В тканях глюкоза используется на: 1. Окисление до СО 2 и Н 2 О – 65 % поступившей глюкозы 2. Синтез жиров - 30% 3. синтез гликогена - 5% Судьба глюкозы

ГЛИКОЛИЗ АНАЭРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ ДО МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ

Две стадии: а).затрата энергии б). образование энергии

Оба фермента (гексокиназа и глюкокиназа), отличаются субстратным сродством; глюкокиназа (печень) обладает значительно более низкой Кm к D-глюкозе. Для работы необходимы ионы Mg 2+ 1-я реакция гликолиза – фосфорилирование глюкозы НЕОБРАТИМАЯ Артур Гарден, Уильям Янг 1906

2-я реакция гликолиза - это изомеризация Г-6-Ф во фруктозо-6-Ф. Фермент – глюкозофосфатизомераза.

3-я реакция гликолиза - второе фосфорилирование : образование Ф-1,6- дифосфата под влиянием фермента фосфофруктокиназы. При этом затрачивается еще одна молекула АТФ. НЕОБРАТИМАЯ Эфир Гардена -Янга

В присутствии Mg 2+ при обязательном участии АТФ (или ГТФ, ИТФ, УТФ). Фосфофруктокиназа представляет собой белок с высокой молекулярной массой (М 360 тыс.), является аллостерическим (регуляторным) ферментом, лимитирующим скорость гликолиза. Фосфофруктокиназа ингибируется АТФ и цитратом (в высоких концентрациях), жирными кислотами и стимулируется АДФ и АМФ. Реакция, катализируемая этим ферментом, практически необратима

4. Далее под влиянием фермента альдолазы происходит расщепление Ф-1,6-ДФс образованием двух триоз: 3-Ф-глицеральдегида и дигидроксиацетон-Ф.

В результате образуется 2 молекулы ГАФ (ДАФГАФ) 5. Изомеризация ГАФ и ДАФ

6-я реакция - это ключевая реакция гликолиза: окисление 3-ГАФ до 1,3- дифосфоглицерата

Фермент получен в кристаллическом виде из дрожжей и скелетных мышц, М тыс. Молекула фермента составлена из четырех субъединиц (полипептидных цепей) двух типов с М 35 тыс. Каждая субъединица несет одну молекулу НАД и 4 свободные HS-группы, принадлежащие остаткам цистеина и входящие в состав активного центра фермента. Сначала фосфоглицериновый альдегид присоединяется к ферменту по одной из свободных HS-групп с последующим переносом двух атомов водорода на НАД см рис далее

Фермент-субстратный комплекс далее спонтанно распадается в присутствии фосфорной кислоты с образованием 1,3-дифосфоглицериновой кислоты. При этом энергия, высвобождающаяся при окислении альдегида, запасается в высокоэнергетической фосфатной группе 1,3-дифосфоглицерата. Окисленный фермент реактивируется глутатионом или цистеином с образованием в ферменте свободных (восстановленных) HS-групп.

1,3-Дифосфоглицерат под влиянием фермента фосфоглицераткиназы в присутствии АДФ переходит в 3- фосфоглицерат, при этом происходит трансфосфорилирование (перенос остатка фосфорной кислоты на АДФ) на высоком энергетическом уровне с образованием АТФ, т. е. происходит субстратное фосфорилирование. 7 реакция

8. Далее с помощью фермента фосфоглицеромутазы 3-фосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту, причем в качестве косубстрата участвует 2,3-дифосфоглицериновая кислота, образуемая из 1,3-дифосфоглицериновой кислоты. Реакция протекает в присутствии ионов Mg 2+ : См рис далее

9 реакция 2-Фосфоглицериновая кислота переходит в 2-фосфоенолпировиноградную кислоту благодаря каталитическому действию фермента енолазы:

Енолаза получена в кристаллическом виде, М = 85 тыс. Для действия фермента необходимо присутствие двухвалентных катионов (Mg 2+ или Мn 2+ ). При енолазной реакции, которая полностью обратима, происходит перераспределение энергии в субстрате, в результате чего образующийся фосфоэнолпируват имеет богатую энергией фосфатную связь.

10 реакция Фосфоенолпируват под влиянием пируваткиназы в присутствии АДФ и ионов Mg 2+ (или Мn 2+ ) подвергается перефосфорилиро званию и в процессе субстратного фосфорилирован ия образуется АТФ:

11. Последняя реакция гликолиза: восстановление пирувата до молочной кислоты Роль переносчика протонов выполняет НАДН (где образуется?). Реакция катализируется ферментом лактатдегидрогеназой:

Лактатдегидрогеназа (М = 140 – 150 тыс.) состоит из четырех субъединиц двух разных типов, синтезируемых на двух независимых матрицах. Они сочетаются в пять изоэнзимов. Две крайние формы изоэнзимов резко отличаются по свойствам и значению в обмене: одна из них характерна для анаэробных тканей и обеспечивает процесс превращения пировиноградной кислоты в молочную, другая преимущественно локализована в тканях с высоким аэробиозом и превращает в них молочную кислоту в пировиноградную. Гибридные формы изоэнзимов обладают промежуточной активностью. Так достигается очень тонкая регулировка направления ферментативного процесса и соотношения в тканях молочной и пировиноградной кислот.

5/6 всей образованной молочной кислоты идет на ресинтез глюкозы, которая снова поступает в кровь, а оттуда в работающие мышцы. Эти превращения называются межорганным циклом Кори или глюкозолактатным циклом. Сюда же примыкает глюкозо­аланиновый цикл, поскольку часть ПВК в мышцах путем трансаминирования превращается в аланин, который транспортируется в печень, и здесь снова образует ПВК - это глюкозо-аланиновый цикл.

Цикл Карла и Герти Кори

ОСОБЕННОСТИ ГЛИКОЛИЗА В ЭРИТРОЦИТАХ В эритроцитах млекопитающих около 90% их потребности в энергии обеспечивается анаэробным гликолизом. Помимо скелетной мышцы и эритроцитов ряд других тканей (мозг, ЖКТ, мозговой слой почек, сетчатка глаза и кожа) в норме частично используют энергию гликолиза и образуют молочную кислоту.

ДИФОСФОГЛИЦЕРАТНЫЙ ЦИКЛ. В эритроцитах имеется дополнительный фермент дифосфоглицеромутаза. Он позволяет произвести внутриклеточное перемещение фосфорильных групп, в результате из 1,3-дифосфоглицерата образуется 2,3-дифосфоглицерат. 2,3-ДФГ усиливает диссоциацию кислорода из оксигемоглобина и переход кислорода в ткани

При недостаточности гексокиназы нарушается первый этап гликолиза. В эритроцитах таких больных понижена концентрация 2,3-ДФГ, а следовательно, гемоглобин у них обладает ненормально высоким сродством к кислороду. Т.е. гемоглобин, захватив большое количество кислорода, не отдает его тканям, в результате чего ткани испытывают резкий недостаток кислорода.

В случае же недостаточности пируваткиназы блокируется конечный этап процесса гликолиза. Соответственно концентрация ДФГ вдвое превышает норму, что обусловливает низкое сродство гемоглобина к кислороду. Это также ведет к снижению кислородного снабжения тканей, т.е. к гипоксии.

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ Глюконеогенезом называется синтез глюкозы из неуглеводных предшественников. Этот метаболический путь имеет очень важное значение в том случае, если с пищей поступает недостаточно глюкозы, т.е. при полном или частичном голодании.

Дневная потребность организма в глюкозе - около 160 г, из них потребность мозга взрослого человека в глюкозе составляет примерно 120 г. В организме присутствует около 20 г. глюкозы и примерно 190 г глюкозы может быть легко получено из гликогена, т. е. резервов глюкозы. Хватает только на одни сутки. Если голодание продолжается больше одного дня, то для обеспечения жизнеспособности организма глюкоза должна образовываться из неуглеводных источников

Главными неуглеводными предшественниками глюкозы служат аминокислоты, лактат, ПВК и глицерол. Глюконеогенез происходит главным образом в печени и почках, поскольку именно в этих органах имеется полный набор необходимых для этого ферментов.

При этом для трех практически необратимых реакций гликолиза существуют обходные (синим цветом) пути.

В начале пируват (пировиноградная кислота) под влиянием митохондриальной пируваткарбоксилазы карбоксилируется в оксалоацетат (щавелевоуксусную кислоту). На этом уровне могут включаться аминокислоты аланин и аспартат, которые трансаминируются под действием аминотрансферазы и превращаются в пируват и оксалоацетат, соответственно. Реакция идет при участии АТФ и положительного модулятора (активатора) фермента ацетил-коэнзима А. Пируваткарбоксилаза является регуляторным ферментом. Реакция протекает в митохондриях:

Пируваткарбоксилаза при участии АТФ, биотина и СО2 превращает ПВК в ЩУК:

Оксалоацетат восстанавливается затем в митохондриях в малат:

Малат переходит из митохондрий в цитоплазму, где окисляется цитоплазматической малатдегидрогеназой до оксалоацетата. Под действием фосфоэнолпируваткарбоксикиназы далее происходит превращение оксалоацетата в фосфоэнолпируват. При этом донором фосфата служит гуанозинтрифосфат или аденозинтрифосфат:

Общая схема

Затем фосфоэнолпируват в силу обратимости реакций гликолиза легко превращается в фруктозо-1,6- дифосфат. Обратное превращение фруктозо-1,6-дифосфата в фруктозо-6- фосфат и глюкозо-6-фосфата в глюкозу обеспечивается соответствующими специфическими фосфатазами: дифосфофруктозофосфатазой и глюкозо-6-фосфатазой. Первая из них является регуляторным ферментом.

Пути использования пирувата

С пиртово е брожение : пируват под влиянием декарбоксилазы (кофермент-тиаминпирофосфат) в анаэробных условиях превращается в уксусный альдегид и углекислый газ.

Уксусный альдегид восстанавливается за счет атомов водорода НАД · Н 2 до этилового спирта. Реакция катализируется ферментом алкогольдегидрогеназой: