Физиологическая роль гликолиза:

Гликогенолиз. Хар-ка этапов. Ферменты. Энергетическая ценность.

Гликогенолиз – расщепление гликогена по гликолитическому (дихотомическому) пути. Распад гликогена осуществляется на основе последовательного удаления остатков глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата. Первая реакция распада гликогена катализируется ферментом гликогенфосфорилазой. В ней участвует фосфат, а поэтому она носит название фосфоролиза. Реакция приводит к разрыву гликозид- ной связи а-1,4 гликогена с получением глюкозо-1-фосфата:

В следующей реакции происходит изомеризация глюкозо- 1-фосфата под влиянием фермента фосфолюкомутазы с образованием глюкозо-6-фосфата:

В печени (но не в мышцах) глюкозо-6-фосфат, полученный в процессе распада гликогена, гидролизуется глюкозо-6-фосфа-тазой с выходом свободной глюкозы:

Общий баланс отрыва одного глюкозного остатка от молекулы гликогена в печени путем гликогенолиза можно представить следующим уравнением:

В периферических тканях глюкозо-6-фосфат, полученный в процессе гликолиза, распадается до молочной кислоты в белой мышечной ткани и полностью окисляется до С02 и Н 2 0 в красных мышцах.

Общая схема:

 

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ГЛИКОГЕНОЛИЗА Расход АТФ: в подготовительной стадии гликогенолиза затрачивается 1 молекула АТФ на фосфорилирование фруктозо-6 фосфата.
Образование АТФ: 4 молекулы АТФ образуется в реакциях субстратного фосфорилирования в процессе окисления двух молекул фосфотриоз

Суммарно + 3 молекулы АТФ.

Аэробный гликолиз как основной путь энергетического окисления глюкозы. Основные этапы окисления. Энергетическая хар-ка. Глицеролфосфатный челночный механизм транспорта цитоплазматического водорода в митохондрии.

Гликолиз  - процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты, не является мембранозависимым процессом. Он происходит в цитоплазме

Аэробный процесс гликолиза (10 реакций), уравнение (с образованием пирувата).

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

Первая реакция гликолиза сводится к превращению глюкозы в реакционноспособное 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.

В четвертой реакции фруктозо-1,6-дифосфат разрезается пополам 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 – 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 (субстрат) в отличие от окислительного фосфорилирования (электрохимический градиент 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-фосфо–глицериновой 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.

См рядом.

=>АцетилКоА

Ферменты: Энергетическая ценность

1. гексокиназа (глюкокиназа)      -АТФ

2. гл-6-ф-изомераза

3. фосфо-фрукто-киназа                - АТФ

4. фруктоза-ди-фосфат-альдолаза

5. триозофосфатизомераза

6. глицер-альдегид-фосфатДГ +2НАДН+Н+ (2*3 АТФ)= +6 АТФ

7. фосфо-глицерат-киназа     + 2АТФ

8. фосфо-глицерат-мутаза

9. енолаза

10. пируват-киназа                  + 2АТФ

2(ПВК-> ацетил-КоА) +2НАДН+Н+ (2*3 АТФ)= +6 АТФ (либо 4АТФ, если ФАД-кофермент)это челночный механизм из цитоплазмы в митохондрии

ИТОГО: 8 АТФ (6 АТФ)

11. ПВК-ДГ (далее ЦТК и Дых.цепь)

Окислительное декарбоксилирование ПВК 2 НАДН+Н+ (2*3 АТФ)= +6 АТФ

ЦТК 2*(ацетил-КоА->СО2+Н2О) 2*12 АТФ=24АТФ

Челночный механизм

Молекулы НАДН, образованные в шестой реакции гликолиза, в зависимости от наличия кислорода имеют, как минимум, два пути дальнейшего использования:

· либо остаться в цитозоле и вступить в лактатдегидрогеназную реакцию (анаэробныетусловия),

· либо проникнуть в митохондрию и окислиться в дыхательной цепи (аэробные условия),

Так как сама молекула НАДН через митохондриальную мембрану не проходит, то существуют системы, принимающие от нее атомы водорода в цитоплазме и отдающие их в матриксе митохондрий. Такие системы называются челночными.

Определены две основные челночные системы – глицеролфосфатная и малат-аспартатная.

 

Ключевыми ферментами глицеролфосфатного челнока являются изоферменты глицерол-3-фосфат-дегидрогеназы – цитоплазматический и митохондриальный. Они отличаются своими коферментами: у цитоплазматической формы – НАД, у митохондриальной – ФАД.

В цитозоле метаболиты гликолиза – диоксиацетонфосфат и НАДН образуют глицерол3-фосфат, поступающий в матрикс митохондрий. Там он окисляется с образованием ФАДН2.

Далее ФАДН2 направляется в дыхательную цепь и используется для получения энергии.

Этот челнок активен в печени, в белых скелетных мышцах и в бурой жировой ткани. Однако в гепатоците в состоянии покоя и после еды часть глицерол-3 фосфата в митохондрию не пойдет, а будет использоваться в цитозоле для синтеза фосфолипидов и триацилглицеролов.