Распад глюкозы в аэробных и анаэробных условиях. Аэробный и анаэробный гликолиз

Гликолиз — SportWiki энциклопедия

Гликолиз – процесс распада одной молекулы глюкозы с выделением энергии, достаточной для "зарядки" двух молекул АТФ, протекает в саркоплазме под воздействием 10 специальных ферментов.

C6h22O6 + 2h4PO4 + 2АДФ = 2C3H6O3 + 2АТФ + 2h3O.

Гликолиз может протекать без потребления кислорода (такие процессы называются анаэробными) и с потреблением кислорода (аэробный гликолиз) способен быстро восстанавливать запасы АТФ в мышце.

При занятиях бодибилдингом и высокоинтенсивных упражнениях происходит анаэробный гликолиз, с образованием молочной кислоты.

Во время динамических нагрузок, таких как бег, плавание и т.п., происходит аэробный гликолиз.

Аэробный гликолиз происходит в митохондриях под воздействием специальных ферментов и требует затрат кислорода, а соответственно и времени на его доставку. Окисление происходит в несколько этапов, сначала идет гликолиз, но образовавшиеся в ходе промежуточного этапа этой реакции две молекулы пирувата не преобразуются в молекулы молочной кислоты, а проникают в митохондрии, где окисляются в цикле Кребса до углекислого газа СО2 и воды Н2О и дают энергию для производства еще 38 молекул АТФ. Суммарное уравнение реакции окисления глюкозы выглядит так:

C6h22O6 + 6O2 + 38АДФ + 38h4PO4 = 6CO2 + 44h3O + 38АТФ

Распад глюкозы по аэробному пути (аэробный гликолиз) дает энергию для восстановления 38 молекул АТФ. Аэробное окисление в 19 раз эффективнее анаэробного гликолиза.

"Внимание" Подробное описание в статье: Энергообеспечение мышечной деятельности

Анаэробный гликолиз глюкозы в эритроцитах, 2,3-БФГ и эффект Бора[править]

Рис. 18.1. Анаэробный гликолиз в эритроцитах

Рис. 18.2. Образование 2,3-бисфосфоглицерата в эритроцитах

Эритроциты транспортируют большое количество кислорода, которым снабжают все органы человека. По иронии судьбы сами они не могут использовать этот кислород. Источником энергии для эритроцитов служит глюкоза, при окислении которой в ходе анаэробного гликолиза в эритроцитах образуется АТФ (рис. 18.1). Аэробное окисление глюкозы в эритроцитах невозможно, так как в них отсутствуют митохондрии и вместе с ними все ферменты цикла Кребса. Кроме того, в них отсутствуют также ферменты, необходимые для окисления жирных кислот и использования кетоновых тел.

Функция эритроцитов — транспорт кислорода ко всем органам и тканям организма. Гемоглобин эритроцитов прочно связывается с кислородом, образуя оксигемоглобин. Однако в периферических тканях эритроциты должны отдать этот кислород другим клеткам. Это осуществляется благодаря явлению, известному под названием эффекта Бора. Эффект Бора создается благодаря двум факторам: протонам и 2,3-бисфосфоглицерату (рис. 18.2).

Протоны вытесняют кислород из оксигемоглобина

Работающим мышцам необходим АТФ, и поэтому в них интенсивно функционирует цикл Кребса. В цикле Кребса образуется диоксид углерода, который проникает в эритроциты и реагирует с водой, образуя угольную кислоту (эту реакцию катализирует карбоангидраза). Угольная кислота самопроизвольно диссоциирует, образуя бикарбонат и протон, что приводит к местному возрастанию концентрации протонов (Н+), т.е. понижению pH. Протоны высвобождают кислород из гемоглобина, и кислород диффундирует из эритроцитов в периферические ткани. Здесь он связывается с миоглобином и переносит кислород в дыхательную цепь, где он используется для синтеза АТФ путем окислительного фосфорилирования.

Высвобождение кислорода в периферических тканях: 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ) стабилизирует структуру дезоксигемоглобина. Помимо протонов, в создании эффекта Бора принимает участие 2,3-бисфосфоглицерат (2.3-БФГ) (рис. 18.2). В медицинской литературе распространено и другое название этого вещества — 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ). 2.3-БФГ образуется в анаэробных условиях в эритроцитах. Процесс образования 2,3-БФГ происходит в дополнительной реакции гликолиза, получившей название

2,3-БФГ-шунта (шунт Рапопорта-Люберинга) (рис. 18.2). В периферических тканях молекула 2,3-БФГ связывается с дезоксигемоглобином и стабилизирует его структуру, не позволяя ему захватывать кислород от соседней молекулы оксигемоглобина.

Связывание гемоглобина с кислородом в легких. Эритроциты переносят дезоксигемоглобин и связанный с ним СО2 в легкие. Поскольку в легких имеет место высокое парциальное давление кислорода, он вытесняет С02 из гемоглобина, и С02 выходит из легких при выдохе. Кислород связывается с гемоглобином, образуя оксигемоглобин, 2,3-БФГ вытесняется, и эритроциты переносят к периферическим тканям следующую порцию кислорода.

2.3- БФГ в норме и при патологии[править]

Эмбриональный гемоглобин имеет низкое сродство к 2,3-БФГ[править]

Гемоглобин — тетрамер. состоящий из двух альфа-цепей и двух бета-цепей. Фетальный гемоглобин имеет иное строение: он состоит из двух а-цепей и двух у-цепей. По сравнению с нормальным гемоглобином взрослого человека, фетальный гемоглобин имеет более низкое сродство к 2,3-БФГ. Это значит, что сродство к кислороду у фетального гемоглобина выше, чем у гемоглобина материнского организма. Благодаря этому происходит транспорт кислорода от материнского организма к азолу.

2.3- БФГ и высотная адаптация[править]

Предположим, что некий житель низин решил провести отпуск в горах. В первые дни отпуска даже незначительные физические нагрузки вызовут у него усталость и одышку. Но за несколько дней произойдет адаптация к высокогорью — в эритроцитах повысится концентрация 2,3-БФГ. Благодаря этому ткани станут получать кислород в достаточном количестве. несмотря на то что его концентрация в разреженном горном воздухе невысока. Повышение концентрации 2,3-БФГ — ответная реакция организма на недостаток кислорода

У курящих лиц концентрация 2,3-БФГ в эритроцитах выше, чем у некурящих. Так организм компенсирует сниженное вследствие постоянного воздействия угарного газа обеспечение тканей кислородом. Компенсаторное повышение уровня 2.3- БФГ также часто наблюдается у больных хроническими анемиями, обструктивной болезнью легких, при врожденных пороках сердца и муковисцидозе.

Энзимопатии гликолитического пути в эритроцитах[править]

В редких случаях из-за врожденной недостаточности гликолитических ферментов в эритроцитах развивается наследственная несфероцитарная гемолитическая анемия. Это заболевание может быть весьма тяжелым, поскольку в эритроцитах гликолиз — единственный путь синтеза и АТФ и 2.3-БФГ.

Нарушения гликолитического ферментативного аппарата могут по-разному сказываться на метаболизме 2.3-БФГ (рис. 18.2). Если нарушение расположено проксимально по отношению к 2.3-БФГ-шунту (например, при недостаточности гексокиназы, фосфоглюкоизомеразы или альдолазы А), уровень 2,3-БФГ будет снижен, так как будет снижена интенсивность синтеза его предшественников. Если же нарушение расположено после 2.3-БФГ-шунта (например, недостаточность пируваткиназы). концентрация 2.3-БФГ в эритроцитах будет повышена.

Кроме того, у ряда больных была обнаружена недостаточность бифункционального фермента шунта — БФГ-мутазы/2,3-БФГ-фосфагазы. У таких больных концентрация 2.3- БФГ была низкой.

Номенклатура альдолаз[править]

Чтобы учащийся не путал разные термины, необходимо разобраться в номенклатуре альдолаз. Альдолаза (полное название — фруктозо-1,6-бисфосфат-атьдолаза) по официальной номенклатуре называется D-глицеральдегид-З-фосфатлиазой (КФ 4.1.2.13). Она выполняет три функции:

катализирует реакцию конденсации дигидрокснацетон-фосфата и глицеральдегид-З-фосфата. Продукт этой реакции — фруктозо-1,6-бисфосфат;

катализирует расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата на лигилроксиацетонфосфат и минеральдегид-3-фосфат;

катализирует расщепление других, структурно близких фосфатов сахаров. Так. альдолаза катализирует расщепление фруктозо-1-фосфата на дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид (примечание: раньше фермент, выполняющий эту функцию, называли кетозо-1-фосфат-альдолазой. КФ 4.1.2.7).

У животных обнаружены три формы альдолазы.

Альдолаза А. Содержится в эритроцитах и мышцах. При наследственной гемолитической анемии в крови содержится дефектная форма альдолазы А.

Альдолаза В. Недостаточность альдолазы В приводит к наследственной непереносимости фруктозы. Альдолаза В присутствует в печени, почках и тонком кишечнике.

Альдолаза С. Содержится в головном мозге.

Взаимосвязь гликолиза и аэробных реакций[править]

Два способа оценки аэробных возможностей организма (прямая оценка показателя максимального устойчивого состояния по лактату и косвенная оценка аэробно-анаэробного перехода) основаны на классической теории активации гликолиза, предложенной А. Хиллом. В основу этой теории легла гипотеза о том, что активация гликолиза в мышечном волокне запускается при снижении аэробного ресинтеза АТФ. Основной причиной снижения аэробного ресинтеза АТФ должно быть неадекватное снабжение клетки кислородом, т.е. фактически снижение внутриклеточного парциального давления кислорода до критического уровня (0,1—0,5 мм рт. ст.), ниже которого нормальное функционирование митохондрий невозможно. Прямо проверить данное предположение оказалось методически достаточно сложно.

Относительно недавно появились исследования, в которых in situ было измерено внутримышечное парциальное давление кислорода, связанного с миоглобином, во время максимального теста с возрастающей нагрузкой в т. gracilis у собаки методом криомикроспектроскопии. Среднее парциальное давление кислорода, связанного с миоглобином, при работе на уровне МПК значительно выше критического и составляет 5,5 мм рт. ст., при этом не удается обнаружить связь между ПК мышцей или средним парциальным давлением кислорода в волокне и концентрацией лактата в мышце или суммарным выходом лактата из мышцы.

Сходные результаты получены при измерении внутримышечного парциального давления кислорода во время максимального теста с повышающейся нагрузкой (50-100% от пикового ПК) у тренированных велосипедистов в условиях in vivo при разгибании ноги в коленном суставе. Исследователи получили достаточно неожиданный результат. Оказалось, что парциальное давление кислорода в миоглобине не изменяется на протяжении всего теста с возрастающей нагрузкой (50—100% от пикового ПК) вплоть до отказа от работы. Среднее парциальное давление кислорода, связанного с миоглобином, составляет 3,1 мм рт. ст. Любопытно, при работе в гипоксических условиях (F,02—0,12) парциальное давление кислорода, связанного с миоглобином, оказывается достоверно ниже, чем в нормоксии и составляет 2,1 мм рт. ст. Оно также не изменяется во всем диапазоне нагрузок (50~100% от пикового ПК). При этом потребление кислорода тканями рабочей ноги, измеренное с помощью прямого метода (по Фику), линейно растет вплоть до отказа от работы, как в гипоксических, так и в нормоксических условиях.

Таким образом, даже при гипоксии во время максимальной нагрузки парциальное давление кислорода в миоглобине не падает ниже критического уровня. Однако при этом наблюдается увеличение скорости суммарного выхода лактата из рабочей мышцы, измеренное с помощью прямого метода. Причем работа в условиях гипоксии приводила к значительно более интенсивному выходу лактата (относительно нормированной мощности работы), чем работа в нормоксических условиях. На основании этих данных можно сделать вывод о том, что парциальное напряжение кислорода в активной мышечной клетке не является ключевым фактором, активирующим гликолиз. В то же время опыты с гипоксией дают основание полагать, что парциальное давление кислорода в цитоплазме может модулировать активность гликолиза. Увеличение суммарного выхода лактата из мышцы, как в условиях нормоксии, так и в условиях гипоксии, регулируется, главным образом, активацией симпато-адреналовой системы. Это подтверждается сходной динамикой концентрации адреналина в артериальной крови и суммарного выхода лактата из рабочей мышцы. Влияние симпато-адреналовой системы на гликолиз подтверждается и рядом других работ, в которых исследовали изменения концентрации катехоламинов во время нагрузки, а также опытами с применением бета-блокаторов.

Среди других возможных кандидатов на роль активаторов гликолиза выделяют: АДФ, АМФ, неорганический фосфат, отношение креатин/фосфокреатин и цитоплазматический окислительно-востановительный потенциал (НАДН+/НАД+).

Суммируя результаты описанных исследований, можно сказать, что парциальное давление кислорода в цитоплазме мышечной клетки не опускается до критичного уровня даже при работе максимальной аэробной мощности. Это означает, что активность гликолиза в мышечном волокне во время работы не зависит от скорости аэробного ресинтеза АТФ или, по крайней мере, зависит не только от нее.

sportwiki.to

Что называется гликолизом аэробным и анаэробным

что такое гликолиз Распад молекулы глюкозы называется гликолизом. Название «гликолиз» образуется из двух греческих слов «сладкий» и «растворение». В результате этого процесса образуется энергия, которой хватает для молекул АТФ. АТФ – это группа ферментов, содержащаяся в мышцах. Различают два вида гликолиза: аэробный и анаэробный. Как понятно из названий этих процессов, первый протекает с использованием кислорода, а второй – без него.

Самое интересное, что при интенсивных физических нагрузках (бодибилдинг, например) процесс распада глюкозы, происходит без потребления кислорода, поэтому в быстром темпе может восстановить АТФ в мышцах. Освободившейся энергии хватает на 2 молекулы. В результате этого процесса образуется молочная кислота (лактат).

При занятиях такими видами спорта, как плаванье, бег, аэробика, танцы, происходит аэробный гликолиз. Он требует наличие кислорода, проходит в несколько этапов, что замедляет сам процесс, но результат получается более качественный и устойчивый. Процесс проходит медленнее, чем анаэробный ещё и из-за необходимости затрат времени на доставку кислорода. После завершения первого этапа аэробного гликолиза, образовавшиеся молекулы не превращаются в молочную кислоту, а входят в цикл Кребса, где происходит распад на углекислый газ и воду. В результате образуется энергия, которой хватает для образования 38 молекул АТФ. То есть аэробный гликолиз эффективнее анаэробного в 19 раз.

Значение гликолиза аэробного и анаэробного для жизнедеятельности организма

Гликолиз аэробный и анаэробный является частью углеводного обмена или метаболизма в организме. Начинается он с поступления углеводов (полисахаридов и дисахаридов) в пищеварительный тракт, расщепления их на моносахариды, которые всасываются в кровь. Следующим этапом является распад гликогена, который проходит большей частью в печени. А затем следует гликолиз. Раньше под ним подразумевалось только анаэробное образование лактата, а в настоящее время к этому понятию относят и аэробный процесс. Он же является и завершающей стадией углеводного обмена.

Гликолиз важен для клеточных реакций, ведь именно он обеспечивает их энергией. В числе этих реакций и синтез белка (читайте про анализ крови на цереактивный белок). Благодаря этому процессу, вернее, его промежуточным продуктам, происходит синтез жиров. Особенно важен гликолиз при сокращении мышц. Когда поступает нервный импульс или раздражение из гликогена, образуется молочная кислота в результате гликолиза, это и является условием сокращения мышц, то есть выполнения всякой механической работы.

Такой важный процесс, как рост, тоже становится возможным во многом благодаря гликолизу. Этот процесс очень интенсивно протекает в растущих тканях. Это касается также опухолей и зародышей. При процессе гидролиза клетки активизируются для роста и размножения. С гликолизом связана работа сетчатки и коры головного мозга.

Гликолиз является главным путем утилизации глюкозы, но и особенный путь, при котором может использоваться кислород, если его достаточно, а может и не использоваться, если его нет. Именно благодаря такому уникальному свойству некоторое время физиологические процессы могут протекать и без кислорода. Гликолиз в крови связан с эритроцитами и лейкоцитами. В ходе последних исследований было установлено, что при наличии кислорода лейкоциты в 15 раз сильнее эритроцитов, а при анаэробных условиях – интенсивность возрастает в 40 раз.

Конечно, гликолиз важен для жирового обмена, для обмена веществ в организме. До конца этот процесс ещё не изучен. Особенно при наличии различных заболеваний и патологий (в частности, при сахарном диабете), изменения гликолиза только исследуются.

hematologiya.ru

Анаэробный гликолиз - самодостаточный процесс

Для стабильного протекания гликолиза в бескислородных условиях необходимы ряд простых условий:

поступление глюкозы,
наличие минимальных количеств АТФ для активации процесса на первом этапе и АДФ как акцептора для фосфатов на втором этапе,
пополнение запасов окисленного НАД для шестой реакции.

Если первые два условия подразумеваются сами собой, то для решения третьего условия существует специальное решение:

в анаэробных условиях образуемый в шестой, глицеральдегидфосфат-дегидрогеназной реакции, НАДН используется в одиннадцатой реакции для восстановления пирувата до лактата. Образуемый таким образом НАД опять возвращается в шестую реакцию. Следовательно, клетке не нужны дополнительные источники НАД и дополнительные способы уборки НАДН! Процесс поддерживается самостоятельно.

Процесс циклического восстановления и окисления НАД в реакциях анаэробного окисления глюкозы получил название гликолитическая оксидоредукция.

Схема гликолитической оксидоредукции НАД-НАДН

В аэробных условиях гликолитической оксидоредукции не происходит, НАДН отдает свои атомы водорода на челночные системы для их передачи в дыхательную цепь митохондрий.

Переключение между аэробным и анаэробным окислением происходит автоматически

Прекрасной иллюстрацией способности метаболизма переключаться с одного направления на другой без какого-либо дополнительного вмешательства является эффект Пастера.

Эффект Пастера

Это снижение потребления глюкозы и прекращение продукции молочной кислоты клеткой в присутствии кислорода.Биохимический механизм эффекта заключается в конкуренции за пируват между пируватдегидрогеназой, превращающей пируват в ацетил-S-КоА, и лактатдегидрогеназой, превращающей пируват в лактат.

У пируватдегидрогеназы сродство гораздо выше и в обычных аэробных условиях она окисляет большую часть пировиноградной кислоты. Как только поступление кислорода уменьшается (недостаток кровообращения, тромбоз и т.п.) происходит следующее:

внутримитохондриальные процессы дыхания не идут и НАДН в дыхательной цепи не окисляется,
моментально накапливающийся в митохондриях НАДН тормозит цикл трикарбоновых кислот,
ацетил-S-КоА не входит в ЦТК и ингибирует ПВК-дегидрогеназу.

В этой ситуации пировиноградной кислоте не остается ничего иного как превращаться в молочную.

При наличии кислорода ингибирование ПВК-дегидрогеназы прекращается и она, обладая большим сродством к пирувату, выигрывает конкуренцию.

Отличной иллюстрацией к сказанному служит чувствительность миокарда и нейронов к недостатку кислорода:

Роль лактатдегидрогеназы в клетке

В норме работу клеток нервной системы и миокарда при аэробных условиях обеспечивает большое количество митохондрий и поступление из крови субстратов для окисления – глюкозы, кетоновых тел,жирных кислот (только для миокарда), лактата, превращегося в пируват.

В основе высокой чувствительности этих органов к отсутствию кислорода лежит отличие изоферментов лактатдегидрогеназы(ЛДГ) друг от друга. Сердечный изофермент ЛДГ-1, обладая высоким сродством к молочной кислоте, переводит ее в пировиноградную, "стремясь" поднять концентрацию пирувата с целью его включения в цикл трикарбоновых кислот (только ваэробных условиях) и получения энергии для сокращения миокардиоцита.

При нехватке кислорода свойства ЛДГ-1 не изменятся, он по-прежнему будет сдвигать реакцию в сторону продукции пировиноградной кислоты ("справа-налево"). Однако "сгореть" в ЦТК пируват не может и выйти из клетки тоже не может, т.к. клеточные мембраны непроницаемы для него. Являясь кислотой, он закисляетцитозоль, изменяя активность ферментов и, возможно, как-то еще проявляет токсичность. Таким образом происходят необратимые повреждения кардиомиоцита и нейрона.

Важно то, что пировиноградная кислота является для клетки токсичным веществом, и клетке необходимо избавиться от нее каким угодно образом. Так как через мембраны она не проходит, то в целом обезвреживание может достигаться превращением пирувата 1) в лактат; 2) в ацетил-S-КоА; 3) в аланин, 4) в оксалоацетат.

В тоже время изофермент скелетной мышцы ЛДГ-5 обладает высоким сродством к пирувату, при отсутствии кислорода в клетке быстро и эффективно превращает его в молочную кислоту, обратная же реакция практически не идет. Закисление саркоплазмы снижает работоспособность миоцита, но молочная кислота не накапливается – она легко проходит через клеточные мембраны и быстро удаляется из мышцы. Скелетная мышца вновь становится работоспособной.

Таким образом, в анаэробных условиях сильнее всего будут страдать сердечная мышца и нервная система, что, собственно говоря, и наблюдается в медицинской практике.

studfiles.net

Общие реакции аэробного и анаэробного гликолиза

Количество просмотров публикации Общие реакции аэробного и анаэробного гликолиза - 911

Этапы гликолиза

ГЛИКОЛИЗ

Основные пути катаболизма глюкозы

ЛЕКЦИЯ № 8

Тема: Катаболизм глюкозы. Гликолиз.

Катаболизм глюкозы в клетке может проходить как в аэробных, так и в анаэробных условиях, его основная функция - это синтез АТФ.

В аэробных условиях глюкоза окисляется до СО2 и Н2О. Суммарное уравнение:

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2+ 6Н2О + 2880 кДж/моль.

Этот процесс включает несколько стадий:

1. Аэробный гликолиз — процесс окисления глюкозы до 2 молекул ПВК, с образованием 2 молекул АТФ и 2 молекул НАДН2;

2. Превращение 2 молекул ПВК в 2 молекулы ацетил-КоА с выделением 2 молекул СО2 и образованием 2 молекул НАДН2;

3. Окисление 2 молекул ацетил-КоА в ЦТК с выделением 4 молекул СО2, образованием 2 молекул ГТФ (дают 2 АТФ), 6 молекул НАДН2 и 2 молекул ФАДН2;

4. Реакции окисления 6 молекулами О2 10 (8) молекул НАДН2, 2 (4) молекул ФАДН2 с выделением 6 молекул Н2О и синтезом 34 (32) молекул АТФ в дыхательной цепи окислительного фосфорилирования.

В результате аэробного окисления глюкозы образуется 38 (36) молекул АТФ, из них: 4 АТФ в реакциях субстратного фосфорилирования, 34 (32) АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования. В случае если свободную энергию полного распада глюкозы 2880 кДж/моль сравнить с энергией гидролиза высокоэнергетических связей 38 моль АТФ (38 моль АТФ * 50 кДж на моль АТФ = 1900 кДж), то КПД аэробного окисления составит 65%.

Катаболизм глюкозы без кислорода идет в анаэробном гликолизе и ПФШ (ПФП). В ходе анаэробного гликолиза происходит окисления молекулы глюкозы до 2 молекул молочной кислоты с образованием 2 молекул АТФ. В анаэробных условиях гликолиз является единственным источником энергии. Суммарное уравнение: С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О.

Гликолиз – главный путь катаболизма глюкозы (фруктозы и галактозы). Все его реакции протекают в цитозоле.

Аэробный гликолиз - это процесс окисления глюкозы до ПВК, протекающий в присутствии О2.

Анаэробный гликолиз - ϶ᴛᴏ процесс окисления глюкозы до лактата͵ протекающий в отсутствии О2.

Анаэробный гликолиз отличается от аэробного только наличием последней 11 реакции, первые 10 реакций у них общие.

В любом гликолизе можно выделить 2 этапа. 1 этап подготовительный, в нем затрачивается 2 молекулы АТФ. Глюкоза фосфорилируется и расщепляется на 2 фосфотриозы. 2 этап, сопряжён с синтезом АТФ. На этом этапе фосфотриозы превращаются в ПВК. Энергия этого этапа используется для синтеза 10 молекул АТФ в аэробных условиях или 4 молекул АТФ в анаэробных условиях.

1. Гексокиназа (гексокиназа II, АТФ: гексозо-6-фосфотрансфераза) в мышцах фосфорилирует в основном глюкозу, меньше – фруктозу и галактозу.Кm<0,1 ммоль/л. Ингибитор глюкозо-6-ф, АТФ. Активатор адреналин. Индуктор инсулин.

Глюкокиназа (гексокиназа IV, АТФ: глюкозо-6-фосфотрансфераза) фосфорилирует глюкозу. Кm - 10 ммоль/л, активна в печени, почках. Не ингибируется глюкозо-6-ф. Индуктор инсулин. Гексокиназы осуществляют фосфорилирование гексоз.

2.Фосфогексозоизомераза (глюкозо-6ф-фруктозо-6ф-изомераза) осуществляет альдо-кетоизомеризацию открытых форм гексоз.

3.Фосфофруктокиназа 1 (АТФ: фруктозо-6ф-1-фосфотрансфераза) осуществляет фосфорилирование фруктозы-6ф. Реакция необратима и самая медленная из всех реакций гликолиза, определяет скорость всего гликолиза. Активируется: АМФ, фруктозо-2,6-дф (мощный активатор, образуется с участием фосфофруктокиназы 2 из фруктозы-6ф), фруктозо-6-ф, Фн. Ингибируется: глюкагоном, АТФ, НАДН2, цитратом, жирными кислотами, кетоновыми телами. Индуктор реакции инсулин.

4.Альдолаза А (фруктозо-1,6-ф: ДАФ-лиаза). Альдолазы действуют на открытые формы гексоз, имеют 4 субъединицы, образуют несколько изоформ. В большинстве тканей содержится Альдолаза А. В печени и почках – Альдолаза В.

5. Фосфотриозоизомераза (ДАФ-ФГА-изомераза).

6.3-ФГА дегидрогеназа (3-ФГА: НАД+ оксидоредуктаза (фосфорилирующая)) состоит из 4 субъединиц. Катализирует образование макроэргической связи в 1,3-ФГК и восстановление НАДН2, которые используются в аэробных условиях для синтеза 8 (6) молекул АТФ.

7.Фосфоглицераткиназа (АТФ: 3ФГК-1-фосфотрансфераза). Осуществляет субстратное фосфорилирование АДФ с образованием АТФ.

В следующих реакциях низкоэнергетический фосфоэфир переходит в высокоэнергетический фосфат.

8.Фосфоглицератмутаза (3-ФГК-2-ФГК-изомераза) осуществляет перенос фосфатного остатка в ФГК из положения 3 положение 2.

9.Енолаза (2-ФГК: гидро-лиаза) отщепляет от 2-ФГК молекулу воды и образует высокоэнергетическую связь у фосфора. Ингибируется ионами F-.

10.Пируваткиназа (АТФ: ПВК-2-фосфотрансфераза) осуществляет субстратное фосфорилирование АДФ с образованием АТФ. Активируется фруктозо-1,6-дф, глюкозой. Ингибируется АТФ, НАДН2, глюкагоном, адреналином, аланином, жирными кислотами, Ацетил-КоА. Индуктор: инсулин, фруктоза.

Образующаяся енольная форма ПВК затем неферментативно переходит в более термодинамически стабильную кетоформу. Данная реакция является последней для аэробного гликолиза.

Дальнейший катаболизм 2 молекул ПВК и использование 2 восстановленных НАДН2 зависит от наличия кислорода.

В аэробных условиях ПВК и водороды с НАДН2 транспортируются в матрикс митохондрий.

referatwork.ru

Распад глюкозы в аэробных и анаэробных условиях

Катаболизм глюкозы – основной поставщик энергии для большинства клеток организма.

Аэробный распад протекает в условиях достаточного снабжения тканей кислородом. Он включает несколько стадий:

1. Аэробный распад глюкозы до двух молекул пирувата в гиалоплазме клеток,который можно разделить на 2 этапа:

а)подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз.

б) основной этап, сопряженный с синтезом АТФ. В результате серии реакций фосфотриозы превращаются в пируват.

Превращение пирувата в ацетил-КоА и окисление последнего в цикле Кребса
Дыхательная цепь

Глюкозо-6-фосфат, образованный в результате фосфорилирования глюкозы с учас-тием АТФ, в ходе следующей реакции превращается в фруктозо-6-фосфат. Это обратимая реакция изомеризации протекает при участии глюкозофосфатизомеразы. Затем следует еще одна реакция фосфорилирования за счет АТФ, катализирует ее фосфофруктокиназа. В ходе этой реакции фруктозо-6-фосфат превращается в фруктозо-1,6-бисфосфат. Этот метаболит далее расщепляется на 2 триозофосфата: фосфоглицериноый альдегид (ФГА) и диоксиацетонфосфат (ДОАФ), реакцию катализирует альдолаза. В последующих реакциях гликолиза используется только ФГА, поэтому ДОАФ превращается с участием фермента триозофосфатизомеразы в ФГА. На этом подготовительный этап заканчивается.

Основной этап аэробного распада включает реакции, связанные с синтезом АТФ. Сна-чала происходит окисление ФГАпри участии ФГА-дегидрогеназы. Этот фермент является НАД+-зависимымым. Восстановленный НАД+ затем окисляется в дыхательной цепи (перенос НАДН в митохондрии, где находится дыхательная цепь, происходит при участии челночных механизмов, это связано с тем, что митохондриальная мембрана непроницаема для НАДН). Кроме того, свободная реакция окисления этой реакции концентрируется в макроэргической связи продукта реакции. Продуктом реакции является 1,3-бисфосфоглицерат. Для фосфорилирования используется Н3РО4. В следующей реакции высокоэнергетический фосфат передается на АДФ с образованием АТФ. Катализирует реакцию фосфоглицераткиназа. АТФ в данной реакции образуется путем субстратного фосфорилирования. Продуктом реакции является 3-фосфоглицерат. В следующей реакции происходит перенос фосфата из 3 положения во второе с образованием 2-фосфоглицерата. Из него при отщеплении воды образуется фосфоенолпируват – макроэргическое соединение, фосфатная группа которого в следующей реакции переносится на АДФ с образованием АТФ при участии пируваткиназы (это вторая реакция субстратного фосфорилирования). Продуктом реакции является пируват.

Во второй стадии пируват превращается в ацетил-КоА, который сгорает в цикле Кребса и дыхательной цепи (третья стадия) до СО2 и Н2О.

Всего при аэробном окислении глюкозы выделяется 32 АТФ.

Анаэробный гликолиз представляет собой распад глюкозы в анаэробных условиях (условиях недостаточного снабжения кислородом), поэтому он не зависит от работы митохондриальной дыхательной цепи. АТФ в гликолизе образуется путем субстратногофосфорилирования. Конечным продуктом является лактат (рис. 5).

Все реакции анаэробного гликолиза (11 реакций) протекают в гиалоплазме. Первые 10 реакций до пирувата идентичны аэробному распаду. В последней реакции происходит восстановление пирувата в лактат цитозольным НАДН. Реакцию эту катализирует лактатдегидрогеназа. С помощью этой реакции обеспечивается регенерация НАД+ из НАДН без участия дыхательной цепи в ситуациях, связанных с недостаточным снабжением клеток кислородом. Роль акцептора водорода от НАДН (подобно кислороду в дыхательной цепи) выполняет пируват. Таким образом, значение реакции восстановления пирувата заключается не в образовании лактата, а в том, что данная цитозольная реакция обеспечивает регенерацию НАД+. К тому же лактат не является конечным продуктом метаболизма, удаляемым из организма (лактат – тупиковый метаболит). Он выводится в кровь и утилизируется: либо превращается в глюкозу (75%), либо при доступности кислорода окисляется до СО2 и Н2О (25%).

Рис.5. Гликолиз

Энергетический выход анаэробного гликолиза составляет 2 АТФ.

Недостатками анаэробного гликолиза являются: малый энергетический выход по сравнению с аэробным распадом и накопление лактата, что приводит к ацидозу, усталости.

Достоинства гликолиза: он полезен при выполнении кратковременной работы, является единственным источником энергии для эритроцитов (в них отсутствуют митохондрии), а также необходим в разных органах при дефиците кислорода (наложение жгута, падение давления, нарушение кровотока).

Регуляция.Регуляторными ферментами гликолиза являются: гексокиназа, фосфофруктокиназа и пируваткиназа. Аллостерическими ингибиторами являются АТФ и цитрат. Стимулирует гликолиз инсулин, а тормозят глюкагон, глюкокортикостероиды. Катехоламины тормозят гликолиз в печени и активируют в мышцах.

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ

Некоторые ткани нуждаются в постоянном поступлении глюкозы. Когда поступление углеводов в составе пищи недостаточно, содержание глюкозы в крови некоторое время поддерживается в пределах нормы за счет расщепления гликогена в печени. Однако запасы гликогена в печени невелики, они практически полностью исчерпываются после суточного голодания. В этом случае в печени начинается глюконеогенез (ГНГ) – процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. В первую очередь это важно для головного мозга (он не может обеспечивать потребности в энергии за счет окисления жирных кислот) и эритроцитов – в них аэробный путь распада веществ невозможен из-за отсутствия митохондрий. Процесс в основном (на 90%) протекает в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек и слизистой тонкого кишечника.

Субстратами ГНГ являются лактат, аминокислоты, глицерин. Аминокислоты включаются в ГНГ при длительном голодании или продолжительной мышечной работе. Глицерин освобождается в процессе липолиза из жировой ткани в период голодания или при

длительной физической нагрузке. Лактат – продукт анаэробного гликолиза. Его источником в покое являются эритроциты, а при работе – мышцы. Таким образом, лактат используется в глюконеогенезе постоянно. Большинство реакций глюконеогенеза протекает за счет обратимых реакций гликолиза и катализируется теми же ферментами. Однако три реакции гликолиза необратимы. На этих стадиях реакции ГНГ протекают другими путями (обходные пути ГНГ).

Первая необратимая реакция – образование из пирувата фосфоенолпирувата . В ГНГ это происходит в ходе двух реакций. Пируват в митохондриях карбоксилируется с образованием оксалоацетата при участии пируваткарбоксилазы – биотинзависимого фермента. Реакция протекает с использованием энергии АТФ. Дальнейшие превращения оксалоацетата протекают в цитозоле. Фосфоенолпируваткарбоксикиназа с затратой энергии ГТФ превращает оксалоацетат в фосфоенолпируват. Дальнейшие реакции ГНГ вплоть до образования фруктозо-1,6-бисфосфата протекают в цитозоле и катализируются гликолитическими ферментами. Затем следует еще одна необратимая реакция ГНГ, катализируемая фруктозо-1,6-бисфосфатазой, в которой происходит отщепление остатка фосфорной кислоты гидролитическим путем. Образующийся при этом фруктозо-6-фосфат гликолитическим ферментом изомеризуется до глюкозо-6-фосфата, от которого отщепляется остаток фосфорной кислоты при участии еще одного необратимо работающего фермента – глюкозо-6-фосфатазы. Образовавшаяся свободная глюкоза из клетки выходит в кровь. В ходе ГНГ расходуется 6 моль АТФ на синтез 1 моль глюкозы из пирувата или лактата.

Ключевыми ферментами ГНГ, катализирующими необратимые обходные реакции, являются: пируваткарбоксилаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа, фруктозо-1,6-бисфосфатаза и глюкозо-6-фосфатаза. Активируют ГНГ аллостерически АТФ и цитрат, обязательным активатором первого фермента является ацетил-КоА. ГНГ усиливают гормоны: глюкагон, глюкокортикостероиды. Тормозит ГНГ гормон покоя и сытости – инсулин.

Лактат, образовавшийся в ходе анаэробного гликолиза, не является конечным продуктом метаболизма. Использование лактата связано с его превращением в печени в пируват и с дальнейшим использованием последнего. Лактат, поступивший из интенсивно работающих мышц, выходит в кровь, а затем поступает в печень. В печени в лактатдегидрогеназной реакции лактат превращается в пируват, который включается в ГНГ, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и поглощается скелетными мышцами. Эту последовательность событий называют «глюкозо-лактатным циклом», или «циклом Кори». Цикл Кори выполняет две важнейшие функции: обеспечивает утилизацию лактата и предотвращает лактатацидоз. Часть пирувата, образовавшегося из лактата (25%), окисляется печенью до СО2 и Н2О с освобождением энергии.

studfiles.net

9.2.1. Анаэробный гликолиз

!!! Анаэробный гликолиз это расщепление глюкозы в отсутствии или при недостаточном количестве кислорода.

Анаэробный гликолиз включает те же реакции, что и аэробный гликолиз до пирувата, но с последующим превращением пирувата в лактат.

Последовательность реакций анаэробного гликолиза представлена на рисунке 9.2:

Рис. 9.2. Схема гликолиза в анаэробных условиях:Ф1 — гексокиназа; Ф2 — глюкозофосфатизомераза; Ф3 — фофсофруктокиназа; Ф4 — фруктозо-1,6-дифосфатальдолаза; Ф5 — триозофосфатизомераза; Ф6 — 3-ФГА-дегидрогеназа; Ф7 — фофсоглицерокиназа; Ф8 — фосфоглицеромутаза; Ф9 — енолаза; Ф10 — пируваткиназа; Ф11 — лактатдегидрогеназа

Условно гликолиз можно разделить на две стадии:

- первая стадия гликолиза – стадия активации глюкозы, которая включает пять реакций и завершается расщеплением углеродного скелета глюкозы на две молекулы трёхуглеродного скелета – глицероальдегидфосфата;

- вторая стадия – синтез молекул АТФ, в которой энергия окислительных реакций трансформируется в химическую энергию АТФ по механизму субстратного фосфорилирования.

I. Стадия активации глюкозы:

1) Необратимая реакция фосфорилирования глюкозы и образования глюкозо-6-фосфата, катализируемая ферментом гексокиназой.

2) Обратимая реакция кето-альдольной изомеризации глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат, катализируемая ферментом глюкозо-6-фосфатизомеразой.

3) Необратимая реакция фосфорилирования фруктозо-6-фосфата молекулой АТФ до фруктозо-1,6-дифосфата, катализируемая ферментом фосфофруктокиназой.

4) Обратимая реакция расщепления связи С-С во фруктозо-1,6- дифосфате на две триозы дигидрооксиацетон-3-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат, катализируемые ферментом альдолазой.

5) Обратимая реакция кето-альдольной изомеризации дигидроксиацетон-3-фосфата в глицеральдегид-3-фосфат, катализируемая ферментом триозофосфатизомеразой.

II. Стадия синтеза атф:

6) Обратимая реакция окисления глицероальдегид-3-фосфата до 1,3-фосфоглицерата, которая катализируется ферментом глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой.

!!! Эта реакция позволяет высокую энергию окисления альдегидной группы аккумулировать в виде макроэргической связи АТФ.

7) Обратимая реакция субстратного фосфорилирования АДФ и образования АТФ, при которой происходит перенос богатого энергией фосфорильного остатка с 1,3-дифосфоглицерата на АДФ. Реакция катализируется фосфоглицераткиназой.

8) Обратимая реакция изомериизации 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат, катализируемая ферментом фосфоглицератмутазой.

9) Обратимая реакция енолизации, в процессе которой отщепление молекулы воды от 2-фосфоглицерата приводит к образованию макроэргической связи в фосфоеноилпирувате. Реакция катализируется ферментом енолазой.

10) Необратимая реакция субстратного фосфорилирования АДФ и образования АТФ, при которой происходит разрыв макроэргитечской связи и перенос фосфорильного остатка от фосфоэнолпирувата на АДФ. Катализируется эта реакция ферментом пируваткиназой.

11) Обратимая реакция восстановления пирувата до лактката происходит в анаэробных условиях при участии фермента лактатдегидрогеназы, коферментом которой является восстановленная форма НАДН∙Н+

Специфические характеристики анаэробного гликолиза (отличие от аэробного гликолиза):

Во-первых, при анаэробном гликолизе окисление НАДН∙Н+ осуществляется независимо от дыхательной цепи. В этом случае акцептором водорода от НАДН∙Н+ является пируват, который восстанавливается в лактат.

Во-вторых, образование АТФ при анаэробном гликолизе идёт за счет субстратного фосфорилирования, когда для фосфорилирования АДФ используется энергия макроэргической связи субстрата (реакции 7, 10).

studfiles.net

Aнаэробный гликолиз — Новая медицинская энциклопедия

Анаэробный гликолиз — это восстановление пировиноградной кислоты до молочной кислоты (лактата) в анаэробном процессе, поэтому в микробиологии его называют молочнокислым брожением. Лактат является метаболическим тупиком и далее ни во что не превращается, единственная возможность утилизовать лактат — это окислить его обратно в пируват.

Многие клетки организма способны к анаэробному окислению глюкозы. Для эритроцитов он является единственным источником энергии. Клетки скелетной мускулатуры за счет бескислородного расщепления глюкозы способны выполнять мощную, быструю, интенсивную работу, как, например, бег на короткие дистанции, напряжение в силовых видах спорта. Вне физических нагрузок бескислородное окисление глюкозы в клетках усиливается при гипоксии — при различного рода анемиях, при нарушении кровообращения в тканях независимо от причины.

Бескислородное окисление глюкозы включает два этапа

Анаэробное превращение глюкозы локализуется в цитозоле и включает два этапа из 11 ферментативных реакций.

Первый этап гликолиза

Первый этап гликолиза

Первый этап гликолиза — подготовительный, здесь происходит затрата энергии АТФ, активация глюкозы и образование из нее триозофосфатов.

Первая реакция гликолиза сводится к превращению глюкозы в реакционно-способное соединение за счет фосфорилирования 6-го, не включенного в кольцо, атома углерода. Эта реакция является первой в любом превращении глюкозы, катализируется гексокиназой.

Вторая реакция необходима для выведения еще одного атома углерода из кольца для его последующего фосфорилирования (фермент изомераза). В результате образуется фруктозо-6-фосфат.

Третья реакция — фермент фосфофруктокиназа фосфорилирует фруктозо-6-фосфат с образованием почти симметричной молекулы фруктозо-1,6-дифосфата. Эта реакция является главной в регуляции скорости гликолиза.

В четвертой реакции фруктозо-1,6-дифосфат разрезается пополам фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазой с образованием двух фосфорилированных триоз-изомеров — альдозы глицеральдегида (ГАФ) и кетозы диоксиацетона (ДАФ).

Пятая реакция подготовительного этапа — переход глицеральдегидфосфата и диоксиацетонфосфата друг в друга при участии триозофосфатизомеразы. Равновесие реакции сдвинуто в пользу диоксиацетонфосфата, его доля составляет 97 %, доля глицеральдегидфосфата — 3 %. Эта реакция, при всей ее простоте, определяет дальнейшую судьбу глюкозы:

при нехватке энергии в клетке и активации окисления глюкозы диоксиацетонфосфат превращается в глицеральдегидфосфат, который далее окисляется на втором этапе гликолиза:
при достаточном количестве АТФ, наоборот, глицеральдегидфосфат изомеризуется в диоксиацетонфосфат, и последний отправляется на синтез жиров.

Второй этап гликолиза

Второй этап гликолиза

Второй этап гликолиза — это освобождение энергии, содержащейся в глицеральдегидфосфате, и запасание ее в форме АТФ.

Шестая реакция гликолиза (фермент глицеральдегидфосфат-дегидрогеназа) — окисление глицеральдегидфосфата и присоединение к нему фосфорной кислоты приводит к образованию макроэргического соединения 1,3-дифосфоглицериновой кислоты и НАДН.

В седьмой реакции (фермент фосфоглицераткиназа) энергия фосфоэфирной связи, заключенная в 1,3-дифосфоглицерате тратится на образование АТФ. Реакция получила дополнительное название — реакция субстратного фосфорилирования, что уточняет источник энергии для получения макроэргической связи в АТФ (от субстрата реакции) в отличие от окислительного фосфорилирования (от электрохимического градиента ионов водорода на мембране митохондрий).

Восьмая реакция — синтезированный в предыдущей реакции 3-фосфоглицерат под влиянием фосфоглицератмутазы изомеризуется в 2-фосфоглицерат.

Девятая реакция — фермент енолаза отрывает молекулу воды от 2-фосфоглицериновой кислоты и приводит к образованию макроэргической фосфоэфирной связи в составе фосфоенолпирувата.

Десятая реакция гликолиза — еще одна реакция субстратного фосфорилирования — заключается в переносе пируваткиназой макроэргического фосфата с фосфоенолпирувата на АДФ и образовании пировиноградной кислоты.

Последняя реакция бескислородного окисления глюкозы, одиннадцатая — образование молочной кислоты из пирувата под действием лактатдегидрогеназы. Важно то, что эта реакция осуществляется только в анаэробных условиях. Эта реакция необходима клетке, так как НАДН, образующийся в 6-й реакции, в отсутствие кислорода не может окисляться в митохондриях.

У плода и детей первых месяцев жизни преобладает анаэробный распад глюкозы, в связи с чем концентрация молочной кислоты в крови у них выше чем у взрослых.

При наличии кислорода пировиноградная кислота переходит в митохондрию и превращается в ацетил-S-КоА.

Анаэробный гликолиз — самодостаточный процесс

Для стабильного протекания гликолиза в бескислородных условиях необходимы ряд простых условий:

поступление глюкозы;
наличие минимальных количеств АТФ для активации процесса на первом этапе и АДФ как акцептора для фосфатов на втором этапе;
пополнение запасов окисленного НАД для шестой реакции.

в анаэробных условиях образуемый в шестой, глицеральдегидфосфат-дегидрогеназной реакции, НАДН используется в одиннадцатой реакции для восстановления пирувата до лактата. Образуемый таким образом НАД опять возвращается в шестую реакцию. Следовательно, клетке не нужны дополнительные источники НАД и дополнительные способы уборки НАДН! Процесс поддерживается самостоятельно.

Схема гликолитической оксидоредукции НАД-НАДН

Примечания

См. также

terra-medica.ru