Материал: Биохимия учебное пособие

Лактат (молочная кислота)

Рис.14.Схема реакцийгликолиза

50

Образовавшийсяфруктозо-6-фосфатнатретьейстадиифосфорилируетсядофрук- тозо-1,6-дифосфата. Подобно гексокиназной, эта реакция необратима и является наиболеемедленной реакцией гликолиза:

Ферментфосфофруктокиназа, катализирующий этустадию, являетсяважным ключевым ферментом гликолиза. Фосфофруктокиназа относится к числуаллостерическихферментов. Она ингибируетсяАТФи стимулируетсяАМФ.При увеличении отношенияАТФ/АМФактивностьфосфофруктокиназыугнетаетсяи гликолиз замедляется. Напротив, при снижении этого коэффициента интенсивность гликолиза повышается. Так, в неработающей мышце концентрация АТФ относительно высокая, соответственно активность фосфофруктокиназы низкая. Во время работы мышцы происходит интенсивное потребление АТФ и активность фосфофруктокиназы повышается, что приводит к усилению процесса гликолиза.

Четвертая стадия заключается в расщеплении фруктозо-1,6-дифосфата ровно пополам на две фосфотриозы. Эту обратимую реакцию катализирует альдола- зафруктозобисфосфата.Продуктыреакции3-фосфоглицеральдегид(ФГА)идигид- роксиацетонфосфат (ДГАФ) изомерны друг другу:

1

CH2OPO3H2

2

CO ДГАФ

6

CH2 1

O CH2OPO3H2

51

Пятую стадию обеспечивает фермент триозофосфатизомераза, ускоряющий превращениедигидроксиацетонфосфата в3-фосфоглицеральдегид. Вравновесном состояниидоляфосфоглицеральдегиданеболее5%.Однаковдальнейшихреакциях используется именно этот изомер. Поэтому фактически триозофосфатизомераза обеспечивает достаточно быстрое восполнение 3-фосфоглицеральдегида по мере егоубыли (т. е. катализирует реакцию, посуществу, в одном направлении). На этом завершается первый этап гликолиза.

Шестая стадия – окисление альдегидной группы 3-фосфоглицеральдегида под действием 3-фосфоглицеральдегид-дегидрогеназы. Обычно окислениеальдегидной группы происходит путем присоединения молекулы воды с последующим отнятием 2 атомов водорода, вследствие чего альдегидная группа превращается вкарбоксильную.Однакоприокислении3-фосфоглицеральдегидаспецификаНАД+- зависимойдегидрогеназыобеспечиваетиспользованиеневоды,афосфорнойкислоты. В результате образующаяся карбоксильная группа сразу же оказывается связанной с фосфатным остатком. Возникшая смешанная ангидридная связь является макроэргической:

Седьмая стадия представляет собой реакцию субстратного фосфорилирования. За счет энергии, выделяющейся при гидролизе макроэргической связи в 1,3- дифосфоглицератепроисходитпереносотщепляемогофосфатногоостаткана АДФ и образование молекулы АТФ. Эта реакция обратима. Фермент, катализирующий эту реакцию, называется фосфоглицераткиназа (по обратной реакции).

52

Далее под действием фермента фосфоглицератмутазы 3-фосфоглицерат изомеризуется в 2-фосфоглицерат:

Девятая стадия – дегидратация 2-фосфоглицерата. Эту обратимую реакцию катализирует фермент енолаза:

Результатом является образование сложного эфира фосфорной кислоты и енольной формыпирувата, называемогофосфоенолпируватом. Фосфоенолпируват содержитмакроэргическуюсвязь.Энергия,выделяющаясяпригидролизеэтойсвязи, используется на следующей стадии для синтеза АТФ.

Десятая стадия является реакций субстратного фосфорилирования. Катализирует ее пируваткиназа:

Перенос фосфатного остатка с молекулы фосфоенолпирувата на АДФ (с образованием АТФ) приводит, однако, к освобождению неенолпирувата, а егоболее стабильногокето-изомера –пирувата. Этоделаетпируваткиназнуюреакциюнеобратимой, энергетически подкрепляя ее.

53

Приаэробныхусловияхпируватпроникаетвмитохондрии,гдеполностьюокисляется до СО2 и Н2О. Если содержание кислорода недостаточно, как это может иметь место в активно сокращающейся мышце, пируват превращается в лактат:

Подводя итог рассмотрению химизма процесса гликолиза, остановимся еще раз на его основных особенностях.

1.В гликолизенезависимо оттого, протекаетон поанаэробномуили аэробному пути, можно выделить два основных этапа.

Реакции 1–5 составляют первый этап гликолиза, суть которого– превращение стабильной молекулы глюкозы в две молекулы более реакционноспособного фосфоглицеральдегида. На этом этапе гликолиза расходуются две молекулы АТФ.

Второй этап гликолизавключаетреакции,приводящиекпревращениюфосфоглицеральдегида в пируват или лактат (соответственно реакции 6–10 или 6–11). Эти реакции связаны с синтезом АТФ;

2.Большинствогликолитическихреакций обратимо, за исключениемтрех(ре-

акции 1, 3и10);

3.Все промежуточные соединения находятся в фосфорилированной форме. Источникомфосфатной группыв реакцияхфосфорилированияявляютсяАТФ(реакции 1, 3) или Н3РО4 (реакция 6);

4.Регенерация НАД+, необходимого для окисления новых молекул фосфоглицеральдегида,происходитприаэробномгликолизепосредствомдыхательной цепи. При этом водород транспортируется из цитозоля в митохондрии с помощью челночного механизма.

При анаэробном гликолизе НАД+ регенерируется в реакции восстановления пирувата в лактат, сопряженного с окислением НАДН2.

5.Образование АТФ при гликолизе может идти двумя путями: либо субстрат-

ным фосфорилированием, когда для образования АТФ из АДФ и Н3РО4 используется энергия макроэргической связи субстрата (реакции 7, 9), либопутем окисли-

тельногофосфорилирования за счет энергии переноса электронов и протонов в дыхательной цепи.

3.3.2. Расчет выхода АТФ при анаэробном окислении глюкозы

Клетки, недостаточно снабжаемые кислородом, могут частично или полностью существовать за счет энергии гликолиза. В анаэробных условиях гликолиз

54