Реакції гліколізу проходять. Послідовні стадії гліколізу. Сумарний вихід гліколізу

Анаеробний гліколіз- Це процес окислення глюкози до лактату, що протікає у відсутності О2.

Анаеробний гліколіз відрізняється від аеробного лише наявністю останньої 11 реакції, перші 10 реакцій у них загальні.

Етапи:

1) Підготовчий, у ньому витрачається 2 АТФ. Глюкоза фосфорилюється та розщеплюється на 2 фосфотріози;

2) 2 етап пов'язаний із синтезом АТФ. На цьому етапі фосфотріози перетворюються на ПВК. Енергія цього етапу використовується для синтезу 4 АТФ і відновлення 2НАДН 2 які в анаеробних умовах відновлюють ПВК до лактату.

Енергетичний баланс: 2АТФ = -2АТФ + 4АТФ

Загальна схема:

Відбувається окислення 1 глюкози до 2 молекул молочної кислоти з утворенням 2 АТФ (спочатку 2 АТФ витрачаються, потім утворюються 4). В анаеробних умовах гліколіз є єдиним джерелом енергії. Сумарне рівняння: С6Н12О6+2Н3РО4+2АДФ → 2С3Н6О3+2АТФ+2Н2О.

Реакції:

Загальні реакції аеробного та анаеробного гліколізу

1) Гексокіназау м'язах фосфорилює в основному глюкозу, менше – фруктозу та галактозу. Інгібітор глюкозо-6-ф, АТФ. Активатор адреналіну. Індуктор інсуліну.

Глюкокіназафосфорилює глюкозу. Активна у печінці, нирках. Не пригнічується глюкозо-6-ф. Індуктор інсуліну.

2) Фосфогексозоізомеразаздійснює альдо-кетоізомеризацію відкритих форм гексоз.

3) Фосфофруктокіназа 1здійснює фосфорилювання фруктози-6ф. Реакція необоротна і найповільніша з усіх реакцій гліколізу визначає швидкість всього гліколізу. Активується: АМФ, фруктозо-2,6-дф, фруктозо-6-ф, Фн. Інгібується: глюкагоном, АТФ, НАДН 2 цитратом, жирними кислотами, кетоновими тілами. Індуктор реакції інсуліну.

4) Альдолаза Адіє відкриті форми гексоз, утворює кілька изоформ. У більшості тканин міститься Альдолаза А. У печінці та нирках – Альдолаза В.

5) Фосфотріозоізомераза.

6) 3-ФГА дегідрогеназу доаталізує утворення макроергічного зв'язку в 1,3-ФГК та відновлення НАДН 2 .

7) Фосфогліцераткіназаздійснює субстратне фосфорилювання АДФ із заснуванням АТФ.

8) Фосфогліцератмутазаздійснює перенесення фосфатного залишку у ФГК із положення 3 положення 2.

9) Енолазавідщеплює від 2-ФГК молекулу води та утворює високоенергетичний зв'язок у фосфору. Інгібується іонами F - .

10) Піруваткиназаздійснює субстратне фосфорилювання АДФ із заснуванням АТФ. Активується фруктозо-1,6-дф, глюкозою. Інгібується АТФ, НАДН 2 глюкагоном, адреналіном, аланіном, жирними кислотами, Ацетил-КоА. Індуктор: інсулін, фруктоза.

Онольна форма ПВК, що утворюється, потім неферментативно переходить в більш термодинамічно стабільну кетоформу.

Реакція анаеробного гліколізу

11) Лактатдегідрогеназа. Стоїть із 4 субодиниць, має 5 ізоформ.

Лактат не є кінцевим продуктом метаболізму, що видаляється з організму. З анаеробної тканини лактат переноситься кров'ю в печінку, де перетворюючись на глюкозу (Цикл Корі), або в аеробні тканини (міокард), де перетворюється на ПВК і окислюється до 2 і Н 2 О.

Гліколіз - процес анаеробного розпаду глюкози, що йде зі звільненням енергії, кінцевим продуктом якого є піровиноградна кислота. Гліколіз - загальний початковий етап аеробного дихання та всіх видів бродіння. Реакції гліколізу протікають у розчинній частині цитоплазми (цитозоле) та у хлоропластах.

Етапи гліколізу :

I. Підготов.етап-Фосфорилювання гексози та її розщеплення на дві фосфотріози

ІІ. Перше субстратне фосфорилювання(починається з 3-фосфо-гліцеринового альдегіду і закінчується 3-фосфогліцеринової кислотою. У цьому процесі на кожну фосфотріоз синтезується одна молекула АТФ.)

ІІІ. Друге субстратне фосфорилювання(3-фосфо-гліцеринова кислота за рахунок внутрішньомолекулярного окиснення віддає фосфат з утворенням АТФ).

На активацію глюкози необхідна витрата енергії, що здійснюється у процесі утворення фосфорних ефірів глюкози у ряді підготовчих реакцій. Глюкоза (у піранозній формі) фосфорилюється АТР за участю гексокінази, перетворюючись на глюкозо-6-фосфат, який ізомеризується за допомогою глюкозофосфатизомерази на фруктозо-6-фосфат (фуранозна форма), що є більш лабільною формою молекул.

Фруктозо-6-фосфат фосфорилюється вдруге фосфофруктокіназою з використанням ще однієї молекули АТР. Фруктозо-1,6-дифосфат, що утворюється, - лабільна фуранозна форма з симетрично розташованими фосфатними групами. Обидві ці групи несуть негативний заряд, відштовхуючись одна від одної електростатично. Така структура легко розщеплюється альдолазою на дві фосфотріози – на 3-фосфогліцериновий альдегід (3-ФГА) та фосфодіоксіацетон (ФДА).

3-ФГА і ФДА легко перетворюються один на одного за участю тріозофосфатізомерази. Через розщеплення молекули гексози на дві тріози гліколіз іноді називають дихотомічним шляхом окиснення глюкози.

З 3-ФДА починається II етап гліколізу - перше субстратне фосфорилювання. Фермент дегідрогеназу фосфогліцеринового альдегіду (NAD-залежний SH-фермент) утворює з 3-ФГА фермент-субстратний комплекс, в якому відбувається окислення субстрату, передача електронів та протонів на NAD+ та утворення високоенергетичного зв'язку(Тобто зв'язок з дуже високою вільною енергією гідролізу). Далі здійснюється фосфороліз зв'язку: SH-фермент відщеплюється від субстрату, а до залишку карбоксильної групи субстрату приєднується неорганічний фосфат. Високоенергетична фосфатна група за допомогою фосфогліцераткінази передається на AДФ і утворюється АТФ. Так як в даному випадку високоенергетичний ковалентний зв'язок фосфату формується прямо на субстраті, що окислюється, такий процес отримав назву субстратного фосфорилювання.Отже, в. результаті II етапу гліколізу утворюються АТР та відновлений NADH:

Останній етапгліколізу - друге субстратне фосфорилювання. 3-Фосфогліцеринова кислота за допомогою фосфогліцератмутази перетворюється на 2-фосфогліцеринову кислоту. Далі фермент енолаза каталізує відщеплення води від 2-фосфогліцеринової кислоти в молекулі, в результаті чого утворюється фосфоенолпіруват - з'єднання, що містить високоенергетичний фосфатний зв'язок Фосфат фосфоенолпіруватв за участю піруваткінази передається на AДФ піруват− кінцевий продукт гліколізу.

Енергетичний вихід гліколізу. При окисленні однієї молекули глюкози утворюються дві молекули піровіноградної кислоти. При цьому за рахунок першого та другого субстратного фосфорилювання утворюються чотири молекули АТФ. Однак дві молекули АТФ витрачаються на фосфорилювання гексоз на I етапі гліколізу. Таким чином, чистий вихід гліколітичного субстратного фосфорилювання становить дві молекули АТФ.

Крім того, на ІІ етапі гліколізу на кожну з двох молекул фосфотріоз відновлюється по одній молекулі НАДН. Окислення однієї молекули НАДH в електронтранспортному ланцюзі мітохондрій у присутності Про 2 пов'язані з синтезом трьох молекул АТФ, а розрахунку дві тріози (т. е. однією молекулу глюкози) - шість молекул АТФ. Таким чином, всього в процесі гліколізу (за умови наступного окиснення НАДH) утворюються вісім молекул АТФ. Оскільки вільна енергія гідролізу однієї молекули АТФ у внутрішньоклітинних умовах становить близько 41,868 кДж/моль (10 ккал), вісім молекул АТР дають 335 кДж/моль, або 80 ккал. Таким є повний енергетичний вихід гліколізу в аеробних умовах.

Сумарне рівняння гліколізу:

З 6 Н 12 Про 6 + 2 АТФ + 2 НАД + + 2Ф н + 4АДФ 2 ПВК + 4АТФ + 2НАДН

Значення гліколізу:

1) здійснює зв'язок між дихальними субстратами та циклом Кребса;

2) постачає на потреби клітини дві молекули АТФі дві молекули НАДH при окисленні кожної молекули глюкози (в умовах аноксії гліколіз, мабуть, є основним джерелом АТФ у клітині);

3) виробляє інтермедіати для синтетичних процесів у клітині (наприклад, фосфоенолпіруват, необхідний для утворення фенольних сполук та лігніну);

4) у хлоропластах забезпечує прямий шлях для синтезу АТФ, незалежний від постачання НАДФH; крім того, через гліколіз у хлоропластах запасений крохмаль метаболізується в тріози, які потім експортуються з хлоропласту.

У анаеробному процесіпіровиноградна кислота відновлюється до молочної кислоти (лактату), тому в мікробіології анаеробний гліколіз називають молочнокислим бродінням. Лактат є метаболічним. глухим кутомі далі ні на що не перетворюється, єдина можливість утилізувати лактат – це окислити його назад у піруват.

Багато клітин організму здатні до анаеробного окислення глюкози. Для еритроцитіввін є єдиним джерелом енергії. Клітини скелетної мускулатуриза рахунок безкисневого розщеплення глюкози здатні виконувати потужну, швидку, інтенсивну роботу, як, наприклад, біг на короткі дистанції, напруга у силових видах спорту. Поза фізичними навантаженнями безкисневе окислення глюкози в клітинах посилюється при гіпоксії – при різноманітних анеміях, при порушення кровообігуу тканинах незалежно від причини.

Гліколіз

Анаеробне перетворення глюкози локалізується в цитозоліі включає два етапи з 11 ферментативних реакцій.

Перший етап гліколізу

Перший етап гліколізу – підготовчий, тут відбувається витрата енергії АТФ, активація глюкози та утворення з неї тріозофосфатів.

Перша реакціягліколізу зводиться до перетворення глюкози на реакційно-здатну сполуку за рахунок фосфорилювання 6-го, не включеного в кільце, атома вуглецю. Ця реакція є першою в будь-якому перетворенні глюкози, що каталізується гексокіназою.

Друга реакціянеобхідна для виведення ще одного атома вуглецю з кільця для подальшого його фосфорилювання (фермент глюкозофосфат-ізомераза). В результаті утворюється фруктозо-6-фосфат.

Третя реакція- фермент фосфофруктокіназафосфорилює фруктозо-6-фосфат із утворенням майже симетричної молекули фруктозо-1,6-дифосфату. Ця реакція є головною у регуляції швидкості гліколізу.

У четвертої реакціїфруктозо-1,6-дифосфат розрізається навпіл фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазою з утворенням двох фосфорильованих тріоз-ізомерів – альдози гліцеральдегіду(ГАФ) та кетози діоксіацетону(ДАФ).

П'ята реакціяпідготовчого етапу – перехід гліцеральдегідфосфату та діоксиацетонфосфату один у одного за участю тріозофосфатизомерази. Рівновага реакції зрушено на користь діоксиацетонфосфату, його частка становить 97%, частка гліцеральдегідфосфату – 3%. Ця реакція, за її простоти, визначає подальшу долю глюкози:

при нестачі енергії в клітині та активації окислення глюкози діоксиацетонфосфат перетворюється на гліцеральдегідфосфат, який далі окислюється на другому етапі гліколізу,
при достатній кількості АТФ, навпаки, гліцеральдегідфосфат ізомеризується в діоксиацетонфосфат і останній відправляється на синтез жирів.

Другий етап гліколізу

Другий етап гліколізу – це звільнення енергії, що міститься в гліцеральдегідфосфаті, та запасання її у формі АТФ.

Шоста реакціягліколізу (фермент гліцеральдегідфосфат-дегідрогеназу) – окислення гліцеральдегідфосфату та приєднання до нього фосфорної кислоти призводить до утворення макроергічної сполуки 1,3-дифосфогліцеринової кислоти та НАДН.

У сьомий реакції(фермент фосфогліцераткіназа) енергія фосфоефірного зв'язку, укладена в 1,3-дифосфогліцерат витрачається на утворення АТФ. Реакція отримала додаткову назву - , Що уточнює джерело енергії для отримання макроергічного зв'язку в АТФ (від субстрату реакції) на відміну від окисного фосфорилювання (від електрохімічного градієнта іонів водню на мембрані мітохондрій).

Восьма реакція– синтезований у попередній реакції 3-фосфогліцерат під впливом фосфогліцератмутазиізомеризується в 2-фосфогліцерат.

Дев'ята реакція- фермент енолазавідриває молекулу води від 2-фосфогліцеринової кислоти і призводить до утворення макроергічного фосфоефірного зв'язку у складі фосфоенолпірувату.

Десята реакціягліколізу – ще одна реакція субстратного фосфорилювання– полягає у перенесенні піруваткіназою макроергічного фосфату з фосфоенолпірувату на АДФ та утворенні піровиноградної кислоти.

Гліколіз - процес анаеробного розпаду глюкози, що йде зі звільненням енергії, кінцевим продуктом якого є піровиноградна кислота (ПВК). Гліколіз - загальний початковий етап аеробного дихання та всіх типів бродіння. Реакції гліколізу протікають у розчинній частині цитоплазми (цитозоле) та хлоропластах. У цитозолі гліколітичні ферменти оборотно асоційовані у мультиензимні комплекси за участю філаментів. Така організація мультиензимних комплексів забезпечує процесам векторність.

Цілком весь процес гліколізу був розшифрований неміше. Біохіміками Г.Ембденом та О.Мейергофом, а також польським біохіміком Я.О.Парнасом.

Гліколіз ділять на три етапи:

1. Підготовчий етап – фосфорилювання гексози та її розщеплення на дві фосфотріози.

2. Перше субстратне фосфорилювання, яке починається з 3-ФГА та закінчується 3-ФГК. Окислення альдегіду до кислоти пов'язане зі звільненням енергії. У цьому процесі на кожну фосфотріоз синтезується одна молекула АТР.

3-ФДА → 3-ФГК

3. Вторинне субстратне фосфорилювання, при якому 3-ФГК за рахунок внутрішньомолекулярного окислення віддає фосфат з утворенням АТР.

3-ФДА → 2-ФГК → ФЕП → ПВК

Оскільки глюкоза є стабільною сполукою, на її активацію необхідна витрата енергії, що відбувається в процесі утворення фосфорних ефірів глюкози в ряді підготовчих реакцій. Глюкоза (у піранозній формі) фосфорилюється АТР за участю гексокінази, перетворюючись на глюкозо-6-фосфат за допомогою глюкозофосфатизомерази. Цей процес необхідний для утворення лабільнішої фуранозної форми молекули гексози. Фруктозо-6-фосфат фосфорилюється вдруге фосфофруктокіназою з використанням ще однієї молекули АТР.

Фруктозо-1,6-дифосфат – лабільна фуранозна форма з симетрично розташованими фосфатними групами. Обидві ці групи несуть негативний заряд, відштовхуючись одна від одної електростатично. Така структура легко розщеплюється альдолазою на дві фосфотріози – 3-ФГА та ФДА, які легко перетворюються одна на одну за участю тріозофосфатизомерази.

З 3-ФГА починається другий етап гліколізу. Фермент дегідрогеназу фосфогліцеринового альдегіду утворює з 3-ФГА фермент-субстратний комплекс, в якому відбувається окислення субстрату та передача електронів і протонів на NAD+. У ході окислення ФГА до ФГК у фермент-субстратному комплексі виникає меркаптаний високоенергетичний зв'язок. Далі здійснюється фосфороліз цього зв'язку, у результаті SH-фермент відщеплюється від субстрату, а до залишку карбоксильної групи субстрату приєднується неорганічний фосфат. Високоенергетична фосфатна група за допомогою фосфогліцераткінази передається на ADP і утворюється АТР. Таким чином, в результаті другого етапу гліколізу утворюється АТР та відновлений NADH.

Мал. Етапи гліколізу. Пунктиром позначені обхідні шляхи при зверненні гліколізу.

Останній етап гліколізу – друге субстратне фосфорилювання. 3-ФГА за допомогою фосфогліцератмутази перетворюється на 2-ФГА. Далі фермент енолаза каталізує відщеплення молекули води від 2-ФГА. Ця реакція супроводжується перерозподілом енергії в молекулі, внаслідок чого утворюється ФЕП – з'єднання з високоенергетичним фосфатним зв'язком. Цей фосфат за участю піруваткинази передається на ADP і утворюється АТР, а енолпіруват перетворюється на більш стабільну форму – піруват – кінцевий продукт гліколізу.

Енергетичний вихід гліколізу. На утворення фруктозо-1,6-біфосфату витрачено дві молекули АТР. У ході двох субстратних фосфорилювань синтезується 4 молекули АТР (з розрахунку на дві тріози). Сумарний енергетичний результат гліколізу - 2 молекули ФТР. У процесі гліколізу також утворюються 2 молекули NADН, окислення яких у аеробних умовах призведе до синтезу ще 6 молекул АТР. Тому в аеробних умовах сумарний енергетичний вихід становитиме 8 молекул АТР, анаеробних – 2 молекули АТР.

Функції гліколізу у клітині.

1. здійснює зв'язок між дихальними субстратами та циклом Кребса;

2. енергетичне значення;

3. синтезує інтермедіати, необхідні синтетичних процесів у клітині (наприклад, ФЕП необхідний синтезу лігніну та інших поліфенолів);

4. у хлоропластах гліколіз забезпечує прямий шлях для синтезу АТР, через гліколіз відбувається розщеплення крохмалю до тріозу.

Регуляція гліколізуможе здійснюватися на трьох етапах:

1. Глюкозо-6-фосфат алостерично пригнічує активність ферменту гексокінази.

2. Активність фосфофруктокінази зростає при підвищенні вмісту ADP та H та пригнічується високими концентраціями АТР.

3. Піруваткиназа пригнічується високими концентраціями АТР та ацетил-СоА.

2. Взаємозв'язок дихання та бродіння

БРОДЖЕННЯ- ферментативне розщеплення органічних речовин, переважно вуглеводів, що супроводжується утворенням АТФ. Може здійснюватися в організмі тварин, рослин та багато інших. мікроорганізмів без участі або за участю Про 2 (соотв. анаеробне або аеробне бродіння).

У 1875 р. німецький фізіолог Е. Пфлюгер показав, що жаба, вміщена в середу без кисню, деякий час залишається живою і при цьому виділяє 2. Він назвав такий тип дихання інтрамолекулярним. Його думку підтримав німецький фізіолог рослин В.Пфеффер. На основі цих робіт було запропоновано два рівняння, що описують хімізм дихання:

С 6 Н 12 Про 6 →2 С 2 Н 5 ВІН +2 СО 2

2 С 2 Н 5 ВІН + 6О 2 → 4СО 2 + 6Н 2 О

Передбачалося, що анаеробних умовах відбувається розщеплення глюкози до етилового спирту та СО 2. На другому етапі спирт окислюється киснем з утворенням вуглекислого газу та води.

Аналізуючи висновки, зроблені Пфеффером і Пфлюгером, С.П.Костычев (1910 р.) дійшов висновку, що це рівняння відповідає дійсності, т.к. етанол може бути проміжним продуктом нормального аеробного дихання в рослин із двох причин: 1 – він отруйний, 2 – окислюється рослинними тканинами значно гірше, ніж глюкоза. Костичов припустив, що процеси дихання та бродіння пов'язані через якийсь проміжний продукт. Згодом, завдяки роботам Костичева та німецького біохіміка К.Нейберга ця речовина була виявлена, ним виявилася піровиноградна кислота (ПВК):

ПВК → 2СН 3 СНОНСООН (молочнокисле бродіння)

ПВК → 2СО 2 + 2С 2 Н 5 ВІН (спиртове бродіння)

З 6 Н 12 Про 6 → 2СН 3 СОСООН →2СО 2 + 2СН 3 СООН (оцтовокисле бродіння)

ПВК → 6СО2 + 6Н2О (дихання)

Молочнокисле та спиртове бродіння йдуть в анаеробних умовах, оцтовокисле бродіння та дихання – в аеробних.

Гліколіз

Анаеробне перетворення глюкози локалізується в цитозоліі включає два етапи з 11 ферментативних реакцій.

Перший етап гліколізу

при нестачі енергії в клітині та активації окислення глюкози діоксиацетонфосфат перетворюється на гліцеральдегідфосфат, який далі окислюється на другому етапі гліколізу,
при достатній кількості АТФ, навпаки, гліцеральдегідфосфат ізомеризується в діоксиацетонфосфат і останній відправляється на синтез жирів.