Гликолиз: различия между версиями

: Глюкоза + 2[[НАД]]⁺ + 2[[АДФ]] + 2[[Фосфат|P<small>i</small>]] → 2 пируват + 2НАДH2НАД*H + 2[[Водород|Н⁺]] + 2[[АТФ]] + 2[[Вода|Н₂O]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=528, 530}}.

[[Кислород]] не требуется для протекания гликолиза. В [[аэроб]]ных условиях пировиноградная кислота далее [[Декарбоксилирование|декарбоксилируется]], соединяется с [[Кофермент А|коферментом А]] и вовлекается в [[цикл Кребса]],. а вВ [[анаэроб]]ных условиях или (при [[Гипоксия|гипоксии]]) пируват восстанавливается до [[Молочная кислота|молочной кислоты]] либо претерпевает дальнейшие превращения в ходе [[Брожение|брожения]]{{sfn|Campbell|2011|p=179}}{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=530}}.

Распад шести[[углерод]]ного [[сахар]]а [[Глюкоза|глюкозы]] на две молекулы трёхуглеродного пирувата осуществляется в 10 стадий, первые 5 которых составляют ''подготовительный этап'' с затратой [[Аденозинтрифосфат|АТФ]], а 5 последующих — ''этап, сопряжённый с образованием АТФ''. Все сахара и их производные, образующиеся при гликолизе, являются [[D/L-номенклатура|D-изомерами]]. В ходе реакций гликолиза глюкоза сначала [[Фосфорилирование|фосфорилируется]] по [[Гидроксильная группа|гидроксильной группе]] при шестом атоме углерода (C-6), давая [[глюкозо-6-фосфат]] (''стадия 1''). Глюкозо-6-фосфат затем [[изомеризация|изомеризуется]] в [[фруктозо-6-фосфат]] (''стадия 2''), который вновь фосфорилируется, на этот раз по гидроксильной группе при первом атоме углерода, при этом образуется [[фруктозо-1,6-дифосфатбисфосфат]] (''стадия 3''). В ходе обеих этих реакций фосфорилирования донором фосфорильной группы является АТФ. Далее фруктозо-1,6-дифосфатбисфосфат расщепляется на две трёхуглеродные молекулы — [[дигидроксиацетонфосфат]] и [[глицеральдегид-3-фосфат]] (''стадия 4''), эта стадия и дала название всему пути. Дигидроксиацетонфосфат изомеризуется в глицеральдегид-3-фосфат (''стадия 5''), так что к концу подготовительного этапа из глюкозы образуется 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата, которые в дальнейшем претерпевают одинаковые превращения. Изомеризация на стадии 2 необходима для дальнейшего фосфорилирования, а также разрыва связи С—С на стадии 4, как будет подробнее показано в дальнейшем. При этом в подготовительной стадии гликолиза расходуется 2 молекулы АТФ, что увеличивает [[Энергия Гиббса|свободную энергию]] промежуточных соединений пути{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=528—530}}.

Энергетическую выгоду даёт второй этап гликолиза, сопряжёный с образованием АТФ. Каждая из двух молекул глицеральдегид-3-фосфата окисляется и фосфорилируется фосфорной кислотой (''а не АТФ''), образуя [[Дифосфоглицериноваябисфосфоглицериновая кислота|1,3-дифосфоглицериновуюбисфосфоглицериновую кислоту]] (''стадия 6''). Выделение энергии происходит при превращении двух молекул [[1,3-дифосфоглицератбисфосфоглицерат]]а в две молекулы пирувата (''стадии 7—10''), и большая часть этой энергии запасается при присоединении фосфатной группы к четырём молекулам АДФ с образованием четырёх молекул АТФ. Суммарный выход составляет 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы, поскольку 2 молекулы АТФ расходуются в подготовительном этапе. Кроме того, во втором этапе гликолиза часть энергии запасается при образовании двух молекул восстановленного НАДННАДH на одну молекулу глюкозы{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=530}}.

* перенос иона Н⁺ к NADНАД⁺ с образованием восстановленного NADHНАДН{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=530}}.

: Глюкоза + 2NAD2НАД⁺ + 2ADP2АДФ + 2P<small>i</small> → 2 пируват + 2NADH2НАДH + 2Н⁺ + 2ATP2АТФ + 2Н₂O{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=528, 530}}.

* Фосфатные группы необходимы для хранения метаболической энергии. Энергия, которая потенциально может быть высвобождена при гидролизе {{нп5|Фосфоангидрид|фосфоангидридных|en|Phosphoanhydride}} [[Связь (химия)|связей]] (например, в АТФ), частично запасается при образовании [[Сложные эфиры|эфиров]] [[Ортофосфорная кислота|фосфорной кислоты]], например, глюкозо-6-фосфата. В дальнейшем высокоэнергетические соединения, содержащие фосфатную группу и образующиеся в ходе гликолиза ([[1,3-дифосфоглицератбисфосфоглицерат]] и [[фосфоенолпируват]]), выступают в качестве доноров фосфорильной группы при образовании АТФ из [[Аденозиндифосфат|АДФ]].

{{нет АИ 2|Гексокиназа имеется у всех организмов|30|10|2014}}. [[Человек|Человеческий]] [[геном]] кодирует 4 различные гексокиназы (I—IV), которые катализируют одну и ту же реакцию (два и более фермента, катализирующие одну и ту же реакцию, но кодируемые разными [[ген]]ами, называются [[Изоферментизофермент]]ами). Гексокиназа IV, также называемая [[Глюкокиназа|глюкокиназой]], присутствует в [[гепатоцит]]ах и отличается от других гексокиназ некоторыми кинетическими и регуляторными свойствами и играет важную физиологическую роль{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=532}}.

Фермент ''{{нп5|[[фосфогексозоизомераза||en|Glucose-6-phosphate isomerase}}]]'', или ''[[фосфоглюкозоизомераза]]'' катализирует обратимую изомеризацию глюкозо-6-фосфата ([[альдозы]]) во ''фруктозо-6-фосфат'' ([[Кетозы|кетозу]]){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=532}}:

В третьей реакции гликолиза, протекающей с затратой АТФ, фермент ''[[фосфофруктокиназа-1]]'' катализирует перенос фосфорильной группы от АТФ на [[фруктозо-6-фосфат]] с образованием ''фруктозо-1,6-дифосфатабисфосфата''{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=532}}:

В клеточных условиях фосфофруктокиназа не может осуществлять эту реакцию в обратном направлении, и эта реакция является первой реакцией, продукт которой (фруктозо-1,6-дифосфатбисфосфат) участвует только в дальнейших реакциях гликолиза, потому что [[глюкозо-6-фосфат]] и [[фруктозо-6-фосфат]] могут участвовать и в других{{каких?}} процессах{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=533}}.

У некоторых, как правило анаэробных, бактерий и [[Протисты|протистов]] фосфофруктокиназа в качестве донора фосфорильной группы для образования фруктозо-1,6-дифосфатабисфосфата использует [[пирофосфат|пирофосфорную кислоту]] (PP_i), а не АТФ:

: Фруктозо-6-фосфат + PP<small>i</small> → фруктозо-1,6-дифосфатбисфосфат + P<small>i</small>, ΔG′^о = −2,9 кДж/моль, реакция идёт в присутствии Mg²⁺{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=533}}.

В растительных клетках имеется как АТФ-зависимая фосфофруктокиназа, так и [[пирофосфат-зависимая фосфофруктокиназа]] (реакция, катализируемая последней, обратима)<ref>{{Cite web|url =http://plantsinaction.science.uq.edu.au/edition1/?q=content/2-4-2-glycolytic-pathway|title =Plants in action / The glycolytic pathway|author =|date =|publisher =|accessdate =2019-04-18|archiveurl =https://web.archive.org/web/20180320224935/http://plantsinaction.science.uq.edu.au/edition1/?q=content%2F2-4-2-glycolytic-pathway|archivedate =2018-03-20|deadlink =yes}}</ref>. Пирофосфат-зависимая фосфофруктокиназа локализована в цитозоле и активируется в условиях стресса, при дефиците АТФ (например, при [[Аноксия|аноксии]]) и [[фосфорное голодание|фосфорном голодании]]<ref>{{Cite web|url = http://5e.plantphys.net/article.php?ch=&id=124|title = Metabolic flexibility helps plants to survive stress|author = William C. Plaxton|date = |publisher = |access-date = 2014-08-15|archive-date = 2015-02-25|archive-url = https://web.archive.org/web/20150225003129/http://5e.plantphys.net/article.php?ch=&id=124|deadlink = no}}</ref>.

Фосфофруктокиназа-1 регулируется {{нп5|[[Аллостерическая регуляция|аллостерически|en|Allosteric regulation}}]]. Её активность увеличивается, когда клеточные запасы АТФ истощаются, а продукты распада АТФ (АДФ и [[АМФ]]) накапливаются. Напротив, при наличии достаточного количества АТФ и других{{каких?}} ресурсов её активность подавляется. У некоторых организмов [[фруктозо-2,6-дифосфатбисфосфат]] является потенциальным аллостерическим регулятором фосфофруктокиназы 1. Косвенным образом активность этого фермента увеличивает также {{нп5|рибулозо-5-фосфат||en|Ribulose 5-phosphate}} (промежуточное соединение [[пентозофосфатный путь|пентозофосфатного пути]], другого пути окисления глюкозы){{sfn|Nelson, Cox|2008|p = 533}} (подробнее о регуляции ферментов гликолиза см. ниже).

==== ''Стадия 4'': расщепление фруктозо-1,6-дифосфатабисфосфата ====

Фермент ''фруктозо-1,6-дифосфатальдолазабисфосфатальдолаза'', или просто ''[[альдолаза]]'', катализирует обратимую [[Альдольная конденсация|альдольную конденсацию]]. Фруктозо-1,6-дифосфатбисфосфат расщепляется на два различных триозофосфата: ''глицеральдегид-3-фосфат'' (альдозу) и ''дигидроксиацетонфосфат'' (кетозу){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=533}}:

Хотя [[Альдольная реакция|реакция, катализируемая альдолазой]], имеет положительную ΔG′^о в направлении расщепления фруктозо-1,6-дифосфатабисфосфата, при низких концентрациях реагентов, имеющихся в клетке, реальное изменение свободной энергии мало и альдолазная реакция обратима. В обратном направлении альдолазная реакция идёт при [[глюконеогенез]]е{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=534}}.

В первой реакции второго этапа гликолиза молекула глицеральдегид-3-фосфата окисляется и фосфорилируется в ''[[1,3-дифосфоглицератбисфосфоглицерат]]'', эта реакция катализируется ''{{нп5|Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа|глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой|en|Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase}}''{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=535}}:

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-дифосфоглицератбисфосфоглицерат]]а{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=535—536}}.

В ходе этой реакции глицеральдегид-3-фосфат [[Ковалентная связь|ковалентно]] связан с дегидрогеназой. Альдегидная группа глицеральдегид-3-фосфата взаимодействует с группой [[тиол|—SH]] остатка [[цистеин]]а в активном центре фермента. Когда глицеральдегид-3-фосфат находится в связанном состоянии, NAD⁺, также находящийся в активном центре фермента, забирает протон от С-1, в результате чего там образуется [[Кетоны|кетогруппа]]. К первому же атому на место связи с атомом серы цистеина присоединяется неорганический фосфат HOPOHOPO3^3-, и протон с фосфата высвобождается во внешнюю среду. Таким образом, после этой реакции образуется [[1,3-дифосфоглицератбисфосфоглицерат]] и NADH + Н⁺{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=535—536}}.

==== ''Стадия 7'': перенос фосфатной группы с 1,3-дифосфоглицератабисфосфоглицерата на АДФ ====

Фермент ''[[фосфоглицераткиназа]]'' переносит высокоэнергетическую фосфорильную группу с карбоксильной группы [[1,3-дифосфоглицератбисфосфоглицерат]]а на [[АДФ]], в результате чего образуются АТФ и [[3-фосфоглицерат]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=536}}:

Стадии 6 и 7 гликолиза с энергетической точки зрения рассматриваются вместе{{кем?}} и образуют единый процесс, при котором [[1,3-дифосфоглицератбисфосфоглицерат]] является промежуточным продуктом. Он образуется при первой из этих реакций (которая сама по себе [[Эндергонические реакции|эндергоническая]]), а его фосфатная группа переносится на АДФ при второй, строго [[Экзергонические реакции|экзергонической]], реакции. Суммарное уравнение процесса, объединяющего стадии 6 и 7, выглядит следующим образом:

Поэтому стадии 6 и 7 вместе составляют экзергонический процесс. Обе эти реакции обратимы при клеточных условиях, и составляемый ими процесс обеспечивает запасание энергии, образовавшейся при окислении альдегидной группы до карбоксильной, в форме АТФ при его образовании из АДФ и фосфорной кислоты. Образование АТФ при переносе фосфорильной группы с субстрата (в данном случае — [[1,3-дифосфоглицератбисфосфоглицерат]]а) на АДФ получило название ''субстратного фосфорилирования'', в отличие от окислительного фосфорилирования, происходящего в дыхательной цепи. При субстратном фосфорилировании участвуют растворимые ферменты и химические промежуточные соединения (в данном случае — [[1,3-дифосфоглицератбисфосфоглицерат]]), а в окислительном фосфорилировании задействованы [[Мембранные белки|мембранно-связанные белки]], и АТФ образуется за счёт трансмембранного протонного [[Электрохимический градиент|градиента]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=537}}.

Фермент ''[[фосфоглицератмутаза]]'' катализирует обратимый перенос фосфорильной группы с С₂₃ на С₃₂ глицерата, приводящий к образованию ''[[2-фосфоглицериновая кислота|2-фосфоглицериновой кислоты]]''. Для этой реакции необходим Mg²⁺{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=537}}:

Реакция осуществляется в два этапа. Вначале фосфорильная группа, связанная с остатком [[гистидин]]а в активном центре фосфоглицератмутазы, замещает собой атом водорода в гидроксильной группе при С₂ углероде [[3-фосфоглицерат]]а, образуя ''{{нп5|[[2,3-дифосфоглицериноваябисфосфоглицериновая кислота|2,3-дифосфоглицерат|en|2,3-Bisphosphoglyceric acid}}бисфосфоглицерат]]'', который связывается другим гистидиновым остатком. Фосфорильная группа при С₃ углероде 2,3-дифосфоглицератабисфосфоглицерата после этого перемещается на остаток гистидина, с которым был связан фосфат, перенесённый на С₂, а её место замещается протоном, связанным со вторым остатком гистидина. Таким образом, к концу такого цикла образуется 2-фосфоглицерат, а фермент фосфорилируется{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=537—538}}.

Во второй реакции гликолиза, в которой образуется соединение с более высоким потенциалом для перенесения фосфата (первой была стадия 6), фермент ''[[енолаза]]'' катализирует обратимое [[Реакции элиминирования|элиминирование]] воды ([[дегидратацияРеакция дегидратации|дегидратацию]]) из молекулы 2-фосфоглицерата, в результате которого образуется ''[[фосфоенолпировиноградная кислота]]'' (ФЕП){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=538}}:

В последней реакции гликолиза происходит перенос фосфорильной группы с фосфоенолпирувата на АДФ, катализируемый {{нп5|[[Пируваткиназа|пируваткиназой|en|Pyruvate kinase}}]], для работы которой необходимы ионы [[Калий|К{{sup|+}}]] и Mg{{sup|2+}} или [[Марганец|Mn{{sup|2+}}]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=538}}:

Описанная выше ситуация характерна лишь для гликогена и крахмала, запасённых внутри клетки. Фосфоролиз гликогена и крахмала, поступающих в организм с пищей, в [[Пищеварительная система|пищеварительном тракте]] не имеет никаких преимуществ перед обычным [[гидролиз]]ом: так как клеточные мембраны непроницаемы для фосфатов сахаров, образующийся при {{нп5|[[Фосфоролиз|фосфоролизе|en|Phosphorolysis}}]] глюкозо-6-фосфат необходимо сначала превратить в обычный сахар{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=544}}. При гидролизе, осуществляемом, например, [[Пищеварительные ферменты|пищеварительным ферментом]] [[Альфа-амилаза|α-амилазой]], частицей, атакующей гликозидную связь, является вода, а не фосфат-ион{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=543}}.

Такой путь является основным механизмом вовлечения фруктозы в гликолиз в [[Мышцы|мышцах]] и [[Почка (анатомия)|почках]]. В печени она вовлекается в гликолиз иначе. Фермент печени ''{{нп5|[[фруктокиназа||en|Fructokinase}}]]'' катализирует фосфорилирование фруктозы по С-1, а не С-6:

D-Галактоза, продукт гидролиза лактозы, из кишечника всасывается в [[кровь]], откуда попадает в [[печень]], где фосфорилируется ''{{нп5|[[Галактокиназа|галактокиназой|en|Galactokinase}}]]'' по С-1 с затратой АТФ:

Галактозо-1-фосфат далее {{нп5|[[эпимеры|эпимеризуется|en|Epimer}}]] по С-4 в глюкозо-1-фосфат в серии реакций, в которых {{нп5|уридиндифосфат||en|Uridine diphosphate}} (UDP) функционирует как [[кофермент]]оподобный переносчик гексоз. Эпимеризация включает сначала окисление гидроксильной группы при С-4 до кетогруппы, а затем обратное восстановление кетогруппы до гидроксильной с обращённой конфигурацией. В этих двух реакциях окисления и восстановления [[кофактор]]ом выступает NAD{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=545}}. Ниже представлена схема описанного процесса:

{{нп5|[[Маннозо-6-фосфат||en|Mannose 6-phosphate}}]] далее изомеризуется ферментом ''{{нп5|фосфоманнозоизомераза|фосфоманнозоизомеразой|en|Mannose phosphate isomerase}}'' до [[фруктозо-6-фосфат]]а — промежуточного соединения гликолиза{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=545}}.

Регуляция гликолиза обычно осуществляется совместно с регуляцией обратного процесса — [[глюконеогенез]]а. У [[Млекопитающие|млекопитающих]] глюконеогенез протекает в основном в печени, где его функция заключается в синтезе глюкозы для перенесения к другим тканям в ситуациях, когда запасы гликогена истощены и с пищей в организм не поступает достаточного количества глюкозы. Как упоминалось выше, благодаря обратимости семи из десяти реакций гликолиза в ходе глюконеогенеза эти реакции протекают в обратном направлении и при катализе теми же ферментами, а для необратимых реакций (1, 3 и 10) используются обходные пути. Эти обходные реакции также необратимы. Так, при глюконеогенезе пируват переходит в фосфоенолпируват через промежуточную стадию образования [[оксалоацетат]]а при катализе ''{{нп5|пируваткарбоксилаза|пируваткарбоксилазой|en|Pyruvate carboxylase}}'', превращающей пируват в оксалоацетат, и ''{{нп5|Фосфоенолпируваткарбоксиназа|фосфоенолпируваткарбоксиназой|en|Phosphoenolpyruvate carboxykinase}}'', переводящей оксалоацетат в фосфоенолпируват (обходной путь для десятой стадии). Обходная реакция для третьей стадии — превращение фруктозо-1,6-дифосфатабисфосфата во [[фруктозо-6-фосфат]] ферментом ''[[Фруктозо-1,6-бисфосфатаза|фруктозо-1,6-дифосфатазойбисфосфатазой]]'', а для первой стадии — превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу ''[[Глюкозо-6-фосфатаза|глюкозо-6-фосфатазой]]''{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=582—583}}.

[[Цитрат]], ключевое промежуточное соединение при аэробном окислении пирувата, [[Жирные кислоты|жирных кислот]] и аминокислот, также является аллостерическим регулятором PFK-1. Высокая концентрация цитрататцитрата увеличивает ингибиторный эффект ATP, дополнительно уменьшая расщепление глюкозы в ходе гликолиза. В этом случае, как и в некоторых других, описанных ниже, цитрат выступает в роли внутриклеточного сигнала, свидетельствующего об удовлетворении клеткой своих энергетических потребностей при окислении жиров и белков{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=586}}.

Одним из [[Транскрипционный фактор|транскрипционных факторов]], важных для [[Углеводный обмен|метаболизма углеводов]], является ''{{нп5|[[ChREBP||en|ChREBP}}]]'' ({{lang-en|carbohydrate response element binding protein}}), экспрессируемый, главным образом, в печени, жировой ткани и почках. Он служит для координирования синтеза ферментов, необходимых для синтеза углеводов и жиров. В неактивной форме ChREBP фосфорилирован двумя фосфатами по и находится в цитозоле, будучи неспособным пройти в ядро. Когда фосфопротеинфосфатаза РР2А удаляет с него один фосфат, ChREBP проникает в ядро, где РР2А убирает с него второй фосфат. Активированный таким образом ChREBP связывается с белком-партнёром, {{нп5|Mlx||en|MLX (gene)}}. Комплекс ChREBP-Mlx теперь связывается с элементом ChoRE ({{lang-en|carbohydrate response element}}) на ДНК в области его промотора и стимулирует его транскрипцию. РР2А аллостерически активируется ксилулозо-5-фосфатом. С помощью ChREBP регулируется синтез таких ферментов, как пируваткиназа, [[синтаза жирных кислот]] и {{нп5|ацетил-CoA-карбоксилаза||en|Acetyl-CoA carboxylase}}. Другой транскрипционный фактор, функционирующий в печени — ''{{нп5|SREBP-1c||en|SREBP-1c}}'' — регулирует образование пируваткиназы, гексокиназы IV, липопротеинлипазы, ацетил-CoA-карбоксилазы и синтазы жирных кислот. Синтез SREBP-1c стимулируется инсулином и подавляется глюкагоном{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=591—592}}.

В гликолизе может протекать дополнительная реакция, превращающая 1,3-бифосфоглицератбисфосфоглицерат в ''2,3-бифосфоглицератбисфосфоглицерат''; эта реакция катализируется ферментом ''бифосфоглицератмутазойбисфосфоглицератмутазой''. 2,3-БифосфоглицератБисфосфоглицерат может возвращаться в гликолиз под воздействием фермента ''2,3-бифосфоглицератфосфатазыбисфосфоглицератфосфатазы'', которая превращает его в [[3-фосфоглицерат]]. В большинстве тканей количество 2,3-бифосфоглицератабисфосфоглицерата 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}}.

Кроме того, у некоторых [[термофил]]ьных [[Археи|архей]] имеются только 2 из гликолитических ферментов — енолаза и пируваткиназа<ref name="Археи">{{статья |автор=Simon Potter, Linda A. Fothergill-Gilmore |заглавие=Molecular evolution: The origin of glycolysis |ссылка=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1016/0307-4412%2893%2990018-U/pdf |язык=en |издание=Biochemical education |тип= |год=1993 |том=21 |номер=1 |страницы=45—48 |doi=10.1016/0307-4412(93)90018-U |issn= |archivedate=2015-10-05 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20151005053431/http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1016/0307-4412%2893%2990018-U/pdf}}</ref>.

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>.

Роль гликолиза и в брожении, и в дыхании имеет [[Эволюция (биологическая)|эволюционные]] основы. Предполагается, что древние прокариоты использовали гликолиз для получения АТФ задолго до того, как кислород накопился в [[Земля|земной]] [[Атмосфера|атмосфере]]. Древнейшие известные [[ископаемые остатки]] бактерий имеют возраст 3,5 миллиардов лет, однако значительные количества кислорода в атмосфере стали накапливаться 2,7 миллиардов лет назад. [[Цианобактерии]] образовывали О₂ как побочный продукт при фотосинтезе. По этой причине, возможно, гликолиз был единственным источником ATP для древних прокариот. Тот факт, что в настоящее время гликолиз является наиболее широко распространённым метаболическим путём на Земле, подтверждает то, что он появился на очень ранних этапах истории жизни. О древности гликолиза свидетельствует и то, что все его ферменты локализованы в цитозоле и для протекания этого пути не требуются особые мембранные органеллы, которые появились приблизительно миллиард лет спустя после возникновения прокариотических клеток. Выше говорилось, что у некоторых термофильных архей из всех 10 гликолитических ферментов имеются только енолаза и пируваткиназа, поэтому может быть, что система ферментов гликолиза развилась из такой двухкомпонентной системы<ref name="Археи" />. Таким образом, гликолиз можно рассматривать как метаболическое «наследие» от ранних клеток, который и сейчас используется при брожении и как первый этап разрушения органических соединений при [[Дыхание|дыхании]]{{sfn|Campbell|2011|p=179}}.

Гликолиз стал первым тщательно описанным метаболическим путём, и по сей день, возможно, остаётся наиболее изученным. После открытия спиртового брожения в экстрактах клеток [[Дрожжи|дрожжей]] в 1897 году [[Бухнер, Эдуард|Эдуардом Бухнером]]<ref>{{статья |заглавие=Alkoholische Gärung ohne Hefezellen (Vorläufige Mitteilung) |издание={{Нп3|Chemische Berichte|Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft||Chemische Berichte}} |том=30 |страницы=117—124 |ссылка=http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k907462/f121.table |doi=10.1002/cber.18970300121 |язык=de |тип=magazin |автор=Eduard Buchner |год=1897 |archivedate=2009-08-29 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090829150123/http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k907462/f121.table }}</ref> и описания всего процесса гликолиза у [[Дрожжи|дрожжей]] ([[Отто Варбург]]<ref>{{статья |автор=Otto Warburg. |заглавие=Über die Rolle des Eisens in der Atmung des Seeigeleis nebst Bemerkungen über einige durch Eisen beschleunigte Oxydationen. |url=https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-642-47774-4_4#page-1 |издание=Über die Katalytischen Wirkungen der Lebendigen Substanz |год=1928 |pages=47—66}}</ref> и [[Эйлер-Хельпин, Ханс Карл Август Симон фон|Ханс Эйлер-Хельпин]]) и в мышечной ткани ([[Эмбден, Густав|Густав Эмбден]], [[Отто Мейергоф]], [[Парнас, Яков Оскарович|Яков Парнас]]<ref>{{Из БСЭ|title=Парнас Яков Оскарович}}</ref>, считающиеся первооткрывателями гликолиза; в честь них гликолиз получил своё второе название) конкретный механизм реакций гликолиза находился в центре биохимических исследований. В ходе изучения гликолиза развивались методы выделения ферментов, были открыты коферменты, в частности, NAD, и была установлена их глобальная роль, была установлена важнейшая метаболическая роль ATP и других фосфорилированных соединений{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=528}}.

Понимание того, что именно ''фосфорилированные'' гексозы являются промежуточными соединениями гликолиза, пришло не сразу и по счастливой случайности. В 1906 году [[Гарден, Артур|Артур Гарден]] и {{нп5|Янг, Уильям Джон|Уильям Янг|en|William John Young}} проверяли свою гипотезу о том, что ингибиторы протеолитических ферментов могут стабилизировать ферменты, сбраживающие глюкозу. Они добавили [[Сыворотка крови|сыворотку крови]], которая содержит ингибиторы [[Протеолитические ферменты|протеолитических ферментов]], в экстракт дрожжей и наблюдали ожидаемое ускорение метаболизма глюкозы. Однако в контрольном эксперименте, который должен был показать, что прокипячённая сыворотка не оказывала стимулирующего действия, выяснилось, что прокипячённая сыворотка стимулировала гликолиз. Тщательная проверка компонентов сыворотки показала, что стимулирование было обусловлено наличием в сыворотке неорганического фосфата<ref>{{статья |автор=Arthur Harden, William John Young. |заглавие=The Alcoholic Ferment of Yeast-Juice. Part III.-The Function of Phosphates in the Fermentation of Glucose by Yeast-Juice. |ссылка=https://www.jstorroyalsocietypublishing.org/discoverdoi/pdf/10.23071098/80276?uid=3738936&uid=2129&uid=2&uid=70&uid=4&sid=21104660803107rspb.1908.0029 |издание=Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character |год=1908| |volume=80 |номер=540 |pages=299—311 |doi=10.1098/rspb.1908.0029 |archivedate=2019-10-27 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20191027014603/https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspb.1908.0029 }}</ref>. В дальнейшем Гарден и Янг установили, что глюкоза, добавленная в экстракт дрожжей, превращалась в гексозобисфосфат («эфир Гардена — Янга», известный как фруктозо-1,6-бисфосфат). Это было началом длинной череды открытий, показавших роль органических эфиров и фосфатных ангидридов в [[Биохимия|биохимии]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=531}}.

| ссылка = https://archive.org/details/lehningerprincip0000nels_b9t2