Реакции гликолиза.
Все ферменты локализовы в цитозоле клетки.
Фосфорилирование глюкозы. Этот процесс может происходить под действием следующих ферментов:
Гексокиназа в мышцах фосфорилирует, в основном, глюкозу, меньше – фруктозу и галактозу. Глюкокиназа фосфорилирует глюкозу в печени, почках.
Под действием того или иного фермента, АТФ и Мg2+ глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат.
Под действием фермента фосфоглюкоизомеразы (гексофосфоизомеразы) происходит изомеризация глюкозо-6-фосфат во фруктозо-6-фосфат.
Под действием фермента фосфофруктокиназы фруктозо-6-фосфат фосфорилируется в присутствии Мg2+ с образованием фруктозо-1,6-дифосфата. В данной реакции участвует одна молекула АТФ. Реакция необратима и самая медленная из всех реакций гликолиза, определяет скорость всего гликолиза.
Под действием фермента альдолазы фруктоза1,6-дифосфат расщепляется с образование двух триоз- глицеральдегид-3-фосфата и дигидроксиацетонфосфата.
В последующих реакциях гликолиза используется только глицеральдегид-3-фосфат, поэтому дигидроксиацетонфосфат превращается с участием фермента триозофосфатизомеразы в глицероальдегид-3-фосфат.
В описанной серии реакций дважды происходит фосфорилирование с использованием АТФ. Однако расходование двух молекул АТФ (на одну молекулу глюкозы) далее будет компенсировано синтезом большего количества АТФ.
Под действием фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы (фосфоглицеральдегиддегидрогеназы) происходит окисление глицеральдегид-3-фосфат с образованием промежуточной продукта 1,3-бифосфоглицерата. С него переносится неорганический фосфат на АДФ и образуется 3-фосфоглицериновая кислота, восстановленный NAD и АТФ. Катализирует данный процесс фосфоглицераткиназа (в присутствии Мg2+).
Под действием фермента фосфоглицератмутазы 3-фосфоглицериновая кислота переходит в 2-фосфоглицериновую кислоту.
Под действием фермента енолазы и в присутствии Мg2+ от 2-фосфоглицериновой кислоты отщепляется вода и образуется фосфоенолпируват. Отщепление воды приводит к тому, что образуется еще одна макроэргическая связь.
Гидролиз этой связи происходит при участии фермента пируваткиназы образованием пирувата и АТФ.
Энергетический баланс гликолиза в аэробных и анаэробных условиях.
Выход АТФ при аэробном гликолизе (см. реакции гликолиза ):
8АТФ = -2АТФ + 4АТФ + 6АТФ (из 2НАДН2)
Баланс АТФ при анаэробном гликолизе: катаболизм 1 моль глюкозы без участия митохондриальной дыхательной цепи сопровождается синтезом 2 АТФ.
Возможные дальнейшие пути преобразования пирувата.
У многих микроорганизмов, растущих в анаэробных условиях, гликолиз является основным катаболическим путем, предназначенным для извлечения энергии из углеводных субстратов; дальнейшие превращения пирувата приводят к образованию определенных конечных продуктов метаболизма - продуктов брожения. Химическая природа этих продуктов зависит от вида микроорганизма и условий протекания процесса, в которых один и тот же микроорганизм осуществляет брожение.
Основными типами брожений, широко распространенными в природе, являются спиртовое, молочнокислое, маслянокислое.
Спиртовое брожение осуществляется дрожжами рода Saccharomyces и дрожжеподобными организмами (Monilinia, Oidium и др.), а также некоторыми микромицетами. Этанол способны продуцировать и клетки высших растений, если они находятся в среде, лишенной кислорода.
Превращение пирувата в этанол идет в двух последовательных реакциях. В первой происходит его декарбоксилирование.
Реакция полностью необратима; она катализируется пируватдекарбоксилазой, которая содержит в качестве кофермента тиаминпирофосфат (ТРР).
Вторая реакция состоит в восстановлении ацетальдегида в этанол за счет NADH. Эта окислительно-восстановительная реакция катализируется алкогольдегидрогеназой:
Суммарная реакция спиртового брожения имеет следующий вид:
При спиртовом брожении, вызываемом дрожжами, используются только гексозы, а пентозы не сбраживаются. Легче всего дрожжи сбраживают глюкозу и фруктозу, значительно труднее — маннозу и особенно галактозу. Сахароза и мальтоза сбраживаются только после предварительного гидролиза до гексоз Лактозу сбраживают только особые дрожжи Saccharomyces fragilis, содержащие β-галактозидазу, которая гидролизует этот дисахарид, с образованием глюкозы и галактозы.
Высокомолекулярные полисахариды (крахмал, инулин, гемицеллюлозы, целлюлоза) и продукты их неполного гидролиза не сбраживаются дрожжами, поскольку они не способны проникать через клеточные мембраны, а сами дрожжи не синтезируют ферменты, которые могли бы выделиться в окружающую среду, и осуществить гидролиз этих полисахаридов до сбраживаемых сахаров.
Молочнокислое брожение отличается от спиртового тем, что пируват не декарбоксилируется как при спиртовом брожении, а непосредственно восстанавливается лактатдегидрогеназой с участием NADH+Н+.
Лактат не является конечным продуктом метаболизма, удаляемым из организма. Это вещество выводится в кровь и утилизируется, превращаясь в печени в глюкозу, или при доступности кислорода превращается в пируват, который вступает в общий путь катаболизма, окисляясь до СО2 и Н2О.
Маслянокислое брожение. Возбудителями маслянокислого брожения являются бактерии рода Clostridium. Суммарное уравнение маслянокислого брожения:
