13. Гликолиз и его особенности в растительной клетке.

Гликолиз – последовательность реакций, в ходе которых глюкоза последовательно окисляется до пирувата.

• выход: 2 молекулы АТР, 2 молекулы NADH.

• протекает в цитозоле.

• самый эволюционно ранний способ получений энергии.

Субстрат для гликолиза

Глюкоза образуется в клетке при гидролизе 1)крахмала или 2) сахарозы.

1. Образование глюкозы из крахмала {смесь 2 полисахаридов – амилозы (α-D-глюкопиранозные циклы, соединенные α(1-4) связью) и амилопектина (глюкопиранозные циклы, соединенные α(1-4) и α(1-6) связями)}

крахмал D-глюкоза + D-глюкозо-1-фосфат (ферменты – α- и β-амилазы и др.)

2. Образование глюкозы из сахарозы

сахароза + вода фруктоза + глюкоза (фермент – инвертаза, разные изоформы – есть кислые(в вакуоли и клеточной стенке) и щелочные(в цитозоле))

Подготовительные стадии

1. Образование фруктозо-1,6-бисфосфата

Субстратом для начальных стадий гликолиза могут являться либо глюкоза, либо фруктоза, главное на выходе получить фруктозо-1,6-бисфосфат

1 Путь, самый банальный (в 3 реакции, из глюкозы).

1 фермент – гексокиназа, 2 фермент – фосфоглюкоизомераза, 3 фермент – АТФзависимая фосфофруктокиназа , 4 – пирофосфатзависимая фосфофруктокиназа (катализирует реакцию в обоих направлениях). Обратите внимание, что последняя стадия может идти 2 способами, с участием 2 разных ферментов. Пирофосфат как субстрат для фосфорилирования больше никто, кроме растений не использует. У животных он быстро расщепляется в цитозоле, а у растений нет такого фермента.

2 Путь, из фруктозы. По сути сокращенный вариант первого пути. Просто получаем фруктозо-6-фосфат непосредственно из фруктозы.

Фермент, фосфорилирирующий фруктозу до фруктозо-6-фосфата – тоже гексокиназа.

3 Путь, нестандартный. Из дисахарида сахарозы. Отдельно картинки не нашла, будет ниже в общем варианте.

1. Сахароза UDP-глюкоза, с участием фермента сазарозсинтазы. UDP – уридиндифосфат.

2. UDP-глюкоза глюкозо-1-фосфат, фермент – UDP-глюкозопирофосфорилаза, использует в качетстве субстрата пирофосфат.

3. глюкозо-1-фосфат глюкозо-6-фосфат, фермент - фосфоглюкомутаза.

4. далее аналогично первому пути.

Таким образом, в конце получаем:

2. Распад фруктозо-1,6-бисфосфата.

С участием фермента альдолазы до глицеральдегид-3-фосфата(3ФГА) и фосфодиоксиацентона(ФДА), который легко изомеризуется до 3ФГА.

Окислительно-восстановительные реакции, тут образуется АТР и NADH.

Субстратное фосфорилирование (реакции 1-2)

1. Окисление 3ФГА. Фермент глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназа. Образуется 1 NADH. Продукт – дифосфоглицерат – макроэргическое соединение.

2. Перенос макроэргического Ф на АДФ. Фермент – фосфоглицераткиназа. Результат – образование первой АТФ.

*** у растений есть НАДФ-зависимая-глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа, которая катализирует реакцию (при фосфорном голодании)

3. Перенос Ф на второй углерод, фермент - фосфоглицромутаза

Второе субстратное фосфорилирование (реакции 4-5)

4. Отщепление воды, фермент – енолаза. Образование высокоэнергетического соединения – фосфоенолпирувата (ФЕП)

5. П еренос Ф на АДФ, фермент – пируваткиназа. Образованный пируват – конечный продукт гликолиза.

*** у некоторых растений фермент ФЕП-фосфатаза, катализирует реакцию (при фосфорном голодании)

Суммарная реакция

Особенности гликолиза в растительной клетке:

1. проходит не только в цитозоле, но возможен и в хлоропластах в темноте (т.е. есть разные изоформы ферментов, которые катализируют реакции гликолиза; пластидные и цитозольные изоформы кодируются разными ядерными генами; пирофосфатзависимая фосфофруктокиназа не встречается в хлоропластах)

2. растения используют ферменты, использующие макроэргические связи пирофосфата

3. продукты реакций гликолиза могут пополнять цикл Кребса (реакции, которые позволяют пополнять пул другого процесса называются анаплеротическими)

1. из ФЕП образуется оксалоацетат (ООА), фермент ФЕП-карбоксикиназа

2. из пирувата образуется ООА, фермент пируваткарбоксилаза

3. из ООА образуется малат (обратимая реакция), фермент НАД-зависимая малатдегидрогеназа

4. ФЕП-карбоксилаза катализирует синтез ООА из ФЕП

5. Малик-энзим катализирует окислительное декарбоксилирование малата

смысл:

эта реакция позволяет обходить последнюю стадию гликолиза (образование пирувата из ФЕП) и экономить ФЕП для цикла Кребса. ФЕП – ООА – малат, а малат может встраиваться в ЦТК (если есть такая необходимость) или окисляться до пирувата.

4. шунтирование – пентозофосфатный окислительный цикл.

Регуляция гликолиза

1. на уровне обратимой реакции фруктозо-6-фосфат фруктозо-1,6-бисфосфат, которая катализируется 2 ферментами АТФ-зависимой фосфофруктокиназой и пирофосфатзависимой фосфофруктокиназой, в обратную сторону работает фосфатаза.

АТФ-зависимая фосфофруктокиназа блокируется ФЕП, активируется фосфатом

пирофосфатзависима фосфофруктокиназа блокируется ФЕП, активируется фруктозо-2,6-бисфосфатом

фосфатаза блокируется АДФ и фруктозо-2,6-бисфосфатом

Это значит, что накопление нереализованного ФЕП и АТФ тормозит гликолиз, а АДФ, ионы фосфата, фруктозо-2,6-бисфосфат стимулируют процесс.

* ** у животных фруктозо-2,6-бисфосфат влияет на АТФ зависимую фосфофруктокиназу.

2. Пируваткиназа аллостерически ингибируется метаболитами ЦТК, активируется АДФ и фосфатом.

формулы участников гликолиза