланина; ацетил-КоА — для синтеза жирных кислот и стероидов.

В пентозном цикле окисления углеводов идет образование восстановленного НАДФН+Н⁺ и целого ряда моносахаридов, имеющих в своем составе пять атомов углерода - пентоз (рибоза, ксилоза).

Восстановительные эквиваленты и пентозы необходимы для биосинтетических процессов, протекающих в клетках.

Пентозный путь окисления углеводов может быть разделен на два этапа включает в себя достаточно много отдельных парциальных реакций:

• окислительный этап

• неокислительный этап.

Суммарное уравнение окислительного этапа пентозного цикла окисления :

Глюкоза + АТФ + 2 НАДФ⁺ + Н₂О –– Рибулозо-5-ф + СО₂+ 2НАДФН+Н⁺ + АДФ

В ходе неокислительного этапа цикла в результате изомеризации образуются необходимые для клетки фосфорилированные пентозы: рибозо-5-фосфат и ксилулозо-5-фосфат.Кроме того, важно отметить, что на этом этапе образуются промежуточные продукты, идентичные с промежуточными продуктами первого этапа аэробного окисления глюкозы: 3-фосфоглицериновый альдедид и Фруктозо-6-фосфат. За счет этих общих промежуточных соединений создается возможность переключения потока метаболитов с пентозного цикла окисления на путь аэробного (или анаэробного) окисления глюкозы и наоборот.

За шесть оборотов пентозного цикла окисления полностью сгорает один остаток глюкозы, так что суммарное уравнение окисления глюкозы в цикле, начиная с Гл-6-ф, можно представить в следующем виде: Гл-6-ф + 7 Н₂О + 12 НАДФ⁺ –– 6 СО₂ + Ф + 12 НАДФН+Н⁺

Пентозофосфатный цикл активно функционирует в печени, жировой ткани, коре надпочечников, семенниках и в молочной железе в период лактации. В этих тканях активно идут процессы синтеза высших жирных кислот, аминокислот или стероидов, нуждающиеся в восстановительных эквивалентах в виде НАДФН+Н⁺. Цикл интенсивно работает также в эритроцитах, в которых НАДФН+Н⁺ используется для подавления перекисного окисления мембранных липидов.