Аэробный гликолиз.

Окисление глюкозы до СО₂ и Н₂О (аэробный распад). Аэробный распад глюкозы можно выразить суммарным уравнением:

С₆Н₁₂О₆ + 6 О₂ → 6 СО₂ + Н₂О + 2820 кДж/моль.

Биологическая роль – основной путь распада глюкозы, даёт 8 АТФ при распаде до пирувата и ещё плюс 15 АТФ после окисления пирувата в ЦТК, а пирувата из одной глюкозы образуется 2 молекулы, - 30 АТФ, и того целых 38 АТФ!!! Конечный продукт – пируват. Ключевые ферменты: гексокиназа (или глюкокиназа) – ингибируется глюкозо-6-фосфатом, фосфофруктокиназа – ингибируется АТФ и NADH, активируется АМФ, пируваткиназа – ингибируется АТФ и NADH.

Анаэробный гликолиз. Биологическая роль, схема, конечные продукты, ключевые ферменты.

Анаэробный гликолиз происходит тогда, когда у ткани нету кислорода, а энергия нужна. Биологическая роль – обеспечить клетку энергией в условиях гипоксии. Образуется целых 2 АТФ. Хоть что-то.

Схема: все 10 реакций аэробного гликолиза, плюс реакция восстановления пирувата до лактата при участии лактатдегидрогеназы. Эта 11 реакция нам нужна, чтобы NADH, образующийся в 6 реакции, отдал свой водород пирувату и мог снова участвовать в 6 реакции. Конечный продукт – лактат. В печени переходит в глюкозу, может перейти обратно в пируват при доступности кислорода. Ключевые ферменты – теже что и при аэробном гликолизе.

Эффект Пастера: В 6 реакции гликолиза образуется NADH. В присутствии кислорода NADH идёт в дыхательную цепь, где даёт 3 АТФ. Но если кислорода нет (гипоксия или просто митохондрии отсутствуют, как, например, в эритроцитах) NADH тратится на реакцию преобразования пирувата в лактат. Эффект Пастера заключается в том, что когда у нас гипоксия, то клетка переходит на анаэробный гликолиз (NADH тратится на превращение пирувата в лактат). Но когда доступ к кислороду возобнавляется, то NADH перехватывается дыхательнйо цепочкой, что лежит в основе переключения анаэробного гликолиза на анаэробный. Если коротко: эффект Пастера – это переход анаэробного глюколиза в аэробный, когда возобнавляется доступ к кислороду

Глюконеогенез - процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. Процесс протекает в основном в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также в слизистой оболочке кишечника.

Ферменты обратимых реакций гликолиза и глюконеогенеза: 2 - фосфоглюкоизомераза; 4 - альдолаза; 5 - триозофосфатизомераза; 6 - глицеральдегидфосфатдегидрогеназа; 7 -фосфоглицераткиназа; 8 - фосфоглицератмутаза; 9 - енолаза. Ферменты необратимых реакций глюконеогенеза: 11 - пируваткарбоксилаза; 12 - фосфоенолпируваткарбоксикиназа; 13 - фруктозо-1,6-бисфосфатаза; 14 -глюкозо-6-фосфатаза. I-III -субстратные циклы.

Большинство реакций глюконеогенеза протекает за счёт обратимых реакций гликолиза (реакции 9, 8, 7, 6, 5, 4, 2) и катализируется теми же ферментами. Однако 3 реакции гликолиза термодинамически необратимы.

1. Образование фосфоенолпирувата из пирувата - первая из необратимых стадий глюконеогенеза.

Схема всех реакций, протекающих на первой необратимой стадии глюконеогенеза, представлена на рисунке справа.

2. Гидролиз фруктозо-1,6-бисфосфата и глюкоза-6-фосфата.

Отщепление фосфатной группы из фруктозо-1,6-бисфосфата и глюкозо-6-фосфата - также необратимые реакции глюконеогенеза. В ходе гликолиза эти реакции катализируют специфические киназы с использованием энергии АТФ. В глюконеогенезе они протекают без участия АТФ и АДФ и ускоряются не киназами, а фосфатазами - ферментами, принадлежащими к классу гидролаз. В печени существуют 4 фермента, которые принимают участие только в глюконеогенезе и катализируют обходные реакции необратимых стадий гликолиза. Это - пируват-карбоксилаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа, фруктозе-1,6-бисфосфатаза и глюкозо-6-фосфатаза.

Энергетический баланс глюконеогенеза из пирувата

В ходе этого процесса расходуются 6 моль АТФ на синтез 1 моль глюкозы из 2 моль пирувата. Четыре моль АТФ расходуются на стадии синтеза фосфоенолпирувата из оксалоацетата и ещё 2 моль АТФ на стадиях образования 1,3-бисфосфоглицерата из 3-фосфоглицерата.

Суммарный результат глюконеогенеза: 2 Пируват + 4 АТФ + 2 ГТФ + 2 (NADH + Н⁺)+ 4 Н₂0 → Глюкоза + 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 H₃PO₄ + 2 NAD⁺

Регуляция гликолиза и глюконеогенеза.

По сравнению с другими органами печень отличается наиболее сложным обменом глюкозы. Кроме пары противоположных процессов (синтеза и распада гликогена), в печени могут происходить ещё два противоположно направленных процесса - гликолиз и глюконеогенез. В большинстве других органов происходит только гликолиз. Переключение печени с гликолиза на глюконеогенез и обратно происходит с участием инсулина и глюкозагона и осуществляется с помощью: 1.) аллостерической регуляции активности ферментов; 2.) ковалентной модификации ферментов путём фосфорилирования/дефосфорилирования; 3.)индукции/репрессии синтеза ключевых ферментов.

Регуляторные воздействия направлены на ферменты, катализирующие необратимые стадии гликолиза и глюконеогенеза, сочетание которых называют "субстратными", или "холостыми" циклами.

"Субстратные" циклы - парные комбинации процессов синтеза и распада метаболитов. Как уже упоминалось, сочетание процессов синтеза и распада гликогена или необратимых реакций гликолиза и соответствующих им необратимых реакций глюконеогенеза может составить подобный цикл. Название "субстратный цикл" означает объединение реакций синтеза и распада субстрата. Название "холостой" отражает результат работы подобного цикла, заключающийся в бесполезном расходовании АТФ.

Направление реакции первого субстратного цикла регулируется главным образом концентрацией глюкозы. При пищеварении концентрация глюкозы в крови повышается (до 8-10 ммоль/л). Активность глюкокиназы в этих условиях максимальна. Вследствие этого ускоряется гликолитическая реакция образования глюкозо-6-фосфата.

Направление реакций второго субстратного цикла зависит от активности фосфофруктокиназы и фосфатазы фруктозо-1,6-бисфосфата. Активность этих ферментов зависит от концентрации фруктозо-2,6-бисфосфата. Фруктозо-2,6-бисфосфат - метаболит, образующийся в незначительных количествах из фруктозо-6-фосфата и выполняющий только регуляторные функции. Образование фруктозо-2,6-бисфосфата путём фосфорилирования фруктозо-6-фосфата катализируетбифункциональный фермент (БИФ), который катализирует также и обратную реакцию.

В регуляции третьего субстратного цикла основная роль принадлежит пируваткиназе, фосфорилированная форма которой неактивна, а дефосфорилированная – активна.

Координация скорости реакции II и III субстратных циклов достигается с помощью фруктозо-1,6-бисфосфата - продукта II субстратного цикла (гликолитическое направление), который является аллостерическим активатором пируваткиназы.

название	ферменты	активатор	ингибитор
гликолиз	Гексокиназа Фосфофруктокиназа Пируваткиназа	Гл-6-фосф Атф,цитрат Атф,аланин	Амф, фр 2-6-бифосф Фр 1-6 дифосф
глюконеогенз	Пируваткарбоксилаза Фосфоенолпируваткарбоксилаза Фруктозо 1-6 дифосфатаза	Адф Адф Амф, фр 2-6 бифосф	Ацитилкоа Ацетилкоа Цитрат, атф

Цикл Кори — совокупность биохимических ферментативных процессов транспорта лактата из мышц в печень, и дальнейшего синтеза глюкозы из лактата, катализируемое ферментами глюконеогенеза.