3. Судьба продуктов гликолиза в аэробных условиях. Глицеролфосфатная и малат-аспартатная челночные системы. Энергетический выход аэробного окисления глюкозы.
В аэробном процессе пировиноградная кислота превращается в ацетил-SКоА и далее сгорает в реакциях тканевого дыхания до СО2 и Н2О. Вместе с этим, существенное значение также имеет способность пирувата карбоксилироваться в оксалоацетат (см "Регуляция ЦТК"), особенно эта реакция активна в печени. Наличие избытка оксалоацетата "подталкивает" реакции ЦТК, ускоряет связывание ацетильной группы, ее окисление и синтез АТФ.
Суммируя результаты окисления "гликолитического" и "пируватдегидрогеназного" НАДН, "гликолитический" АТФ, энергетический выход ЦТК и умножая все на 2, получаем 32 молекулы АТФ.
ЧЕЛНОЧНЫЕ СИСТЕМЫ
Молекулы НАДН, образованные в шестой реакции гликолиза, в зависимости от наличия кислорода имеют, как минимум, два пути дальнейшего использования:
-либо остаться в цитозоле и вступить в лактатдегидрогеназную реакцию (анаэробные условия),
-либо проникнуть в митохондрию и окислиться в дыхательной цепи (аэробные условия),
Так как сама молекула НАДН через митохондриальную мембрану не проходит, то существуют системы, принимающие от нее атомы водорода в цитоплазме и отдающие их в матриксе митохондрий. Такие системы называются челночными.
Определены две основные челночные системы – глицеролфосфатная и малатаспартатная.
Глицеролфосфатный челночный механизм
Ключевыми ферментами глицеролфосфатного челнока являются изоферменты глицерол-3-фосфат-дегидрогеназы – цитоплазматический и митохондриальный. Они отличаются своими коферментами: у цитоплазматической формы – НАД, у митохондриальной – ФАД.
В цитозоле метаболиты гликолиза – диоксиацетонфосфат и НАДН образуют глицерол3-фосфат, поступающий в матрикс митохондрий. Там он окисляется с образованием ФАДН2. Далее ФАДН2 направляется в дыхательную цепь и используется для получения энергии
Работа глицеролфосфатного челночного механизма актуальна при необходимости получить энергию из глюкозы при работе клетки. Однако в гепатоците и адипоците в состоянии покоя и после еды глицерол-3 фосфат будет использоваться в цитозоле для синтеза жиров
Малат-аспартатный челночный механизм
Этот механизм более сложен. Постоянно идущая в цитоплазме реакция трансаминирования аспартата с α-кетоглутаратом превращает его в оксалоацетат, который под действием цитозольного пула малатдегидрогеназы и "гликолитического" НАДН восстанавливается до яблочной кислоты. Последняя антипортом с α-кетоглутаратом проникает в митохондрии и, являясь метаболитом ЦТК, окисляется в оксалоацетат с образованием НАДН. Так как мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, то оксалоацетат вступает в реакцию трансаминирования с глутаминовой кислотой и превращается в аспарагиновую кислоту. Последняя, при участии соответствующей транслоказы, в обмен на глутамат выходит в цитозоль и снова вовлекается в трансаминирован
4. Этапы аэробного окисления глюкозы. Суммарное уравнение аэробного распада глюкозы. Какие преимущества дает клетке ее аэробное окисление? В чем заключается эффект Пастера и каков его биохимический механизм?
Суммарное уравнение: C6H12O6 + 6 O2 + 32 АДФ + 32 Фн → 6 CO2 + 44 H2О + 32 АТФ
ЭФФЕКТ ПАСТЕРА
Эффект Пастера – это снижение потребления глюкозы и прекращение продукции молочной кислоты клеткой в присутствии кислорода.
Биохимическая основа эффекта Пастера заключается в конкуренции между пируватдегидрогеназой, превращающей пируват в ацетил-SКоА, и лактатдегидрогеназой, превращающей пируват в лактат.
При отсутствии кислорода реакции окислительного фосфорилирования не идут, моментально накапливающийся НАДН тормозит ЦТК и ПВК-дегидрогеназу, ацетил-SКоА, не попадающий в ЦТК, также ингибирует ПВК-дегидрогеназу. В этой ситуации пировиноградной кислоте не остается ничего иного как под влиянием ЛДГ превращаться в молочную.
При наличии кислорода ингибирование ПВК-дегидрогеназы прекращается и она, обладая большим сродством к пирувату, выигрывает конкуренцию.
