Г > ГЛ Гликолиз Схема гликолиза. ГЛИКОЛИЗАвторы: А.Е. МедведевГЛИКОЛИЗ (от греч. γλυϰύς - сладкий и... лиз), ферментативный процесс анаэробного (протекающего без участия кислорода) расщепления глюкозы, сопровождающийся накоплением энергии, запасаемой в виде аденозинтрифосфата (АТФ). Широко распространён в природе, играет важную роль в метаболизме живых организмов. Г. лежит в основе разл. видов брожения. У облигатных анаэробных микроорганизмов, а также в некоторых клетках животных и человека (напр., зрелые эритроциты млекопитающих) Г. - единственный процесс, поставляющий энергию. В аэробных условиях у большинства организмов Г. предшествует окислительному распаду органич. соединений до СО 2 и Н 2 О. У высших животных Г. интенсивно протекает в скелетных мышцах, печени, сердце, эритроцитах, сперматозоидах, быстро делящихся (в т. ч. опухолевых) клетках. Ферменты Г. локализованы в растворимой части цитоплазмы клеток. Полная детальная расшифровка отд. реакций Г. была осуществлена гл. обр. благодаря работам немецких биохимиков Г. Эмбдена, О. Мейергофа, О. Варбурга, К. Нойберга, а также Я.О. Парнаса и К. Кори (1930-37). Иногда Г. называют «путём Эмбдена - Мейергофа - Парнаса». Условно в процессе Г. выделяют две стадии. На первой (подготовительной) сначала происходит фосфорилирование глюкозы (реакция 1), катализируемое ферментом гексокиназой (иногда глюкокиназой) и требующее затраты энергии молекулы АТФ (см. схему). Образовавшийся глюкозо-6-фосфат при участии фермента фосфоглюкоизомеразы превращается (2) во фруктозо-6-фосфат, который в свою очередь фосфорилируется (для этого требуется ещё одна молекула АТФ) с помощью фосфофруктокиназы-1 (3) с образованием фруктозо-1,6-дифосфата. Последний с помощью фруктозо-1,6-дифосфатальдолазы (4) расщепляется до двух фосфотриоз: глицеральдегид-3-фосфата и дигидроксиацетонфосфата. Последний легко изомеризуется под действием триозофосфатизомеразы в глицеральдегид-3-фосфат (5). В дальнейшем используется только первое соединение. Т. о., из одной молекулы глюкозы на первой стадии Г. образуются две молекулы глицеральдегид-3-фосфата и при этом используется энергия двух молекул АТФ. На второй - осн. стадии Г. - глицеральдегид-3-фосфат претерпевает серию последовательных превращений, приводящих к образованию пировиноградной кислоты (ионизированная формула - пируват) и выделению энергии, аккумулируемой в виде АТФ. Сначала при участии фермента глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (6), в присутствии кофермента никотинамидадениндинуклеотида (НАД), который участвует в окислении альдегидной группы, переходя при этом в восстановленную форму (НАДН), и неорганического фосфата (Ф н) происходит превращение глицеральдегид-3-фосфата в высокоэнергетическое соединение - 1,3-ди-фосфоглицерат. Затем в реакции т. н. субстратного фосфорилирования, которую осуществляет фермент фосфоглицераткиназа (7), происходит перенос фосфорильной группы с 1,3- дифосфоглицерата на аденозиндифосфат (АДФ) с образованием АТФ. Другой продукт этой реакции - 3-фосфоглицерат при участии фермента фосфоглицератмутазы (8) подвергается изомеризации в 2-фосфоглицерат. После этого в результате реакции отщепления молекулы воды, которую осуществляет фермент енолаза (9), происходит образование фосфоенолпирувата и в процессе ещё одной реакции субстратного фосфорилирования, которую катализирует фермент пируваткиназа (10), фосфорильная группа фосфоенолпирувата переносится на АДФ с образованием очередной молекулы АТФ. Следовательно, за вычетом затраченных на подготовительной стадии двух молекул АТФ в конечном итоге при распаде глюкозы образуются две молекулы АТФ. Дальнейшая судьба образовавшегося пирувата и НАДН определяется особенностями метаболизма конкретных типов клеток и их обеспеченностью кислородом. В аэробных условиях пируват и восстановленные эквиваленты от НАДН (гидрид-ион) поступают в митохондрии, где происходит превращение пирувата в ацетил-КоА (см. Кофермент А), который поступает в трикарбоновых кислот цикл. В отсутствии кислорода НАДН используется на восстановление пирувата в лактат (ионизированная форма молочной кислоты). Это необходимо для получения НАД, без которого невозможно протекание глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназной реакции, а значит и всего Г. В молочнокислых бактериях, а также в белых мышцах (обеднённых митохондриями по сравнению с красными мышцами) лактат является конечным продуктом Г. У дрожжей пируват превращается в этанол (спиртовое брожение). Др. гексозы (галактоза, манноза, фруктоза), пентозы и глицерин могут включаться в Г. на разных его стадиях (напр., стадии 2, 3, 5). Поставщиком остатков глюкозы для нужд Г. у животных может также служить гликоген (в этом случае процесс называют гликогенолизом, он наиболее интенсивно протекает в мышцах), а у растений - крахмал, остатки глюкозы которых вовлекаются в Г. благодаря действию ферментов, приводящих к образованию сначала глюкозо-1-фосфата, а затем глюкозо-6-фосфата. В присутствии кислорода скорость Г. снижается в связи с началом процесса дыхания (эффект Пастера), которое обеспечивает более эффективный механизм образования богатых энергией связей. В опухолевых клетках, безъядерных эритроцитах, эмбриональных и некоторых других тканях эффект Пастера ослаблен или отсутствует вовсе (т. н. аэробный Г.). Все реакции Г., за исключением 1, 3 и 10-й, обратимы. Ферменты, катализирующие эти три реакции, являются объектами сложной регуляции. Скорость Г. лимитирует фосфофруктокиназа-1. Этот фермент активируют фруктозо-2,6-дифосфат, АДФ и аденозинмонофосфат (АМФ), а ингибируют АТФ и цитрат (ионизированная форма лимонной кислоты). АТФ подавляет также активность гексокиназы и пируваткиназы. Образование мощного активатора Г. - фруктозо-2,6-дифосфата - из фруктозо-6- фосфата осуществляет особый фермент фосфофруктокиназа-2. Гормоны адреналин и глюкагон через систему внутриклеточной сигнализации, включающую образование циклического 3’,5’-аденозинмонофосфата (цАМФ) и активацию фермента протеинкиназы, вызывают фосфорилирование и инактивацию пируваткиназы в печени, но не в мышцах. Такая тканеспецифичная регуляция необходима для эффективного протекания глюконеогенеза в печени. Установлено, что некоторым ферментам Г. свойствен ряд функций, не связанных с этим процессом. Напр., глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа может переноситься в ядро и участвовать в индукции апоптоза, активируя процессы транскрипции. |
 |