Гликолиз

Гликолиз (от греческого glucose – сахар, lysis – разрушение) – последовательность реакций превращения глюкозы в пируват или лактат с образованием энергии в виде АТФ.

Основные признаки гликолиза.

1. Протекает во всех клетках организма. Ферменты локализованы в цитозоле клеток.

2. Лактат является конечным продуктом гликолиза в анаэробных условиях (в отсутствии кислорода). В аэробных условиях (присутствие кислорода) образуется пируват, который затем окисляется до СО₂ и Н₂О.

3.В клетках, лишенных митохондрий (эритроциты, роговая оболочка глаза, хрусталик глаза) гликолиз является главным источникомобразования АТФ. В клетках, имеющих митохондрии, является этапом аэробного окисления углеводов.

4. Наиболее активнопротекает в мозге, поскольку окисление глюкозы является основным источником энергии для нервной ткани. У взрослого человека около половины глюкозы используется мозгом.

5. В анаэробных условиях гликолиз – единственный процесс в организме животных, растений и многих микроорганизмов, приводящий к образованию АТФ; в организме человека и животных гликолиз позволяет поддерживать интенсивную работу скелетной мышцы в условиях недостатка кислорода.

6. Промежуточные продукты гликолиза используются для биосинтеза заменимых аминокислот и глицерола.

Аэробный распад глюкозы является основным путем катаболизма глюкозы у человека и включает следующие процессы: 1) распад глюкозы до пирувата (гликолиз или специфический путь распада глюкозы); 2) перенос пирувата в митохондрии и окислительное декарбоксилирование с образованием ацетил-КоА; 3) окисление ацетил-КоА в ЦТК и сопряженных цепях переноса электронов до СО₂ и Н₂О.

- Специфический путь катаболизма глюкозы включает 10 реакций и протекает в цитозоле одинаково в аэробных и анаэробных условиях.

1.Глюкозафосфорилируется ферментами гексокиназой (печень, мышцы, Km=0,1 мМ) и глюкокиназой (печень, Km=10 мМ) с использованием АТФ и Mg²⁺. Из-за высокого сродства (низкая Km) гексокиназа фосфорилирует глюкозу даже при низкой концентрации, в то время как глюкокиназа действует только при высокой концентрации глюкозы (после приема пищи). Глюкозо-6-фосфат не проходит через клеточные мембраны и является ключевой молекулой различных метаболических путей обмена углеводов – гликолиза, гликогенолиза, глюконеогенеза и пентозофосфатного пути.

2.Глюкозо-6-фосфат изомеризуется под действием фермента фосфогексоизомеразы и Mg²⁺ во фруктозо-6-фосфат. Реакция является обратимой.

3.Фруктозо-6-фосфатфосфорилируется во фруктозо-1,6-бисфосфат под действием фермента фосфофруктокиназы за счет второй молекулы АТФ и ионов Mg²⁺. Данная реакция является лимитирующей и определяет скорость всего процесса.

4.Фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на 2 триозы: диоксиацетонфосфат (ДОАФ) и 3-фосфоглицероловый альдегид (3-ФГА) под действием фермента альдолазы. Реакция обратима.

5.Фермент триозофосфатизомераза катализирует обратимое взаимопревращение 3-ФГА и ДОАФ. Реакция является обратимой, но в последующие реакции гликолиза может непосредственно включаться только 3-ФГА. Вследствие этого равновесие сдвигается в направлении превращения ДОАФ в 3-ФГА.

6. Дегидрогеназа 3-фосфоглицеролового альдегида превращает 3-ФГА в 1,3-бисфосфоглицероловую кислоту. В активном центре фермента в качестве кофермента находятся прочно связанный НАД и SH-группа цистеина. Вначале образуется фермент-субстратный комплекс по типу тиополуацеталя за счет SH-группы фермента. Затем происходит дегидрирование субстрата, восстановление НАД⁺ и образование макроэргической связи. На следующем этапе атомы водорода передаются на цитозольный НАД⁺, восстанавливая его в НАДН+Н⁺. Образовавшаяся макроэргическая связь непрочна и расщепляется под влиянием неорганического фосфата. Реакция блокируется йодом или бромацетатом.

7.Фермент фосфоглицераткиназа действует на 1,3-бисфосфоглицерат. При этом происходит передача богатого энергией фосфатного остатка (фосфатной группы в положении 1) на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицероловой кислоты.

Таким образом, благодаря действию двух ферментов энергия, высвобождающаяся при окислении альдегидной группы до карбоксильной группы, запасается в форме энергии АТФ. Синтез АТФ происходит путем субстратного фосфорилирования.

8.3–фосфоглицерат превращается в 2-фосфоглицерат под действием фермента фосфоглюкомутаза. Реакция сопровождается внутримолекулярным переносом фосфатной группы из положения 3 в положение 2. Реакция обратима и требует ионов Mg²⁺.

9. Под действием фермента енолазы 2-фосфоглицероловая кислота в результате отщепления молекулы воды переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту (фосфоенолпируват), а фосфатная связь во 2 положении становится высокоэргической. Енолаза активируется катионами Mg²⁺ или Mn²⁺ и ингибируется фторидом.

10.Фермент пируваткиназа катализирует разрыв высокоэргической связи и перенос фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ (субстратное фосфорилирование). Для действия пируваткиназы необходимы ионы Mg²⁺, а также одновалентные катионы щелочных металлов. Внутри клетки реакция является практически необратимой.

Большинство реакций гликолиза является обратимыми. Три реакции, катализируемые ферментами гексокиназа (глюкокиназа), фосфофруктокиназа и пируваткиназа являются необратимыми. На этих этапах осуществляется регуляция гликолиза.