Стадии гликолиза
Последовательные реакции гликолиза катализируются группой из 11 ферментов (рис.11). На первой (подготовительной) стадии гликолиза глюкоза фосфорилируется и расщепляется с образованием трехуглеродного соединения - глицеральдегид-3-фосфата, на второй (окислительной) стадии глицеральдегид-3-фосфат превращается в лактат. Первую стадию можно рассматривать как собирательный и подготовительный процесс, общий для всех сахаров. На этой стадии различные гексозы вовлекаются в гликолиз, фосфорилируясь за счет АТФ и образуя общий продукт - глицеральдегид-3-фосфат. Вторая стадия представляет собой процесс, общий для всех сахаров. Она включает и окислительно-восстановительные реакции и механизмы накопления энергии - этапы, в ходе которых АДФ фосфорилируется до АТФ. Гликолиз объединяет 3 различных типа химических превращений, пути которых взаимосвязаны: 1) последовательность реакций, в процессе которых углеродный скелет глюкозы разрушается и в качестве конечного продукта образуется лактат (путь атомов углерода); 2) последовательность реакций, в результате которых неорганический фосфат становится концевой группой АТФ (путь фосфатных групп); 3) последовательность окислительно-восстановительных реакций (путь переноса электронов).
Ферментативные реакции первой стадии гликолиза
Рис.11. Гликолиз
1. Фосфорилирование d-глюкозы за счет атф
Эта реакция запускает гликолиз. Нейтральная молекула глюкозы активируется для участия в последующих реакциях путем фосфорилирования за счет АТФ, которое превращает ее в отрицательно заряженную частицу. Количество свободной глюкозы в клетке невелико, большая часть глюкозы находится в фосфорилированном состоянии. В результате фосфорилирования глюкозы в 6 положении образуется D-глюкозо-6-фосфат. Этот процесс фосфорилируется ферментами 2 типов, различающимися по своей специфичности в отношении сахаров - гексокиназой и глюкокиназой:
AТФ + D-глюкоза → АДФ + D-глюкозо-6-фосфат, G = – 4 ккал
Гексокиназа более важный фермент, используется в большинстве клеток. Катализирует фосфорилирование глюкозы, фруктозы, маннозы и др. Существует в виде нескольких изоферментов.
2. Превращение глюкозо-6-фосфат во фруктозо-6-фосфат
Реакцию изомеризации катализирует фосфоглюкоизомераза.
D-глюкозо-6-фосфат ↔ D-фруктозо-6-фосфат, G = + 0,4ккал
3. Образование фруктозо-1,6-дифосфата
Фосфорилирование в положении 1 осуществляется фосфофруктокиназой:
АТФ + фруктозо-6-фосфат→АДФ + фруктозо-1,6-дифосфат, G= – 3,4 ккал
Этот фермент является регуляторным, аллостерическим и регулирует гликолиз. Реакция практически необратима.
4. Расщепление фруктозо-1,6-дифосфата
Эта реакция катализируется альдолазой.
Фруктозо-1,6-дифосфат → Диоксиацетонфосфат + D-глицеральдегид-3-фосфат,
G = +5,73 ккал
5. Взаимопревращение триозофосфатов
В гликолизе участвует только глицеральдегид-3-фосфат. Диоксиацетонфосфат с помощью фермента триозофосфатизомераза превращается в глицеральдегид-3-фосфат.
Диоксиацетонфосфат ↔ D–глицеральдегид–3–фосфат
ВТОРАЯ СТАДИЯ ГЛИКОЛИЗА
Эта стадия включает окислительно-восстановительные реакции и реакции фосфорилирования, в процессе которых генерируется АТФ.
6. Окисление глицеральдегид-3-фосфата до 1,3-дифосфоглицерата
Это один из наиболее важных этапов гликолиза, поскольку энергия, освобождающаяся при окислении альдегидной группы глицеральдегид-3-фосфата, сохраняется в форме высокоэнергетического продукта окисления 1,3-дифосфоглицерата. Фермент- глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназа.
Глицеральдегид-3-фосфат + НАД+ + Фн → 1,3-дифосфоглицерат + НАД*Н + Н+ ,
G = +1,5 ккал
НАД+- окислительно-восстановительный кофермент -никотинамидадениндинуклеотид, служит переносчиком электронов от глицеральдегид-3-фосфата, играющего роль донора электронов, к пирувату.
7. Перенос фосфатной группы от 1,3-дифосфоглицерата на АДФ
В результате реакции, катализируемой фосфоглицераткиназой, одна из фосфатных групп (1) переносится на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицерата:
1,3-фосфоглицерат + АДФ → 3-фосфоглицерат + АТФ, G = - 4,5 ккал
Энергия, освобождающаяся при окислении альдегидной группы до карбоксильной запасается в виде энергии фосфатных связей АТФ.
8. Превращение 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат
Эта реакция, при которой фосфатная группа переносится из положения 3 в глицериновой кислоте в положение 2, катализируется ферментом фосфоглицеромутазой.
3–фосфоглицерат ↔ 2–фосфоглицерат,
9. Дегидратация 2-фосфоглицерата с образованием фосфоенолпирувата
Это вторая реакция в результате которой образуется высокоэнергетическая связь, катализируется енолазой:
2-фосфоглицерат → Фосфоенолпируват + Н2О, G = + 0,44 ккал
10. Перенос фосфатной группы от фосфоенолпирувата на АДФ
Катализируется пируваткиназой:
Фосфоенолпируват + АДФ → Пируват + АТФ, G = - 7,5 ккал
11. Восстановление пирувата до лактата
Пируват восстанавливается до лактата, присоединяя электроны, первоначальным источником которых служит глицеральдегид-3-фосфат. Роль переносчика электронов играет НАД. Реакция катализируется лактатдегидрогеназой:
Пируват + НАД*Н + Н ↔ Лактат + НАД+, G = - 6,0 ккал
ЛДГ имеет 5 изоферментов. Лактат - конечный продукт гликолиза в анаэробных условиях - выделяется через цитоплазматическую мембрану клетки в окружающую среду как отброс.
