Sproščanje ATP med glikolizo v anaerobnih pogojih. Povzetek enačbe glikolize

Katabolizem glukoze 1 spremlja poraba 2 molekul ATP za substratno fosforilacijo heksoz, tvorba 4 molekul ATP v reakcijah fosforilacije substrata, redukcija 2 molekul NADH 2 in sinteza 2 molekul PVC. 2 citoplazmatski molekuli NADH 2, odvisno od mehanizma shuttlea, dajeta od 4 do 6 molekul ATP v dihalni verigi mitohondrijev.

Tako je končni energetski učinek aerobne glikolize, odvisno od mehanizma shuttlea, od 6 do 8 molekul ATP.

Anaerobna glikoliza

V anaerobnih pogojih PVC, tako kot O 2 v dihalni verigi, zagotavlja regeneracijo NAD + iz NADH 2, kar je potrebno za nadaljevanje reakcij glikolize. PVC se nato pretvori v mlečno kislino. Reakcija poteka v citoplazmi s sodelovanjem laktat dehidrogenaze.

11. Laktat dehidrogenaza(laktat: NAD + oksidoreduktaza). Sestavljen je iz 4 podenot, ima 5 izooblik.

Laktat ni končni produkt presnove, ki se odstrani iz telesa. Ta snov iz tkiva vstopi v krvni obtok in se izkorišča ter se v jetrih spremeni v glukozo (Cori cikel), ali, ko je kisik na voljo, se spremeni v PVC, ki vstopi v splošno pot katabolizma, oksidira v CO 2 in H 2 O.

Izhod ATP med anaerobno glikolizo

Anaerobna glikoliza je manj učinkovita kot aerobna glikoliza. Katabolizem 1 glukoze spremlja poraba 2 molekul ATP za fosforilacijo substrata, tvorba 4 molekul ATP v reakcijah fosforilacije substrata in sinteza 2 molekul laktata. Tako je končni energijski učinek anaerobne glikolize enak 2 molekuli ATP.

Plastični pomen katabolizma glukoze

Med katabolizmom lahko glukoza opravlja plastične funkcije. Metaboliti glikolize se uporabljajo za sintezo novih spojin. Tako sta fruktoza-6f in 3-PGA vključena v tvorbo riboze-5-f (komponenta nukleotidov); 3-fosfoglicerat se lahko vključi v sintezo aminokislin, kot so serin, glicin, cistein. V jetrih in maščobnem tkivu se acetil-CoA uporablja pri biosintezi maščobnih kislin, holesterola, DAP pa se uporablja za sintezo glicerola-3p.

Regulacija glikolize

Pasteurjev učinek– zmanjšanje hitrosti porabe glukoze in kopičenja laktata v prisotnosti kisika.

Pasteurjev učinek je razložen s prisotnostjo konkurence med encimi aerobne (DG malat, glicerol-6f DG, PVA DG) in anaerobne (LDG) oksidacijske poti za skupni metabolit PVA in koencim NADH 2 . Brez kisika mitohondriji ne porabljajo PVK in NADH 2, zato se njihova koncentracija v citoplazmi poveča in gredo v tvorbo laktata. V prisotnosti kisika mitohondriji črpajo PVC in NADH2 iz citoplazme, kar prekine reakcijo tvorbe laktata. Ker anaerobna glikoliza proizvede malo ATP, lahko pride do presežka AMP (ADP + ADP = AMP + ATP), ki preko fosfofruktokinaze 1 spodbuja glikolizo. Pri aerobnem katabolizmu glukoze se veliko tvori ATP, možen presežek ATP preko fosfofruktokinaze 1 in piruvat kinaze, nasprotno, zavira glikolizo. Kopičenje glukoze-6p zavira heksokinazo, ki zmanjša porabo glukoze v celicah.

PRESNOVA FRUKTOZE IN GALAKTOZE

Fruktoza in galaktoza se skupaj z glukozo uporabljata za pridobivanje energije ali sintezo snovi: glikogena, TG, GAG, laktoze itd.

Presnova fruktoze

Precejšnja količina fruktoze, ki nastane med razgradnjo saharoze, se že v črevesnih celicah pretvori v glukozo. Del fruktoze gre v jetra.

splošni pregled

Glikolitična pot je 10 zaporednih reakcij, ki jih katalizira drug encim.

Proces glikolize lahko pogojno razdelimo na dve stopnji. Prva faza, ki nadaljuje s porabo energije 2 molekul ATP, je razgradnja molekule glukoze na 2 molekuli gliceraldehid-3-fosfata. Na drugi stopnji pride do NAD-odvisne oksidacije gliceraldehid-3-fosfata, ki jo spremlja sinteza ATP. Sama glikoliza je popolnoma anaeroben proces, torej ne zahteva prisotnosti kisika, da se pojavijo reakcije.

Glikoliza je eden najstarejših metabolnih procesov, ki jih poznajo skoraj vsi živi organizmi. Predvideva se, da se je glikoliza pojavila pred več kot 3,5 milijarde let pri primarnih prokariotih.

Lokalizacija

V celicah evkariontskih organizmov je v citosolu lociranih deset encimov, ki katalizirajo razgradnjo glukoze v PVC, vsi drugi encimi, povezani z energijsko presnovo, so v mitohondrijih in kloroplastih. Glukoza vstopa v celico na dva načina: od natrija odvisen simport (predvsem za enterocite in epitelij ledvičnih tubulov) in olajšana difuzija glukoze s pomočjo nosilnih proteinov. Delo teh transportnih proteinov nadzirajo hormoni in najprej insulin. Inzulin predvsem spodbuja transport glukoze v mišičnem in maščobnem tkivu.

Rezultat

Rezultat glikolize je pretvorba ene molekule glukoze v dve molekuli pirovične kisline (PVA) in tvorba dveh redukcijskih ekvivalentov v obliki koencima NAD∙H.

Celotna enačba za glikolizo je:

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

V odsotnosti ali pomanjkanju kisika v celici se piruvična kislina reducira v mlečno kislino, potem bo splošna enačba glikolize naslednja:

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

Tako je med anaerobno razgradnjo ene molekule glukoze skupni neto donos ATP dve molekuli, pridobljeni v reakcijah fosforilacije substrata ADP.

V aerobnih organizmih so končni produkti glikolize podvrženi nadaljnjim transformacijam v biokemičnih ciklih, povezanih s celičnim dihanjem. Posledično se po popolni oksidaciji vseh metabolitov ene molekule glukoze na zadnji stopnji celičnega dihanja – oksidativna fosforilacija, ki poteka v mitohondrijski dihalni verigi v prisotnosti kisika – za vsako glukozo dodatno sintetizira dodatnih 34 ali 36 molekul ATP. molekula.

Pot

Prva reakcija glikoliza je fosforilacija molekule glukoze, kar se pojavi s sodelovanjem tkivno specifičnega encima heksokinaze s porabo energije 1 molekule ATP; tvori se aktivna oblika glukoze - glukoza-6-fosfat (G-6-F):

Za potek reakcije je potrebna prisotnost Mg 2+ ionov v mediju, s katerimi se veže kompleks molekule ATP. Ta reakcija je nepovratna in je prva ključna reakcija glikolize.

Fosforilacija glukoze ima dva cilja: prvič, ker plazemska membrana, ki je prepustna za nevtralno molekulo glukoze, ne dopušča prehajanja negativno nabitih molekul G-6-P, je fosforilirana glukoza zaklenjena znotraj celice. Drugič, med fosforilacijo se glukoza pretvori v aktivno obliko, ki lahko sodeluje v biokemičnih reakcijah in je vključena v presnovne cikle.

Jetrni izoencim heksokinaza - glukokinaza - je pomemben pri uravnavanju ravni glukoze v krvi.

V naslednji reakciji ( 2 ) se z encimom fosfoglukoizomerazo G-6-P pretvori v fruktoza-6-fosfat (F-6-F):

Za to reakcijo ni potrebna energija in reakcija je popolnoma reverzibilna. V tej fazi se lahko s fosforilacijo v proces glikolize vključi tudi fruktoza.

Nato skoraj takoj sledita dve reakciji ena za drugo: nepovratna fosforilacija fruktozo-6-fosfata ( 3 ) in reverzibilno aldolno cepitev nastalega fruktoza-1,6-bisfosfat (F-1,6-bF) v dve triozi ( 4 ).

Fosforilacijo F-6-F izvaja fosfofruktokinaza s porabo energije druge molekule ATP; to je drugi ključna reakcija glikolize, njena regulacija določa intenzivnost glikolize kot celote.

Aldol cepitev F-1,6-bF nastane pod delovanjem fruktozo-1,6-bisfosfat aldolaze:

Kot rezultat četrte reakcije, dihidroksiaceton fosfat in gliceraldehid-3-fosfat, prva pa je skoraj takoj v akciji fosfotrioza izomeraza gre v drugo 5 ), ki je vključen v nadaljnje preobrazbe:

Vsaka molekula gliceraldehid fosfata se oksidira z NAD+ v prisotnosti gliceraldehid fosfat dehidrogenaza prej 1,3-difosfoglicerat (6 ):

Prihajajo iz 1,3-difosfoglicerat, ki vsebuje makroergično vez na 1 položaju, encim fosfoglicerat kinaza prenese ostanek fosforne kisline na molekulo ADP (reakcija 7 ) - tvori se molekula ATP:

To je prva reakcija fosforilacije substrata. Od tega trenutka proces razgradnje glukoze ni več energetsko nerentabilen, saj se stroški energije prve stopnje kompenzirajo: sintetizirata se 2 molekuli ATP (ena za vsak 1,3-difosfoglicerat) namesto dveh, porabljenih v reakcije 1 in 3 . Za nastanek te reakcije je potrebna prisotnost ADP v citosolu, to pomeni, da se s presežkom ATP v celici (in pomanjkanjem ADP) njegova hitrost zmanjša. Ker se ATP, ki se ne presnavlja, ne odlaga v celici, ampak se preprosto uniči, je ta reakcija pomemben regulator glikolize.

Nato zaporedno: nastane fosfoglicerol mutaza 2-fosfoglicerat (8 ):

Enolazne oblike fosfoenolpiruvat (9 ):

In končno, se pojavi druga reakcija substratne fosforilacije ADP s tvorbo enolne oblike piruvata in ATP ( 10 ):

Reakcija poteka pod delovanjem piruvat kinaze. To je zadnja ključna reakcija glikolize. Izomerizacija enolne oblike piruvata v piruvat poteka neencimsko.

Od svojega začetka F-1,6-bF samo reakcije potekajo s sproščanjem energije 7 in 10 kjer pride do substratne fosforilacije ADP.

Nadaljnji razvoj

Končna usoda piruvata in NAD∙H, ki nastaneta med glikolizo, je odvisna od gostitelja in pogojev v celici, zlasti od prisotnosti ali odsotnosti kisika ali drugih sprejemnikov elektronov.

V anaerobnih organizmih se piruvat in NAD∙H nadalje fermentirata. Med mlečnokislinsko fermentacijo, na primer v bakterijah, se piruvat z delovanjem encima laktat dehidrogenaze reducira v mlečno kislino. Pri kvasu je podoben postopek alkoholna fermentacija, kjer bosta končna produkta etanol in ogljikov dioksid. Poznana je tudi maslena in citratna fermentacija.

maslena fermentacija:

Glukoza → maslena kislina + 2 CO 2 + 2 H 2 O.

Alkoholna fermentacija:

Glukoza → 2 etanol + 2 CO 2.

Citronska fermentacija:

Glukoza → citronska kislina + 2 H 2 O.

Fermentacija je bistvenega pomena v živilski industriji.

Pri aerobih piruvat običajno vstopi v cikel trikarboksilne kisline (Krebsov cikel), NAD∙H pa se sčasoma oksidira s kisikom v dihalni verigi v mitohondrijih s postopkom oksidativne fosforilacije.

Kljub dejstvu, da je človeška presnova pretežno aerobna, opazimo anaerobno oksidacijo v intenzivno delujočih skeletnih mišicah. V pogojih omejenega dostopa kisika se piruvat pretvori v mlečno kislino, kot se zgodi med mlečnokislinsko fermentacijo pri številnih mikroorganizmih:

PVC + NAD∙H + H + → laktat + NAD + .

Bolečine v mišicah, ki se pojavijo nekaj časa po nenavadni intenzivni telesni aktivnosti, so povezane s kopičenjem mlečne kisline v njih.

Tvorba mlečne kisline je slepa veja presnove, ni pa končni produkt presnove. Pod delovanjem laktat dehidrogenaze se mlečna kislina ponovno oksidira, pri čemer nastane piruvat, ki je vključen v nadaljnje transformacije.

Regulacija glikolize

Razlikujte med lokalno in splošno ureditvijo.

Lokalna regulacija se izvaja s spreminjanjem aktivnosti encimov pod vplivom različnih metabolitov znotraj celice.

Uravnavanje glikolize kot celote, takoj za celoten organizem, poteka pod delovanjem hormonov, ki z vplivom preko molekul sekundarnih prenašalcev spreminjajo znotrajcelični metabolizem.

Insulin ima pomembno vlogo pri spodbujanju glikolize. Glukagon in adrenalin sta najpomembnejša hormonska zaviralca glikolize.

Inzulin spodbuja glikolizo z:

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

Na glikolizo vplivajo tudi drugi hormoni. Na primer, somatotropin zavira encime glikolize, ščitnični hormoni pa so stimulansi.

Glikolizo uravnavamo z več ključnimi koraki. Reakcije, ki jih katalizira heksokinaza ( 1 ), fosfofruktokinaza ( 3 ) in piruvat kinazo ( 10 ) za katere je značilno znatno zmanjšanje proste energije in so praktično nepopravljive, kar jim omogoča, da so učinkovite točke regulacije glikolize.

Regulacija heksokinaze

heksokinaza zavira produkt reakcije - glukoza-6-fosfat, ki se alosterično veže na encim in spremeni njegovo aktivnost.

Ker večina G-6-P v celici nastane z razgradnjo glikogena, reakcija heksokinaze pravzaprav ni potrebna za nastanek glikolize in fosforilacija glukoze pri uravnavanju glikolize ni potrebna. izjemnega pomena. Heksokinazna reakcija je pomemben korak pri uravnavanju koncentracije glukoze v krvi in ​​v celici.

Med fosforilacijo glukoza izgubi sposobnost prenosa skozi membrano z nosilnimi molekulami, kar ustvarja pogoje za njeno kopičenje v celici. Inhibicija heksokinaze G-6-P omejuje vstop glukoze v celico in preprečuje njeno prekomerno kopičenje.

Glukokinazo (IV izotip heksokinaze) jeter glukoza-6-fosfat ne zavira, jetrne celice pa še naprej kopičijo glukozo tudi pri visoki vsebnosti G-6-P, iz katerega se nato sintetizira glikogen. Glukokinaza ima v primerjavi z drugimi izotipi visoko vrednost Michaelisove konstante, to pomeni, da encim deluje s polno zmogljivostjo le v pogojih visoke koncentracije glukoze, ki se pojavi skoraj vedno po obroku.

Glukoza-6-fosfat se lahko pretvori nazaj v glukozo z delovanjem glukoza-6-fosfataze. Encima glukokinaza in glukoza-6-fosfataza sodelujeta pri vzdrževanju normalne ravni glukoze v krvi.

Regulacija fosfofruktokinaze

Intenzivnost fosfofruktokinazne reakcije odločilno vpliva na celotno pretočnost glikolize, stimulacija fosfofruktokinaze pa velja za najpomembnejši korak pri regulaciji.

Fosfofruktokinaza (PFK) je tetramerni encim, ki obstaja izmenično v dveh konformacijskih stanjih (R in T), ki sta v ravnotežju in se izmenično spreminjata iz enega v drugega. ATP je substrat in alosterični zaviralec PFK.

Vsaka od podenot FFK ima dve vezavni mesti za ATP: mesto substrata in mesto inhibicije. Substratno mesto je enako sposobno pritrditi ATP v katero koli tetramerno konformacijo. Medtem ko mesto inhibicije veže ATP izključno, ko je encim v konformacijskem stanju T. Drug substrat FPA je fruktoza-6-fosfat, ki se veže na encim po možnosti v stanju R. Pri visoki koncentraciji ATP je mesto inhibicije zasedeno, prehodi med encimskimi konformacijami postanejo nemogoči in večina molekul encima se stabilizira v T-stanju, ne morejo pritrditi P-6-P. Vendar pa inhibicijo fosfofruktokinaze z ATP zavira AMP, ki se veže na R-konformacije encima in tako stabilizira stanje encima za vezavo F-6-P.

Najpomembnejši alosterični regulator glikolize in glukoneogeneze je fruktoza 2,6-bisfosfat, ki ni vmesni člen teh ciklov. Fruktoza-2,6-bisfosfat alosterično aktivira fosfofruktokinazo.

Sintezo fruktozo-2,6-bifosfata katalizira poseben bifunkcionalni encim - fosfofruktokinaza-2 / fruktoza-2,6-bifosfataza (FFK-2 / F-2,6-BPaza). V svoji nefosforilirani obliki je protein znan kot fosfofruktokinaza-2 in ima katalitično aktivnost na fruktozo 6-fosfat, pri čemer proizvaja fruktozo 2-6-bisfosfat. Posledično je aktivnost FFK znatno stimulirana in aktivnost fruktozo-1,6-bifosfataze močno inhibirana. To pomeni, da se pod pogojem aktivnosti FFK-2 ravnovesje te reakcije med glikolizo in glukoneogenezo premakne proti prvemu - sintetizira se fruktoza-1,6-bisfosfat.

V fosforilirani obliki bifunkcionalni encim nima kinazne aktivnosti; nasprotno, v njegovi molekuli se aktivira mesto, ki hidrolizira P2,6BP v P6P in anorganski fosfat. Presnovni učinek fosforilacije bifunkcionalnega encima je, da se alosterična stimulacija PFK ustavi, alosterična inhibicija F-1,6-BPaze se odpravi in ​​ravnotežje se premakne proti glukoneogenezi. Proizvaja se F6F in nato glukoza.

Medsebojne pretvorbe bifunkcionalnega encima izvaja cAMP-odvisna proteinska kinaza (PC), ki pa jo uravnavajo peptidni hormoni, ki krožijo v krvi.

Ko se koncentracija glukoze v krvi zmanjša, se zavira tudi tvorba inzulina, nasprotno pa se stimulira sproščanje glukagona in njegova koncentracija v krvi močno naraste. Glukagon (in drugi kontrainsularni hormoni) se vežejo na receptorje na plazemski membrani jetrnih celic, kar povzroči aktivacijo membranske adenilat ciklaze. Adenilat ciklaza katalizira pretvorbo ATP v ciklični AMP. cAMP se veže na regulacijsko podenoto protein kinaze, kar povzroči sproščanje in aktivacijo njenih katalitskih podenot, ki fosforilirajo številne encime, vključno z bifunkcionalno FFK-2/P-2,6-BPazo. Hkrati se ustavi poraba glukoze v jetrih in se aktivirata glukoneogeneza in glikogenoliza, ki obnavlja normoglikemijo.

piruvat kinaza

Naslednji korak, kjer se izvaja regulacija glikolize, je zadnja reakcija – faza delovanja piruvat kinaze. Za piruvat kinazo so bili opisani tudi številni izoencimi, ki imajo regulativne značilnosti.

Jetrna piruvat kinaza(L-tip) je reguliran s fosforilacijo, z alsteričnimi efektorji in z regulacijo genske ekspresije. Encim zavirata ATP in acetil-CoA ter ga aktivira fruktoza-1,6-bisfosfat. Inhibicija ATP piruvat kinaze poteka podobno kot delovanje ATP na PFK. Vezava ATP na mesto inhibicije encima zmanjša njegovo afiniteto za fosfoenolpiruvat. Jetrna piruvat kinaza je fosforilirana in inhibirana s protein kinazo, zato je tudi pod hormonskim nadzorom. Poleg tega se aktivnost jetrne piruvat kinaze uravnava tudi kvantitativno, to je s spreminjanjem stopnje njene sinteze. To je počasna, dolgoročna ureditev. Povečanje ogljikovih hidratov v prehrani spodbuja izražanje genov, ki kodirajo piruvat kinazo, posledično se poveča raven encima v celici.

Piruvat kinaza tipa M najdemo v možganih, mišicah in drugih tkivih, ki zahtevajo glukozo, ne uravnava protein kinaza. To je bistvenega pomena, saj je metabolizem teh tkiv določen samo z notranjimi potrebami in ni odvisen od ravni glukoze v krvi.

Mišična piruvat kinaza ni podvržena zunanjim vplivom, kot je znižanje ravni glukoze v krvi ali sproščanje hormonov. Zunajcelična stanja, ki vodijo do fosforilacije in inhibicije jetrnega izoencima, ne spremenijo aktivnosti piruvat kinaze tipa M. To pomeni, da intenzivnost glikolize v progastih mišicah določajo le razmere v celici in ni odvisna od splošne regulacije.

Pomen

Glikoliza je katabolna pot izjemnega pomena. Zagotavlja energijo za celične reakcije, vključno s sintezo beljakovin. Vmesni produkti glikolize se uporabljajo pri sintezi maščob. Piruvat se lahko uporablja tudi za sintezo alanina, aspartata in drugih spojin. Zahvaljujoč glikolizi zmogljivost mitohondrijev in razpoložljivost kisika ne omejujeta mišične moči med kratkotrajnimi ekstremnimi obremenitvami.

Poglej tudi

Povezave

• glikoliza (angleščina)

Fundacija Wikimedia. 2010 .

AT anaerobni proces piruvična kislina se reducira v mlečno kislino (laktat), zato se v mikrobiologiji anaerobna glikoliza imenuje mlečnokislinska fermentacija. Laktat se ne spremeni v nič, edini način za izrabo laktata je, da ga oksidira nazaj v piruvat.

Številne telesne celice so sposobne anaerobne oksidacije glukoze. Za eritrociti je edini vir energije. celice skeletne mišice zaradi razgradnje glukoze brez kisika so sposobni opravljati močno, hitro, intenzivno delo, kot so šprint, stres pri športih za moč. Izven fizičnega napora se med hipoksijo poveča brezkiskova oksidacija glukoze v celicah – z različnimi vrstami anemija, pri motnje cirkulacije tkiva, ne glede na vzrok.

glikoliza

Anaerobna pretvorba glukoze poteka v citosol in vključuje dve stopnji po 11 encimskih reakcij.

Prvi korak glikolize

Prvi korak v glikolizi je pripravljalni, tukaj se porabi energija ATP, aktivira se glukoza in iz nje nastane glukoza triozni fosfati.

Prva reakcija glikoliza se zmanjša na pretvorbo glukoze v reaktivno spojino zaradi fosforilacije 6. atoma ogljika, ki ni vključen v obroč. Ta reakcija je prva pri kateri koli pretvorbi glukoze, ki jo katalizira heksokinaza.

Druga reakcija potrebno odstraniti še en atom ogljika iz obroča za njegovo kasnejšo fosforilacijo (encim glukoza fosfat izomeraza). Posledično nastane fruktoza-6-fosfat.

Tretja reakcija– encim fosfofruktokinaza fosforilira fruktozo-6-fosfat s tvorbo skoraj simetrične molekule fruktoze-1,6-difosfata. Ta reakcija je osrednjega pomena za uravnavanje hitrosti glikolize.

AT četrta reakcija fruktozo 1,6-difosfat razpolovimo fruktoza-1,6-difosfat- aldolaze s tvorbo dveh fosforiliranih trioznih izomerov - aldoz gliceraldehid(GAF) in ketoze dihidroksiaceton(DAF).

Peta reakcija pripravljalna faza - prehod gliceraldehid fosfata in dihidroksiaceton fosfata drug v drugega s sodelovanjem trioza fosfat izomeraza. Ravnotežje reakcije se premakne v korist dihidroksiaceton fosfata, njegov delež je 97%, delež gliceraldehid fosfata je 3%. Ta reakcija kljub svoji preprostosti določa usodo glukoze:

• s pomanjkanjem energije v celici in aktivacijo oksidacije glukoze se dihidroksiaceton fosfat spremeni v gliceraldehid fosfat, ki se v drugi stopnji glikolize dodatno oksidira,
• z zadostno količino ATP, nasprotno, gliceraldehid fosfat izomerizira v dihidroksiaceton fosfat, slednji pa se pošlje v sintezo maščob.

Druga stopnja glikolize

Druga stopnja glikolize je sproščanje energije vsebuje gliceraldehid fosfat in ga shrani v obliki ATP.

šesta reakcija glikoliza (encim gliceraldehid fosfat dehidrogenaza) - oksidacija gliceraldehid fosfata in dodajanje fosforne kisline k njemu vodi do tvorbe visokoenergijske spojine 1,3-difosfoglicerinske kisline in NADH.

AT sedma reakcija(encim fosfoglicerat kinaza) energija fosfoestrske vezi, ki jo vsebuje 1,3-difosfoglicerat, se porabi za tvorbo ATP. Reakcija je dobila dodatno ime - , ki določa vir energije za pridobivanje makroergičnih vezi v ATP (iz reakcijskega substrata) v nasprotju z oksidativno fosforilacijo (uporaba energije elektrokemičnega gradienta vodikovih ionov na mitohondrijski membrani).

Osma reakcija- 3-fosfoglicerat, sintetiziran v prejšnji reakciji pod vplivom fosfoglicerat mutaza izomerizira v 2-fosfoglicerat.

Deveta reakcija– encim enolaza loči molekulo vode od 2-fosfoglicerinske kisline in vodi do tvorbe makroergične fosfoestrske vezi v sestavi fosfoenolpiruvata.

Deseta reakcija glikoliza je druga reakcija fosforilacije substrata- sestoji iz prenosa visokoenergijskega fosfata iz fosfoenolpiruvata v ADP s piruvat kinazo in tvorbo piruvične kisline.

Zadnja reakcija oksidacije glukoze brez kisika, enajsti- tvorba mlečne kisline iz piruvata pod delovanjem laktat dehidrogenaza. Pomembno je, da se ta reakcija pojavi le v anaerobno pogoji. Ta reakcija je nujna za celico, saj NADH, ki nastane v 6. reakciji, ni mogoče oksidirati v mitohondrijih brez kisika.

glikoliza- zaporedje encimskih reakcij, ki vodijo do razgradnje glukoze s tvorbo PVC, ki jo spremlja tvorba ATP (v citosolu celice). Obstajata dve vrsti glikolize - aerobna in anaerobna.

Aerobna glikoliza: PVK nastane in vstopi v mitohondrije. V aerobnih pogojih se PVA nadalje, na splošni poti katabolizma, razgradi na CO 2 in H 2 O. Aerobna glikoliza je del aerobne razgradnje glukoze.

Anaerobna glikoliza: Nastane PVC, ki se nato pretvori v laktat. Anaerobna razgradnja glukoze in anaerobna glikoliza sta sinonima. Anaerobna glikoliza se pojavi v prvih minutah mišičnega dela, v eritrocitih (brez mitohondrijev), ob nezadostni oskrbi s kisikom.

Reakcije glikolize:

1). Fosforilacija glukoze. Reakcijo katalizira heksokinaza, v parenhimskih celicah jeter - glukokinaza. Tvorba glukoza-6-fosfata v celici je past za glukozo, ker membrana za fosforilirano glukozo je neprepustna. Glukoza-6-fosfat je alosterični zaviralec reakcije.

2). Reakcija izomerizacije s sodelovanjem glukoza-6-fosfat izomeraze:

3) Omejitvena stopnja- fosforilacijsko reakcijo katalizira 6-fosfofruktokinaza, ki jo zavirata ATP in citrat, aktivira pa - AMP.

4). Reakcija cepitve aldola s sodelovanjem aldolaze.

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

1 molekula glukoze se pretvori v 2 molekuli gliceraldehid-3-fosfata (reakcije 4, 5).

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

7). Fosforilacija substrata s sodelovanjem fosfoglicerat kinaze:

8). Intramolekularni prenos fosfatne skupine, encima - fosfogliceromutaze:

9). Reakcija dehidracije s sodelovanjem enolaze:

10). Fosforilacija substrata, encim - piruvat kinaza:

11). V anaerobnih pogojih se reakcija redukcije piruvata v laktat pojavi pod delovanjem encima laktat dehidrogenaze:

Celotna enačba za anaerobno glikolizo je:

Anaerobna glikoliza ne zahteva dihalne verige.

Izhod ATP med anaerobno glikolizo: ATP nastane zaradi dveh reakcij fosforilacije substrata: iz 1,3-bisfosfoglicerata - reakcija 7 in iz fosfoenolpiruvata - reakcija 10. Glede na to, da se 1 molekula glukoze razdeli na 2 triozi in daje 2 molekuli gliceraldehid fosfata, nastane 4ATP. 2ATP se uporablja za aktiviranje glukoze (reakcije 1 in 3 glikolize). Skupaj.

Glikoliza (iz grščine glycus - sladek in lysis - raztapljanje, razpad) je zapleten encimski proces pretvorbe glukoze, ki poteka v človeških in živalskih tkivih brez porabe kisika. Končni produkt glikolize je mlečna kislina. Glikoliza proizvaja tudi ATP. Celotno enačbo za glikolizo lahko predstavimo na naslednji način:

V anaerobnih pogojih je glikoliza edini proces v živalskem telesu, ki oskrbuje z energijo. Zahvaljujoč procesu glikolize lahko človeški in živalski organizem v pogojih pomanjkanja kisika določeno obdobje opravljata številne fiziološke funkcije. Ko pride do glikolize v prisotnosti kisika, govorimo o aerobni glikolizi. ( V aerobnih pogojih lahko glikolizo obravnavamo kot prvo stopnjo oksidacije glukoze do končnih produktov tega procesa - ogljikovega dioksida in vode.)

Prvič je izraz "glikoliza" Lepin uporabil leta 1890 za označevanje procesa izgube glukoze v krvi, odvzeti iz cirkulacijskega sistema, torej in vitro.

Pri številnih mikroorganizmih so procesi, podobni glikolizi, različne vrste fermentacije.

Zaporedje reakcij glikolize, pa tudi njihovih intermediatov, je dobro razumljeno. Proces glikolize katalizira enajst encimov, od katerih je večina izoliranih v homogeni, kristalinični ali visoko prečiščeni obliki in katerih lastnosti so dovolj raziskane. Upoštevajte, da se glikoliza pojavi v hialoplazmi celice. V tabeli. 27 prikazuje podatke o hitrosti anaerobne glikolize v različnih tkivih podgan.

Prva encimska reakcija glikolize je fosforilacija, to je prenos ortofosfatnega ostanka na glukozo z ATP. Reakcijo katalizira encim heksokinaza:

Tvorba glukoza-6-fosfata v reakciji heksokinaze je povezana s sproščanjem znatne količine proste energije sistema in se lahko šteje za skoraj nepovraten proces.

Encim heksokinaza je sposoben katalizirati fosforilacijo ne samo D-glukoze, ampak tudi drugih heksoz, zlasti D-fruktoze, D-manoze itd.

Druga reakcija glikolize je pretvorba glukoza-6-fosfata z encimom heksoza fosfat izomeraza v fruktozo-6-fosfat:

Ta reakcija poteka enostavno v obe smeri in ne zahteva prisotnosti kakršnih koli kofaktorjev.

V tretji reakciji se nastali fruktozo-6-fosfat ponovno fosforilira na račun druge molekule ATP. Reakcijo katalizira encim fosfofruktokinaza:

Ta reakcija, podobno kot heksokinaza, je praktično nepovratna, poteka v prisotnosti magnezijevih ionov in je najpočasnejša reakcija glikolize. Pravzaprav ta reakcija določa hitrost glikolize kot celote.

Fosfofruktokinaza je eden od alosteričnih encimov. Zavira ga ATP in stimulira ADP in AMP. ( Citrat zavira tudi aktivnost fosfofruktokinaze. Dokazano je, da se pri sladkorni bolezni, stradanju in nekaterih drugih stanjih, ko se maščobe intenzivno uporabljajo kot vir energije, lahko vsebnost citrata v tkivnih celicah večkrat poveča. V teh pogojih citrat močno zavira aktivnost fosfofruktokinaze.). Pri pomembnih vrednostih razmerja ATP/ADP (ki se doseže v procesu oksidativne fosforilacije) se aktivnost fosfofruktokinaze zavira in glikoliza se upočasni. Nasprotno, z zmanjšanjem tega koeficienta se intenzivnost glikolize poveča. Torej, v nedelujoči mišici je aktivnost fosfofruktokinaze nizka, koncentracija ATP pa relativno visoka. Med delom mišic pride do intenzivne porabe ATP in poveča se aktivnost fosfofruktokinaze, kar vodi do povečanja procesa glikolize.

Četrto reakcijo glikolize katalizira encim aldolaza. Pod vplivom tega encima se fruktoza-1,6-difosfat razcepi na dve fosfotriozi:

Ta reakcija je reverzibilna. Odvisno od temperature se ravnotežje vzpostavi na drugačni ravni. Na splošno se z zvišanjem temperature reakcija premakne v smeri večje tvorbe trioznih fosfatov (dioksiacetonfosfat in gliceraldehid-3-fosfat).

Peta reakcija je reakcija izomerizacije trioznih fosfatov. To reakcijo katalizira encim trioza fosfat izomeraza:

Ravnotežje te reakcije izomeraze se premakne proti dihidroksiaceton fosfatu: 95 % dihidroksiaceton fosfatu in približno 5 % gliceraldehid-3-fosfatu. Vendar pa je lahko samo eden od dveh nastalih trioznih fosfatov, in sicer gliceraldehid-3-fosfat, neposredno vključen v kasnejše reakcije glikolize. Kot rezultat, ko se aldehidna oblika fosfotrioze porabi, se dihidroksiaceton fosfat med nadaljnjimi transformacijami pretvori v gliceraldehid-3-fosfat.

Tvorba gliceraldehid-3-fosfata tako rekoč zaključi prvo stopnjo glikolize. Druga stopnja je najbolj zapleten in pomemben del glikolize. Vključuje redoks reakcijo (glikolitično oksidoredukcijo) skupaj s fosforilacijo substrata, med katero nastane ATP.

V šesti reakciji se gliceraldehid-3-fosfat v prisotnosti encima gliceraldehid fosfat dehidrogenaze ( 3-fosfogliceraldehid dehidrogenaza), koencim NAD in anorganski fosfat sta podvržena nekakšni oksidaciji s tvorbo 1,3-difosfoglicerinske kisline in reducirane oblike NAD (NADH 2). To reakcijo blokirata jod ali bromoacetat, poteka v več fazah. Če povzamemo, lahko to reakcijo predstavimo na naslednji način:

1,3-difosfoglicerinska kislina je visoko energijska spojina. Mehanizem delovanja gliceraldehid-fosfat dehidrogenaze je naslednji: v prisotnosti anorganskega fosfata NAD deluje kot akceptor vodika, ki se odcepi od gliceraldehid-3-fosfata. Med tvorbo NADH 2 se gliceraldehid-3-fosfat veže na molekulo encima zaradi SH-skupin slednjega. Nastala vez je energijsko bogata, vendar je krhka in se pod vplivom anorganskega fosfata razcepi. Pri tem nastane 1,3-difosfoglicerinska kislina.

V sedmi reakciji, ki jo katalizira fosfoglicerat kinaza, se energijsko bogat fosfatni ostanek (fosfatna skupina na položaju 1) prenese na ADP, da nastane ATP in 3-fosfoglicerina kislina (3-fosfoglicerat):

Tako se zaradi delovanja dveh encimov (gliceraldehid fosfat dehidrogenaze in fosfoglicerat kinaze) energija, ki se sprosti, ko se aldehidna skupina gliceraldehid-3-fosfata oksidira v karboksilno skupino, shrani v obliki energije ATP.

V osmi reakciji pride do intramolekularnega prenosa preostale fosfatne skupine in 3-fosfoglicerinska kislina se pretvori v 2-fosfoglicerinsko kislino (2-fosfoglicerat).

Reakcija je zlahka reverzibilna in poteka v prisotnosti ionov Mg 2+. Kofaktor encima je tudi 2,3-difosfoglicerinska kislina, podobno kot je glukoza-1,6-difosfat igral vlogo kofaktorja v reakciji fosfoglukomutaze:

V deveti reakciji 2-fosfoglicerinska kislina kot posledica izločanja molekule vode preide v fosfoenolpiruvično kislino (fosfoenolpiruvat). V tem primeru postane fosfatna vez v položaju 2 visoko-ergična. Reakcijo katalizira encim enolaza:

Enolazo aktivirajo dvovalentni kationi Mg 2+ ali Mn 2+ in zavirajo fluorid.

V deseti reakciji se visokoergična vez pretrga in fosfatni ostanek se prenese iz fosfoenolpiruvične kisline v ADP. To reakcijo katalizira encim piruvat kinaza:

Za delovanje piruvat kinaze so potrebni Mg 2+ ali Mn 2+ ter monovalentni kationi alkalijskih kovin (K + ali drugi). Znotraj celice je reakcija skoraj nepopravljiva.

V enajsti reakciji kot posledica redukcije pirovične kisline nastane mlečna kislina. Reakcija poteka s sodelovanjem encima laktat dehidrogenaze in koencima NADH 2+:

Na splošno lahko zaporedje reakcij, ki se pojavijo med glikolizo, predstavimo na naslednji način (slika 84).

Reakcija redukcije piruvata zaključi notranji redoks cikel glikolize. Hkrati ima NAD tukaj vlogo le vmesnega nosilca vodika od gliceraldehid-3-fosfata (šesta reakcija) do pirovične kisline (enajsta reakcija). Spodaj je shematski prikaz reakcije glikolitične oksidoredukcije, pa tudi stopenj, na katerih nastane ATP (slika 85).

Biološki pomen procesa glikolize je predvsem v tvorbi energetsko bogatih fosforjevih spojin. V prvi fazi glikolize se porabita dve molekuli ATP (reakcije heksokinaze in fosfofruktokinaze). V drugi fazi nastanejo štiri molekule ATP (reakcije fosfoglicerat kinaze in piruvat kinaze).

Tako je energetska učinkovitost glikolize dve molekuli ATP na molekulo glukoze.

Znano je, da je sprememba proste energije med razgradnjo glukoze na dve molekuli mlečne kisline približno 210 kJ/mol:

Od te količine energije se približno 126 kJ razprši kot toplota, 84 kJ pa se shrani v obliki energijsko bogatih ATP fosfatnih vezi. Končna makroergična vez v molekuli ATP ustreza približno 33,6-42,0 kJ / mol. Tako je učinkovitost anaerobne glikolize približno 0,4.

Velikosti spremembe proste energije so natančno določene za posamezne reakcije glikolize v intaktnih človeških eritrocitih. Ugotovljeno je bilo, da je osem reakcij glikolize blizu ravnotežja, tri reakcije (heksokinaza, fosfofruktokinaza, piruvat kinaza) pa so daleč od tega, saj jih spremlja znatno zmanjšanje proste energije, torej so praktično nepopravljive.

Kot smo že omenili, je glavna reakcija glikolize, ki omejuje hitrost, reakcija, ki jo katalizira fosfofruktokinaza. Drugi korak, ki omejuje hitrost in uravnava glikolizo, je heksokinazna reakcija. Poleg tega nadzor glikolize izvajajo tudi laktat dehidrogenaza (LDH) in njeni izoencimi. V tkivih z aerobno presnovo (tkiva srca, ledvice itd.) prevladujeta izoencima LDH 1 in LDH 2. Te izoencime zavirajo že majhne koncentracije piruvata, kar preprečuje nastanek mlečne kisline in spodbuja popolnejšo oksidacijo piruvata (natančneje acetil-CoA) v ciklu trikarboksilne kisline.

V človeških tkivih, ki so v veliki meri odvisna od energije, ki nastane med glikolizo (npr. skeletne mišice), sta glavna izoencima LDH 5 in LDH 4 . Aktivnost LDH 5 je največja pri tistih koncentracijah piruvata, ki zavirajo LDH 1 . Prevlada izoencimov LDH 4 in LDH 5 povzroči intenzivno anaerobno glikolizo s hitro pretvorbo piruvata v mlečno kislino.

Vključitev drugih ogljikovih hidratov v proces glikolize

Pasteurjev učinek

Zmanjšanje hitrosti porabe glukoze in prenehanje kopičenja laktata v prisotnosti kisika se imenuje Pasteurjev učinek. Ta pojav je prvi opazil L. Pasteur med svojimi znanimi raziskavami o vlogi fermentacije pri pridelavi vina. Kasneje se je pokazalo, da je Pasteurjev učinek opažen tudi v živalskih in rastlinskih tkivih, kjer O 2 zavira anaerobno glikolizo. Vrednost Pasteurjevega učinka, torej prehoda v prisotnosti O 2 iz anaerobne glikolize ali fermentacije v dihanje, je v tem, da celico preklopimo na bolj ekonomičen način pridobivanja energije. Posledično se stopnja porabe substrata, kot je glukoza, zmanjša v prisotnosti O 2 . Zdi se, da je molekularni mehanizem Pasteurjevega učinka konkurenca med dihalnim in glikolitičnim (fermentacijskim) sistemom za adenozin difosfat (ADP), ki se uporablja za tvorbo adenozin trifosfata (ATP). Kot že vemo, se v aerobnih pogojih odstranjevanje Fn in ADP, tvorba ATP in odstranjevanje reduciranega NAD (NADH 2) zgodi veliko bolj učinkovito kot v anaerobnih pogojih. Z drugimi besedami, zmanjšanje količine Fn in ADP v prisotnosti kisika in ustrezno povečanje količine ATP vodita do zatiranja anaerobne glikolize.

Glikogenoliza

Proces anaerobne razgradnje glikogena se imenuje glikogenoliza. Vpletenost D-glukoznih enot glikogena v proces glikolize poteka s sodelovanjem treh encimov - glikogen fosforilaze (ali fosforilaze "a"), amil-1,6-glukozidaze in fosfoglukomutaze.

Glukoza-6-fosfat, ki nastane med reakcijo fosfoglukomutaze, se lahko vključi v proces glikolize. Po nastanku glukoza-6-fosfata nadaljnji poti glikolize in glikogenolize popolnoma sovpadata:

V procesu glikogenolize se ne kopičijo dve, ampak tri molekule ATP v obliki makroergičnih spojin (ATP se ne porabi za tvorbo glukoza-6-fosfata). Na prvi pogled lahko štejemo, da je energetska učinkovitost glikogenolize nekoliko višja kot pri glikolizi. Vendar je treba upoštevati, da se ATP porablja v procesu sinteze glikogena v tkivih, zato sta po energiji glikogenoliza in glikoliza skoraj enakovredni.