Гликолиз

Процесс гликолиза его реакции, аэробный и анаэробный (Таблица, схема)

Гликолиз

Гликолиз  –  процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты, не является мембранозависимым процессом. Он происходит в цитоплазме. Однако ферменты гликолиза связаны со структурами цитоскелета.

Суть гликолиза состоит в том, что молекула глюкозы (C6H12O6) без участия кислорода распадается на две молекулы пировиноградной кислоты (СН3СОСООН).

При этом окисление идет за счет отщепления от молекулы глюкозы четырех атомов водорода, связывающихся со сложным органическим веществом НАД с получением двух молекул НАД•Н. Выделяющаяся при этом энергия запасается (40% от общего количества) в виде макроэргических связей двух молекул АТФ.

60% энергии выделяется в виде тепла. При последующем окислении НАД•Н получается еще 6 молекул АТФ. Таким образом, полный энергетический выход гликолиза в анаэробных условиях составляет 8 молекул АТФ.

Аэробный процесс гликолиза (10 реакций), уравнение (с образованием пирувата):

C6H12O6 + 2АДФ + 2Н3РO4 + 2НАД+  ——>  2CH3COCOOH + 2АТФ + 2Н2O + 2НАДН•Н+

Анаэробный процесс гликолиза (11 реакций), уравнение (с образованием лактата):

C6H12O6 + 2АДФ + 2Н3РO4  ——>  2СН3СНОНСООН + 2АТФ + 2Н2О

Схема процесса гликолиза и его реакции

На схеме в рамках обозначены исходные субстраты и конечные продукты гликолиза, цифрами в скобках – число молекул.

ATP (АТФ) – это аденозинтрифосфорная кислота, универсальный источник энергии

ADP (АДФ) – это аденозиндифосфат, нуклеотид, участвует в энергетическом обмене

NAD (НАД) – никотинамидадениндинуклеотидфосфата

NADH (НАД•Н) – востановленная форма NAD

Таблица процесс гликолиза его реакции

Для распада и частичного окисления молекулы глюкозы требуется протекание 11 сложных последовательных реакций.

Реакции гликолизаХод реакцийФерменты, Активаторы, ингибиторы
Стадия активации глюкозы проходит в 5 реакций, в ходе которых 1 молекула гексозы (глюкозы) расщепляется на 2 молекулы триоз-глицеральдегидфосфата
1. Необратимая реакция фосфорилирования глюкозыПроцесс гликолиза начинается с фосфорилирования глюкозы за счет АТФ – первая реакция. Это первая пусковая реакция гликолиза. Ее результатом является глюкозо-6-фосфат, имеющий отрицательный заряд. В гликолизе может участвовать не только глюкоза, но и другие гексозы (фруктоза), но в результате фосфорилирования и активации все равно образуется глюкозо-6-фосфат.фермент: гексокиназаАктиваторы: АДФ, Н3РO4.Ингибиторы: глюкозо-6-Ф, фосфоенолпируват.
2. Обратимая реакция изомеризации глюкозо-6-фосфатаВо второй реакции происходит изомеризация (внутримолекулярные перестройки) глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат.фермент: глюкозо-6-фосфатизомераза
3. Необратимая реакция фосфорилирования фруктозо-6-фосфата (ключевая стадия гликолиза)В третьей реакции происходит фосфорилирование (присоединение остатка ортофосфорной кислоты) фруктозо-6-фосфата с образованием фруктозо-1,6-дифосфата. При этом затрачивается еще одна молекула АТФ (уже вторая) – это вторая пусковая реакция гликолиза. Она идет в присутствии Mg2+ и является необратимой, так как сопровождается масштабным уменьшением свободной энергии.фермент: фосфофруктокиназаАктиваторы: АДФ, АМФ, Н3РO4, К+.Ингибиторы: АТФ, цитрат, НАДН.
4. Обратимая реакция дихотомического расщепления фруктозо-1,6-дифосфатаВ четвертой реакции гликолиза происходит расщепление фруктозо-1,6-дифосфата на две молекулы глицеральдегид-3-фосфата.фермент: алъдолаза
5. Обратимая реакция изомеризации дигидроксиацетона-3-фосфат в глицеральдегид-3-фосфатВ пятой реакции происходит изомеризация полученных триозофосфатов. На этом заканчивается первая стадия гликолиза.фермент: триозофосфатизомераза
Проходит в 6 реакций (или 5), в ходе которых энергия окислительных реакций трансформируется в химическую энергию АТФ (субстратное фосфорилирование).
6. Окисление глицеральдегид-3-фосфата до 1,3-дифосфоглицерата (реакция гликолитической оксиредукции)В шестой реакции происходит окисление альдегидной группы до карбоксильной. Выделившийся Н+ акцептируется NAD, который восстанавливается до NADH. Освобождающаяся энергия затрачивается для образования высокоэнергетической связи 1,3-бифосфоглицерата (1,3-бифосфоглицериновая кислота).фермент: глицералъдегид-3-фосфат-дегидрогеназа
7. Субстратное фосфорилирование АДФ (7)В седьмой реакции фосфорильная группа 1,3-бифосфоглицерата переносится на ADP, в результате чего образуется АТР (напоминаем, что следует иметь в виду две параллельные цепи реакций, с участием двух молекул триоз, образовавшихся из одной молекулы гексозы, следовательно, синтезируется не одна, а две молекулы АТР).фермент: фосфоглицераткиназа
8. Реакция изомеризации 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицератВ восьмой реакции гликолиза происходит перенос фосфатной группы с третьего атома углерода на второй. В результате образуется 2-фосфоглицерат (2-фосфоглицериновая кислота).
9. Реакция енолизацииДевятая реакция сопровождается внутримолекулярными окислительно-восстановительными процессами, в результате которых образуется фосфоенолпируват (фосфоенолпировиноградная кислота) с высокоэнергетической связью во втором атоме углерода и отщепляется молекула водыфермент: енолаза
10. Реакция субстратного фосфорилированияВ ходе десятой реакции фосфорильная группа переносится на ADP. При этом синтезируется АТР и пируват (пировиноградная кислота). Эта реакция также необратима, поскольку высокоэкзергонична.фермент: пируваткиназа
11. Реакция обратимого восстановления пировиноградной кислоты до молочной кислоты (в анаэробных условиях)Если после гликолиза следует аэробное расщепление, пируват мигрирует в матрикс митохондрий, где, взаимодействуя с коэнзимом-А, участвует в образовании ацетил-СоА. В анаэробных условиях пируват при участии NADH восстанавливается до лактата (молочной кислоты), который при этом является конечным продуктом гликолиза. Затем в аэробных условиях лактат может обратно превратиться в пируват и окислиться в митохондриях.фермент: лактатдегидрогеназа

_______________

Источник информации:

1. Биология для поступающих в вузы / Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский. — 2008.

2. Биология в таблицах и схемах / Спб. — 2004.

3. Биохимия в схемах и таблицах / И. В. Семак – Минск — 2011.

Источник: //infotables.ru/biologiya/81-biokhimiya/1048-glikoliz

ГЛИКОЛИЗ

Гликолиз

Гликолиз (от греч. glycys – сладкий и lysis – растворение, распад) – это последовательность ферментативных реакций, приводящих к превращению глюкозы в пируват с одновременным образованием АТФ.

При аэробных условиях пируват проникает в митохондрии, где полностью окисляется до СО2 и Н2О. Если содержание кислорода недостаточно, как это может иметь место в активно сокращающейся мышце, пируват превращается в лактат.

Итак, гликолиз – не только главный путь утилизации глюкозы в клетках, но и уникальный путь, поскольку он может использовать кислород, если

последний доступен (аэробные условия), но может протекать и в отсутствие кислорода (анаэробные условия).

Анаэробный гликолиз – сложный ферментативный процесс распада глюкозы, протекающий в тканях человека и животных без потребления кислорода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. В процессе гликолиза образуется АТФ. Суммарное уравнение гликолиза можно представить следующим образом:

В анаэробных условиях гликолиз – единственный процесс в животном организме, поставляющий энергию. Именно благодаря гликолизу организм человека и животных определенный период может осуществлять ряд физиологических функций в условиях недостаточности кислорода. В тех случаях, когда гликолиз протекает в присутствии кислорода, говорят об аэробном гликолизе .

Последовательность реакций анаэробного гликолиза, так же как и их промежуточные продукты, хорошо изучена. Процесс гликолиза катализируется одиннадцатью ферментами, большинство из которых выделено в гомогенном, клисталлическом или высокоочищенном виде и свойства которых достаточно известны. Заметим, что гликолиз протекает в гиало-плазме (цитозоле) клетки.

Первой ферментативной реакцией гликолиза является фосфорилирование, 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 может считаться практически необратимым процессом.

Наиболее важным свойством гексокиназы является ее ингибирование глюкозо-6-фосфатом, т.е. последний служит одновременно и продуктом реакции, и аллостерическим ингибитором.

Фермент гексокиназа способен катализировать фосфорилирование не только D-глюкозы, но и других гексоз, в частности D-фруктозы, D-маннозы и т.д. В печени, кроме гексокиназы, существует фермент глюкокиназа, который катализирует фосфорилирование только D-глюкозы. В мышечной ткани этот фермент отсутствует (подробнее см. главу 16).

Второй реакцией гликолиза является превращение глюкозо-6-фос-фата под действием фермента глюкозо-6-фосфатизомеразы во фруктозо-6-фосфат:

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

Третья реакция катализируется ферментом фосфофруктокиназой; образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй молекулы АТФ:

Данная реакция аналогично гексокиназной практически необратима, протекает в присутствии ионов магния и является наиболее медленно текущей реакцией гликолиза. Фактически эта реакция определяет скорость гликолиза в целом.

Фосфофруктокиназа относится к числу аллостерических ферментов. 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. Так, в неработающей мышце активность фосфофруктокиназы низкая, а концентрация АТФ относительно высокая.

Во время работы мышцы происходит интенсивное потребление АТФ и активность фосфофруктокиназы повышается, что приводит к усилению процесса гликолиза.

Четвертую реакцию гликолиза катализирует фермент альдолаза. Под влиянием этого фермента фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две фосфотриозы:

Эта реакция обратима. В зависимости от температуры равновесие устанавливается на различном уровне. При повышении температуры реакция сдвигается в сторону большего образования триозофосфатов (дигидро-ксиацетонфосфата и глицеральдегид-3-фосфата).

Пятая реакция – это реакция изомеризации триозофосфатов. Катализируется ферментом триозофосфатизомеразой:

Равновесие данной изомеразной реакции сдвинуто в сторону дигид-роксиацетонфосфата: 95% дигидроксиацетонфосфата и около 5% глице-ральдегид-3-фосфата.

В последующие реакции гликолиза может непосредственно включаться только один из двух образующихся триозофосфатов, а именно глицеральдегид-3-фосфат.

Вследствие этого по мере потребления в ходе дальнейших превращений альдегидной формы фосфотриозы ди-гидроксиацетонфосфат превращается в глицеральдегид-3-фосфат.

Образованием глицеральдегид-3-фосфата как бы завершается первая стадия гликолиза. Вторая стадия – наиболее сложная и важная. Она включает окислительно-восстановительную реакцию (реакция гликолитической оксидоредукции), сопряженную с субстратным фосфорилированием, в процессе которого образуется АТФ.

В результате шестой реакции глицеральдегид-3-фосфат в присутствии фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы, кофермента НАД и неорганического фосфата подвергается своеобразному окислению с образованием 1,3-бисфосфоглицериновой кислоты и восстановленной формы НАД (НАДН). Эта реакция блокируется йод- или бромацетатом, протекает в несколько этапов:

1,3-Бисфосфоглицерат представляет собой высокоэнергетическое соединение (макроэргическая связь условно обозначена знаком «тильда» ~).

Механизм действия глицеральдегидфосфатдегидрогеназы сводится к следующему: в присутствии неорганического фосфата НАД+ выступает как акцептор водорода, отщепляющегося от глицеральдегид-3-фосфата.

В процессе образования НАДН глицеральдегид-3-фосфат связывается с молекулой фермента за счет SH-групп последнего. Образовавшаяся связь богата энергией, но она непрочная и расщепляется под влиянием неорганического фосфата, при этом образуется 1,3-бисфосфоглицериновая кислота.

Седьмая реакция катализируется фосфоглицераткиназой, при этом происходит передача богатого энергией фосфатного остатка (фосфатной группы в положении 1) на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфогли-цериновой кислоты (3-фосфоглицерат):

Таким образом, благодаря действию двух ферментов (глицеральде-гидфосфатдегидрогеназы и фосфоглицераткиназы) энергия, высвобождающаяся при окислении альдегидной группы глицеральдегид-3-фосфата до карбоксильной группы, запасается в форме энергии АТФ. В отличие от окислительного фосфорилирования образование АТФ из высокоэнергетических соединений называется субстратным фосфорилированием.

Восьмая реакция сопровождается внутримолекулярным переносом оставшейся фосфатной группы, и 3-фосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту (2-фосфоглицерат).

Реакция легкообратима, протекает в присутствии ионов Mg2+. Кофактором фермента является также 2,3-бисфосфоглицериновая кислота аналогично тому, как в фосфоглюкомутазной реакции роль кофактора выполняет глюкозо-1,6-бисфосфат:

Девятая реакция катализируется ферментом енолазой, при этом 2-фосфоглицериновая кислота в результате отщепления молекулы воды переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту (фосфоенолпируват), а фосфатная связь в положении 2 становится высокоэргической:

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

Десятая реакция характеризуется разрывом высокоэргической связи и переносом фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ (субстратное фосфорилирование). Катализируется ферментом пируваткиназой:

Для действия пируваткиназы необходимы ионы Mg2+, а также одновалентные катионы щелочных металлов (К+ или др.). Внутри клетки реакция является практически необратимой.

В результате одиннадцатой реакции происходит восстановление пировиноградной кислоты и образуется молочная кислота. Реакция протекает при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента НАДН, образовавшегося в шестой реакции:

Последовательность протекающих при гликолизе реакций представлена на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Последовательность реакций гликолиза.

1 – гексокиназа; 2 – фосфоглюкоизоме-раза; 3 – фосфофруктокиназа; 4 – альдо-лаза; 5 – триозофосфатизомераза; 6 – гли-церальдегидфосфатдегидрогеназа; 7 -фосфоглицераткиназа; 8 – фосфоглицеромутаза; 9 – енолаза; 10 – пируватки-наза; 11 – лактатдегидрогеназа.

Реакция восстановления пирувата завершает внутренний окислительно-восстановительный цикл гликолиза. НАД+ при этом играет роль промежуточного переносчика водорода от глицеральдегид-3-фосфата (6-я реакция) на пировиноградную кислоту (11-я реакция), при этом сам он регенерируется и вновь может участвовать в циклическом процессе, получившем название гликолитический оксидоредукции.

Биологическое значение процесса гликолиза заключается прежде всего в образовании богатых энергией фосфорных соединений.

На первых стадиях гликолиза затрачиваются 2 молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофрук-токиназная реакции). На последующих образуются 4 молекулы АТФ (фосфоглицераткиназная и пируваткиназная реакции).

Таким образом, энергетическая эффективность гликолиза в анаэробных условиях составляет 2 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы.

Как отмечалось, основной реакцией, лимитирующей скорость гликолиза, является фосфофруктокиназная. Вторая реакция, лимитирующая скорость и регулирующая гликолиз – гексокиназная реакция. Кроме того, контроль гликолиза осуществляется также ЛДГ и ее изоферментами.

В тканях с аэробным метаболизмом (ткани сердца, почек и др.) преобладают изоферменты ЛДГ1 и ЛДГ2 (см. главу 4). Эти изоферменты инги-бируются даже небольшими концентрациями пирувата, что препятствует образованию молочной кислоты и способствует более полному окислению пирувата (точнее, ацетил-КоА) в цикле трикарбоновых кислот.

В тканях человека, в значительной степени использующих энергию гликолиза (например, скелетные мышцы), главными изоферментами являются ЛДГ5 и ЛДГ4. Активность ЛДГ5 максимальна при тех концентрациях пирувата, которые ингибируют ЛДГ1. Преобладание изоферментов ЛДГ4 и ЛДГ5 обусловливает интенсивный анаэробный гликолиз с быстрым превращением пирувата в молочную кислоту.

Как отмечалось, процесс анаэробного распада гликогена получил название гликогенолиза.

Вовлечение D-глюкозных единиц гликогена в процесс гликолиза происходит при участии 2 ферментов – фосфорилазы а и фосфо-глюкомутазы.

Образовавшийся в результате фосфоглюкомутазной реакции глюкозо-6-фосфат может включаться в процесс гликолиза. После образования глюкозо-6-фосфата дальнейшие пути гликолиза и гликогенолиза полностью совпадают:

В процессе гликогенолиза в виде макроэргических соединений накапливаются не две, а три молекулы АТФ (АТФ не тратится на образование глюкозо-6-фосфата).

Кажется, что энергетическая эффективность глико-генолиза выглядит несколько более высокой по сравнению с процессом гликолиза, но эта эффективность реализуется только при наличии активной фосфорилазы а.

Следует иметь в виду, что в процессе активации фосфо-рилазы b расходуется АТФ (см. рис. 10.2).

Предыдущая страница | Следующая страница

СОДЕРЖАНИЕ

Еще по теме:

Источник: //www.xumuk.ru/biologhim/145.html

Бескислородное окисление глюкозы включает два этапа

Гликолиз

В анаэробном процессе пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты (лактата), поэтому в микробиологии анаэробный гликолиз называют молочнокислым брожением. Лактат далее ни во что не превращается, единственная возможность утилизовать лактат – это окислить его обратно в пируват.

Многие клетки организма способны к анаэробному окислению глюкозы. Для эритроцитов он является единственным источником энергии.

Клетки скелетной мускулатуры за счет бескислородного расщепления глюкозы способны выполнять мощную, быструю, интенсивную работу, как, например, бег на короткие дистанции, напряжение в силовых видах спорта.

Вне физических нагрузок бескислородное окисление глюкозы в клетках усиливается при гипоксии – при различного рода анемиях, при нарушении кровообращения в тканях независимо от причины.

Гликолиз

Анаэробное превращение глюкозы локализуется в цитозоле и включает два этапа из 11 ферментативных реакций.

Первый этап гликолиза

Первый этап гликолиза – подготовительный, здесь происходит затрата энергии АТФ, активация глюкозы и образование из нее триозофосфатов.

Первая реакция гликолиза сводится к превращению глюкозы в реакционно-способное соединение за счет фосфорилирования 6-го, не включенного в кольцо, атома углерода. Эта реакция является первой в любом превращении глюкозы, катализируется гексокиназой.

Вторая реакция необходима для выведения еще одного атома углерода из кольца для его последующего фосфорилирования (фермент глюкозофосфат-изомераза). В результате образуется фруктозо-6-фосфат.

Третья реакция – фермент фосфофруктокиназа фосфорилирует фруктозо-6-фосфат с образованием почти симметричной молекулы фруктозо-1,6-дифосфата. Эта реакция является главной в регуляции скорости гликолиза.

В четвертой реакции фруктозо-1,6-дифосфат разрезается пополам фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазой с образованием двух фосфорилированных триоз-изомеров – альдозы глицеральдегида (ГАФ) и кетозы диоксиацетона (ДАФ).

Пятая реакция подготовительного этапа – переход глицеральдегидфосфата и диоксиацетонфосфата друг в друга при участии триозофосфатизомеразы. Равновесие реакции сдвинуто в пользу диоксиацетонфосфата, его доля составляет 97%, доля глицеральдегидфосфата – 3%. Эта реакция, при всей ее простоте, определяет дальнейшую судьбу глюкозы:

  • при нехватке энергии в клетке и активации окисления глюкозы диоксиацетонфосфат превращается в глицеральдегидфосфат, который далее окисляется на втором этапе гликолиза,
  • при достаточном количестве АТФ, наоборот, глицеральдегидфосфат изомеризуется в диоксиацетонфосфат, и последний отправляется на синтез жиров.

 Второй этап гликолиза

Второй этап гликолиза – это освобождение энергии, содержащейся в глицеральдегидфосфате, и запасание ее в форме АТФ.

Шестая реакция гликолиза (фермент глицеральдегидфосфат-дегидрогеназа) – окисление глицеральдегидфосфата и присоединение к нему фосфорной кислоты приводит к образованию макроэргического соединения 1,3-дифосфоглицериновой кислоты и НАДН.

В седьмой реакции (фермент фосфоглицераткиназа) энергия фосфоэфирной связи, заключенная в 1,3-дифосфоглицерате тратится на образование АТФ.

Реакция получила дополнительное название – реакция субстратного фосфорилирования, что уточняет источник энергии для получения макроэргической связи в АТФ (от субстрата реакции) в отличие от окислительного фосфорилирования (использование энергии электрохимического градиента ионов водорода на мембране митохондрий).

Восьмая реакция – синтезированный в предыдущей реакции 3-фосфоглицерат под влиянием фосфоглицератмутазы изомеризуется в 2-фосфоглицерат.

Девятая реакция – фермент енолаза отрывает молекулу воды от 2-фосфоглицериновой кислоты и приводит к образованию макроэргической фосфоэфирной связи в составе фосфоенолпирувата.

Десятая реакция гликолиза – еще одна реакция субстратного фосфорилирования – заключается в переносе пируваткиназой макроэргического фосфата с фосфоенолпирувата на АДФ и образовании пировиноградной кислоты.

Последняя реакция бескислородного окисления глюкозы, одиннадцатая – образование молочной кислоты из пирувата под действием лактатдегидрогеназы. Важно то, что эта реакция осуществляется только в анаэробных условиях. Эта реакция необходима клетке, так как НАДН, образующийся в 6-й реакции, в отсутствие кислорода не может окисляться в митохондриях.

У плода и детей первых месяцев жизни преобладает анаэробный распад глюкозы, в связи с чем концентрация молочной кислоты в крови у них выше чем у взрослых. 
При наличии кислорода пировиноградная кислота переходит в митохондрию и превращается в ацетил-S-КоА. 

Источник: //biokhimija.ru/uglevody/glikoliz.html

ГЛИКО́ЛИЗ

Гликолиз

Авторы: А. Е. Медведев

ГЛИКО́ЛИЗ (от греч. γλυϰύς – слад­кий и …лиз), фер­мен­та­тив­ный про­цесс ана­эроб­но­го (про­те­каю­ще­го без уча­стия ки­сло­ро­да) рас­ще­п­ле­ния глю­ко­зы, со­про­во­ж­даю­щий­ся на­ко­п­ле­ни­ем энер­гии, за­па­сае­мой в ви­де аде­но­зин­три­фос­фа­та (АТФ).

Ши­ро­ко рас­про­стра­нён в при­ро­де, иг­ра­ет важ­ную роль в ме­та­бо­лиз­ме жи­вых ор­га­низ­мов. Г. ле­жит в ос­но­ве разл. ви­дов бро­же­ния. У об­ли­гат­ных ана­эроб­ных мик­ро­ор­га­низ­мов, а так­же в не­ко­то­рых клет­ках жи­вот­ных и че­ло­ве­ка (напр., зре­лые эрит­ро­ци­ты мле­ко­пи­таю­щих) Г.

 – един­ст­вен­ный про­цесс, по­став­ляю­щий энер­гию. В аэроб­ных ус­ло­ви­ях у боль­шин­ст­ва ор­га­низ­мов Г. пред­ше­ст­ву­ет окис­ли­тель­но­му рас­па­ду ор­га­нич. со­еди­не­ний до СО2 и Н2О. У выс­ших жи­вот­ных Г.

ин­тен­сив­но про­те­ка­ет в ске­лет­ных мыш­цах, пе­че­ни, серд­це, эрит­ро­ци­тах, спер­ма­то­зои­дах, бы­ст­ро де­ля­щих­ся (в т. ч. опу­хо­ле­вых) клет­ках. Фер­мен­ты Г. ло­ка­ли­зо­ва­ны в рас­тво­ри­мой час­ти ци­то­плаз­мы кле­ток.

Пол­ная де­таль­ная рас­шиф­ров­ка отд. ре­ак­ций Г. бы­ла осу­ще­ст­в­ле­на гл. обр. бла­го­да­ря ра­бо­там немецких био­хи­ми­ков Г. Эм­бде­на, О. Мей­ер­го­фа, О. Вар­бур­га, К. Ной­бер­га, а так­же Я. О. Пар­на­са и К. Ко­ри (1930–37). Ино­гда Г. на­зы­ва­ют «пу­тём Эм­бде­на – Мей­ер­го­фа – Пар­на­са».

Ус­лов­но в про­цес­се Г. вы­де­ля­ют две ста­дии. На пер­вой (под­го­то­ви­тель­ной) сна­ча­ла про­ис­хо­дит фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние глю­ко­зы (ре­ак­ция 1), ка­та­ли­зи­руе­мое фер­мен­том гек­со­ки­на­зой (ино­гда глю­ко­ки­на­зой) и тре­бую­щее за­тра­ты энер­гии мо­ле­ку­лы АТФ (см. схе­му).

Об­ра­зо­вав­ший­ся глю­ко­зо-6-фос­фат при уча­стии фер­мен­та фос­фог­лю­кои­зо­ме­ра­зы пре­вра­ща­ет­ся (2) во фрук­то­зо-6-фос­фат, ко­то­рый в свою оче­редь фос­фо­ри­ли­ру­ет­ся (для это­го тре­бу­ет­ся ещё од­на мо­ле­ку­ла АТФ) с по­мо­щью фос­фоф­рук­то­ки­на­зы-1 (3) с об­ра­зо­ва­ни­ем фрук­то­зо-1,6-ди­фос­фа­та.

По­след­ний с по­мо­щью фрук­то­зо-1,6-ди­фос­фа­таль­до­ла­зы (4) рас­ще­п­ля­ет­ся до двух фос­фот­ри­оз: гли­це­р­аль­де­гид-3-фос­фа­та и ди­гид­рок­си­аце­тон­фос­фа­та. По­след­ний лег­ко изо­ме­ризу­ет­ся под дей­ст­ви­ем трио­зо­фос­фа­тизоме­ра­зы в гли­це­раль­де­гид-3-фос­фат (5). В даль­ней­шем ис­поль­зу­ет­ся толь­ко пер­вое со­еди­не­ние. Т. о.

, из од­ной мо­ле­ку­лы глю­ко­зы на пер­вой ста­дии Г. об­ра­зу­ют­ся две мо­ле­ку­лы гли­це­раль­де­гид-3-фос­фа­та и при этом ис­поль­зу­ет­ся энер­гия двух мо­ле­кул АТФ. На вто­рой – осн. ста­дии Г.

 – гли­цер­аль­де­гид-3-фос­фат пре­тер­пе­ва­ет се­рию по­сле­до­ва­тель­ных пре­вра­ще­ний, при­во­дя­щих к об­ра­зо­ва­нию пи­ро­ви­но­град­ной ки­сло­ты (ио­ни­зи­ро­ван­ная фор­му­ла – пи­ру­ват) и вы­деле­нию энер­гии, ак­ку­му­ли­ру­емой в ви­де АТФ.

Сна­ча­ла при уча­стии фер­мен­та гли­це­раль­де­гид-3-фос­фат­де­гид­ро­геназы (6), в при­сут­ст­вии ко­фер­мен­та ни­ко­ти­н­ами­да­де­нин­ди­нук­ле­о­ти­да (НАД), ко­то­рый уча­ст­ву­ет в окис­ле­нии аль­де­гид­ной груп­пы, пе­ре­хо­дя при этом в вос­ста­нов­лен­ную фор­му (НАДН), и не­ор­га­ни­че­ско­го фос­фа­та (Фн) про­ис­хо­дит пре­вра­ще­ние гли­це­раль­де­гид-3-фос­фа­та в вы­со­ко­энер­ге­ти­че­ское со­еди­не­ние – 1,3-ди-фос­фог­ли­це­рат. За­тем в ре­ак­ции т. н. суб­страт­но­го фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния, ко­то­рую осу­ще­ст­в­ля­ет фер­мент фос­фог­ли­це­рат­ки­на­за (7), про­ис­хо­дит пе­ре­нос фос­фо­риль­ной груп­пы с 1,3-ди­фос­фо­гли­це­ра­та на аде­но­зин­ди­фос­фат (АДФ) с об­ра­зо­ва­ни­ем АТФ. Дру­гой про­дукт этой ре­ак­ции – 3-фос­фог­ли­це­рат при уча­стии фер­мен­та фос­фог­ли­це­рат­му­та­зы (8) под­вер­га­ет­ся изо­ме­ри­за­ции в 2-фос­фог­ли­це­рат. По­сле это­го в ре­зуль­та­те реакции от­ще­п­ле­ния мо­ле­ку­лы во­ды, ко­то­рую осу­ще­ст­в­ля­ет фер­мент ено­ла­за (9), про­ис­хо­дит об­ра­зо­ва­ние фос­фо­енол­пи­ру­ва­та и в про­цес­се ещё од­ной ре­ак­ции суб­страт­но­го фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния, ко­то­рую ка­та­ли­зи­ру­ет фер­мент пи­ру­ват­ки­на­за (10), фос­фо­риль­ная груп­па фос­фое­нол­пи­ру­ва­та пе­ре­но­сит­ся на АДФ с об­ра­зо­ва­ни­ем оче­ред­ной мо­ле­ку­лы АТФ. Сле­до­ва­тель­но, за вы­че­том за­тра­чен­ных на под­го­то­ви­тель­ной ста­дии двух мо­ле­кул АТФ в ко­неч­ном ито­ге при рас­па­де глю­ко­зы об­ра­зу­ют­ся две мо­ле­ку­лы АТФ.

Даль­ней­шая судь­ба об­ра­зо­вав­ше­го­ся пи­ру­ва­та и НАДН оп­ре­де­ля­ет­ся осо­бен­но­стя­ми ме­та­бо­лиз­ма кон­крет­ных ти­пов кле­ток и их обес­пе­чен­но­стью ки­сло­ро­дом. В аэроб­ных ус­ло­ви­ях пи­ру­ват и вос­ста­нов­лен­ные эк­ви­ва­лен­ты от НАДН (гид­рид-ион) по­сту­па­ют в ми­то­хон­д­рии, где про­ис­хо­дит пре­вра­ще­ние пи­ру­ва­та в аце­тил-КоА (см.

 Ко­фер­мен­т А), ко­то­рый по­сту­па­ет в три­кар­бо­но­вых ки­слот цикл. В от­сут­ст­вии ки­сло­ро­да НАДН ис­поль­зу­ет­ся на вос­ста­нов­ле­ние пи­ру­ва­та в лак­тат (ио­ни­зи­ро­ван­ная фор­ма мо­лоч­ной ки­сло­ты). Это не­об­хо­ди­мо для по­лу­че­ния НАД, без ко­то­ро­го не­воз­мож­но про­те­ка­ние гли­це­раль­де­гид-3-фос­фат­де­гид­ро­геназной ре­ак­ции, а зна­чит и все­го Г.

В мо­лоч­но­кис­лых бак­те­ри­ях, а так­же в бе­лых мыш­цах (обед­нён­ных ми­то­хон­д­рия­ми по срав­не­нию с крас­ны­ми мыш­ца­ми) лак­тат яв­ля­ет­ся ко­неч­ным про­дук­том Г. У дрож­жей пи­ру­ват пре­вра­ща­ет­ся в эта­нол (спир­то­вое бро­же­ние). Др. гек­со­зы (га­лак­то­за, ман­но­за, фрук­то­за), пен­то­зы и гли­це­рин мо­гут вклю­чать­ся в Г. на раз­ных его ста­ди­ях (напр.

, ста­дии 2, 3, 5). По­став­щи­ком ос­тат­ков глю­ко­зы для нужд Г. у жи­вот­ных мо­жет так­же слу­жить гли­ко­ген (в этом слу­чае про­цесс на­зы­ва­ют гли­ко­ге­но­ли­зом, он наи­бо­лее ин­тен­сив­но про­те­ка­ет в мыш­цах), а у рас­те­ний – крах­мал, ос­тат­ки глю­ко­зы ко­то­рых во­вле­ка­ют­ся в Г.

бла­го­да­ря дей­ст­вию фер­мен­тов, при­во­дя­щих к об­ра­зо­ва­нию сна­ча­ла глю­ко­зо-1-фос­фа­та, а за­тем глю­ко­зо-6-фос­фа­та. В при­сут­ст­вии ки­сло­ро­да ско­рость Г. сни­жа­ет­ся в свя­зи с на­ча­лом про­цес­са ды­ха­ния (эф­фект Пас­те­ра), ко­то­рое обес­пе­чи­ва­ет бо­лее эф­фек­тив­ный ме­ха­низм об­ра­зо­ва­ния бо­га­тых энер­ги­ей свя­зей.

В опу­хо­ле­вых клет­ках, безъ­я­дер­ных эрит­ро­ци­тах, эм­брио­наль­ных и не­ко­то­рых дру­гих тка­нях эф­фект Па­сте­ра ос­лаб­лен или от­сут­ству­ет вов­се (т. н. аэроб­ный Г.).

Все ре­ак­ции Г., за ис­клю­че­ни­ем 1, 3 и 10-й, об­ра­ти­мы. Фер­мен­ты, ка­та­ли­зи­рую­щие эти три ре­ак­ции, яв­ля­ют­ся объ­ек­та­ми слож­ной ре­гу­ля­ции. Ско­рость Г. ли­ми­ти­ру­ет фос­фоф­рук­то­ки­на­за-1.

Этот фер­мент ак­ти­ви­ру­ют фрук­то­зо-2,6-ди­фос­фат, АДФ и аде­но­зин­мо­но­фос­фат (АМФ), а ин­ги­би­ру­ют АТФ и цит­рат (ио­ни­зи­ро­ван­ная фор­ма ли­мон­ной ки­сло­ты). АТФ по­дав­ля­ет так­же ак­тив­ность гек­со­ки­на­зы и пи­ру­ват­ки­на­зы. Об­ра­зо­ва­ние мощ­но­го ак­ти­ва­то­ра Г.

 – фрук­то­зо-2,6-ди­фос­фа­та – из фрук­то­зо-6-фос­фа­та осу­ще­ст­в­ля­ет осо­бый фер­мент фос­фоф­рук­то­ки­на­за-2.

Гор­мо­ны ад­ре­на­лин и глю­ка­гон че­рез сис­те­му внут­ри­кле­точ­ной сиг­на­ли­за­ции, вклю­чаю­щую об­ра­зо­ва­ние цик­ли­че­ско­го 3’,5’-аде­но­зин­мо­но­фос­фа­та (цАМФ) и ак­ти­ва­цию фер­мен­та про­те­ин­ки­на­зы, вы­зы­ва­ют фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние и инак­ти­ва­цию пи­ру­ват­ки­на­зы в пе­че­ни, но не в мыш­цах. Та­кая тка­нес­пе­ци­фич­ная ре­гу­ля­ция не­об­хо­ди­ма для эф­фек­тив­но­го про­те­ка­ния глю­ко­не­о­ге­не­за в пе­че­ни.

Ус­та­нов­ле­но, что не­ко­то­рым фер­мен­там Г. свой­ст­вен ряд функ­ций, не свя­зан­ных с этим про­цес­сом. Напр., гли­цер­аль­де­гид-3-фос­фат­де­гид­ро­геназа мо­жет пе­ре­но­сить­ся в яд­ро и уча­ст­во­вать в ин­дук­ции апоп­то­за, ак­ти­ви­руя про­цес­сы транс­крип­ции.

Источник: //bigenc.ru/biology/text/2364101

Аэробный и анаэробный гликолиз. Какова их роль в жизнедеятельности человеческого организма?

Гликолиз

Чтобы понять, что такое гликолиз, придется обратиться к греческой терминологии, потому что данный  термин произошел от греческих слов:  гликос – сладкий и лизис – расщепление.  От слова Гликос происходит и название глюкозы.

Таким образом, под данным термином подразумевается  процесс насыщения глюкозы кислородом, в результате которого одна молекула сладкого вещества распадается на  две микрочастицы пировиноградной кислоты.  Гликолиз – это биохимическая реакция, происходящая в живых клетках, и направленная на расщепление глюкозы.

Существует три варианта разложения глюкозы, и аэробный гликолиз  – один из них.

Процесс этот состоит из целого ряда промежуточных  химических реакций, сопровождаемых выделением  энергии.  В этом и кроется основная суть гликолиза. Высвобождаемая энергия расходуется на общую  жизнедеятельность живого организма. Общая формула расщепления глюкозы выглядит так:

Глюкоза + 2НАД+ + 2АДФ + 2Pi → 2 пируват + 2НАДH + 2Н+ + 2АТФ + 2Н2O

Аэробное окисление глюкозы с последующим расщеплением ее шестиуглеродной молекулы осуществляется посредством 10 промежуточных реакций.

Первые 5 реакций,  объединяет подготовительная   фаза подготовки, а последующие реакции  направлены на образование АТФ. В ходе реакций образуются стереоскопические изомеры сахаров и их производные.

  Основное накопление энергии клетками происходит во второй фазе, связанной с образованием АТФ.

Этапы окислительного  гликолиза. Фаза 1

В аэробном гликолизе выделяются 2 фазы.

Первая фаза – подготовительная. В ней глюкоза вступает в реакцию с 2 молекулами АТФ. Эта фаза состоит из 5 последовательных  ступеней биохимических  реакций.

1-я ступень.  Фосфорилирование глюкозы

Фосфорилирование, то есть процесс переноса остатков фосфорной кислоты в первой и последующих реакциях производится за счет молекул адезинтрифосфорной кислоты.

В первой ступени остатки фосфорной кислоты из молекул адезинтрифосфата  переносятся в молекулярную структуру глюкозы. В ходе процесса получается глюкозо-6-фосфат.  В качестве катализатора в процессе выступает гексокиназа, ускоряющая процесс с помощью ионов магния, выступающих в качестве кофактора.  Ионы магния задействованы и в других реакциях гликолиза.

2-я ступень.  Образование изомера  глюкозо-6-фосфата

На 2-й ступени происходит изомеризация глюкозо-6-фосфата  во фруктозу-6-фосфат.

Изомеризация – образование веществ, имеющих одинаковый вес, состав химических элементов, но обладающих разными свойствами вследствие различного расположения атомов в молекуле. Изомеризация веществ осуществляется под  действием внешних условий: давления, температур, катализаторов.

В данном случае процесс осуществляется  под действием катализатора  фосфоглюкозоизомеразы при  участии ионов Mg+.

3-я ступень. Фосфорилирование фруктозо-6-фосфата

На данной ступени   происходит  присоединение фосфорильной группы за счет АТФ. Процесс осуществляется при участии фермента  фосфофруктокиназа-1. Этот фермент и предназначен только для участия в гидролизе. В результате реакции  получаются  фруктозо-1,6-бисфосфат и  нуклеотид адезинтрифосфат.

АТФ – адезинтрифосфат, уникальный источник энергии в живом организме.

  Представляет собой довольно сложную и громоздкую молекулу, состоящую из углеводородных, гидроксильных групп, азота и групп фосфорной кислоты с одной свободной связью, собранных в нескольких циклических и линейных структурах.

Высвобождение энергии происходит в результате взаимодействия остатков фосфорной кислоты с водой. Гидролиз АТФ сопровождается образованием фосфорной кислоты и выделением 40-60 Дж энергии, которую организм затрачивает  на свою жизнедеятельность.

Но прежде должно произойти  фосфорилирование глюкозы за счет молекулы Адезинтрифосфата, то есть перенос  остатка фосфорной кислоты в глюкозу.

4-я ступень. Распад фруктозо-1,6-дифосфата

В четвертой реакции   фруктозо-1,6-дифосфат распадается на два новых вещества.

  • Диоксиацетонфосфат,
  • Глицеральд альдегид-3-фосфат.

В данном химическом процессе в качестве катализатора выступает альдолаза, фермент, участвующий в энергетическом обмене, и необходимый при диагностировании ряда заболеваний.

5-я ступень.  Образование триозофосфатных  изомеров

И, наконец, последний процесс  –  изомеризация триозофосфатов.

Глицеральд-3-фосфат  продолжит участвовать в процессе аэробного гидролиза. А второй компонент – диоксиацетон фосфат при участии фермента  триозофосфатизомеразы  преобразуется в глицеральдегид-3-фосфат.  Но трансформация эта –  обратимая.

Фаза 2.  Синтез Адезинтрифосфата

В данной фазе гликолиза  будет аккумулироваться  в виде АТФ биохимическая энергия.  Адезинтрифосфат образуется из адезиндифосфата за счет фосфорилирования. А также образуется НАДН.

Аббревиатура НАДН имеет очень сложную и труднозапоминаемую для неспециалиста расшифровку – Никотинамидадениндинуклеотид. НАДН – это кофермент, небелковое соединение, участвующее в  химических процессах живой клетки.  Он существует в двух формах:

  1. окисленной (NAD+, NADox);
  2. восстановленной (NADH, NADred).

В обмене веществ  NAD принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях транспортируя электроны из одного химического процесса  в другой. Отдавая, или принимая электрон, молекула преобразуется из NAD+ в NADH, и наоборот.  В живом организме НАД  вырабатывается из триптофана или аспартата аминокислот.

Две микрочастицы  глицеральдегид-3-фосфата подвергаются реакциям, в ходе которых образуется пируват,  и 4 молекулы АТФ.  Но конечный выход адезинтрифосфата составит 2 молекулы, поскольку  две затрачены в подготовительной фазе.  Процесс продолжается.

6-я ступень  – окисление глицеральдегид-3-фосфата

В данной реакции происходит окисление и фосфорилирование  глицеральдегид-3-фосфата.  В итоге получается 1,3-дифосфоглицериновая кислота. В ускорении реакции участвует глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа

Реакция происходит при участии энергии, полученной извне, поэтому она называется  эндергонической.  Такие реакции  протекают параллельно с  экзергоническими, то есть выделяющими, отдающими энергию. В данном случае такой реакцией служит следующий процесс.

7-я ступень. Перемещение  фосфатной группы с 1,3-дифосфоглицерата на адезиндифосфат

В этой промежуточной реакции  фосфорильная группа переносится фосфоглицераткиназой  с  1,3-дифосфоглицерата на адезиндифосфат.  В итоге получаются 3-фосфоглицерат и АТФ.

Фермент фосфоглицераткиназа приобрел свое название за способность катализировать реакции в обоих направлениях.  Этот фермент также транспортирует фосфатный остаток  с адезинтрифосфата  на  3-фосфоглицерат.

6-я и 7-я реакции  часто рассматриваются как единый процесс . 1,3-дифосфоглицерат в нем рассматривается как  промежуточный продукт.   Вместе 6-я и 7-я реакции выглядят так:

Глицеральдегид-3-фосфат+ADP+Pi +NAD+⇌3 -фосфоглицерат+ATP+NADH+Н+,ΔG′о = −12,2 кДж/моль.

И суммарно эти 2  процесса освобождают часть энергии.

8-я ступень. Перенесение фосфорильной группы с 3-фосфоглицерата

Получение 2-фосфоглицерата – процесс обратимый, происходит под каталитическим действием фермент фосфоглицератмутазы. Фосфорильная группа переносится с двухвалентного атома углерода 3-фосфоглицерата на трехвалентный атом  2-фосфоглицерата, в итоге образуется    2-фосфоглицериновая кислота.  Реакция проходит при участи положительно заряженных ионов магния.

9-я ступень. Выделение воды из 2-фосфоглицерата

Эта реакция в своей сути является второй реакцией расщепления глюкозы (первой была реакция 6-й ступени). В ней фермент  фосфопируватгидратаза  стимулирует  отщепление воды от атома С, то есть процесс элиминирования из молекулы 2-фосфоглицерата и образование фосфоенолпирувата (фосфоенолпировиноградной кислоты).

10-я и последняя ступень. Перенос фосфатного остатка с ФЕП на АДФ

В заключительной реакции гликолиза задействованы коферменты – калий, магний и марганец, в качестве катализатора выступает фермент пируваткиназа.

Преобразование енольной формы пировиноградной кислоты  в кето-форму является обратимым процессом, и в клетках присутствуют оба изомера. Процесс перехода изометрических веществ из одного в другой называется таутомеризацией.

Что такое анаэробный гликолиз?

Наряду с аэробным гликолизом, то есть расщеплением глюкозы при участии О2 , существует и так называемый анаэробный распад глюкозы, в котором кислород не участвует.

Он также  состоит из десяти последовательных реакций.

Но где протекает анаэробный этап гликолиза, связан ли он с процессами кислородного расщепления глюкозы,  или это самостоятельный биохимический процесс, попробуем в этом разобраться.

Анаэробный гликолиз – это распад глюкозы при отсутствии кислорода с образованием лактата.  Но в процессе образования молочной кислоты НАДН в клетке не накапливается.

Этот процесс осуществляется  в тех тканях и клетках, которые функционируют в условиях кислородного голодания – гипоксии. К таким тканям в первую очередь относятся скелетные мышцы.

В эритроцитах, несмотря на наличие кислорода,   тоже в процессе гликолиза образуется лактат, потому что в кровяных клетках отсутствуют митохондрии.

Анаэробный гидролиз протекает в цитозоле  (жидкой части цитоплазмы) клеток и является  единственным актом,  продуцирующим и поставляющим АТФ, поскольку  в данном случае  окислительное фосфорилирование  не работает.  Для окислительных процессов нужен кислород, а его в анаэробном гликолизе нет.

И пировиноградная, и молочная кислоты  служат источниками энергии, для выполнения мышцами определенных задач. Излишки кислот поступают в печень, где под действием ферментов снова превращаются в гликоген и глюкозу.

 И процесс начинается снова. Недостаток глюкозы восполняется питанием – употреблением сахара, сладких фруктов, и иных сладостей.  Так что нельзя в угоду фигуре совсем отказываться от сладкого.

Сахарозы нужны организму, но в меру.

Источник: //RunnerClub.ru/health/aerobnyj-i-anaerobnyj-glikoliz.html

Ваш Недуг
Добавить комментарий