Publicitate pe portal

Importanța glicolizei pentru organism. Glicoliza. Sunt un pas. Formarea izomerilor de trioză fosfat

Glicoliza este principalul proces de catabolizare a diferitelor carbohidrați pentru multe organisme vii. Acesta este cel care permite generarea energiei sub formă de molecule de ATP în acele celule în care nu are loc fotosinteza. Glicoliza anaerobă are loc în prezența sau absența oxigenului.

Specificul procesului

Numeroase studii ale esenței chimice a acestui proces au demonstrat că etapele inițiale ale fermentației și respirației au asemănări. Datorită acestei descoperiri, oamenii de știință au explicat unitatea din lumea vie. Glicoliza anaerobă are loc după ce ciclul acidului tricarboxilic s-a încheiat și transferul de electroni liberi s-a încheiat. Piruvatul intră în mitocondrii și este oxidat în dioxid de carbon. Aceasta are ca rezultat eliberarea de energie liberă din hexoză. Enzimele care accelerează reacțiile glicolitice se găsesc în formă solubilă în citosol în multe celule. Acceleratorii procesului de oxidare a hexozei, care are loc în prezența oxigenului, sunt concentrați în membranele mitocondriale.

Pentru a împărți o moleculă de carbohidrați care conține șase atomi de carbon în două molecule, este necesară prezența a zece enzime active. Cercetătorii au putut să le identifice în formă pură, studiază caracteristicile lor fizice și chimice.

Etapele procesului

Procesul de glicoliză are loc în celulele organismelor vii. Este însoțită de formarea acidului piruvic și constă din mai multe etape. Pentru defecțiunea respiratorie, glucoza trebuie activată. Un proces similar are loc atunci când un atom de carbon este fosforilat atunci când interacționează cu ATP.

glucoză + ATP = glucoză-6-fosfat + ADP

Pentru a realiza această interacțiune chimică, se folosesc cationi de magneziu și hexokinaza (enzimă). Apoi, produsul de reacție este izomerizat în fructoză-6-fosfat. Enzima fosfoglucoizomeraza este utilizată ca catalizator.

Glicoliza glucozei este caracterizată de o altă etapă în care este implicat ATP. Adăugarea de acid fosforic are loc la primul atom de carbon din fructoză. Etapele ulterioare ale glicolizei sunt asociate cu decuplarea fructozei-1,6-difosfatului rezultat la trioze, formarea PGA (3-fosfogliceraldehidă).

Glicoliza este un proces în mai multe etape asociat cu eliberarea de energie. Când o moleculă de glucoză este descompusă, se obțin două molecule de PHA, așa că se repetă.

Glicoliza este un proces care este rezumat prin ecuația:

C6H12O6 + 2ATP + 2NAD + 2Pn + 4ADP → 2PVK 2NADH + 2H+ + 4ATP + 2ADP

Reglarea glicolizei

Glicoliza este un proces important pentru un organism viu. Acesta are drept scop îndeplinirea a două funcții:

  • generarea de ATP în timpul descompunerii moleculelor de hexoză;
  • transportul blocurilor de construcție pentru procesul de sinteză ulterior.

Reglarea acestui proces are ca scop satisfacerea pe deplin a acestor nevoi ale unei celule vii. Reacțiile în care enzimele acționează ca catalizatori sunt ireversibile.

De o importanță deosebită în implementarea funcției de reglare este fosfofructokinaza. Această enzimă îndeplinește o funcție de reglare și caracterizează viteza procesului.

Semnificație fiziologică

Glicoliza poate fi considerată o metodă universală de catabolism al glucozei. Este folosit activ de organismele pro- și eucariote. Enzimele care catalizează glicoliza se dizolvă în apă și se acumulează în citosol. Unele celule și țesuturi animale pot cataboliza hexoza numai prin glicoliză. De exemplu, celulele canalului renal și neuronii creierului au abilități similare.

Există unele diferențe în rolul fiziologic al glicolizei în țesutul adipos și ficat. În timpul digestiei în țesutul adipos și în ficat, acest proces este o sursă de substraturi utilizate în sinteza grăsimilor.

Unele țesuturi vegetale stochează amidonul în tuberculi. Plantele acvatice obțin energie prin glicoliză.

În condiții anaerobe, piruvatul este transformat în etanol și lactat. Procesul este însoțit de eliberarea unei cantități mari de energie.

Glicoliza are o semnificație fiziologică semnificativă în adipocite. Cu ajutorul lui, în locul procesului oxidativ, are loc lipogeneza, care reduce stresul oxidativ.

Semnificație medicală

Pe măsură ce lactatul, care se formează în condiții anaerobe, se acumulează, în sânge se dezvoltă acidoza lactică. Aceasta duce la o scădere a reacției mediului sanguin, care este însoțită de tulburări severe ale metabolismului celular. Un proces similar are loc în timpul proceselor patologice asociate cu alimentarea insuficientă cu oxigen a țesuturilor. De exemplu, cu infarct miocardic, sângerare, embolie pulmonară. Acest proces este cauzat de diabetul zaharat, în care are loc un proces anaerob în locul glicolizei aerobe.

Având în vedere că insulina este un accelerator al glicolizei, în diabetul de tip 1 se înregistrează o încetinire a glicolizei. De aceea acele medicamente care stimulează enzimele utilizate pentru acest proces îndeplinesc funcția de tratare a bolii.

Concluzie

Glicoliza este un proces care este necesar pentru funcționarea completă a organismelor. În cancer, consumul de glucoză crește de zece ori, astfel încât viabilitatea celulelor tumorale depinde de glicoliză.

După un studiu detaliat al particularităților acestui proces, oamenii de știință au putut folosi glicoliza nu numai pentru a hrăni celulele, ci și pentru a trata anumite boli.

ÎN proces anaerob acidul piruvic este redus la acid lactic (lactat), prin urmare în microbiologie glicoliza anaerobă se numește fermentație lactică. Lactatul este metabolic capat de drumși apoi nu se transformă în nimic, singura modalitate de a utiliza lactatul este să-l oxidați înapoi în piruvat.

Multe celule din organism sunt capabile de oxidarea anaerobă a glucozei. Pentru globule rosii este singura sursă de energie. Celulele muschii scheletici Datorită descompunerii fără oxigen a glucozei, ele sunt capabile să funcționeze puternic, rapid, muncă intensă, cum ar fi sprintul, tensiunea în sporturile de forță. În afara activității fizice, oxidarea fără oxigen a glucozei în celule crește în timpul hipoxiei - cu diferite feluri anemie, la tulburări circulatoriiîn țesuturi, indiferent de cauză.

Glicoliza

Transformarea anaerobă a glucozei este localizată în citosolși implică două etape a 11 reacții enzimatice.

Prima etapă a glicolizei

Prima etapă a glicolizei este pregătitoare, aici se consumă energie ATP, se activează și se formează glucoza din aceasta trioză fosfați.

Prima reacție Glicoliza se reduce la conversia glucozei într-un compus reactiv datorită fosforilării celui de-al 6-lea atom de carbon care nu este inclus în inel. Această reacție este prima în orice conversie a glucozei, catalizată de hexokinază.

A doua reacție este necesar să se elimine un alt atom de carbon din inel pentru fosforilarea lui ulterioară (enzimă glucoza fosfat izomeraza). Ca rezultat, se formează fructoză-6-fosfat.

A treia reacție– enzimă fosfofructokinaza fosforilează fructoza-6-fosfatul pentru a forma o moleculă aproape simetrică de fructoză-1,6-bifosfat. Această reacție este principala în reglarea vitezei de glicoliză.

ÎN a patra reacție fructoza 1,6-bisfosfat este tăiată în jumătate fructoză-1,6-difosfat- aldolaza cu formarea a doi izomeri trioze fosforilate - aldoza gliceraldehidă(GAF) și cetoze dioxiacetonă(DAF).

A cincea reacție etapa pregătitoare - tranziția fosfatului de gliceraldehidă și a fosfatului de dioxiacetonă unul în celălalt, cu participarea triozofosfat izomeraza. Echilibrul reacției este deplasat în favoarea fosfatului de dihidroxiacetonă, ponderea sa este de 97%, ponderea fosfatului de gliceraldehidă este de 3%. Această reacție, în ciuda simplității sale, determină soarta ulterioară a glucozei:

  • atunci când există o lipsă de energie în celulă și activarea oxidării glucozei, fosfatul de dihidroxiacetonă este transformat în fosfat de gliceraldehidă, care este oxidat în continuare în a doua etapă a glicolizei,
  • cu o cantitate suficientă de ATP, dimpotrivă, fosfatul de gliceraldehidă se izomerizează în dihidroxiacetonă fosfat, iar acesta din urmă este trimis pentru sinteza grăsimilor.

A doua etapă a glicolizei

A doua etapă a glicolizei este eliberare de energie, conținute în fosfat de gliceraldehidă, și depozitându-l sub formă ATP.

A șasea reacție glicoliză (enzimă gliceraldehidă fosfat dehidrogenază) – oxidarea fosfatului de gliceraldehidă și adăugarea acidului fosforic la acesta conduce la formarea unui compus cu energie înaltă de acid 1,3-difosfogliceric și NADH.

ÎN a șaptea reacție(enzimă fosfoglicerat kinaza) energia legăturii fosfoesterice conținută în 1,3-difosfoglicerat este cheltuită pentru formarea ATP. Reacția a primit o denumire suplimentară -, care clarifică sursa de energie pentru obținerea unei legături de înaltă energie în ATP (din substratul de reacție), spre deosebire de fosforilarea oxidativă (din gradient electrochimic ioni de hidrogen pe membrana mitocondrială).

A opta reacție– 3-fosfoglicerat sintetizat în reacția anterioară sub influență fosfoglicerat mutaza izomerizează la 2-fosfoglicerat.

A noua reacție– enzimă enolaza extrage o moleculă de apă din acidul 2-fosfogliceric și duce la formarea unei legături fosfoester de înaltă energie în compoziția fosfoenolpiruvatului.

A zecea reacție glicoliza este alta reacția de fosforilare a substratului– constă în transferul fosfatului de înaltă energie de către piruvat kinaza de la fosfoenolpiruvat în ADP și formarea acidului piruvic.

revizuire generală

Calea glicolitică constă din 10 reacții secvențiale, fiecare dintre ele catalizată de o enzimă separată.

Procesul de glicoliză poate fi împărțit în două etape. Prima etapă, care are loc cu consumul de energie a 2 molecule de ATP, constă în divizarea unei molecule de glucoză în 2 molecule de gliceraldehidă-3-fosfat. În a doua etapă, are loc oxidarea dependentă de NAD a gliceraldehidei-3-fosfatului, însoțită de sinteza ATP. Glicoliza în sine este completă proces anaerob, adică nu necesită prezența oxigenului pentru ca reacțiile să apară.

Glicoliza este unul dintre cele mai vechi procese metabolice, cunoscut în aproape toate organismele vii. Probabil, glicoliza a apărut cu mai bine de 3,5 miliarde de ani în urmă la procariotele primordiale.

Localizare

În celulele organismelor eucariote, zece enzime care catalizează descompunerea glucozei în PVC sunt localizate în citosol, toate celelalte enzime legate de metabolismul energetic, - în mitocondrii şi cloroplaste. Glucoza intră în celulă în două moduri: simport dependent de sodiu (în principal pentru enterocite și epiteliul tubular renal) și difuzia facilitată a glucozei folosind proteine ​​purtătoare. Lucrarea acestor proteine ​​transportoare este controlată de hormoni și, în primul rând, de insulină. Insulina stimulează cel mai puternic transportul glucozei în mușchi și țesutul adipos.

Rezultat

Rezultatul glicolizei este conversia unei molecule de glucoză în două molecule de acid piruvic (PVA) și formarea a doi echivalenți reducători sub forma coenzimei NAD∙H.

Ecuația completă pentru glicoliză este:

Glucoză + 2NAD + + 2ADP + 2P n = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H 2O + 2H + .

În absența sau deficiența oxigenului în celulă, acidul piruvic suferă reducerea la acid lactic, apoi ecuație generală glicoliza va fi astfel:

Glucoză + 2ADP + 2P n = 2lactat + 2ATP + 2H2O.

Astfel, în timpul descompunerii anaerobe a unei molecule de glucoză, randamentul net total de ATP este de două molecule obținute în reacțiile de fosforilare a substratului ADP.

În organismele aerobe, produșii finali ai glicolizei suferă transformări ulterioare în ciclurile biochimice legate de respirația celulară. Ca rezultat, după oxidarea completă a tuturor metaboliților unei molecule de glucoză în ultima etapă a respirației celulare - fosforilarea oxidativă, care apar pe mitocondrial lanțul respiratorîn prezența oxigenului, se sintetizează încă 34 sau 36 de molecule de ATP pentru fiecare moleculă de glucoză.

cale

Prima reacție glicoliza este fosforilare molecule de glucoză, care apare cu participarea hexokinazei enzimei specifice țesutului cu consumul de energie a 1 moleculă de ATP; se formează forma activă de glucoză - glucoză-6-fosfat (G-6-F):

Pentru ca reacția să aibă loc, este necesară prezența ionilor de Mg 2+ în mediu, cu care se leagă complex molecula de ATP. Această reacție este ireversibilă și este prima reacția cheie a glicolizei.

Fosforilarea glucozei are două scopuri: în primul rând, datorită faptului că membrana plasmatică, permeabilă la molecula neutră de glucoză, nu permite trecerea moleculelor G-6-P încărcate negativ, glucoza fosforilată este blocată în interiorul celulei. În al doilea rând, în timpul fosforilării, glucoza este transformată într-o formă activă care poate participa la reacții biochimice și poate fi inclusă în ciclurile metabolice.

Izoenzima hepatică a hexokinazei, glucokinaza, este importantă în reglarea nivelului de glucoză din sânge.

În următoarea reacție ( 2 ) de către enzima fosfoglucoizomeraza G-6-P este transformată în fructoză 6-fosfat (F-6-F):

Nu este nevoie de energie pentru această reacție și reacția este complet reversibilă. În această etapă, fructoza poate fi inclusă și în procesul de glicoliză prin fosforilare.

Apoi urmează aproape imediat una după alta două reacții: fosforilarea ireversibilă a fructozei-6-fosfatului ( 3 ) și clivaj aldolic reversibil al rezultatului fructoză 1,6-bifosfat (F-1,6-bF) în două trioze ( 4 ).

Fosforilarea P-6-P este efectuată de fosfofructokinază cu cheltuirea de energie a unei alte molecule de ATP; acesta este al doilea reacția cheie glicoliză, reglarea acesteia determină intensitatea glicolizei în ansamblu.

Clivaj aldolic F-1,6-bF apare sub acțiunea fructozo-1,6-bisfosfat aldolazei:

Ca rezultat al celei de-a patra reacții, dihidroxiacetonă fosfatȘi gliceraldehidă-3-fosfat, iar primul este aproape imediat sub influență fosfotrioza izomeraza trece la a doua ( 5 ), care participă la transformări ulterioare:

Fiecare moleculă de gliceraldehidă fosfat este oxidată de NAD+ în prezența gliceraldehidă fosfat dehidrogenază inainte de 1,3-difosfoglicerat (6 ):

Urmează cu 1,3-difosfoglicerat conţinând o legătură de înaltă energie în poziţia 1, enzima fosfoglicerat kinaza transferă un reziduu de acid fosforic către molecula ADP (reacţie 7 ) - se formează o moleculă de ATP:

Aceasta este prima reacție de fosforilare a substratului. Din acest moment, procesul de descompunere a glucozei încetează să mai fie neprofitabil din punct de vedere energetic, deoarece costurile energiei din prima etapă sunt compensate: se sintetizează 2 molecule de ATP (una pentru fiecare 1,3-difosfoglicerat) în locul celor două cheltuite în reacții 1 Și 3 . Pentru ca această reacție să apară, este necesară prezența ADP în citosol, adică atunci când există un exces de ATP în celulă (și o lipsă de ADP), viteza acestuia scade. Deoarece ATP, care nu este metabolizat, nu se depune în celulă, ci este pur și simplu distrus, această reacție este un regulator important al glicolizei.

Apoi secvenţial: se formează fosfoglicerol mutază 2-fosfoglicerat (8 ):

Forme de enolază fosfoenolpiruvat (9 ):

În cele din urmă, a doua reacție de fosforilare a substratului ADP are loc cu formarea formei enolice de piruvat și ATP ( 10 ):

Reacția are loc sub acțiunea piruvat kinazei. Aceasta este ultima reacție cheie a glicolizei. Izomerizarea formei enolice de piruvat la piruvat are loc neenzimatic.

De la formarea sa F-1,6-bF Apar doar reacțiile care eliberează energie 7 Și 10 , în care are loc fosforilarea substratului ADP.

Dezvoltare în continuare

Soarta finală a piruvatului și a NAD∙H produse în timpul glicolizei depinde de organism și de condițiile din interiorul celulei, în special de prezența sau absența oxigenului sau a altor acceptori de electroni.

În organismele anaerobe, piruvatul și NAD∙H sunt fermentate în continuare. În timpul fermentației acidului lactic, de exemplu în bacterii, piruvatul este redus la acid lactic de către enzima lactat dehidrogenază. În drojdie, un proces similar este fermentația alcoolică, unde produsele finale sunt etanolul și dioxidul de carbon. De asemenea, sunt cunoscute fermentarea acidului butiric și acidului citric.

Fermentarea acidului butiric:

Glucoză → acid butiric + 2 CO 2 + 2 H 2 O.

Fermentația alcoolică:

Glucoză → 2 etanol + 2 CO 2 .

Fermentarea acidului citric:

Glucoză → acid citric + 2 H 2 O.

Fermentarea este importantă în industria alimentară.

În aerobi, piruvatul intră de obicei în ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs), iar NAD∙H este în cele din urmă oxidat de oxigenul din lanțul respirator din mitocondrii în timpul procesului de fosforilare oxidativă.

Deși metabolismul uman este predominant aerob, oxidarea anaerobă are loc în mușchii scheletici care lucrează intens. În condiții de acces limitat la oxigen, piruvatul este transformat în acid lactic, așa cum se întâmplă în timpul fermentației acidului lactic în multe microorganisme:

PVK + NAD∙H + H + → lactat + NAD + .

Durerea musculară care apare la ceva timp după o activitate fizică intensă neobișnuită este asociată cu acumularea de acid lactic în ele.

Formarea acidului lactic este o ramură fără capăt a metabolismului, dar nu este produsul final al metabolismului. Sub acțiunea lactat dehidrogenazei, acidul lactic se oxidează din nou, formând piruvat, care este implicat în transformări ulterioare.

Reglarea glicolizei

Există reglementări locale și generale.

Reglarea locală se realizează prin modificarea activității enzimelor sub influența diverșilor metaboliți din interiorul celulei.

Reglarea glicolizei în ansamblu, imediat pentru întregul organism, are loc sub influența hormonilor, care, influențând prin molecule de mesageri secundari, modifică metabolismul intracelular.

Insulina joacă un rol important în stimularea glicolizei. Glucagonul și adrenalina sunt cei mai importanți inhibitori hormonali ai glicolizei.

Insulina stimulează glicoliza prin:

  • activarea reacției hexokinazei;
  • stimularea fosfofructokinazei;
  • stimularea piruvat kinazei.

Alți hormoni influențează și glicoliza. De exemplu, somatotropina inhibă enzimele glicolitice, iar hormonii tiroidieni sunt stimulatori.

Glicoliza este reglată prin mai mulți pași cheie. Reacții catalizate de hexokinază ( 1 ), fosfofructokinaza ( 3 ) și piruvat kinaza ( 10 ) se caracterizează printr-o scădere semnificativă a energiei libere și sunt practic ireversibile, ceea ce le permite să fie puncte eficiente de reglare a glicolizei.

Reglarea hexokinazei

Hexokinaza este inhibată de produsul de reacție, glucoza-6-fosfat, care se leagă alosteric de enzimă, modificându-i activitatea.

Datorită faptului că cea mai mare parte a G-6-P din celulă este produsă de descompunerea glicogenului, reacția hexokinazei, de fapt, nu este necesară pentru ca glicoliza să aibă loc, iar fosforilarea glucozei nu are o importanță excepțională în reglementare. de glicoliză. Reacția hexokinazei este un pas important în reglarea concentrațiilor de glucoză în sânge și în celulă.

Când este fosforilată, glucoza își pierde capacitatea de a fi transportată prin membrană de către moleculele purtătoare, ceea ce creează condiții pentru acumularea sa în celulă. Inhibarea hexokinazei G-6-P limitează intrarea glucozei în celulă, prevenind acumularea excesivă a acesteia.

Glucokinaza (izotipul IV al hexokinazei) a ficatului nu este inhibată de glucoză-6-fosfat, iar celulele hepatice continuă să acumuleze glucoză chiar și cu un conținut ridicat de G-6-P, din care glicogenul este ulterior sintetizat. În comparație cu alte izotipuri, glucokinaza se distinge printr-o valoare ridicată a constantei Michaelis, adică enzima funcționează la capacitate maximă numai în condiții de concentrație mare de glucoză, care apare aproape întotdeauna după masă.

Glucoza-6-fosfatul poate fi convertit înapoi în glucoză prin acțiunea glucozo-6-fosfatazei. Enzimele glucokinaza si glucoza-6-fosfataza sunt implicate in mentinerea concentratiilor normale de glucoza din sange.

Reglarea fosfofructokinazei

Intensitatea reacției fosfofructokinazei are un efect decisiv asupra întregului debit al glicolizei, iar stimularea fosfofructokinazei este considerată cea mai importantă etapă de reglare.

Fosfofructokinaza (PFK) este o enzimă tetramerică care există alternativ în două stări conformaționale (R și T), care sunt în echilibru și trece alternativ de la una la alta. ATP este atât un substrat, cât și un inhibitor alosteric al PPA.

Fiecare dintre subunitățile FFK are două situsuri de legare a ATP: un situs substrat și un situs de inhibiție. Site-ul substratului este la fel de capabil să atașeze ATP în orice conformație de tetramer. În timp ce locul de inhibiție leagă ATP exclusiv atunci când enzima este în starea conformațională T. Un alt substrat PPA este fructoza 6-fosfat, care se leagă de enzimă în mod preferabil în starea R. La concentrații mari de ATP, locul de inhibiție este ocupat, tranzițiile între conformațiile enzimatice devin imposibile și majoritatea moleculelor de enzime sunt stabilizate în starea T, incapabile să se atașeze P-6-P. Cu toate acestea, inhibarea fosfofructokinazei de către ATP este suprimată de AMP, care se leagă de conformațiile R ale enzimei, stabilizând astfel starea enzimei pentru legarea P-6-P.

Cel mai important regulator alosteric al glicolizei și gluconeogenezei este fructoză 2,6-bifosfat, care nu este o verigă intermediară a acestor cicluri. Fructoza 2,6-bisfosfat activează alosteric fosfofructokinaza.

Sinteza fructozei-2,6-bifosfatului este catalizată de o enzimă bifuncțională specială - fosfofructokinaza-2/fructoza-2,6-bifosfatază (PFK-2/F-2,6-BPază). În forma sa nefosforilată, proteina este cunoscută sub numele de fosfofructokinaza-2 și are activitate catalitică față de fructoză 6-fosfat, sintetizând fructoză 2-6-bifosfat. Ca urmare, activitatea FPA este stimulată semnificativ și activitatea fructozo-1,6-bifosfatazei este puternic inhibată. Adică, în condiția activității FFK-2, echilibrul acestei reacții între glicoliză și gluconeogeneză se deplasează către prima - se sintetizează fructoză-1,6-bifosfat.

În forma sa fosforilată, enzima bifuncțională nu are activitate kinazică, dimpotrivă, este activat un loc din molecula sa care hidrolizează P2,6BP în P6P și fosfat anorganic. Efectul metabolic al fosforilării enzimei bifuncționale este că stimularea alosterică a PPA încetează, inhibarea alosterică a F-1,6-BPază este eliminată și echilibrul se deplasează către gluconeogeneză. Se produce F6P și apoi glucoză.

Interconversiile enzimei bifuncționale sunt efectuate de protein kinaza (PK) dependentă de cAMP, care, la rândul său, este reglată de hormonii peptidici care circulă în sânge.

Când concentrația de glucoză în sânge scade, formarea insulinei este, de asemenea, inhibată, iar eliberarea de glucagon, dimpotrivă, este stimulată, iar concentrația sa în sânge crește brusc. Glucagonul (și alți hormoni contrainsulari) se leagă de receptori membrană plasmatică celulele hepatice, determinând activarea adenilat-ciclazei membranare. Adenilat ciclaza catalizează conversia ATP în AMP ciclic. cAMP se leagă de subunitatea de reglare a proteinei kinazei, determinând eliberarea și activarea subunităților sale catalitice, care sunt fosforilate de un număr de enzime, inclusiv bifuncționala FFK-2/F-2,6-BPază. În același timp, consumul de glucoză în ficat se oprește și gluconeogeneza și glicogenoliza sunt activate, restabilind normoglicemia.

Piruvat kinaza

Următorul pas în care se realizează reglarea glicolizei este ultima reacție - etapa de acțiune a piruvat kinazei. Un număr de izoenzime cu caracteristici de reglare au fost, de asemenea, descrise pentru piruvat kinaza.

Piruvat kinaza hepatică(tipul L) este reglat prin fosforilare, efectori allsterici și prin reglarea expresiei genelor. Enzima este inhibată de ATP și acetil-CoA și activată de fructoză-1,6-bisfosfat. Inhibarea piruvat kinazei de către ATP este similară cu efectul ATP asupra PPA. Legarea ATP la locul de inhibare a enzimei reduce afinitatea acestuia pentru fosfoenolpiruvat. Piruvat kinaza hepatică este fosforilată și inhibată de protein kinaza și este astfel, de asemenea, sub control hormonal. În plus, activitatea piruvat kinazei hepatice este reglată cantitativ, adică prin modificarea nivelului sintezei acesteia. Aceasta este o reglementare lentă, pe termen lung. O creștere a carbohidraților în dietă stimulează expresia genelor care codifică piruvat kinaza, rezultând o creștere a nivelului enzimei din celulă.

piruvat kinaza de tip M, găsit în creier, mușchi și alte țesuturi care necesită glucoză, nu este reglat de protein kinaza. Acest lucru este fundamental deoarece metabolismul acestor țesuturi este determinat doar de nevoile interne și nu depinde de nivelul de glucoză din sânge.

Piruvat kinaza musculară nu este afectată de influențe externe, cum ar fi scăderea nivelului de glucoză din sânge sau eliberarea de hormoni. Condițiile extracelulare care conduc la fosforilarea și inhibarea izoenzimei hepatice nu modifică activitatea piruvat kinazei de tip M. Adică, intensitatea glicolizei în mușchii striați este determinată numai de condițiile din interiorul celulei și nu depinde de reglarea generală.

Sens

Glicoliza este o cale catabolică de o importanță excepțională. Oferă energie pentru reacțiile celulare, inclusiv pentru sinteza proteinelor. Intermediarii de glicoliză sunt utilizați în sinteza grăsimilor. Piruvatul poate fi, de asemenea, utilizat pentru a sintetiza alanină, aspartat și alți compuși. Datorită glicolizei, performanța mitocondrială și disponibilitatea oxigenului nu limitează puterea musculară în timpul sarcinilor extreme pe termen scurt.

Vezi si

Legături

  • Glicoliza

Glicoliza anaerobă este un proces enzimatic complex de transformări succesive ale glucozei care are loc în țesuturile umane și animale fără consum de oxigen (Fig. 28).

Conversia reversibilă a acidului piruvic în acid lactic este catalizată de lactat dehidrogenază:

Rezultatul total al glicolizei este exprimat prin următoarea ecuație: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP = 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O

Astfel, randamentul net de ATP în timpul glicolizei anaerobe este de 2 mol de ATP la 1 mol de glucoză. Datorită glicolizei anaerobe, organismul uman și animal poate îndeplini o serie de funcții fiziologice pentru o anumită perioadă de timp în condiții de deficiență de oxigen.

Acest proces în bacterii se numește fermentație lactică: stă la baza preparării produselor lactate fermentate. Glicoliza anaerobă are loc în citosolul celulelor, care conține toate enzimele necesare pentru aceasta și nu necesită lanțul respirator mitocondrial. ATP în procesul de glicoliză anaerobă se formează din cauza reacțiilor de fosforilare a substratului.

În drojdie în condiții anaerobe, are loc un proces similar - fermentația alcoolică, în acest caz acidul piruvic este decarboxilat pentru a forma acetaldehidă, care este apoi redusă la alcool etilic:

CH3-CO-COOH → CH3-CHO + CO2;

CH3-CHO + NAD.H+H+ → CH3-CH2-OH + NAD+.

Fig.28. Schema glicolizei anaerobe a glucozei

10.6. Defalcarea aerobă a glucozei

Defalcarea aerobă a glucozei include trei etape:

1) conversia glucozei în acid piruvic (piruvat) - glicoliză aerobă. Această parte este similară cu procesul de glicoliză anaerobă discutat mai sus, cu excepția ultimei sale etape (conversia piruvatului în acid lactic);

2) calea generală a catabolismului;

3) lanțul de transport de electroni mitocondriali - procesul de respirație tisulară.

Calea generală de catabolism

Calea generală a catabolismului constă din două etape.

Etapa 1 - decarboxilarea oxidativă a acidului piruvic. Acesta este un proces complex în mai multe etape catalizat de un sistem multienzimatic - complexul de piruvat dehidrogenază; localizat în mitocondrii (membrană interioară și matrice) și poate fi exprimat printr-o schemă generală rezumată:

CH3-CO-COOH + HS-KoA + NAD + → CH3-CO-SkoA + NADH.H+H + + CO2.

Etapa a 2-a - ciclul Krebs (ciclul citratului, sau ciclul acizilor tricarboxilici și dicarboxilici) (Fig. 29); localizat în mitocondrii (în matrice). În acest ciclu, reziduul de acetil inclus în acetil-CoA formează un număr de donatori primari de hidrogen. Apoi, hidrogenul, cu participarea dehidrogenazelor, intră în lanțul respirator. Ca rezultat al acțiunii cuplate a ciclului citratului și a lanțului respirator, reziduul de acetil este oxidat la CO 2 și H 2 O. Ecuația generală pentru întreaga secvență de transformări a glucozei în timpul descompunerii aerobe este următoarea:

C 6 H 12 O 2 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O

Efectul energetic al defalcării aerobe este sinteza a 38 de molecule de ATP din descompunerea unei molecule de glucoză. Astfel, în termeni energetici, oxidarea completă a glucozei în dioxid de carbon și apă este un proces mai eficient decât glicoliza anaerobă. Oxigenul inhibă glicoliza anaerobă, prin urmare, în prezența excesului de oxigen, se observă o tranziție în țesuturile vegetale și animale de la glicoliza anaerobă (fermentație) la respirație (glicoliza aerobă), adică. trecerea celulelor la o modalitate mai eficientă și mai economică de obținere a energiei (efectul Pasteur). Rolul glicolizei anaerobe în furnizarea energiei organismului este deosebit de mare în timpul lucrului intensiv pe termen scurt, când puterea mecanismului de transport al oxigenului către mitocondrii nu este suficientă pentru a asigura glicoliza aerobă. Astfel, alergarea timp de ~ 30 de secunde (200 m) este complet asigurată de glicoliză anaerobă, în timp ce rata glicolizei anaerobe scade odată cu creșterea respirației, iar rata de descompunere aerobă crește. După 4-5 minute. alergare (1,5 km) - jumătate din energie este furnizată de procesul anaerob, jumătate de procesul aerob. După 30 min. (10 km alergare) - energia este furnizată aproape în întregime prin procesul aerob.

Globulele roșii nu au deloc mitocondrii, iar nevoia lor de ATP este complet satisfăcută de glicoliză anaerobă.

(din grecescul glykys - dulce și lysis - dezintegrare, descompunere) - una dintre cele trei metode principale (glicoliză, ciclul Krebs și calea Entner-Doudoroff) de producere a energiei în organismele vii. Acesta este un proces de descompunere anaerobă (adică, care nu necesită participarea O2 liber) enzimatică nehidrolitică a carbohidraților (în principal glucoză și glicogen) în țesuturile animale, însoțită de sinteza acidului adenozin trifosforic (ATP) și care se termină cu formarea acidului lactic. Glicoliza este importantă pentru celulele musculare, spermatozoizi și țesuturile în creștere (inclusiv tumori), deoarece asigură stocarea energiei în absența oxigenului. Dar este cunoscută și glicoliza în prezența O2 (glicoliză aerobă) - în celulele roșii din sânge, retina ochiului, țesutul fetal imediat după naștere și în mucoasa intestinală. G. și K. Corey, precum și astfel de pionierii biochimiei precum O. Meyerhoff și G. Embden, au adus o mare contribuție la studiul glicolizei. Glicoliza a fost prima secvență complet descifrată de reacții biochimice (de la sfârșitul secolului al XIX-lea până în anii 1940). Șuntul hexoză monofosfat sau calea pentozofosfatului în unele celule (eritrocite, țesut adipos) poate juca și rolul de furnizor de energie.

Pe lângă glucoză, glicerolul, unii aminoacizi și alte substraturi pot fi implicate în procesul de glicoliză. În țesutul muscular, unde principalul substrat al glicolizei este glicogenul, procesul începe cu reacțiile 2 și 3 ( cm. schema) si se numeste glicogenoliza. Un intermediar comun între glicogenoliză și glicoliză este glucoza-6-fosfat. Calea inversă de formare a glicogenului se numește glicogeneză.

Produșii formați în timpul glicolizei sunt substraturi pentru transformările oxidative ulterioare ( cm. ciclul acidului tricarboxilic sau ciclul Krebs). Procesele similare cu glicoliza sunt acidul lactic, acidul butiric, alcoolic și fermentația glicerolului, care are loc în celulele vegetale, drojdii și bacteriene. Intensitatea etapelor individuale de glicoliză depinde de aciditate - pH - pH (pH optim 7-8), temperatură și compoziția ionică a mediului. Secvența reacțiilor de glicoliză ( cm. schema) a fost bine studiat și au fost identificate produse intermediare. Enzimele glicolitice solubile prezente în seva celulară sunt izolate sub formă cristalină sau purificată.

Enzime care efectuează etapele individuale ale glicolizei:

1. Hexokinaza KF2.7.1.1 (sau glucokinaza KF2.7.1.2)

2. Glicogen fosforilaza KF2.4.1.1

3. Fosfoglucomutaza KF2.7.5.1

4. Glucozofosfat izomeraza KF5.3.1.9

5. Fosfofructokinaza KF2.7.1.11

6. Fructoza bifosfat aldolaza KF4.1.2.13

7. Triozofosfat izomeraza KF5.3.1.1

8, 9. Gliceraldehidă fosfat dehidrogenază KF1.2.1.12

10. Fosfoglicerat kinaza KF2.7.2.3

11. Fosfogliceromutaza KF2.7.5.3

12. Enolaza KF4.2.1.11

13. Piruvat kinaza KF2.7.1.40

14. Lactat dehidrogenaza KF1.1.1.27

Glicoliza începe cu formarea derivaților de fosfor ai zaharurilor, care favorizează conversia formei ciclice a substratului într-una aciclică, mai reactivă. Una dintre reacțiile care reglează viteza de glicoliză este reacția 2, catalizată de enzima fosforilază. Rolul regulator central în glicoliză aparține enzimei fosfofructokinaza (reacția 5), ​​a cărei activitate este inhibată de ATP și citrat, dar este stimulată de produșii săi de descompunere. Legătura centrală a glicolizei este oxidoreducerea glicolitică (reacțiile 8-10), care este un proces redox care are loc odată cu oxidarea 3-fosfogliceraldehidei la acid 3-fosfogliceric și reducerea coenzimei nicotinamidă adenin dinucleotid (NAD). Aceste transformări sunt efectuate de 3-fosfogliceraldehida dehidrogenază (DPGA) cu participarea fosfoglicerat kinazei. Aceasta este singura etapă oxidativă în glicoliză, dar nu necesită oxigen liber, este necesară doar prezența NAD +, care se reduce la NAD-H 2.

Ca urmare a oxidoreducției (procesul redox), se eliberează energie, care se acumulează (sub formă de compus bogat în energie ATP) în procesul de fosforilare a substratului. A doua reacție care asigură formarea ATP este reacția 13 - formarea acidului piruvic. În condiții anaerobe, glicoliza se termină cu formarea acidului lactic (reacția 14) sub acțiunea lactat dehidrogenazei și cu participarea NAD redus, care este oxidat la NAD (NAD-H 2) și poate fi utilizat din nou în stadiul oxidativ. . În condiții aerobe, acidul piruvic este oxidat în mitocondrii în timpul ciclului Krebs.

Astfel, atunci când 1 moleculă de glucoză este descompusă, se formează 2 molecule de acid lactic și 4 molecule de ATP. În același timp, în primele etape ale glicolizei (vezi reacțiile 1, 5) se consumă 2 molecule de ATP la 1 moleculă de glucoză. În timpul procesului de glicogenoliză se formează 3 molecule de ATP, deoarece nu este nevoie să risipești ATP pentru a produce glucoză-6-fosfat. Primele nouă reacții ale glicolizei reprezintă faza sa endergonică (de absorbție a energiei), iar ultimele nouă reacții reprezintă faza sa exergonică (eliberare de energie). În timpul procesului de glicoliză, se eliberează doar aproximativ 7% din energia teoretică, care poate fi obținută din oxidarea completă a glucozei (la CO 2 și H 2 O). Cu toate acestea, eficiența globală a stocării de energie sub formă de ATP este de 35-40%, iar în condiții practice celulare poate fi mai mare.

Gliceraldehida fosfat dehidrogenaza si lactat dehidrogenaza sunt cuplate intern (una necesita NAD+, cealalta produce NAD+), ceea ce asigura circulatia acestei coenzime. Aceasta poate fi principala semnificație biochimică a dehidrogenazei terminale.

Toate reacțiile de glicoliză sunt reversibile, cu excepția celor 1, 5 și 13. Cu toate acestea, este posibil să se obțină glucoză (reacția 1) sau fructoză monofosfat (reacția 5) din derivații lor de fosfor prin eliminarea hidrolitică a acidului fosforic în prezența enzimelor adecvate; reacția 13 este practic ireversibilă, aparent datorită energie mare hidroliza grupării fosfor (aproximativ 13 kcal/mol). Prin urmare, formarea glucozei din produsele de glicoliză are o cale diferită.

În prezența O 2, viteza de glicoliză scade (efectul Pasteur). Există exemple de suprimare a respirației tisulare prin glicoliză (efectul Crabtree) în unele țesuturi cu glicoliză intensă. Mecanismele relației dintre procesele oxidative anaerobe și aerobe nu au fost pe deplin studiate. Reglarea simultană a proceselor de glicoliză și glicogenă determină în mod unic fluxul de carbon prin fiecare dintre aceste căi, în funcție de nevoile organismului. Controlul se efectuează la două niveluri - hormonal (la animalele superioare prin cascade de reglare cu participarea mesagerilor secundari) și metabolic (la toate organismele).

Igor Rapanovici