Oslobađanje ATP-a tijekom glikolize u anaerobnim uvjetima. Sumarna jednadžba glikolize

Katabolizam glukoze 1 popraćen je potrošnjom 2 molekule ATP za fosforilaciju supstrata heksoza, stvaranjem 4 molekule ATP u reakcijama fosforilacije supstrata, redukcijom 2 NADH 2 molekule i sintezom 2 molekule PVC-a. 2 citoplazmatske molekule NADH 2, ovisno o mehanizmu shuttlea, daju od 4 do 6 ATP molekula u respiratornom lancu mitohondrija.

Dakle, konačni energetski učinak aerobne glikolize, ovisno o mehanizmu shuttlea, iznosi od 6 do 8 molekula ATP-a.

Anaerobna glikoliza

U anaerobnim uvjetima, PVC, kao i O 2 u respiratornom lancu, osigurava regeneraciju NAD + iz NADH 2, što je neophodno za nastavak reakcija glikolize. PVC se zatim pretvara u mliječnu kiselinu. Reakcija se odvija u citoplazmi uz sudjelovanje laktat dehidrogenaze.

11. Laktat dehidrogenaza(laktat: NAD + oksidoreduktaza). Sastoji se od 4 podjedinice, ima 5 izoforma.

Laktat nije metabolički krajnji proizvod koji se uklanja iz tijela. Ova tvar iz tkiva ulazi u krvotok i koristi se, pretvarajući se u glukozu u jetri (Cori ciklus), ili, kada je kisik dostupan, pretvara se u PVC, koji ulazi u opći put katabolizma, oksidirajući u CO 2 i H 2 O.

Izlaz ATP-a tijekom anaerobne glikolize

Anaerobna glikoliza je manje učinkovita od aerobne glikolize. Katabolizam 1 glukoze popraćen je potrošnjom 2 molekule ATP-a za fosforilaciju supstrata, stvaranjem 4 molekule ATP-a u reakcijama fosforilacije supstrata i sintezom 2 molekule laktata. Dakle, konačni energetski učinak anaerobne glikolize jednak je 2 ATP molekule.

Plastični značaj katabolizma glukoze

Tijekom katabolizma, glukoza može obavljati plastične funkcije. Metaboliti glikolize koriste se za sintezu novih spojeva. Dakle, fruktoza-6f i 3-PGA sudjeluju u stvaranju riboze-5-f (komponente nukleotida); 3-fosfoglicerat se može uključiti u sintezu aminokiselina kao što su serin, glicin, cistein. U jetri i masnom tkivu acetil-CoA se koristi u biosintezi masnih kiselina, kolesterola, a DAP se koristi za sintezu glicerola-3p.

Regulacija glikolize

Pasteurov efekt– smanjenje brzine potrošnje glukoze i nakupljanja laktata u prisutnosti kisika.

Pasteurov učinak objašnjava se prisutnošću konkurencije između enzima aerobnog (DG malat, glicerol-6f DG, PVA DG) i anaerobnog (LDG) puta oksidacije za zajednički metabolit PVA i koenzima NADH 2 . Bez kisika mitohondriji ne troše PVK i NADH 2, zbog čega se povećava njihova koncentracija u citoplazmi i oni idu u stvaranje laktata. U prisutnosti kisika, mitohondriji ispumpavaju PVC i NADH2 iz citoplazme, prekidajući reakciju stvaranja laktata. Budući da anaerobna glikoliza proizvodi malo ATP-a, može postojati višak AMP (ADP + ADP = AMP + ATP), koji preko fosfofruktokinaze 1 potiče glikolizu. Tijekom aerobnog katabolizma glukoze nastaje mnogo ATP-a, mogući višak ATP-a kroz fosfofruktokinazu 1 i piruvat kinazu, naprotiv, inhibira glikolizu. Nakupljanje glukoze-6p inhibira heksokinazu, koja smanjuje potrošnju glukoze u stanicama.

METABOLIZAM FRUKTOZE I GALAKTOZE

Fruktoza i galaktoza, zajedno s glukozom, koriste se za dobivanje energije ili sintezu tvari: glikogena, TG, GAG, laktoze itd.

Metabolizam fruktoze

Značajna količina fruktoze, nastala tijekom razgradnje saharoze, pretvara se u glukozu već u crijevnim stanicama. Dio fruktoze odlazi u jetru.

opći pregled

Glikolitički put je 10 uzastopnih reakcija, od kojih je svaka katalizirana različitim enzimima.

Proces glikolize se uvjetno može podijeliti u dvije faze. Prva faza, koja nastavlja s potrošnjom energije 2 molekule ATP-a, je razgradnja molekule glukoze na 2 molekule gliceraldehid-3-fosfata. U drugoj fazi dolazi do NAD-ovisne oksidacije gliceraldehid-3-fosfata, praćene sintezom ATP-a. Sama glikoliza je potpuno anaerobni proces, odnosno ne zahtijeva prisutnost kisika da bi se reakcije odvijale.

Glikoliza je jedan od najstarijih metaboličkih procesa poznatih u gotovo svim živim organizmima. Vjerojatno se glikoliza pojavila prije više od 3,5 milijardi godina u primarnim prokariotima.

Lokalizacija

U stanicama eukariotskih organizama deset enzima koji kataliziraju razgradnju glukoze u PVC nalazi se u citosolu, svi ostali enzimi vezani za energetski metabolizam nalaze se u mitohondrijima i kloroplastima. Glukoza ulazi u stanicu na dva načina: o natriju ovisnom simportu (uglavnom za enterocite i bubrežni tubularni epitel) i olakšanoj difuziji glukoze uz pomoć proteina nosača. Rad ovih transportnih proteina kontroliraju hormoni i prije svega inzulin. Najviše od svega inzulin potiče transport glukoze u mišićno i masno tkivo.

Proizlaziti

Rezultat glikolize je pretvorba jedne molekule glukoze u dvije molekule pirogrožđane kiseline (PVA) i stvaranje dva redukcijska ekvivalenta u obliku koenzima NAD∙H.

Potpuna jednadžba za glikolizu je:

Glukoza + 2NAD + + 2ADP + 2P n \u003d 2NAD ∙ H + 2PVC + 2ATP + 2H 2 O + 2H +.

U nedostatku ili nedostatku kisika u stanici, pirogrožđana kiselina se reducira u mliječnu kiselinu, tada će opća jednadžba glikolize biti sljedeća:

Glukoza + 2ADP + 2F n \u003d 2 laktat + 2ATP + 2H 2 O.

Dakle, tijekom anaerobne razgradnje jedne molekule glukoze, ukupni neto prinos ATP-a je dvije molekule dobivene u reakcijama fosforilacije ADP supstrata.

U aerobnim organizmima krajnji produkti glikolize prolaze dalje transformacije u biokemijskim ciklusima povezanim sa staničnim disanjem. Kao rezultat toga, nakon potpune oksidacije svih metabolita jedne molekule glukoze u posljednjoj fazi staničnog disanja - oksidativna fosforilacija koja se javlja u mitohondrijskom respiratornom lancu u prisutnosti kisika - dodatno se sintetizira dodatnih 34 ili 36 ATP molekula za svaku glukozu. molekula.

Staza

Prva reakcija glikoliza je fosforilacija molekule glukoze, što se događa uz sudjelovanje tkivno-specifičnog enzima heksokinaze uz potrošnju energije od 1 molekule ATP; nastaje aktivni oblik glukoze - glukoza-6-fosfat (G-6-F):

Za odvijanje reakcije neophodna je prisutnost Mg 2+ iona u mediju na koje se veže kompleks molekule ATP. Ova reakcija je nepovratna i prva je ključna reakcija glikolize.

Fosforilacija glukoze ima dva cilja: prvo, budući da plazma membrana, koja je propusna za neutralnu molekulu glukoze, ne dopušta prolazak negativno nabijenih G-6-P molekula, fosforilirana glukoza je zaključana unutar stanice. Drugo, tijekom fosforilacije, glukoza se pretvara u aktivni oblik koji može sudjelovati u biokemijskim reakcijama i biti uključen u metaboličke cikluse.

Jetreni izoenzim heksokinaze - glukokinaza - važan je u regulaciji razine glukoze u krvi.

U sljedećoj reakciji ( 2 ) enzimom fosfoglukoizomerazom G-6-P se pretvara u fruktoza-6-fosfat (F-6-F):

Za ovu reakciju nije potrebna energija, a reakcija je potpuno reverzibilna. U ovoj fazi i fruktoza se fosforilacijom može uključiti u proces glikolize.

Zatim slijede dvije reakcije gotovo odmah jedna za drugom: ireverzibilna fosforilacija fruktozo-6-fosfata ( 3 ) i reverzibilno aldolno cijepanje rezultirajućeg fruktoza-1,6-bisfosfat (F-1,6-bF) u dvije trioze ( 4 ).

Fosforilaciju F-6-F provodi fosfofruktokinaza uz utrošak energije druge ATP molekule; ovo je drugi ključna reakcija glikoliza, njena regulacija određuje intenzitet glikolize u cjelini.

Aldol cijepanje F-1,6-bF nastaje pod djelovanjem fruktoza-1,6-bisfosfat aldolaze:

Kao rezultat četvrte reakcije, dihidroksiaceton fosfat i gliceraldehid-3-fosfat, a prvi je gotovo odmah u akciji fosfotrioza izomeraza ide u drugu 5 ), koji je uključen u daljnje transformacije:

Svaka molekula gliceraldehid fosfata oksidira se NAD+ u prisutnosti gliceraldehid fosfat dehidrogenaza prije 1,3-difosfoglicerat (6 ):

Dolazi iz 1,3-difosfoglicerat, koji sadrži makroergijsku vezu u 1 položaju, enzim fosfoglicerat kinaze prenosi ostatak fosforne kiseline na molekulu ADP (reakcija 7 ) - nastaje ATP molekula:

Ovo je prva reakcija fosforilacije supstrata. Od ovog trenutka proces razgradnje glukoze prestaje biti energetski neisplativ, jer se energetski troškovi prve faze kompenziraju: sintetiziraju se 2 molekule ATP (po jedna za svaki 1,3-difosfoglicerat) umjesto dvije potrošene u reakcije 1 i 3 . Da bi se ova reakcija dogodila potrebna je prisutnost ADP-a u citosolu, odnosno s viškom ATP-a u stanici (i nedostatkom ADP-a), njegova se brzina smanjuje. Budući da se ATP, koji se ne metabolizira, ne taloži u stanici, već se jednostavno uništava, ova reakcija je važan regulator glikolize.

Zatim uzastopno: nastaje fosfoglicerol mutaza 2-fosfoglicerat (8 ):

Forme enolaze fosfoenolpiruvat (9 ):

I konačno, druga reakcija supstratne fosforilacije ADP-a događa se stvaranjem enolnog oblika piruvata i ATP-a ( 10 ):

Reakcija se odvija pod djelovanjem piruvat kinaze. Ovo je posljednja ključna reakcija glikolize. Izomerizacija enolnog oblika piruvata u piruvat odvija se neenzimski.

Od svog osnutka F-1,6-bF samo se reakcije odvijaju s oslobađanjem energije 7 i 10 gdje dolazi do fosforilacije supstrata ADP.

Daljnji razvoj

Konačna sudbina piruvata i NAD∙H koji nastaju tijekom glikolize ovisi o domaćinu i uvjetima unutar stanice, posebno o prisutnosti ili odsutnosti kisika ili drugih akceptora elektrona.

U anaerobnim organizmima piruvat i NAD∙H dalje fermentiraju. Tijekom mliječne fermentacije, na primjer, u bakterijama, piruvat se reducira u mliječnu kiselinu djelovanjem enzima laktat dehidrogenaze. U kvascu je sličan proces alkoholno vrenje, gdje će krajnji proizvodi biti etanol i ugljični dioksid. Poznata je i maslačna i citratna fermentacija.

Maslačna fermentacija:

Glukoza → maslačna kiselina + 2 CO 2 + 2 H 2 O.

Alkoholna fermentacija:

Glukoza → 2 etanol + 2 CO 2.

Citronska fermentacija:

Glukoza → limunska kiselina + 2 H 2 O.

Fermentacija je neophodna u prehrambenoj industriji.

U aerobima piruvat obično ulazi u ciklus trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus), a NAD∙H se na kraju oksidira kisikom u respiratornom lancu u mitohondrijima kroz proces oksidativne fosforilacije.

Unatoč činjenici da je ljudski metabolizam pretežno aerobni, anaerobna oksidacija se opaža u skeletnim mišićima koji intenzivno rade. U uvjetima ograničenog pristupa kisiku, piruvat se pretvara u mliječnu kiselinu, kao što se događa tijekom fermentacije mliječne kiseline u mnogim mikroorganizmima:

PVC + NAD∙H + H + → laktat + NAD + .

Bolovi u mišićima koji se javljaju neko vrijeme nakon neuobičajeno intenzivne tjelesne aktivnosti povezani su s nakupljanjem mliječne kiseline u njima.

Stvaranje mliječne kiseline je slijepa grana metabolizma, ali nije krajnji produkt metabolizma. Pod djelovanjem laktat dehidrogenaze mliječna kiselina se ponovno oksidira, stvarajući piruvat koji sudjeluje u daljnjim transformacijama.

Regulacija glikolize

Razlikovati lokalnu i opću regulativu.

Lokalna regulacija se provodi promjenom aktivnosti enzima pod utjecajem različitih metabolita unutar stanice.

Regulacija glikolize u cjelini, neposredno za cijeli organizam, događa se pod djelovanjem hormona, koji, utječući preko molekula sekundarnih glasnika, mijenjaju unutarstanični metabolizam.

Inzulin ima važnu ulogu u stimulaciji glikolize. Glukagon i adrenalin su najznačajniji hormonski inhibitori glikolize.

Inzulin stimulira glikolizu kroz:

• aktivacija reakcije heksokinaze;
• stimulacija fosfofruktokinaze;
• stimulacija piruvat kinaze.

Drugi hormoni također utječu na glikolizu. Na primjer, somatotropin inhibira enzime glikolize, a hormoni štitnjače su stimulansi.

Glikoliza se regulira kroz nekoliko ključnih koraka. Reakcije katalizirane heksokinazom ( 1 ), fosfofruktokinaza ( 3 ) i piruvat kinaza ( 10 ) karakterizira značajno smanjenje slobodne energije i praktički su nepovratni, što im omogućuje da budu učinkovite točke regulacije glikolize.

Regulacija heksokinaze

heksokinaza inhibira produkt reakcije - glukoza-6-fosfat, koji se alosterski veže na enzim, mijenjajući njegovu aktivnost.

Zbog činjenice da glavnina G-6-P u stanici nastaje razgradnjom glikogena, reakcija heksokinaze, zapravo, nije nužna za nastanak glikolize, a fosforilacija glukoze u regulaciji glikolize nije od iznimne važnosti. Reakcija heksokinaze važan je korak u regulaciji koncentracije glukoze u krvi iu stanici.

Tijekom fosforilacije, glukoza gubi sposobnost transporta kroz membranu molekulama nosačima, što stvara uvjete za njezino nakupljanje u stanici. Inhibicija heksokinaze G-6-P ograničava ulazak glukoze u stanicu, sprječavajući njezino prekomjerno nakupljanje.

Glukokinaza (IV izotip heksokinaze) jetre nije inhibirana glukoza-6-fosfatom, a stanice jetre nastavljaju akumulirati glukozu čak i pri visokom sadržaju G-6-P, iz kojeg se naknadno sintetizira glikogen. U usporedbi s drugim izotipovima, glukokinaza ima visoku vrijednost Michaelisove konstante, odnosno enzim radi punim kapacitetom samo u uvjetima visoke koncentracije glukoze, što se događa gotovo uvijek nakon obroka.

Glukoza-6-fosfat se može pretvoriti natrag u glukozu djelovanjem glukoza-6-fosfataze. Enzimi glukokinaza i glukoza-6-fosfataza sudjeluju u održavanju normalne razine glukoze u krvi.

Regulacija fosfofruktokinaze

Intenzitet fosfofruktokinazne reakcije presudno utječe na cjelokupni protok glikolize, a stimulacija fosfofruktokinaze se smatra najvažnijim korakom u regulaciji.

Fosfofruktokinaza (PFK) je tetramerni enzim koji postoji naizmjenično u dva konformacijska stanja (R i T), koja su u ravnoteži i naizmjenično prelaze iz jednog u drugo. ATP je i supstrat i alosterički inhibitor PFK.

Svaka od FFK podjedinica ima dva mjesta vezanja ATP-a: mjesto supstrata i mjesto inhibicije. Mjesto supstrata jednako je sposobno vezati ATP u bilo kojoj konformaciji tetramera. Dok mjesto inhibicije veže ATP isključivo kada je enzim u konformacijskom stanju T. Drugi FPA supstrat je fruktoza-6-fosfat, koji se veže na enzim po mogućnosti u R stanju. Pri visokoj koncentraciji ATP-a mjesto inhibicije je zauzeto, prijelazi između konformacija enzima postaju nemogući, a većina molekula enzima se stabilizira u T-stanju, nesposobna vezati P-6-P. Međutim, inhibiciju ATP fosfofruktokinaze potiskuje AMP, koji se veže na R-konformacije enzima, čime se stabilizira stanje enzima za vezanje F-6-P.

Najvažniji alosterički regulator glikolize i glukoneogeneze je fruktoza 2,6-bisfosfat, što nije međukarika ovih ciklusa. Fruktoza-2,6-bisfosfat alosterički aktivira fosfofruktokinazu.

Sintezu fruktoza-2,6-bifosfata katalizira poseban bifunkcionalni enzim - fosfofruktokinaza-2 / fruktoza-2,6-bifosfataza (FFK-2 / F-2,6-BPaza). U svom nefosforiliranom obliku, protein je poznat kao fosfofruktokinaza-2 i ima katalitičku aktivnost na fruktoza 6-fosfat, proizvodeći fruktozu 2-6-bisfosfat. Kao rezultat toga, aktivnost FFK je značajno stimulirana, a aktivnost fruktoza-1,6-bifosfataze je snažno inhibirana. To jest, pod uvjetom aktivnosti FFK-2, ravnoteža ove reakcije između glikolize i glukoneogeneze se pomiče prema prvom - sintetizira se fruktoza-1,6-bisfosfat.

U fosforiliranom obliku, bifunkcionalni enzim nema aktivnost kinaze; naprotiv, u njegovoj molekuli se aktivira mjesto koje hidrolizira P2,6BP u P6P i anorganski fosfat. Metabolički učinak fosforilacije bifunkcionalnog enzima je da prestaje alosterična stimulacija PFK, eliminira se alosterična inhibicija F-1,6-BPaze, a ravnoteža se pomiče prema glukoneogenezi. Nastaje F6F, a zatim glukoza.

Interkonverzije bifunkcionalnog enzima provode se pomoću cAMP-ovisne protein kinaze (PC), koja je, pak, regulirana peptidnim hormonima koji cirkuliraju u krvi.

Kada se koncentracija glukoze u krvi smanji, također se inhibira stvaranje inzulina, a naprotiv, stimulira se oslobađanje glukagona i njegova koncentracija u krvi naglo raste. Glukagon (i drugi kontranzularni hormoni) vežu se na receptore na plazma membrani stanica jetre, uzrokujući aktivaciju membranske adenilat ciklaze. Adenilat ciklaza katalizira pretvorbu ATP-a u ciklički AMP. cAMP se veže na regulatornu podjedinicu protein kinaze, uzrokujući oslobađanje i aktivaciju njezinih katalitičkih podjedinica, koje fosforiliraju brojne enzime, uključujući bifunkcionalnu FFK-2/P-2,6-BPazu. Istodobno se zaustavlja potrošnja glukoze u jetri i aktiviraju se glukoneogeneza i glikogenoliza, vraćajući normoglikemiju.

piruvat kinaza

Sljedeći korak, gdje se provodi regulacija glikolize, je posljednja reakcija – faza djelovanja piruvat kinaze. Za piruvat kinazu također je opisan niz izoenzima koji imaju regulatorna svojstva.

Hepatična piruvat kinaza(L-tip) reguliran je fosforilacijom, alsterskim efektorima i regulacijom ekspresije gena. Enzim inhibiraju ATP i acetil-CoA i aktiviraju fruktoza-1,6-bisfosfat. Inhibicija ATP piruvat kinaze događa se slično djelovanju ATP-a na PFK. Vezanje ATP-a na mjesto inhibicije enzima smanjuje njegov afinitet za fosfoenolpiruvat. Hepatička piruvat kinaza je fosforilirana i inhibirana protein kinazom, te je stoga također pod hormonskom kontrolom. Osim toga, aktivnost jetrene piruvat kinaze regulira se i kvantitativno, odnosno promjenom razine njezine sinteze. Ovo je spora, dugoročna regulacija. Povećanje ugljikohidrata u prehrani potiče ekspresiju gena koji kodiraju piruvat kinazu, kao rezultat toga, povećava se razina enzima u stanici.

M-tip piruvat kinaze koja se nalazi u mozgu, mišićima i drugim tkivima koja zahtijevaju glukozu nije regulirana protein kinazom. To je temeljno u tome što je metabolizam ovih tkiva određen samo unutarnjim potrebama i ne ovisi o razini glukoze u krvi.

Mišićna piruvat kinaza nije podložna vanjskim utjecajima, poput snižavanja razine glukoze u krvi ili otpuštanja hormona. Izvanstanični uvjeti koji dovode do fosforilacije i inhibicije jetrenog izoenzima ne mijenjaju aktivnost piruvat kinaze M-tipa. Odnosno, intenzitet glikolize u poprečnoprugastim mišićima određen je samo uvjetima unutar stanice i ne ovisi o općoj regulaciji.

Značenje

Glikoliza je katabolički put od iznimne važnosti. Osigurava energiju za stanične reakcije, uključujući sintezu proteina. Intermedijarni proizvodi glikolize koriste se u sintezi masti. Piruvat se također može koristiti za sintezu alanina, aspartata i drugih spojeva. Zahvaljujući glikolizi, rad mitohondrija i dostupnost kisika ne ograničavaju snagu mišića tijekom kratkotrajnih ekstremnih opterećenja.

vidi također

Linkovi

• glikoliza (engleski)

Zaklada Wikimedia. 2010 .

NA anaerobni proces pirogrožđana kiselina reducira se u mliječnu kiselinu (laktat), stoga se u mikrobiologiji anaerobna glikoliza naziva fermentacija mliječne kiseline. Laktat se dalje ne pretvara u ništa, jedini način da se laktat iskoristi je da ga oksidira natrag u piruvat.

Mnoge tjelesne stanice su sposobne za anaerobnu oksidaciju glukoze. Za eritrociti to je jedini izvor energije. Stanice skeletni mišići zbog razgradnje glukoze bez kisika, sposobni su izvoditi snažan, brz, intenzivan rad, poput sprinta, stresa u sportovima snage. Izvan fizičkog napora, tijekom hipoksije pojačava se oksidacija glukoze bez kisika u stanicama – raznim vrstama anemija, u poremećaji cirkulacije tkiva, bez obzira na uzrok.

glikoliza

Anaerobna konverzija glukoze odvija se u citosol i uključuje dva stupnja od 11 enzimskih reakcija.

Prvi korak glikolize

Prvi korak u glikolizi je pripremni, ovdje se troši ATP energija, aktivira se glukoza i iz nje nastaje glukoza trioza fosfata.

Prva reakcija glikoliza se svodi na pretvorbu glukoze u reaktivni spoj zbog fosforilacije 6. atoma ugljika koji nije uključen u prsten. Ova reakcija je prva u svakoj konverziji glukoze, katalizirana heksokinazom.

Druga reakcija potrebno za uklanjanje još jednog atoma ugljika iz prstena za njegovu naknadnu fosforilaciju (enzim glukoza fosfat izomeraza). Kao rezultat, nastaje fruktoza-6-fosfat.

Treća reakcija– enzim fosfofruktokinaza fosforilira fruktozo-6-fosfat uz stvaranje gotovo simetrične molekule fruktoze-1,6-difosfata. Ova reakcija je središnja za regulaciju brzine glikolize.

NA četvrta reakcija fruktoza 1,6-difosfat prepoloviti fruktoza-1,6-difosfat- aldolaze s stvaranjem dva fosforilirana triozna izomera – aldoze gliceraldehid(GAF) i ketoze dihidroksiaceton(DAF).

Peta reakcija pripremna faza - prijelaz gliceraldehid fosfata i dihidroksiaceton fosfata jedan u drugi uz sudjelovanje trioza fosfat izomeraza. Ravnoteža reakcije je pomaknuta u korist dihidroksiaceton fosfata, njegov udio je 97%, udio gliceraldehid fosfata je 3%. Ova reakcija, uz svu svoju jednostavnost, određuje sudbinu glukoze:

• uz nedostatak energije u stanici i aktivaciju oksidacije glukoze, dihidroksiaceton fosfat prelazi u gliceraldehid fosfat, koji se dalje oksidira u drugom stupnju glikolize,
• s dovoljnom količinom ATP-a, naprotiv, gliceraldehid fosfat izomerizira u dihidroksiaceton fosfat, a potonji se šalje u sintezu masti.

Druga faza glikolize

Druga faza glikolize je oslobađanje energije sadržane u gliceraldehid fosfatu i skladištenje u obliku ATP.

šesta reakcija glikoliza (enzim gliceraldehid fosfat dehidrogenaza) - oksidacija gliceraldehid fosfata i dodavanje fosforne kiseline u njega dovodi do stvaranja visokoenergetskog spoja 1,3-difosfoglicerinske kiseline i NADH.

NA sedma reakcija(enzim fosfoglicerat kinaza) energija fosfoesterske veze sadržana u 1,3-difosfogliceratu troši se na stvaranje ATP-a. Reakcija je dobila dodatni naziv - , koji precizira izvor energije za dobivanje makroergijskih veza u ATP-u (iz reakcijskog supstrata) za razliku od oksidativne fosforilacije (korištenje energije elektrokemijskog gradijenta vodikovih iona na mitohondrijskoj membrani).

Osma reakcija- 3-fosfoglicerat sintetiziran u prethodnoj reakciji pod utjecajem fosfoglicerat mutaza izomerizira u 2-fosfoglicerat.

Deveta reakcija– enzim enolaza odvaja molekulu vode od 2-fosfoglicerinske kiseline i dovodi do stvaranja makroergijske fosfoesterske veze u sastavu fosfoenolpiruvata.

Deseta reakcija glikoliza je druga reakcija fosforilacije supstrata- sastoji se u prijenosu visokoenergetskog fosfata iz fosfoenolpiruvata u ADP pomoću piruvat kinaze i formiranju pirogrožđane kiseline.

Posljednja reakcija oksidacije glukoze bez kisika, jedanaesti- stvaranje mliječne kiseline iz piruvata pod djelovanjem laktat dehidrogenaza. Važno je da se ova reakcija javlja samo u anaerobni Uvjeti. Ova reakcija je neophodna za stanicu, budući da se NADH nastao u 6. reakciji ne može oksidirati u mitohondrijima u odsutnosti kisika.

glikoliza- slijed enzimskih reakcija koje dovode do razgradnje glukoze s stvaranjem PVC-a, praćeno stvaranjem ATP-a (u citosolu stanice). Postoje dvije vrste glikolize - aerobna i anaerobna.

Aerobna glikoliza: PVK nastaje i ulazi u mitohondrije. U aerobnim uvjetima, PVA se dalje, u općem putu katabolizma, razgrađuje na CO 2 i H 2 O. Aerobna glikoliza je dio aerobne razgradnje glukoze.

Anaerobna glikoliza: Nastaje PVC, koji se zatim pretvara u laktat. Anaerobna razgradnja glukoze i anaerobna glikoliza su sinonimi. Anaerobna glikoliza nastaje u prvim minutama rada mišića, u eritrocitima (bez mitohondrija), uz nedovoljnu opskrbu kisikom.

Reakcije glikolize:

1). Fosforilacija glukoze. Reakciju katalizira heksokinaza, u parenhimskim stanicama jetre - glukokinaza. Stvaranje glukoza-6-fosfata u stanici je zamka za glukozu, jer membrana za fosforiliranu glukozu je nepropusna. Glukoza-6-fosfat je alosterički inhibitor reakcije.

2). Reakcija izomerizacije uz sudjelovanje glukoza-6-fosfat izomeraze:

3) Limitirajuća faza- reakcija fosforilacije katalizirana 6-fosfofruktokinazom, koju inhibiraju ATP i citrat, aktivirana - AMP.

4). Reakcija cijepanja aldola uz sudjelovanje aldolaze.

5). Izomerizacija dihidroksiaceton fosfata, enzim - trioza fosfat izomeraza:

1 molekula glukoze pretvara se u 2 molekule gliceraldehid-3-fosfata (reakcije 4, 5).

6). Reakcija oksidacije, enzim - gliceraldehid fosfat dehidrogenaza:

7). Fosforilacija supstrata uz sudjelovanje fosfoglicerat kinaze:

8). Intramolekularni prijenos fosfatne skupine, enzima - fosfogliceromutaze:

9). Reakcija dehidracije uz sudjelovanje enolaze:

10). Fosforilacija supstrata, enzim - piruvat kinaza:

11). U anaerobnim uvjetima, reakcija redukcije piruvata u laktat odvija se pod djelovanjem enzima laktat dehidrogenaze:

Ukupna jednadžba za anaerobnu glikolizu je:

Anaerobna glikoliza ne zahtijeva respiratorni lanac.

Izlaz ATP-a tijekom anaerobne glikolize: ATP nastaje uslijed dvije reakcije fosforilacije supstrata: iz 1,3-bisfosfoglicerata - reakcija 7, i iz fosfoenolpiruvata - reakcija 10. S obzirom da se 1 molekula glukoze podijeli na 2 trioze i daje 2 molekule gliceraldehid fosfata, nastaje 4ATP. 2ATP se koristi za aktiviranje glukoze (reakcije 1 i 3 glikolize). Ukupno.

Glikoliza (od grč. glycus – sladak i lysis – otapanje, raspadanje) je složen enzimski proces pretvorbe glukoze koji se događa u ljudskim i životinjskim tkivima bez potrošnje kisika. Krajnji produkt glikolize je mliječna kiselina. Glikoliza također proizvodi ATP. Ukupna jednadžba za glikolizu može se predstaviti na sljedeći način:

U anaerobnim uvjetima, glikoliza je jedini proces u životinjskom tijelu koji opskrbljuje energiju. Zahvaljujući procesu glikolize, ljudski i životinjski organizam može obavljati niz fizioloških funkcija određeno vrijeme u uvjetima nedostatka kisika. Kada se glikoliza dogodi u prisutnosti kisika, govorimo o aerobnoj glikolizi. ( U aerobnim uvjetima, glikoliza se može smatrati prvom fazom u oksidaciji glukoze do konačnih proizvoda ovog procesa – ugljičnog dioksida i vode.)

Po prvi put, pojam "glikoliza" upotrijebio je Lepin 1890. za proces gubitka glukoze u krvi povučenoj iz krvožilnog sustava, tj. in vitro.

U nizu mikroorganizama procesi slični glikolizi su različite vrste fermentacije.

Slijed reakcija glikolize, kao i njihovi međuprodukti, dobro je shvaćen. Proces glikolize katalizira jedanaest enzima, od kojih je većina izolirana u homogenom, kristalnom ili visoko pročišćenom obliku i čija su svojstva dovoljno proučena. Imajte na umu da se glikoliza događa u hijaloplazmi stanice. U tablici. Slika 27 prikazuje podatke o brzini anaerobne glikolize u različitim tkivima štakora.

Prva enzimska reakcija glikolize je fosforilacija, tj. prijenos ortofosfatnog ostatka na glukozu pomoću ATP-a. Reakciju katalizira enzim heksokinaza:

Stvaranje glukoza-6-fosfata u reakciji heksokinaze povezano je s oslobađanjem značajne količine slobodne energije sustava i može se smatrati gotovo nepovratnim procesom.

Enzim heksokinaza može katalizirati fosforilaciju ne samo D-glukoze, već i drugih heksoza, posebno D-fruktoze, D-manoze itd.

Druga reakcija glikolize je pretvorba glukoza-6-fosfata enzimom heksoza fosfat izomerazom u fruktozo-6-fosfat:

Ova reakcija se lako odvija u oba smjera i ne zahtijeva prisutnost kofaktora.

U trećoj reakciji nastali fruktoza-6-fosfat se ponovno fosforilira na račun druge molekule ATP-a. Reakciju katalizira enzim fosfofruktokinaza:

Ova reakcija, slična heksokinazi, praktički je nepovratna, odvija se u prisutnosti magnezijevih iona i najsporija je reakcija glikolize. Zapravo, ova reakcija određuje brzinu glikolize u cjelini.

Fosfofruktokinaza je jedan od alosteričnih enzima. Inhibira ga ATP i stimulira ADP i AMP. ( Citrat također inhibira aktivnost fosfofruktokinaze. Pokazalo se da se kod dijabetesa, gladovanja i nekih drugih stanja kada se masnoće intenzivno koriste kao izvor energije, sadržaj citrata u stanicama tkiva može povećati nekoliko puta. U tim uvjetima dolazi do oštrog inhibicije aktivnosti fosfofruktokinaze citratom.). Pri značajnim vrijednostima omjera ATP/ADP (koji se postiže u procesu oksidativne fosforilacije), aktivnost fosfofruktokinaze se inhibira i glikoliza usporava. Naprotiv, smanjenjem ovog koeficijenta povećava se intenzitet glikolize. Dakle, u mišićima koji ne rade, aktivnost fosfofruktokinaze je niska, a koncentracija ATP-a relativno visoka. Tijekom rada mišića dolazi do intenzivne potrošnje ATP-a te se povećava aktivnost fosfofruktokinaze, što dovodi do povećanja procesa glikolize.

Četvrtu reakciju glikolize katalizira enzim aldolaza. Pod utjecajem ovog enzima fruktoza-1,6-difosfat se cijepa u dvije fosfotrioze:

Ova reakcija je reverzibilna. Ovisno o temperaturi, ravnoteža se uspostavlja na različitoj razini. Općenito, s porastom temperature, reakcija se pomiče prema većem stvaranju trioznih fosfata (dioksiaceton fosfat i gliceraldehid-3-fosfat).

Peta reakcija je reakcija izomerizacije trioznih fosfata. Ovu reakciju katalizira enzim trioza fosfat izomeraza:

Ravnoteža ove reakcije izomeraze je pomaknuta prema dihidroksiaceton fosfatu: 95% dihidroksiaceton fosfata i oko 5% gliceraldehid-3-fosfata. Međutim, samo jedan od dva nastala trioza fosfata, odnosno gliceraldehid-3-fosfat, može biti izravno uključen u naknadne reakcije glikolize. Kao rezultat toga, kako se aldehidni oblik fosfotrioze troši, dihidroksiaceton fosfat se tijekom daljnjih transformacija pretvara u gliceraldehid-3-fosfat.

Formiranje gliceraldehid-3-fosfata, takoreći, dovršava prvu fazu glikolize. Druga faza je najsloženiji i najvažniji dio glikolize. Uključuje redoks reakciju (glikolitičku oksidoredukciju) spojenu s fosforilacijom supstrata, tijekom koje nastaje ATP.

U šestoj reakciji, gliceraldehid-3-fosfat u prisutnosti enzima gliceraldehid fosfat dehidrogenaze ( 3-fosfogliceraldehid dehidrogenaza), koenzim NAD i anorganski fosfat podliježu svojevrsnoj oksidaciji s stvaranjem 1,3-difosfoglicerinske kiseline i reduciranog oblika NAD (NADH 2). Ovu reakciju blokira jod ili bromoacetat, odvija se u nekoliko faza. Ukratko, ova reakcija se može predstaviti na sljedeći način:

1,3-difosfoglicerinska kiselina je visokoenergetski spoj. Mehanizam djelovanja gliceraldehid-fosfat dehidrogenaze je sljedeći: u prisutnosti anorganskog fosfata NAD djeluje kao akceptor vodika koji se odvaja od gliceraldehid-3-fosfata. Tijekom stvaranja NADH 2, gliceraldehid-3-fosfat se veže na molekulu enzima zahvaljujući SH-skupinama potonjeg. Nastala veza je bogata energijom, ali je krhka i cijepa se pod utjecajem anorganskog fosfata. Time nastaje 1,3-difosfoglicerinska kiselina.

U sedmoj reakciji, koju katalizira fosfoglicerat kinaza, energetski bogati fosfatni ostatak (fosfatna skupina na poziciji 1) se prenosi na ADP kako bi nastao ATP i 3-fosfogliceratna kiselina (3-fosfoglicerat):

Dakle, djelovanjem dvaju enzima (gliceraldehid fosfat dehidrogenaze i fosfoglicerat kinaze), energija koja se oslobađa kada se aldehidna skupina gliceraldehid-3-fosfata oksidira u karboksilnu skupinu pohranjuje se u obliku ATP energije.

U osmoj reakciji dolazi do intramolekularnog prijenosa preostale fosfatne skupine i 3-fosfoglicerinska kiselina se pretvara u 2-fosfoglicerinsku kiselinu (2-fosfoglicerat).

Reakcija je lako reverzibilna i odvija se u prisutnosti Mg 2+ iona. Kofaktor enzima je također 2,3-difosfoglicerinska kiselina, slično kao što je glukoza-1,6-difosfat igrao ulogu kofaktora u reakciji fosfoglukomutaze:

U devetoj reakciji 2-fosfoglicerinska kiselina, kao rezultat eliminacije molekule vode, prelazi u fosfoenolpirogrožđanu kiselinu (fosfoenolpiruvat). U tom slučaju fosfatna veza u položaju 2 postaje visoko-ergična. Reakciju katalizira enzim enolaza:

Enolaza se aktivira dvovalentnim Mg 2+ ili Mn 2+ kationima i inhibira fluoridom.

U desetoj reakciji dolazi do prekida visoko-ergične veze i fosfatni ostatak se prenosi iz fosfoenolpirogrožđane kiseline u ADP. Ovu reakciju katalizira enzim piruvat kinaza:

Za djelovanje piruvat kinaze potreban je Mg 2+ ili Mn 2+, kao i monovalentni kationi alkalnih metala (K + ili drugi). Unutar stanice reakcija je praktički nepovratna.

U jedanaestoj reakciji, kao rezultat redukcije pirogrožđane kiseline, nastaje mliječna kiselina. Reakcija se odvija uz sudjelovanje enzima laktat dehidrogenaze i koenzima NADH 2+:

Općenito, slijed reakcija koje se javljaju tijekom glikolize može se prikazati na sljedeći način (slika 84).

Reakcija redukcije piruvata završava unutarnji redoks ciklus glikolize. Istovremeno, NAD ovdje igra ulogu samo srednjeg nosača vodika od gliceraldehid-3-fosfata (šesta reakcija) do pirogrožđane kiseline (jedanaesta reakcija). Ispod je shematski prikaz reakcije glikolitičke oksidoredukcije, kao i faza u kojima nastaje ATP (slika 85).

Biološki značaj procesa glikolize prvenstveno leži u stvaranju energetski bogatih spojeva fosfora. U prvoj fazi glikolize troše se dvije molekule ATP-a (reakcije heksokinaze i fosfofruktokinaze). U drugom stupnju nastaju četiri ATP molekule (reakcije fosfoglicerat kinaze i piruvat kinaze).

Dakle, energetska učinkovitost glikolize je dvije ATP molekule po molekuli glukoze.

Poznato je da je promjena slobodne energije tijekom razgradnje glukoze na dvije molekule mliječne kiseline oko 210 kJ/mol:

Od ove količine energije, oko 126 kJ se raspršuje kao toplina, a 84 kJ se pohranjuje u obliku energetski bogatih ATP fosfatnih veza. Terminalna makroergijska veza u molekuli ATP-a odgovara približno 33,6-42,0 kJ/mol. Dakle, učinkovitost anaerobne glikolize je oko 0,4.

Veličine promjene slobodne energije precizno su određene za pojedinačne reakcije glikolize u intaktnim ljudskim eritrocitima. Utvrđeno je da je osam reakcija glikolize blizu ravnoteže, a tri reakcije (heksokinaza, fosfofruktokinaza, piruvat kinaza) su daleko od toga, budući da su praćene značajnim smanjenjem slobodne energije, odnosno praktički su nepovratne.

Kao što je već navedeno, glavna reakcija glikolize koja ograničava brzinu je reakcija koju katalizira fosfofruktokinaza. Drugi korak, koji ograničava brzinu i regulira glikolizu, je reakcija heksokinaze. Osim toga, kontrolu glikolize također provodi laktat dehidrogenaza (LDH) i njezini izoenzimi. U tkivima s aerobnim metabolizmom (tkiva srca, bubrezi i dr.) prevladavaju izoenzimi LDH 1 i LDH 2. Ove izoenzime inhibiraju čak i male koncentracije piruvata, što sprječava stvaranje mliječne kiseline i potiče potpuniju oksidaciju piruvata (točnije, acetil-CoA) u ciklusu trikarboksilne kiseline.

U ljudskim tkivima koja uvelike ovise o energiji koja nastaje tijekom glikolize (npr. skeletni mišići), glavni izoenzimi su LDH 5 i LDH 4 . Aktivnost LDH 5 je maksimalna pri onim koncentracijama piruvata koje inhibiraju LDH 1 . Prevladavanje izoenzima LDH 4 i LDH 5 uzrokuje intenzivnu anaerobnu glikolizu s brzom pretvorbom piruvata u mliječnu kiselinu.

Uključivanje drugih ugljikohidrata u proces glikolize

Pasteurov efekt

Smanjenje brzine potrošnje glukoze i prestanak nakupljanja laktata u prisutnosti kisika naziva se Pasteurov efekt. Ovu je pojavu prvi uočio L. Pasteur tijekom svog poznatog istraživanja o ulozi fermentacije u proizvodnji vina. Kasnije se pokazalo da se Pasteurov učinak opaža i u životinjskim i biljnim tkivima, gdje O 2 inhibira anaerobnu glikolizu. Vrijednost Pasteurovog učinka, tj. prijelaza u prisutnosti O 2 iz anaerobne glikolize ili fermentacije u disanje, je prebacivanje stanice na ekonomičniji način dobivanja energije. Kao rezultat toga, stopa potrošnje supstrata, kao što je glukoza, se smanjuje u prisutnosti O 2 . Čini se da je molekularni mehanizam Pasteurovog učinka natjecanje između respiratornog i glikolitičkog (fermentacijskog) sustava za adenozin difosfat (ADP) koji se koristi za stvaranje adenozin trifosfata (ATP). Kao što već znamo, u aerobnim uvjetima, uklanjanje Fn i ADP, stvaranje ATP-a i uklanjanje reduciranog NAD (NADH 2) događa se mnogo učinkovitije nego u anaerobnim uvjetima. Drugim riječima, smanjenje količine Fn i ADP u prisutnosti kisika i odgovarajuće povećanje količine ATP dovode do supresije anaerobne glikolize.

Glikogenoliza

Proces anaerobne razgradnje glikogena naziva se glikogenoliza. Uključivanje D-glukoznih jedinica glikogena u proces glikolize događa se uz sudjelovanje tri enzima - glikogen fosforilaze (ili fosforilaze "a"), amil-1,6-glukozidaze i fosfoglukomutaze.

Glukoza-6-fosfat koji nastaje tijekom reakcije fosfoglukomutaze može se uključiti u proces glikolize. Nakon stvaranja glukoza-6-fosfata, daljnji putevi glikolize i glikogenolize potpuno se podudaraju:

U procesu glikogenolize akumuliraju se ne dvije, već tri molekule ATP-a u obliku makroergijskih spojeva (ATP se ne troši na stvaranje glukoza-6-fosfata). Na prvi pogled, energetska učinkovitost glikogenolize može se smatrati nešto višom od one glikolize. Međutim, treba imati na umu da se ATP troši u procesu sinteze glikogena u tkivima, stoga su u energetskom smislu glikogenoliza i glikoliza gotovo jednake.