1 Стадия

1.↓ Р-ция фосфорилирования глк, т.е. перенос остатка ортофосфата  на  глюкозу за счет АТФ.  Реакция  катализируется  ферментом  гексокиназой:

Образование глюкозо-6-фосфата в гексокиназной  реакции  сопровождается освобождением значительного количества свободной энергии системы и процесс практически необратим. Глк-6-ф в отличии от глк, не проходит через мембрану и как бы «запирается в клетке».

Гексокиназа существует в виде четырех изомеров. Первые три преобразуют различные виды гексоз, включая глк. Гексокиназа IV (глюкокиназа) фосфорилирует только глк, имеется в печени, включается в работу при значительных концентрациях глк в крови воротной вены. Остальные изоформы существуют во всех органах и тканях. Гексокиназа  ингибируется глюкозо-6-фосфатом, т.е. последний служит одновременно и продуктом реакции, и аллостерическим  ингибитором.

2.↓↑ Изомеризация глюкозо-6-фосфата в фруктозо-6-фосфат:

Эта реакция протекает легко в обоих направлениях, и для нее не требуется каких-либо кофакторов.

3.↓ Образовавшийся фруктозо-6-фосфат фосфорилируется за счет второй  молекулы АТФ:

Данная реакция аналогично гексокиназной практически необратима и является наиболее медленно текущей реакцией  гликолиза, так как здесь происходит резкое падение свободной энергии.

Фермент фосфофруктокиназа по своей природе аллостерический фермент. Она ингибируется АТФ и стимулируется АМФ. При значительных величинах отношения  АТФ/АМФ  активность  фосфофруктокиназы угнетается и гликолиз  замедляется. Напротив, при снижении этого коэффициента интенсивность  гликолиза повышается. Во время работы мышцы происходит интенсивное потребление АТФ и активность фосфофруктокиназы повышается, что приводит к усилению процесса гликолиза.

Фосфофруктокиназа – это «ключевой» фермент гликолиза, он лимитирует скорость всего процесса гликолиза.

4.↓↑ Под влиянием  фермента альдолаза  фруктозо-1,6-дисфосфат расщепляется на две фосфотриозы:

Эта реакция обратима. При повышении температуры реакция сдвигается в сторону большего образования триозофосфатов дигидроксиацетонфосфата (ДАФ) и глицеральдегид-3-фосфата (ГАФ)).

5.↓↑ Реакция изомеризации триозофосфатов.

Равновесие  данной  реакции сдвинуто в сторону дигидроксиацетонфосфата. Образуется ≈95% дигидроксиацетонфосфата и 5% глицеральдегид-3-фосфата. В последующие  реакции  гликолиза  включается только глицеральдегид-3-фосфат. По мере его потребления в ходе дальнейших превращений дигидроксиацетонфосфат превращается в глицеральдегид-3-фосфат.

2 Стадия

6. ↓↑ Окисление глицеральдегид-3-фосфата в присутствии  фермента глицеральдегид-фосфатдегидрогеназы,  кофермента НАД и  неорганического фосфата  (гликолити-ческая оксидоредукция)  с образованием 1,3-бисфосфоглицериновой  кислоты и восстановленной формы НАД (НАДН2).

Реакция обратима, продукты реакции блокируют фермент, поэтому необходимо использовать их непрерывно в ходе реакции.

7. ↓↑ Передача богатого энергией фосфатного остатка (фосфатной группы в положении 1) на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицериновой кислоты (3-фосфоглицерата):

Р-ция экзергоническая, происходит значительное падение свободной энергии, равновесие сдвинуто влево.

Реакция обратима – это первая реакция гликолиза где образуется АТФ. В отличие от  окислительного фосфорилирования  образование  АТФ  из высокоэнергетических соединений называется субстратным фосфорилированием.

8. ↓↑ Реакция изомеризации. Сопровождается внутримолекулярным переносом оставшейся фосфатной группы.

Реакция  легкообратима, протекает в присутствии  ионов Mg2⁺.

9. ↓↑  Реакция дегидратации. Катализируется ферментом енолазой, при этом 2фосфоглицериновая  кислота в результате отщепления молекулы воды переходит в фосфоенолпировиноградную  кислоту  (фосфоенолпируват). В результате образуется еще 1 макроэргическая связь. Реакция обратима.

Енолаза активируется двухвалентными катионами  Mg2⁺ или Мn2⁺ и ингибируется  фторидом.

10. ↓ 2-ая реакция гликолитического фосфорилирования. Реакция необратима, т.к. характеризуется резким падением свободной энергии, разрывом высокоэргической связи и переносом фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ (субстратное  фосфорилирование). Синтезируется еще одна молекула АТФ.

Активируется в присутствии ионов Mg2⁺, одновалентных  катионов  щелочных металлов (К⁺ или др.).

11. Восстановление пировиноградной кислоты  до молочной кислоты.  Реакция  протекает при участии фермента  лактатдегидрогеназы и кофермента НАДН2, образовавшегося в шестой реакции:

Продукт реакции лактат является «тупиком» в обмене веществ, т.к. не вступает ни в один биохимический процесс, кроме обратного превращения в ПВК. При накоплении лактата в клетке нарушается ее рН и останавливается гликолиз.

Т.о. Анаэробный гликолиз – это распад глюкозы до ПВК (с 1-ой до 10 р-ции). При потребности в большем количестве энергии происходит дальнейшее окисление ПВК (ее окислительное декарбоксилирование, преобразование в ацетил-КоА и полное окисление в ЦТК.

Энергетический баланс и биологическая функция гликолиза.

Распад АТФ происходит в 1-ой и 3-ей реакциях, на стадии фосфорилирования глк и фрк.

Если учесть, что весь дигидроксиацетон (5-я реакция), превращается в альдегид, то дальше происходят биохимические превращения двух триоз, а значит образование 4-х молекул АТФ в двух стадиях гликолитического фосфорилирования, т.е. образование двух молекул АТФ на одну молекулу глюкозы.

Три фермента – гексокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа (три необратимые реакции) лимитируют скорость гликолиза. Кроме того, контроль  гликолиза  осуществляется также ЛДГ и ее изоферментами. Воздействуя на них можно регулировать эту скорость.

Хотя анаэробный гликолиз дает малый выход энергии (2 молекулы АТФ на 1 мол глк), это единственный процесс в клетках организма, образующий энергию в отсутствии кислорода.

Поэтому в кризисных ситуациях (гипоксия) роль анаэробного гликолиза неоценимо велика, т.к. гликолиз протекает во всех клетках и тканях. В этом биологическая роль гликолиза.

Энергетическая ценность аэробного гликолиза.

При окислении 1 молекулы глюкозы в аэробных условиях (с 1-10 реакции) образуется 2 молекулы АТФ. 10-я реакция заканчивается образованием ПВК. Причем при распаде 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы ПВК.

В реакциях окислительного декарбоксилирования 2-х ПВК

2 мол. НАД·H₂ · 3 ═ 6 мол АТФ

В ЦТК 6 мол. НАД·H₂ · 3 ═ 18 мол АТФ

2 мол. ФАД·H₂ · 2 ═ 4 мол АТФ

Субстр. Фосфорилир-е = 2 мол АТФ

В гликолизе 2 мол АТФ

32 молекулы АТФ образуется при окислении 1 молекулы глюкозы в аэробных условиях.

• Регуляция гликолиза. Эффект Пастера – снижение скорости потребления глюкозы и накопления лактата в присутствии кислорода.

• Эффекта Пастера объясняется наличием конкуренции между ферментами аэробного (ПВК ДГ, ПВК карбоксилаза, ферменты цепи окислительного фосфорилирования) и анаэробного (ЛДГ) пути окисления за общий метаболит ПВК и кофермент НАДН₂.

• Без О₂ митохондрии не потребляют ПВК и НАДН₂, в результате их концентрация в цитоплазме повышается и они идут на образование лактата. Так как анаэробный гликолиз дает из 1 глюкозы только 2 АТФ, для образования достаточного количества АТФ необходимо много глюкозы (в 19 раз больше чем в аэробных условиях).

• В присутствии О₂, митохондрии выкачивают ПВК и НАДН₂ из цитоплазмы, прерывая реакцию образования лактата. При аэробном окислении из 1 глюкозы образуется 38 АТФ,  соответственно для образования достаточного количества АТФ необходимо мало глюкозы (в 19 раз меньше чем в анаэробных условиях).

ТЕМА: УГЛЕВОДЫ III

Цель: Дать представление о основных путях тканевых превращений глюкозы, механизмы регуляции углеводного обмена, патологии, возникающие в результате его нарушения.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Глюконеогенез, обходные пути необратимых реакций

2. Пентозофосфатный цикл окисления глюкозы.

3. Регуляция углеводного обмена.

4. Патология углеводного обмена.

Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных продуктов: молочной и пировиноградной  кислоты, так называемых гликогенных аминокислот, глицерина и т.д.

Главное место процесса печень, в меньшей степени почки и слизистая жкт.

Глюконеогенез протекает при длительном голодании. Можно было бы считать, что глюконеогенез это процесс обратный анаэробному гликолизу. Но 3 реакции  гликолиза  (гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная) необратимы, путь обратный гликолизу «снизу вверх» невозможен, поэтому в процесс глюконеогенеза на 3 этапах существуют обходные пути необратимых реакций и используются другие ферменты.