Гликолиз

Гликолиз – процесс анаэробного распада глюкозы, идущий с освобождением энергии, конечным продуктом которого является пировиноградная кислота (ПВК). Гликолиз - общий начальный этап аэробного дыхания и всех типов брожения. Реакции гликолиза протекают в растворимой части цитоплазмы (цитозоле) и хлоропластах. В цитозоле гликолитические ферменты обратимо ассоциированы в мультиэнзимные комплексы с участием филаментов. Такая организация мультиэнзимных комплексов обеспечивает процессам векторность.

Полностью весь процесс гликолиза был расшифрован немее. Биохимиками Г.Эмбденом и О.Мейергофом, а также польским биохимиком Я.О.Парнасом.

Гликолиз делят на три этапа:

1. Подготовительный этап – фосфорилирование гексозы и ее расщепление на две фосфотриозы.

2. Первое субстратное фосфорилирование, которое начинается с 3-ФГА и кончается 3-ФГК. Окисление альдегида до кислоты связано с освобождением энергии. В этом процессе на каждую фосфотриозу синтезируется одна молекула АТР.

ADP→ATP

3-ФГА → 3-ФГК

NAD⁺→NADH

3. Второн субстратное фосфорилирование, при котором 3-ФГК за счет внутримолекулярного окисления отдает фосфат с образованием АТР.

ADP →ATP

3-ФГА → 2-ФГК → ФЕП → ПВК

Поскольку глюкоза стабильное соединение, на ее активацию необходима затрата энергии, что происходит в процессе образования фосфорных эфиров глюкозы в ряде подготовительных реакций. Глюкоза (в пиранозной форме) фосфорилируется АТР с участием гексокиназы, превращаясь в глюкозо-6-фосфатс помощью глюкозофосфатизомеразы. Этот процесс необходим для образования более лабильной фуранозной формымолекулы гексозы. Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется вторично фосфофруктокиназой с использованием еще одной молекулы АТР.

Фруктозо-1,6-дифосфат – лабильная фуранозная форма с симметрично расположенными фосфатными группами. Обе эти группы несут отрицательный заряд, отталкиваясь друг от друга электростатически. Такая структура легко расщепляется альдолазой на две фосфотриозы – 3-ФГА и ФДА, которые легко превращаются друг в друга с участием триозофосфатизомеразы.

С 3-ФГА начинается второй этап гликолиза. Фермент дегидрогеназа фосфоглицеринового альдегида образует с 3-ФГА фермент-субстратный комплекс, в котором происходит окис ление субстрата и передача электронов и протонов на NAD+. В ходе окисления ФГА до ФГК в фермент-субстратном комплексе возникает меркаптанная высокоэнергетическая связь. Далее осуществляется фосфоролиз этой связи, в результате чего SH-фермент отщепляется от субстрата, а к остатку карбоксильной группы субстрата присоединяется неорганический фосфат. Высокоэнергетическая фосфатная группа с помощью фосфоглицераткиназы передается на ADP и образуется АТР. Таким образом, в результате второго этапа гликолиза образуется АТР и восстановленный NADH.

Рис. Этапы гликолиза. Пунктиром обозначены обходные пути при обращении гликолиза.

Последний этап гликолиза – второе субстратное фосфорилирование. 3-ФГА с помощью фосфоглицератмутазы превращается в 2-ФГА. Далее фермент енолаза катализирует отщепление молекулы воды от 2-ФГА. Эта реакция сопровождается перераспределением энергии в молекуле, в результате чего образуется ФЕП – соединение с высокоэнергетической фосфатной связью. Этот фосфат при участии пируваткиназы передается на ADP и образуется АТР, а енолпируват переходит в более стабильную форму – пируват – конечный продукт гликолиза.

Энергетичесий выход гликолиза. На образование фруктозо-1,6-бифосфата затрачено две молекулы АТР. В ходе двух субстратных фосфорилирований синтезируется 4 молекулы АТР (в расчете на две триозы). Суммарный энергетический итог гликолиза – 2 молекулы ФТР. В процессе гликолиза также образуются 2 молекулы NADН, окисление которых в аэробных условиях приведет к синтезу еще 6 молекул АТР. Поэтому в аэробных условиях суммарный энергетический выход составит 8 молекул АТР, анаэробных – 2 молекулы АТР.

Функции гликолиза в клетке.

1. осуществляет связь между дыхательными субстратами и циклом Кребса;

2. энергетическое значение;

3. синтезирует интермедиаты, необходимые для синтетических процессов в клетке (например, ФЕП необходим для синтеза лигнина и других полифенолов);

4. в хлоропластах гликолиз обеспечивает прямой путь для синтеза АТР, через гликолиз происходит расщепление крахмала до триоз.

Регуляция гликолиза может осуществляться на трех этапах:

1. Глюкозо-6-фосфат аллостерически подавляет активность фермента гексокиназы.

2. Активность фосфофруктокиназы возрастает при повышении содержания ADP и H и подавляется высокими концентрациями АТР.

3. Пируваткиназа угнетается высокими концентрациями АТР и ацетил-СоА.

2. Взаимосвязь дыхания и брожение

БРОЖЕНИЕ - ферментативное расщепление органических веществ, преимущественно углеводов сопровождающееся образованием АТФ. Может осуществляться в организме животных, растений и мн. микроорганизмов без участия или с участием О₂ (соотв. анаэробное или аэробное брожение).

В 1875 г. немецкий физиолог Э.Пфлюгер показал, что лягушка, помещенная в среду без кислорода, некоторое время остается живой и при этом выделяет СО_2. Он назвал такой тип дыхания интрамолекулярным. Его точку зрения поддержал немецкий физиолог растений В.Пфеффер. На основе этих работ были предложены два уравнения, описывающих химизм дыхания:

С₆Н₁₂О₆ →2 С₂Н₅ОН +2 СО₂

2 С₂Н₅ОН + 6О₂→ 4СО₂ + 6Н₂О

Предполагалось, что анаэробных условиях происходит расщепление глюкозы до этилового спирта и СО_2. На втором этапе спирт окисляется кислородом с образованием углекислого газа и воды.

Анализируя выводы, сделанные Пфеффером и Пфлюгером, С.П.Костычев (1910 г.) пришел к выводу, что это уравнение не соответствует действительности, т.к. этанол не может быть промежуточным продуктом нормального аэробного дыхания у растений по двум причинам: 1 – он ядовит, 2 – окисляется растительными тканями значительно хуже, чем глюкоза. Костычев предположил, что процессы дыхания и брожения связаны через какой-то промежуточный продукт. Впоследствии, благодаря работам Костычева и немецкого биохимика К.Нейберга это вещество было обнаружено, им оказалась пировиноградная кислота (ПВК):

ПВК → 2СН₃СНОНСООН (молочнокислое брожение)

ПВК → 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН (спиртовое брожение)

С₆Н₁₂О₆ → 2СН₃СОСООН →2СО₂ + 2СН₃СООН (уксуснокислое брожение)

ПВК → 6СО₂ + 6Н₂О (дыхание)

Молочнокислое и спиртовое брожения идут в анаэробных условиях, уксуснокислое брожение и дыхание – в аэробных.

Дата добавления: 2014-01-11