Гликолиз: различия между версиями

Каждое из 9 промежуточных соединений на пути от глюкозы к пирувату содержат остатки [[Ортофосфорная кислота|ортофосфорной кислоты]]. По-видимому, фосфатные группы в этом случае выполняют следующие 3 функции:

* Поскольку в [[Клеточная мембрана|клеточной мембране]], как правило, отсутствуют [[Белок|белки]]-переносчики для фосфорилированных сахаров, фосфорилированные промежуточные соединения, а также глюкозо-6-фосфат не могут покинуть клетку. После первоначального фосфорилирования для удержания внутри клетки фосфорилированных соединений больше не нужно дополнительной энергии, несмотря на большую разницу между внутри- и внеклеточной концентрацией этих соединений.

* Энергия связывания фосфатных групп с активными центрами ферментов снижает [[Энергия активации|энергию активации]] и увеличивает специфичность [[Ферменты|ферментативных]] реакций. Фосфатные группы АДФ, АТФ и промежуточных продуктов гликолиза образуют комплексы с [[ион]]ами [[Магний|Mg^2+]]. Места связывания [[Субстрат (биохимия)|субстрата]] многих ферментов специфичны к этим комплексам. Для активности большинства ферментов гликолиза необходим Mg²⁺{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=531}}.

 

 

==== ''Стадия 2'': изомеризация глюкозо-6-фосфата ====

 

[[Файл:Reaction-Glucose-6P-Fructose-6P.png|center|344px]]

Это первая из двух энергозапасающих реакций, продукты которых в дальнейшем участвуют в образовании АТФ. Альдегидная группа глицеральдегид-3-фосфата окисляется, но не до свободной [[Карбоксильная группа|карбоксильной группы]], а до [[ангидрид]]а [[Карбоновые кислоты|карбоновой кислоты]] с фосфорной кислотой. Ангидрид такого типа — ''ацилфосфат'' — имеет очень высокую стандартную энергию гидролиза (ΔG′^о = −49,3 кДж/моль). Большая часть свободной энергии окисления альдегидной группы глицеральдегид-3-фосфата запасается при образовании ацилфосфатной группы при С-1 [[1,3-бисфосфоглицерат]]а{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=535—536}}.

 

 

Количество NAD⁺ в клетке (< 10⁻⁵ М) гораздо меньше, чем количество глюкозы, расщеплямой за несколько минут. Если NADH, образующийся на этой стадии гликолиза, не будет постоянно расходоваться (то есть окисляться), то гликолиз останавливается{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=536}}.

D-Галактоза, продукт гидролиза лактозы, из кишечника всасывается в [[кровь]], откуда попадает в [[печень]], где фосфорилируется ''[[Галактокиназа|галактокиназой]]'' по С-1 с затратой АТФ:

: Галактоза + ATP → галактозо-1-фосфат + ADP (реакция идёт в присутствии Mg²⁺).

[[Файл:Galactose in glycolysis.svg|thumb|center|550px|1 — галактоза, 2 — галактозо-1-фосфат, 3 — UDP-глюкоза, 4 — UDP-галактоза, 5 — глюкозо-1-фосфат, 6 — глюкозо-6-фосфат. GK — галактокиназа, GALT — галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза, UGE — UDP-глюкозо-4-эпимераза, PGM — фосфоглюкомутаза.]]

 

В гликолизе может протекать дополнительная реакция, превращающая 1,3-бисфосфоглицерат в ''2,3-бисфосфоглицерат''; эта реакция катализируется ферментом ''бисфосфоглицератмутазой''. 2,3-Бисфосфоглицерат может возвращаться в гликолиз под воздействием фермента ''2,3-бисфосфоглицератфосфатазы'', которая превращает его в [[3-фосфоглицерат]]. В большинстве тканей количество 2,3-бисфосфоглицерата невелико, но в [[эритроцит]]ах его содержание значительно, поскольку там он функционирует как аллостерический регулятор [[гемоглобин]]а. Он связывается с гемоглобином и понижает его сродство к кислороду, способствуя [[Диссоциация (химия)|диссоциации]] последнего и его переходу в ткани{{sfn|Северин|2011|с=269—270}}.

 

Некоторые модификации гликолиза обнаружены у бактерий. В частности, когда окисление глицеральдегид-3-фосфата на стадии 6 глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой ограничено низким содержанием фосфата в среде, у ''[[E. coli]]'' и некоторых других бактерий [[дигидроксиацетонфосфат]] окисляется до пирувата через три реакции, составляющие ''[[метилглиоксалевый шунт]]''. В ''реакции 1'' ''[[лиаза]]'' отщепляет фосфат с образованием [[Метилглиоксаль|метилглиоксаля]]. В ''реакции 2'' метилглиоксаль присоединяет воду, превращаясь в лактат, вод воздействием ''{{нп5|Глиоксилаза|глиоксилазы|en|Glyoxalase system}}''. В ''реакции 3'' лактат окисляется мембраносвязанной [[флавин]]-содержащей ''D-лактатооксидазой'' до пирувата. Если содержание фосфата в среде высоко, то метилглиоксалевый шунт не функционирует, так как лиаза ингибируется фосфатом<ref name="Micr">{{книга |автор= |заглавие=Современная микробиология |ответственный=Под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля |ссылка= |место=М. |издательство=Мир |год=2005 |том=1 |страниц=654 |страницы=267 |isbn= |ref=Современная микробиология }}</ref>.

 

Наконец, у анаэробных бактерий существуют дополнительные пути разложения углеводов. В частности, бактерии, предпочитающие пентозы в качестве субстрата, превращают [[пентозы]] и [[гексозы]] в ксилулозо-5-фосфат, который далее расщепляется ''{{нп5|Фосфокетолаза|фосфокетолазой|en|Phosphoketolase}}''<ref name="Micr" />.

 

 

== Распространение и физиологическое значение ==

[[Файл:PET-MIPS-anim.gif|thumb|[[Позитронно-эмиссионная томография]] всего тела]]

При накоплении лактата, образующегося при анаэробных условиях, в крови (например, при интенсивной и длительной работе) развивается [[лактатацидоз]] — обусловленное накоплением лактата понижение [[Водородный показатель|pH]] [[Кровь|крови]], что вызывает резкие нарушения в клеточном метаболизме. Так происходит при некоторых патологических состояниях, когда нарушается снабжение тканей кислородом: [[инфаркт миокарда]], [[лёгочная эмболия]], [[кровотечение]]{{sfn|Северин|2011|с=269}}. Лактатацидоз может быть обусловлен [[Сахарный диабет|сахарным диабетом]], когда аэробный гликолиз сменяется анаэробным<ref>{{cite pmid|11286305}}</ref>. Поскольку [[инсулин]] ускоряет гликолиз, при [[Сахарный диабет 1-го типа|диабете I типа]] (когда вырабатывается слишком малое количество инсулина) происходит замедление гликолиза<ref>{{cite web |url=http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/624diabetes.html |title=Diabetes - Errors of Metabolism |access-date=2014-09-04 |archive-date=2010-07-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20100709144650/http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/624diabetes.html |deadlink=no }}</ref>. По этой причине препараты, стимулирующие гликолитические ферменты и ферменты, осуществляющие регуляцию гликолиза, могут стать важным средством лечения диабета<ref name="Met">{{статья |автор=Xin Guo, Honggui Li, Hang Xu, Shihlung Woo, Hui Dong, Fuer Lu, Alex J. Lange, Chaodong Wu. |заглавие=Glycolysis in the control of blood glucose homeostasis. |ссылка=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221138351200086X |издание=Acta Pharmaceutica Sinica B |год=2012 |volume=2 |номер=4 |pages=358—367 |doi=10.1016/j.apsb.2012.06.002 |archivedate=2015-09-24 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20150924192058/http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221138351200086X }}</ref>.

 

При многих типах [[Рак (заболевание)|рака]] у животных и человека в опухолевых клетках потребление глюкозы и гликолиз ускоряются почти в 10 раз по сравнению с нормальной клеткой. Дело в том, что большинство опухолевых клеток живут в условиях гипоксии, так как на первых порах нет [[Капилляр (биология)|капиллярной]] сети, которая в необходимой мере снабжала бы их кислородом. По этой причине в энергетическом плане опухолевые клетки становятся целиком зависимыми от гликолиза, который энергетически гораздо менее эффективен, чем полное окисление глюкозы до углекислого газа и воды, и опухолевой клетке приходится потреблять гораздо больше глюкозы, чем нормальной. По-видимому, на ранних этапах трансформации нормальной клетки в опухолевую происходит переход на исключительно гликолитическое энергообеспечение и развивается устойчивость к низкому рН внеклеточной среды (снижение рН обусловлено накоплением лактата){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=540}}.

 

[[Файл:ArthurHarden.jpg|200px|left|мини|Артур Гарден]]

 

== См. также ==

| заглавие = ''Lehninger'' Principles of biochemistry

| оригинал =

| викитека =

| ответственный =