Гликолиз

Гликолиз является главным путем утилизации глюкозы и протекает во всех типах клеток от прокариот до эукартот. Уникальность данного метаболического пути состоит в том, что он может происходить независимо от присутствия или отсутствия кислорода.

В основе данного основополагающего процесса утилизации глюкозы лежат 10 реакций, из которых первых пять объединяют под общим названием подготовительной стадии гликолиза (1-ая стадия), а пять 5 последующих реакций рассматривают как стадию запасания энергии (2-ая стадия).

Подготовительная стадия гликолиза

Первая стадия гликолиза. Результатом данного этапа гликолитического распада глюкозы является образование двух молекул триоз (глицеральдегид-3-фосфата) из одной гексозы – глюкозы. На протяжении этих первых реакций гликолиза запасания энергии в виде АТР не происходит, наоборот, на процессы фосфорилирования глюкозы затрачиваются 2 молекулы АТР.

Фосфорилирование глюкозы

Первая реакция гликолиза представляет собой необратимое фосфорилирование D-глюкозы до глюкозо-6-фосфата. Данная реакция является одной из ключевых в процессе утилизации глюкозы, так как фосфосахара не способны проходить через клеточную мембрану и глюкозо-6-фосфат уже не может покинуть клетку (в отличие от свободной глюкозы). Таким образом, происходит удерживание глюкозы в клетке и направление максимального ее количества на путь гликолитического расщепления.

Приведенная выше реакция катализируется двумя основными ферментами: гексокиназой, представленной в разных тканях и у разных организмов рядом изоформ, и глюкокиназой, присутствующей в печени и отличающейся по своей активности от истинных гексокиназ. В качестве донора фосфатной группы указанные ферменты используют молекулы АТР.

Основные характеристики гексокиназы (подробнее всего изучена гексокиназа мышечной ткани) сводятся к следующему:

1. гексокиназа способна фосфорилировать не только D-глюкозу, но и другие структурно родственные гексозы, например, D-галактозу и D-маннозу;

2. связывание субстрата с гексокиназой происходит по принципу индуцированного соответствия;

3. катализ зависит от присутствия катионов Mg²⁺, так как реакция идет не с АТР^4–, а с MgATP^2– ;

4. фермент ингибируется продуктом реакции – глюкозо-6-фосфатом, что говорит о регулируемости данной реакции по принципу обратной связи.

Отличительные особенности глюкокиназы:

1. глюкокиназа специфична в отношении D-глюкозы;

2. фермент имеет более высокое значение K_m для субстрата (~10 мМ), чем гексокиназа (~0,1мМ). В связи с этим глюкокиназа фосфорилирует глюкозу только тогда, когда концентрация этого сахара в крови резко возрастает (например, в результате приема пищи). При этом фосфорилированная глюкоза как правило запасается в виде гликогена в печени.

Рис. 9.1. Подготовительная стадия гликолиза

Превращение глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат

Данная реакция является обратимой и осуществляется ферментом фосфоглюкоизомеразой. Для проявления активности необходимо присутствие ионов Mg²⁺. Фермент специфичен в отношении как глюкозо-6-фосфата, так и фруктозо-6-фосфата.

Фосфорилирование фруктозо-6-фосфата

Реакция превращения фруктозо-6-фосфата во фруктозо-1,6-дифосфат представляет собой абсолютно необратимую (в условиях клетки) реакцию фосфорилирования фруктозо-6-фосфата до фруктозо-1,6-дифосфата. Эта реакция является «ключевой» реакцией гликолиза и зависит от действия фермента – фосфофруктокиназы, который в качестве донора фосфатной группы использует АТР. Активность фермента зависит от присутствия ионов Mg²⁺. Фосфофруктокиназа является главным регуляторным ферментом гликолиза. Его активность повышается при увеличении в среде концентрации АМР, АDP, фруктозо-1,6-дифосфат или P_i и уменьшается при увеличении концентрации АТР, цитрата или концентрации жирных кислот и др.