32 . Гликогенолиз и гликолиз.

Процесс анаэробного распада гликогена получил название гликогенолиза. Образовавшейся в ходе фосфоглюкомутазной реакции глюкоза – 6 – фосфат включается в процесс гликолиза. После образования глюкоза – 6 – фосфат дальнейшие пути гликолиза и гликогенолиза полностью совпадают:

Г ликоген Н₃РО₄ Глюкоза – 1 - фосфат

Фосфорилаза

АТФ АДФ фосфоглюкомутаза

Глюкоза Глюкозо– 6 – фосфат

гексокиназа

( глюкогеназа)

гликолиз

В процессе гликогенолиза в виде в виде макроэргических соединений накапливаются не две, а три молекулы АТФ, так как не тратится АТФ на образование глюкоза – 6 – фосфат. Казалось бы гликогенолиз более высокий в энергетическом плане процесс, но ведь во время синтеза гликогена АТФ расходуется, поэтому гликогенолиз и гликолиз энергетически равноценны.

Гликолиз.

Гликолиз – анаэробный процесс превращения глюкозы, центральный путь энергетического обмена, протекает без окислительных реакций. В анаэробных условиях гликолиз – единственный процесс, поставляющий энергию. В тех случаях, когда гликолиз протекает в присутствии кислорода, говорят об аэробном гликолизе (в аэробных условиях гликолиз можно рассматривать как окисление глюкозы до СО₂ и Н₂О)

Первой реакцией гликолиза является фосфорилирование глюкозы:

1)

СН₂ОН АТФ АДФ СН₂ОРО₃Н₂

О О

ОН ОН

Гексокиназа

ОН ОН ОН ОН

ОН ОН

Глюкоза глюкозо– 6 - фосфат

В результате этой реакции образуется большое количество энергии, которая тут же рассеивается, поэтому реакция необратимая.

Гексокиназа – это аллостерический фермент и ингибируется глюкозой – 6 – фосфат; она также может фосфорилировать фруктозу, маннозу.

В печени есть глюкокиназа, которая катализирует только фосфорилирование глюкозы. Она не ингибируется глюкозой – 6 – фосфат и имеет высокую Km .

СН₂ОРО₃Н₂

2 ) О

СН₂ОРО₃Н₂ СН₂ОН

О

ОН

ОН

ОН ОН ОН ОН

ОН

Глюкоза – 6 - фосфат фруктозо – 6 – фосфат

3 ) СН₃ОРО₃Н₂ СН2ОРО3Н2

О АТФ АДФ О

СН2ОН СН₂ОРО₃Н₂

ОН фосфофруктокиназа ОН

ОН ОН

ОН ОН

Фосфат – 6 фосфат фосфат – 1,6 – дифосфат

Фосфофруктокиназная реакция определяет скорость гликолиза в целом (то есть является лимитирующей). Фосфофруктокиназа относится к аллостерическим ферментам. Она ингибируется АТФ и стимулируется АДФ и АМФ. АТФ в данном случае является и субстратом и аллостерическим регулятором. Различают регуляторную и субстратную концентрацию АТФ. Km для субстратного и регуляторного центра будут различны и фермент будет отслеживать уровень АТФ в более высоких концентрациях, чем АТФ в качестве субстрата, поэтому идёт ингибирование. При значительных величинах отношения АТФ / АДФ активность фосфофруктокиназы снижается и гликолиз замедляется. При снижении этого коэффициента интенсивность гликолиза возрастает. Так, в неработающей мышце концентрация АТФ повышается, а гликолиз снижается. Во время работы – всё наоборот. Фосфофруктокиназа ингибируется цитратом, активируется ионами кальция. Жирные кислоты и их производные являются ингибиторами фосфофруктокиназы .

4) ОН 5) СН₂ОРО₃Н₂

/ |

СН₂О – Р = О С = О диоксиацетонфосфат

| \ |

С = О ОН СН₂ОН

|

НО – С – Н альдолаза

|

Н – С – ОН триодофосфат

| изомераза

Н – С – ОН О – Н

| /

СН₂О – Р = О Н

\ /

О – Н С = О

Фосфат – 1,6 – дифосфат |

Н – С – ОН

|

СН₂ОРО₃Н₂

3 ФГА

Разрыв связи происходит в результате ослабления связи между 3 и 4 атомами углерода.

Таким образом, заканчивается первый этап гликолиза, связанный с вкладыванием энергии в процесс активации субстратов, при этом расходуется 2 молекулы АТФ.

2 – й этап:

6 ) О идёт нуклеофильная атака карбонильного углерода

// Н S – Е – НАД

С – Н Н ОН

| \ /

Н – С – ОН С – SЕНАД

| |

СН₂ОРО₃Н₂ Н – С – ОН

|

СН₂ОРО₃Н₂

ES - комплекс

О О

// //

С – SЕНАД * Н + Н + Фн С – О – РО₃Н₂

| |

Н – С – ОН - НSЕНАД * Н + Н Н – С – ОН

| |

СН₂ОРО₃Н₂ СН₂ОРО₃Н₂

1,3 – дифосфо-

глицериновая

кислота

Эта стадия гликолитической оксидоредукции управляется НАД и НАД * Н + Н. Повышение НАД и снижение НАД * Н + Н активирует данную реакцию и наоборот.

3 – й этап (перенос макроэргической связи Ф_н на АДФ)

7)

О СООН

// |

С - ОРО₃Н₂ фосфоглицераткиназа Н – С – ОН

| + АДФ |

Н – С – ОН СН₂ОРО₃Н₂

| - АТФ 3 – фосфоглицериновая кислота

СН₂ОРО₃Н₂

Данная реакция является киназной и катализируется фосфоглицераткиназой (фосфотрансфераза).

4 – й этап (фосфат становится макроэргическим)

8)

СООН СООН

| фосфоглицеромутаза |

Н – С – ОН Н – С – ОРО₃Н₂

| |

СН₂ОРО₃Н₂ СН₂ОН

2 – фосфоглицериновая кислота

9)

СООН енолаза СООН

| |

НС – ОРО₃Н₂ СО – РО₃Н₂ + НОН

| - НОН ||

СН₂ОН СН₂

Фосфоенолпируват ( енольная форма ПВК )

10)

СООН СООН

| пируваткиназа |

С – ОРО₃Н₂ + АДФ С = О + АТФ (молекулы)

|| |

СН₂ СН₃

Пировиноградная кислота

11)

СООН СООН

| лактатдегидрогеназа |

С = О НО – С – Н

| + НАД * Н₂ |

СН₃ - НАД CH3

лактат

Все ферменты гликолиза, кроме альдолазы, нуждаются в ионах магния.

Энергетический баланс гликолиза.

В первой стадии гликолиза затрачивается две молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции). Во второй стадии образуется четыре молекулы АТФ (фос- фоглицераткиназная и пируваткиназная реакции). То есть, энергетическая эффективность гликолиза составляет две молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы.

Гликолиз даёт большое количество энергии для обеспечения функций в анаэробных условиях. Нужно отметить, что контроль гликолиза осуществляется лактатдегидрогеназой и её изоферментами. В тканях с аэробным метаболизмом (сердце, почки), преобладают ЛДГ₁ и ЛДГ₂. Эти изоферменты ингибируются даже небольшими концентрациями ПВК, что препятствует образованию лактата и способствует более полному окислению ПВК в цикле трикарбоновых кислот.

В анаэробных тканях (печень, мышцы) преобладают ЛДГ₄ и ЛДГ₅. Активность ЛДГ₅ максимальна при той концентрации ПВК, которая ингибирует ЛДГ₁. ЛДГ₄ и ЛДГ₅ обеспечивают интенсивное превращение ПВК в лактат.

Биологическое значение гликолиза.

1) Гликолиз – единственный источник энергии в анаэробных условиях.

2) Гликолиз поставляет субстрат в ЦТК для полного расщепления глюкозы до воды и углекислого газа.

3) Гликолиз также является источником субстратов для других биосинтезов (липидов, аминокислот, глюкозы).