Первая стадия

 

1)      Фосфорилирование Г за счет АТФ до образования глюкозо-6-фосфата (Г-6-Ф).

Эта реакция является пусковой для всего процесса и идет в одном направлении.

Е: гексокиназа и глюкокиназа. Гексокиназа более важный фермент, он используется в большинстве клеток. Он фосфорилирует еще фруктозу, маннозу. Глюкокиназа содержится только в гепатоцитах и обладает сродством только к глюкозе.

Кофакторами этой реакции являются ионы магния и марганца.

 

2)      Превращение Г-6-Ф во фруктозо-6-фосфат (Ф-6-Ф). Эта реакция изомеризации.

Е: фосфоглюкоизомераза. Реакция обратимая.

Кофакторы: иона магния и марганца.

 

3)      Фосфорилирование Ф-6-Ф до фруктозо-1,6-дифосфата (Ф-1,6-ДФ).

Эта вторая пусковая реакция гликолиза требует затраты еще одной молекулы АТФ. Реакция необратима.

Е: фосфофруктокиназа.

Кофактор: ионы магния. Донорами фосфата могут быть помимо АТФ УТФ.

Активность этого фермента активируется АДФ и АМФ и ингибируется АТФ.

 

4)      Расщепления Ф-1,6-ДФ на две молекулы глицеральдегид-3-фосфат (ГА-3-Ф).

Е: альдолаза. Содержит свободные SH-группы. Реакция обратимая и идет в две стадии. Вначале образуется одна молекула ГА-3-Ф и диоксиацетонфосфат, а затем последний превращается в еще одну молекулу ГА-3-Ф.

Данная реакция завершает подготовительную стадию, на которой было истрачено 2 молекулы АТФ и образовалось 2 молекулы ГА-3-Ф.

 

Вторая стадия

 

Здесь все реакции идут двумя параллельными путями.

 

5)      Окисление ГА-3-Ф до 1,3-дифосфоглицерата (1,3-ДФГ).

Энергия, освобождающаяся при окислении альдегидной группы ГА-3-Ф, сохраняется в форме высокоэргического продукта 1,3 - ДФГ.

Е: глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (ГА-3-Ф-ДГ).

Кофермент: НАД, который в ходе реакции восстанавливается.

 

6)      Превращение 1,3-ДФГ в 3-фосфоглицерат (3-ФГ).

Е: фосфоглицераткиназа. Образуется одна молекула АТФ.

 

7)      Превращение 3-ФГ в 2-фосфоглицерат (2-ФГ). Это реакция изомеризации.

Е: фосфоглицеромутаза.

Кофактор: ионы магния.

 

8)      Превращение 2-ФГ в фосфоенолпируват.

Е: енолаза.

Кофакторы: ионы магния и марганца.

Ингибитор: фторид.

 

9)      Превращение фосфоенолпирувата в пируват. Образуется одна молекула АТФ.

Е: пируваткиназа.

Кофакторы: ионы магния, марганца, калия.

Ингибирор: ионы кальция (конкурируют с марганцем).

 

10)  Восстановление пирувата до лактата. Источником электронов служит ГА-3-Ф, а их переносчиком является НАДН.

Е: лактатдегидрогеназа.

Лактат (молочная кислота) - конечный продукт анаэробного гликолиза. Выделяется через плазматическую мембрану как конечный метаболит. При усиленной работе мышц возникает дефицит кислорода и окисление глюкозы идет до лактата, при этом в мышечной ткани из-за накопления кислоты возникает ацидоз.

 

Пентозофосфатный путь (пфп)

 

Наряду с гликолитическим путем распада глюкозы во многих клетках работает пентозофосфатный путь (гексамонофосфатный шунт). Он не является основным для метаболизма глюкозы и служит для генерации в цитоплазме клетки восстановленных форм НАДФ. Данный кофермент необходим для реакций восстановительного синтеза жирных кислот и стероидов, а также используется как донор водорода в реакциях гидроксилирования с участием цитохром-Р450-зависимой системы. Все эти процессы протекают преимущественно в клетках печени, молочной железы, коры надпочечников и жировой ткани. Скелетные мышцы, где синтез жирных кислот протекает вяло, практически лишены пентозофосфатного пути метаболизма глюкозы.

Реакции представлены окислительной и неокислительной ветвями.

 

Окислительная ветвь:

 

1.      Дегидрирование 1-го углеродного атома глюкозо-6-фосфата.

Е: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа. В качестве акцептора электронов выступает НАДФ⁺. Образуется 6-фосфоглюколактон - внутренний эфир.

 

2.      6-фосфоглюколактон очень нестабильное соединение, легко гидролизуется до свободной кислоты с образованием 6-фосфоглюконата.

Е: фосфоглюколактоназа.

 

3.      Окислительное декарбоксилирование 6-фосфоглюконата с образованием рибулозо-5-фосфата.

Е: 6-фосфоглюконатдекарбоксилазы и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы (акцептор - НАДФ ⁺ ).

Т.о. окислительная ветвь завершается восстановлением двух молекул НАДФ⁺

 

Неокислительная ветвь это реакции изомеризации:

 

1.      Рибулозо-5-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат.

Е: фосфопентозоизомераза.

 

2.      Рибозо-5-фосфатпревращается в ксилулозо-5-фосфат.

Е: пентозофосфатизомераза.

 

3.      Ксилулозо-5-фосфат взаимодействует с рибозо-5-фосфатом превращается в седогептулозо-7-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат. Последнее вещество является также продуктом гликолиза.

Е: транскетолаза (простетическая група ТДФ).

 

4.      Седогептулозо-7-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат взаимодействуют между собой и превращаются в фруктозо-6-фосфат (также продукт гликолиза) и эритрозо-4-фосфат.

Е: трансальдолаза.

 

5.      Эритрозо-4-фосфат и ксилулозо-5-фосфат взаимодействуют между собой и певращаются в два продукта гликолиза фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.

Е: транскетолаза.

 

Часть метаболитов реакций неокислительного этапа ПФП является одновременно и метаболитами гликолиза, а это означает, что между двумя метаболическими путями глюкозы существует тесная связь и в зависимости от условий, возникающих в клетке, возможно "переключение" с одного пути на другой.

 

При сбалансированной потребности клетки в НАДФН и рибозо-5-фосфате, ПФП заканчивается на окислительной этапе.

 

Если потребность в рибозо-5-фосфате превышает потребность в НАДФН, то окислительный этап ПФП "обходится" за счет гликолиза. Метаболиты гликолиза: фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат превращаются в рибозо-5-фосфат.

 

Если больший дефицит в НАДФН, чем в рибозо-5-фосфате, то

1.      при высоком энергетическом статусе клетки рибозо-5-фосфат превращается в глицеральдегид-3-фосфат и фруктозо-6-фосфат, а последние идут не на путь гликолиза, а на глюконеогенез, т.к. нет потребности в генерации АТФ;

2.      при низком энергетическом статусе клетки фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат образовавшиеся из рибозо-5-фосфат, включаются в гликолиз и превращаются в пируват. В этом случае синтезируется АТФ.

 

 

Биологический смысл ПФП:

- в результате реакций окислительной ветви образуются две молекулы НАДФН, которые не окисляются в дыхательной цепи (как НАДН), а служат донорами водорода в ряде восстановительных реакций;

 

- в неокислительной ветви генерируется рибозо-5-фосфат, необходимый для синтеза РНК, ДНК, НАД, ФАД;

 

- ПФП называют еще и пентозофосфатным шунтом т.к. это процесс паралельный основному пути окисления глюкозы - гликолизу и при определенных условиях (см. выше) происходит переключение с дополнительного ПФП на основной гликолиз и наоборот.

 

 

Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл лимонной кислоты, цикл Кребса)

 

Аэробный путь окисления глюкозы начинается с того, что пировиноградная кислота (ПВК, пируват) не превращается в лактат, а поступает в ЦТК.

 

ЦТК представляет собой серию реакций, протекающих в матриксе митохондрий, в ходе которых осуществляется катаболизм ацетильных групп (до СО₂) и образование НАДН₂ и ФАДН₂. Восстановленные коферменты переносят водород на дыхательную цепь, где осуществляется окислительное фосфорилирование (см. главу "Обмен веществ и энергии").