Гликолиз: различия между версиями

Распад шести[[углерод]]ного [[сахар]]а глюкозы на две молекулы трёхуглеродного пирувата осуществляется в 10 стадий, первые 5 которых составляют ''подготовительный этап'', 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}}.

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}}.

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}}.

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}}.