Гликолизнемесе Эмбден-Меерхоф-Парнас жолы(Ежелгі грек тілінен γλυκός, глико - тәтті және λύσης, лизис - бөліну) - ATP (аденозинтрифосфат) және NADH (никотинамидтің төмендеуі) түзілуімен C 6 H 12 O 6 глюкозаның пируватқа, C 3 H 3 O -3 айналуына әкелетін он реакция тізбегі. . Аэробты организмдерде гликолиз трикарбон қышқылының циклы мен электрон тасымалдау тізбегінің алдында жүреді, олар бірге глюкоза құрамындағы энергияның көп бөлігін шығарады. Аэробты жағдайда пируват митохондрияға енеді, онда ол СО2 мен Н2О -ға дейін толық тотығады.Оттегінің жеткіліксіздігінде, белсенді жиырылатын бұлшықеттердегідей, пируват лактатқа айналады. Ашытқы сияқты кейбір анаэробты организмдерде пируват лактатқа емес, этанолға айналады. Глюкозадан этанол мен лактаттың түзілуі ашытудың мысалдары болып табылады.
Зерттеу тарихы
Гликолиз - метаболизмнің ашылған және көп зерттелген жолдарының біріншісі. 1897 жылы ағайынды Ханс пен Эдуард Бючнер терапевтік мақсатта жасушасыз ашытқы сығындыларын жасайды. Әлбетте, олар фенол сияқты адамдарға улы антисептиктерді қолдана алмады, сондықтан олар аспаздықта кең таралған консервантты сахарозаны қолданып көрді. Ашытқы сығындыларында бұл зат этил спиртіне тез қосылады екен. Алғаш рет ашыту тірі жасушалардан тыс жүруі мүмкін екендігі анықталды. 1907 жылы Эдуард Бухнер химия бойынша Нобель сыйлығын алды.
Жасушадан тыс ашытудың ашылуынан 1940 жылдарға дейін гликолиз реакцияларын зерттеу биохимияның негізгі міндеттерінің бірі болды. Бұл метаболикалық жолды ашытқы жасушаларында Отто Варбург, Ханс фон Эйлер -Хелпин және Артур Гарден сипаттады (соңғы екеуі 1929 жылы химия бойынша Нобель сыйлығын алды), бұлшықеттерде - Густав Эмбден мен Отто Меерхоф (медицина және физиология бойынша Нобель сыйлығы) 1922). Гликолизді зерттеуге Карл Нойберг, Джейкоб Парнас, Герти және Карл Кори де үлес қосты.
Гликолизді зерттеу арқылы жасалған маңызды «жанама» ашылулар ферменттерді тазартудың көптеген әдістерін әзірлеу, АТФ мен басқа фосфорланған қосылыстардың метаболизмдегі орталық рөлін анықтау, НАД сияқты коферменттердің ашылуы болды.
Таралуы мен маңызы
Эукариотты жасушаларда цитозолда гликолиз реакциялары жүреді. Бұл жасушалардың көпшілігінде бұл басқа метаболикалық жолдардың ішінде оған айналатын көміртек атомдарының саны бойынша бірінші орынды алады. Ми (аштық жағдайларын қоспағанда), сүт бездерінің тіндері үшін, митохонондрия мүлде жоқ бүйрек медулла, сперматозоидтар және эритроциттер үшін метаболикалық энергияның жалғыз көзі гликолиз болып табылады. Бұлшықеттер үшін гликолиз оттегінің жетіспеушілігімен энергия алуға мүмкіндік беретіндіктен ғана емес, сонымен бірге өте тез пайда болады және органикалық заттардың аэробты тотығуына қарағанда АТФ синтезін 10,5 есе тез қамтамасыз етеді. Сондай -ақ, крахмал сақтауға мамандандырылған өсімдік тіндері (мысалы, картоп түйнектері) және nasturtium officinalis сияқты су өсімдіктері негізінен гликолизге тәуелді.
Глюкозаның тотығуының басқа жолдары-пентозофосфат жолы мен Энтнер-Дудоров жолы. Соңғысы грам-теріс және өте сирек грам-позитивті бактерияларда гликолизді алмастырады және онымен ортақ көптеген ферменттер бар.
Гликолиз реакциялары
Дәстүрлі түрде гликолиз екі кезеңге бөлінеді: дайындық, энергия үлесін қосатын (алғашқы бес реакция) және энергия бөліну кезеңі (соңғы бес реакция). Кейде төртінші және бесінші реакциялар жеке аралық сатыға бөлінеді.
Бірінші кезеңде глюкоза алтыншы позицияда фосфорланады, нәтижесінде алынған глюкоза-6-фосфат фруктоза-6-фосфатқа изомерленеді және фосфорлану бірінші позицияда қайталанады, нәтижесінде фруктоза-1,6-бисфосфат түзіледі. . Фосфат топтары АТФ бар моносахаридтерге ауысады. Бұл молекулалардың активтенуі үшін қажет - олардағы бос энергия мөлшерінің артуы. Сонымен қатар, фруктоза-1,6-бисфосфат бір-біріне еркін айнала алатын екі фосфотриозға бөлінеді.
Екінші кезеңде (энергия бөлінуі) фосфотиоз (глицеральдегид-3-фосфат) тотығады және бейорганикалық фосфатпен фосфорланады. Алынған өнім төрт АТФ молекуласының синтезімен ұштасқан экстрагональды реакциялар сериясында пируватқа айналады. Осылайша, гликолиз кезінде үш іргелі түрлену жүреді:
- Глюкозаның пируваттың екі молекуласына ыдырауы;
- АДФ -ның АТФ -ке фосфорлануы
- ӨЗІНЕН қалпына келтіру.
Бірінші кезең
Глюкозаның фосфорлануы
Гликолиздің бірінші реакциясы-глюкоза-6-фосфат түзілуімен глюкозаның фосфорлануы, гексокиназа ферментімен катализденеді. Фосфат тобының доноры - АТФ молекуласы. Реакция тек Mg 2+ иондарының қатысуымен жүреді, себебі гексокиназаның нағыз субстраты АТФ 4- емес, MgATP 2 кешені болып табылады.Магний фосфат тобының теріс зарядын қорғайды, осылайша соңғы рет нуклеофильді шабуылды жеңілдетеді. Глюкозаның гидроксил тобы бойынша фосфор атомы.
ΔG 0 = -16,7 кДж / моль
Фосфорланудың нәтижесінде тек глюкоза молекуласы ғана емес, сонымен қатар оның жасуша ішіндегі «ұсталуы» да белсендіріледі: плазмалық мембранада глюкоза үшін тасымалдаушы ақуыздар болады, бірақ оның фосфорланған формасы үшін емес. Сондықтан глюкоза-6-фосфаттың зарядталған молекуласы мембранаға ене алмайды, оның цитоплазмадағы концентрациясы жасушадан тыс сұйықтыққа қарағанда жоғары.
Гексокиназа ферменті барлық дерлік организмдерде болады; оның негізгі субстраты - глюкоза. Дегенмен, ол D-фруктозаның, D-маннозаның және сол сияқты басқа гексозалардың фосфорлануын катализдей алады. Адамда төрт гексокиназа изоформасы бар (I -IV). Изоферменттердің бірі - гексокиназа IV немесе глюкокиназа - басқа формалардан оның кинетикасы мен реттелу ерекшеліктерімен ерекшеленеді.
Глюкоза-6-фосфаттың изомерленуі
Гликолиздің екінші реакциясында глюкоза-6-фосфат фруктоза-6-фосфатқа глюкоза фосфат изомераза ферментінің әсерінен изомерленеді (гексоза фосфат изомераза). Біріншіден, глюкоза-6-фосфаттың алты мүшелі пираноза сақинасы ашылады, яғни бұл заттың сызықтық түрге ауысуы, содан кейін карбонил тобы бірінші позициядан екіншіге аралық энидиол формасы арқылы ауысады. Яғни, альдозалар әсерінен ол кетозға айналады. Фруктоза-6-фосфаттың түзілген сызықтық молекуласы бес мүшелі фураноза сақинасында жабылады.
ΔG 0 = 1,7 кДж / моль
Еркін энергияның шамалы өзгеруі арқылы реакция қайтымды болады. Глюкоза-6-фосфаттың изомерленуі гликолиздің одан әрі өтуінің алғы шарты болып табылады, себебі келесі реакция-бірінші позицияда гидроксил тобының болуын талап ететін басқа фосфорлану.
Фруктоза-6-фосфаттың фосфорлануы
Изомерлену сатысынан кейін екінші фосфорлану реакциясы жүреді, онда фруктоза-6-фосфат АТФ фосфат тобының қосылуына байланысты фруктоза-1,6-бисфосфатқа айналады. Реакцияны фосфофруктокиназа-1 ферменті катализдейді (қысқартылған ФФК-1, сонымен қатар ФФК-2 ферменті бар, басқа метаболизм жолында фруктоза-2,6-бисфосфат түзілуін катализдейді).
ΔG 0 = -14,2 кДж / моль
Жасушаның цитоплазмасы жағдайында бұл реакция қайтымсыз. Бұл бірінші болып гликолитикалық жол бойындағы заттардың бөлінуін сенімді түрде анықтады, өйткені глюкоза-6-фосфат пен фруктоза-6-фосфат басқа метаболикалық өзгерістерге ене алады, ал фруктоза-1,6-бисфосфат тек гликолизде қолданылады. Бұл фруктоза-1,6-бисфосфаттың түзілуі, бұл гликолиздің жылдамдықты шектейтін сатысы.
Өсімдіктерде, кейбір бактериялар мен қарапайымдыларда фосфат доноры ретінде АТФ емес, пирофосфатты қолданатын фосфофруктокиназа түрі бар. ФФК-1 аллостерикалық фермент ретінде күрделі реттеу механизмдеріне бағынады. Оң модуляторларға АТФ-АДФ және АМФ бөліну өнімдері, рибулоза-5-фосфат (пентозофосфат жолының аралық өнімі), кейбір организмдерде фруктоза-2,6-бисфосфат жатады. ATP - теріс модулятор.
Фруктоза-1,6-бисфосфатты екі фосфотриозға бөлу
Фруктоза-1,6-бисфосфат екі фосфотриозға бөлінеді: фруктоза-1,6-фосфаталдолазаның әсерінен глицералдегид-3-фосфат және дигидроксиацетон фосфаты (көбінесе альдолаза). Альдолаза ферментінің атауы альдол конденсациясының кері реакциясынан шыққан. Реакция механизмі диаграммада көрсетілген:
ΔG 0 = 23,8 кДж / моль
Фруктоза-1,6-бисфосфаттың бөлінуі кезінде бос энергияның стандартты өзгерісі оң және абсолютті маңызды болғанымен, жасушаның нақты жағдайында фосфотиоз концентрациясының төмен болуына байланысты реакция екі бағытта да оңай жүреді.
Сипатталған реакция механизмі өсімдіктер мен жануарлар жасушаларында кеңінен тараған альдолазаның I класына ғана тән. Альдолазаның II класы бактериялар мен саңырауқұлақтардың жасушаларында болады, бұл реакцияны басқа жолмен катализдейді.
Альдолдың бөліну реакциясының механизмі екінші гликолиз реакциясында изомерленудің маңыздылығын көрсетеді. Егер мұндай трансформация альдозаларға (глюкоза) ұшыраса, онда бір дикарбонды және бір хотирикарбонды қосылыс түзіледі, олардың әрқайсысы өзінің шиальды метаболизденуі тиіс. Бірақ кетозаның (фруктозаның) бөлінуі нәтижесінде пайда болған трикарбонды қосылыстар бір -біріне оңай айналады.
Фосфотриоздың изомерленуі
Гликолиздің келесі реакцияларында фруктоза-1,6-бисфосфаттан түзілген фосфотриоздың біреуі ғана қатысады, атап айтқанда глицералдегид-3-фосфат. Алайда, басқа өнім-дигидроксиацетон фосфаты тез және кері глицералдегид-3-фосфатқа айналуы мүмкін (триозофосфат изомеразасының бұл реакциясын катализдейді).
ΔG 0 = 7,5 кДж / моль
Реакция механизмі глюкоза-6-фосфаттың фруктоза-6-фосфатқа изомерленуіне ұқсас. Реакцияның тепе-теңдігі дигидроксиацетон фосфатының түзілуіне қарай жылжиды (96%), алайда глицеральдегид-3-фосфатты үнемі қолданудың арқасында кері трансформация үнемі жүреді.
Глюкозаның екі «жартысы» глицералдегид-3-фосфатқа айналғаннан кейін оның С-1, С-2 және С-3-тен алынған көміртек атомдары С-6, С-5 және С-4-тен химиялық байланысқа айналады. сәйкесінше Бұл реакция гликолиздің дайындық кезеңін аяқтайды.
Екінші кезең
Глицеральдегид-3-фосфаттың тотығуы
Гликолиздің энергия бөлу сатысының бірінші реакциясы-глицералдегид-3-фосфатдегидрогеназа ферментімен жүзеге асатын, бір мезгілде фосфорлануымен глицералдегид-3-фосфаттың тотығуы. Альдегид бос қышқылға емес, фосфат қышқылымен (1,3-бисфосфоглицерат) аралас ангидридке айналады. Бұл типтегі қосылыстар - ацилфосфаттар гидролиздің бос энергиясында өте үлкен теріс өзгеріске ие (ΔG 0 = -49,3 кДж / моль).
Глицералдегид-3-фосфаттың 1,3-бисфосфоглицератқа айналу реакциясын екі бөлек процесс ретінде қарастыруға болады: альдегид NAD + тобының тотығуы және түзілген карбон қышқылына фосфат тобының қосылуы. Бірінші реакция термодинамикалық қолайлы (ΔG 0 = -50 кДж / моль), екіншісі, керісінше, қолайсыз. Екінші реакция үшін бос энергияның өзгеруі шамамен бірдей, тек оң. Егер олар бірінен кейін бірі пайда болса, онда екінші реакция тірі жасуша жағдайында қанағаттанарлық жылдамдықпен жүру үшін тым көп активтендіру энергиясын қажет етеді. Бірақ екі процесс те 3-фосфоглицерат аралық қосылысының ферменттің белсенді орталығындағы тиостерналдық байланыспен цистеин қалдықтарымен ковалентті байланыста болуына байланысты конъюгацияланған. Байланыстың бұл түрі глицеральдегид-3-фосфат тотығу кезінде бөлінетін энергияның бір бөлігін «сақтауға» және оны фосфор қышқылымен реакцияға қолдануға мүмкіндік береді.
ΔG 0 = 6,3 кДж / моль
Гликолиздің бұл сатысынан өту үшін NAD + коферменті қажет. Оның жасушадағы концентрациясы (10 -5 М -ден аз) глюкоза мөлшерінен әлдеқайда аз, ол бірнеше минут ішінде метаболизденеді. Сондықтан жасуша үнемі NAD +қайталанатын тотығудан өтеді.
АДФ-ке 1,3-бисфосфоглицерат фосфат тобының берілуі
Келесі реакцияда АТФ синтездеу үшін ацилфосфатқа энергияның үлкен қоры жұмсалады. Фосфоглицераткиназа ферменті (кері реакцияның атауы) фосфат тобының 1,3-бисфосфоглицераттан АДФ-ке ауысуын катализдейді, АТФ-тен басқа реакция өнімі 3-фосфоглицерат.
ΔG 0 = -18,6 кДж / моль
Фосфат тасымалдау потенциалы жоғары еритін қосылысты қолданатын АТФ синтезінің бұл түрі ішкі митохондриялық мембранада аэробты тотығу кезінде пайда болатын тотығу фосфорлануынан айырмашылығы сусбстрат фосфорлануы деп аталады.
Гликолиздің алтыншы және жетінші реакциялары конъюгацияланған және 1,3-бисфосфоглицерат жалпы аралық өнім болып табылады. Олардың біріншісі эндергоникалық болар еді, алайда энергия шығыны екіншісімен - экзергоникалық түрде өтеледі. Бұл екі процестің жалпы теңдеуін былай жазуға болады:
Глицералдегид-3-фосфат + ADP + F n + NAD + → 3-фосфоглицерат + ATP + NADH (H +), ΔG 0 = -12,2 кДж / моль;
Айта кету керек, бұл реакция бір глюкоза молекуласы үшін екі рет жүреді, өйткені бір глюкоза молекуласынан екі глицеральдегид-3-фосфат молекуласы түзілген. Сонымен, бұл кезеңде гликолиздің бірінші кезеңінің энергия шығындарын жабатын екі АТФ молекуласы синтезделеді.
3-фосфоглицераттың изомерленуі
Гликолиздің сегізінші реакциясында магний иондарының қатысуымен фосфоглицерат мутаза ферменті 3-фосфоглицерат фосфат тобының үшінші позициядан екіншісіне ауысуын катализдейді, нәтижесінде 2-фосфоглицерат түзіледі. Реакция екі сатыда жүреді: бірінші кезеңде ферменттің активті орталығындағы гистидин қалдықтарына бастапқыда қосылған фосфат тобы С-2 3-фосфоглицератқа ауысады, нәтижесінде 2,3- бифосфоглицерат. Осыдан кейін синтезделген қосылыстың үшінші позициясындағы фосфат тобы гистидинге ауысады. Осылайша фосфорланған ферментті қалпына келтіреді және 2-фосфоглицератты шығарады.
ΔG 0 = 4,4 кДж / моль
Фосфоглицерат мутазасының бастапқы фосфорлануы ферментті белсендіру үшін аз концентрациясы жеткілікті 2,3-бифосфоглицератпен реакция арқылы жүзеге асады.
2-фосфоглицераттың дегидратациясы
Келесі реакция - 2 -фосфоглицераттың сусыздануы (судың жойылуы) нәтижесінде Энол түзілуі - фосфенолпируваттың (қысқартылған ФЭП) түзілуіне әкеледі және энолаза ферментімен катализденеді.
ΔG 0 = 7,5 кДж / моль
Бұл гликолиз кезінде фосфат тобының берілу потенциалы жоғары заттың пайда болуының екінші реакциясы. Кәдімгі спирт фосфат эфирінің гидролизі кезінде бос энергияның өзгеруі энолфосфат гидролизі кезіндегіге қарағанда айтарлықтай төмен, әсіресе 2 -фосфоглицерат үшін ΔG 0 = -17,6 кДж / моль, ал фосфоенолпируват үшін ΔG 0 = -61,9 кДж / моль ...
Фосфат тобын FEP -ден ADP -ге ауыстыру
Гликолиздің соңғы реакциясы - фосфат тобының фосфоенолпируваттан АДФ -ке ауысуы - пируват киназаның әсерінен К+ және Mg 2+ немесе Mn 2+ иондарының қатысуымен катализденеді. Бұл реакцияның өнімі пируват болып табылады, ол алдымен энол түрінде түзіледі, содан кейін кетон түріне тез және ферментативті емес таутомерленеді.
Реакцияда бос энергияның үлкен теріс өзгерісі болады, негізінен экзергоникалық таутомерлену процесіне байланысты. ПЭР гидролизі кезінде бөлінетін энергияның (30,5 кДж / моль) жартысы (61,9 кДж / моль) субстрат фосфорлануына жұмсалады, қалғаны (31,5 кДж / моль) реакцияны пируват пен АТФ түзілуіне итермелейтін күш ретінде қызмет етеді. . Реакция жасушалық жағдайларға байланысты қайтымсыз.
Гликолиздің жалпы шығымы
| Эритроциттердегі гликолиз реакцияларындағы бос энергияның өзгеруі | ||
|---|---|---|
| Реакция | ΔG 0 (кДж / моль) | ΔG (кДж / моль) |
| Глюкоза + АТФ → глюкоза-6-фосфат + АДФ | -16,7 | -33,4 |
| Глюкоза-6-фосфат, фруктоза-6-фосфат | 1,7 | 0 -ден 25 -ке дейін |
| Фруктоза-6-фосфат + АТФ → фруктоза-1,6-бисфосфат + АДФ | -14,2 | -22,2 |
| Фруктоза-1,6-бисфосфат-глицералдегид-3-фосфат + дигидроксиацетон фосфаты | 28,3 | -6 -дан 0 -ге дейін |
| Дигидроксиацетон фосфаты, глицералдегид-3-фосфат | 7,5 | 0 -ден 4 -ке дейін |
| Глицералдегид-3-фосфат + F n + NAD + ↔ 1,3-бисфосфоглицерат + NADH + H + | 6,3 | -2 -ден 2 -ге дейін |
| 1,3-бисфосфоглицерат + АДФ ↔ 3-фосфоглицерат + АТФ | -18,8 | 0 -ден 2 -ге дейін |
| 3-фосфоглицерат ↔ 2-фосфоглицерат | 4,4 | 0 -ден 0,8 -ге дейін |
| 2-фосфоглицерат, фосфоенолпируват + Н 2 О | 7,5 | 0 -ден 3.3 -ке дейін |
| Фосфоенолпируват + АДФ → пируват + АТФ | -31,4 | -16,7 |
Гликолиздің жалпы теңдеуі келесідей:
Глюкоза + 2F n + 2ADP + 2NAD + → 2 пируват + 2ATP + 2NADH + 2H + + 2H 2 O.
Глюкозаның пируватқа дейін ыдырауы кезінде бөлінетін энергияның жалпы көлемі 146 кДж / моль, 61 кДж / моль екі АТФ молекуласының синтезіне жұмсалады, қалған 85 кДж / моль энергия жылуға айналады.
Глюкозаның көмірқышқыл газы мен суға толық тотығуымен 2840 кДж / моль бөлінеді, егер бұл мәнді гликолиз реакцияларының жалпы шығысымен (146 кДж / моль) салыстырсақ, онда глюкоза энергиясының 95% -ы екені белгілі болады. пируват молекулаларына «жабық» күйінде қалады. Гликолиз реакциялары барлық организмдер үшін әмбебап болғанымен, оның өнімдерінің әрі қарайғы тағдыры - пируват пен NADH әр түрлі тіршілік иелерінде әр түрлі болады және жағдайға байланысты.
Аэробты организмдерде оттегінің жеткілікті концентрациясы бар NAD + электрондарды тыныс алу электрондарының тасымалдау тізбегіне беру арқылы регенерацияланады, олар эукариоттарда ішкі митохондриялық мембранада орналасады. Бұл жағдайда соңғы электронды акцептор - оттегі. Пируват тотығу декарбоксилденуінен өтеді, ацетил-КоА айналады және Кребс цикліне енеді, онда ол әрі қарай тотығады. Бөліну электрондары сонымен қатар тыныс алу электрондарының тасымалдау тізбегіне енеді.
Екінші жағынан, анаэробты жағдайда төмендетілген NADH электрондарын оттегіне тасымалдай алмайды, сондықтан оларды сүт қышқылының ашыту процесіндегідей тікелей пируват молекуласына немесе оның конверсиясының кейбір өнімдеріне, мысалы, ашытқы кезінде сірке альдегидіне айналады. Глюкозаның анаэробты метаболизмі аэробты метаболизмге қарағанда едәуір аз энергия береді.
Гликолиз процесіне басқа көмірсулардың қосылуы
Глюкозадан басқа көмірсулардың көп мөлшері гликолиз процесінде айналады, олардың ішіндегі ең маңыздылары крахмал мен гликоген полисахаридтері, сахароза, лактоза, мальтоза және трегалоза дисахаридтері, сондай -ақ фруктоза, галактоза және моносахаридтер болып табылады. манноза.
Полисахаридтер
Гликолиз процесіне кіретін полисахаридтердің шығу тегі әр түрлі болуы мүмкін, бұл олардың тағдырын анықтайды. Жануарлар организміне тамақпен кіретін крахмал мен гликоген ас қорыту жүйесінде мономерлерге (глюкоза) гидролизге ұшырайды. Адамдарда бұл полисахаридтердің ыдырауы ауыз қуысынан басталады, он екі елі ішекте жалғасады және аш ішектің қабырғаларында глюкозаның түзілуімен аяқталады, ол қанға сіңеді, осы жерден оны жасушалар сіңіре алады. гликолиз процесінде қолданылады.
Екінші жағынан, өсімдік жасушаларында (крахмал) және жануарлар мен саңырауқұлақтарда (гликоген) сақталатын эндогендік полисахаридтер гликолизге басқа жолмен қосылады. Олар гидролизге ұшырамайды, керісінше крахмал фосфорилаза мен гликоген фосфорилаза ферменттерімен жүзеге асатын фосфоролизге ұшырайды. Олар фосфор қышқылының редукцияланбайтын шетінен глюкозаның қалдықтары арасындағы гликозидті α1 → 4 байланысына катализдейді. Реакция өнімі-глюкоза-1-фосфат. Глюкоза-1-фосфат фосфоглюкомутаза арқылы гликолиздің аралық метаболиті болып табылатын глюкоза-6-фосфатқа айналады. Бұл түрлену механизмі 3-фосфоглицераттың 2-фосфоглицератқа изомерленуіне ұқсас. Жасушаішілік полисахаридтердің фосфоролизі пайдалы, себебі фосфорланған моносахаридтің түзілуіне байланысты гликозидтік байланыстар энергиясының бір бөлігін үнемдеуге мүмкіндік береді. Бұл бір глюкоза молекуласына бір АТФ молекуласын үнемдейді.
Дисахаридтер
Полисахаридтер сияқты, дисахаридтер сіңірілу алдында моносахаридтерге дейін гидролизденуі керек, ол адамдарда аш ішектің эпителий жасушаларының сыртқы жағына бекітілген ферменттермен катализденеді. Сахароза сахарозаны, мальтоза - мальтазаны, трегалоза - трегалазаны, лактоза - лактазаны ыдыратады. Соңғы фермент генінің экспрессиясы ересек сүтқоректілерде, соның ішінде адамдарда айтарлықтай төмендейді (лактоза - бұл сүт дисахарид; сүтқоректілердің көпшілігі оны тек бала кезінен қолданады). Бұл лактоза иммунитетіне әкеледі - қорытылмаған дисахарид тоқ ішекте тұратын микроорганизмдердің қорегіне айналады. Олар көбейеді, көп мөлшерде газдар (сутегі мен метан), сүт қышқылын шығарады, ішек құрамының осмосын жоғарылатады. Бұл ісінуге, метеоризмге, ауырсынуға және диареяға әкеледі. Өмір бойы лактаза ферментін синтездеудің пайдалы қабілетіне ие болған Еуропаның солтүстігінде және Африканың кейбір бөліктерінде адам популяциясы лактоза иммунитетімен ауырмайды.
Моносахаридтер
Көптеген организмдерде фруктоза, галактоза және маннозаны қолданудың жеке жолдары жоқ. Олардың барлығы фосфорланған туындыларға айналады және гликолиз процесіне енеді. Фруктоза адам ағзасына жеміс-жидектермен енеді және көптеген ұлпаларда сахарозаның ыдырауына байланысты, бауырды қоспағанда, мысалы бұлшықеттер мен бүйректерде гексокиназамен фруктоза-6-фосфатқа бір АТФ молекуласының көмегімен фосфорланады. Бауырда оның басқа түрлену жолы бар: біріншіден, фруктокиназа фосфат тобын фруктозаның С-1-не береді, түзілген фруктоза-1-фосфат фруктоза-1-фосфаталдолазамен глицеральдегид пен дигидроксиацетон фосфатына бөлінеді. Екі трио да глицеральд -3 -фосфатқа айналады: біріншісі - триосокиназаның әсерінен, екіншісі - триозофосфат изомеразасының гликолитикалық ферментінің әсерінен.
Галактоза денеде сүт қантының ыдырауы нәтижесінде түзіледі. Ол бауырға енеді және төрт сатыда глюкоза-6-фосфатқа айналады: біріншіден, галактокиназа фосфорлануды бірінші күйде катализдейді, УДП-глюкозадан уридил тобы түзілген галактоза-1-фосфатқа тасымалданады. галактоза-1-фосфатуридил трансфераза ферменті. Екінші реакция өнімдері-глюкоза-1-фосфат және УДП-галактоза. Глюкоза-1-фосфат фосфоглюкомутазаның әсерінен глюкоза-6-фосфатқа айналады және гликолизге түседі, ал УДП-галактоза УДП-галактоза-4-эпимеразамен катализделген УДП-глюкозаның регенерациясына қолданылады. Галактозаны глюкозаға айналдыратын метаболизм жолындағы кез келген ферменттердің ақауы галактоземия ауруларын тудырады. Қандай фермент жұмыс істемейтініне байланысты галактоземия күрделілігі әр түрлі болуы мүмкін: мысалы, галактокиназаның дисфункциясы жаңа туған нәрестелерде галактозаның галактитол метаболитінің линзада шөгуіне байланысты катаракта түзілуін тудырады, басқа симптомдар салыстырмалы түрде жұмсақ болады және оларды шектеу арқылы жоюға болады. лактоза мен галактозаны қабылдау. Трансфераза мен эпимеразаның жұмысының бұзылуы ауыр зардаптарға, атап айтқанда, жүйке жүйесінің даму ақауларына, бауырдың зақымдалуына әкеледі және өлімге әкелуі мүмкін.
Денедегі маннозаның көзі әр түрлі полисахаридтер мен тағамдық гликопротеидтер болуы мүмкін, ол алтыншы позицияда гексокиназамен фосфорланады, содан кейін фосфоманоза изомеразасы арқылы фруктоза-6-фосфатқа изомерленуі мүмкін.
Гликолиздің реттелуі
Ашытқының ашыту процесін зерттей отырып, Луи Пастер келесі заңдылықты байқады: аэробты жағдаймен салыстырғанда анаэробты жағдайда жасушалар қолданатын глюкозаның сіңу жылдамдығы да, жалпы мөлшері де айтарлықтай өсті. Пастер эффектісі деп аталатын бұл құбылыстың себептері катаболикалық процестерді егжей-тегжейлі зерттеуден кейін белгілі болды: оттегі болған кезде глюкоза көмірқышқыл газы мен суға дейін тотығады, 30-32 АТФ молекуласының синтезімен жүреді. глюкоза молекуласы, ал ол болмаған кезде ашыту глюкоза молекуласына тек 2 АТФ молекуласын береді. Сонымен, анаэробты жағдайда жасуша АТФ -тың бірдей мөлшерін алу үшін глюкозаны 15 есе көп тұтынуы қажет.
Пастер әсері гликолиздің барлық жағдайда бірдей жылдамдықта жүрмейтінін көрсетеді, бірақ ATP концентрациясын шамамен тұрақты деңгейде ұстап тұру үшін және метаболизмнің басқа жолдары үшін құрылыс материалдарын қамтамасыз ету үшін оның метаболикалық қажеттілігіне байланысты жасушада қатаң реттелетінін көрсетеді, қажет болса. Лездік реттеу үш фермент: гексокиназа, фосфофруктокиназа және пируваткиназа белсенділігінің өзгеруіне байланысты болуы мүмкін. Олардың барлығы қайтымсыз реакцияларды катализдейді және глюконеогенез процесіне қатыспайды. Гликолиздің өту жылдамдығының ұзақ мерзімді өзгерістері глюкагон, адреналин, инсулин гормондарының әсерінен, сондай-ақ гликолитикалық ферменттер гендерінің экспрессиясын өзгерту арқылы жүреді.
Гексокиназа
Адамдарда гексокиназа (I-IV) ферментінің төрт изоформасы бар, олар қасиеттерімен ерекшеленеді. Бұлшықет тінінде басым болатын гексокиназа II, субстратқа - глюкозаға жоғары жақындыққа ие, ал қазірдің өзінде 0,1мМ концентрацияда, қандағы глюкоза 40-50 есе аз, фермент жартылай қаныққан. Осының арқасында гексокиназа II максималды қарқындылықпен жұмыс жасай алады. Бұлшықеттерде де бар гексокиназа I-мен бірге аллостерикалық болып табылады және ол катализдейтін реакция өнімі-глюкоза-6-фосфатпен қайтымды түрде тежеледі. Гликолиз келесі кезеңдерде баяулағанда, жасушада глюкоза-6-фосфат жиналады, ол өзінің түзілу реакциясын басады, ал глюкоза жасушада сақталмайды.
Бауырда гексокиназаның басқа изозималық құрамы бар - ол глюкокиназа деп аталатын IV гексокиназа басым. Ол басқа изоформалардан үш жағынан ерекшеленеді. Біріншіден, глюкокиназаның глюкозаға жақындығы төмен, Майклис тұрақтысы 10 мм, бұл қалыпты қандағы глюкозадан жоғары. Екіншіден, бұл ферменттің белсенділігі глюкоза-6-фосфатпен басылмайды. Үшіншіден, басқа гликолиз ферменттерінен бөлінетін ядроға бекіту арқылы гексокиназаны тежейтін бауыр жасушаларында ғана болатын арнайы реттеуші ақуыз бар. Бұл ақуыз фруктоза-6-фосфаттың қатысуымен тиімдірек жұмыс істейді, ал глюкозаның жоғары концентрациясы оның әсерін әлсіретеді.
Мұндай қасиеттер жиынтығы гексокиназаға IV өз қызметін тиімді орындауға мүмкіндік береді: қандағы глюкоза деңгейін реттеу. Қалыпты жағдайда, нормадан аспаған кезде (4-5 мм), гексокиназа белсенді емес, ядродағы реттеуші белокпен байланысады және фосфорлануды катализдей алмайды. Нәтижесінде бауыр басқа органдармен глюкоза үшін бәсекелеспейді, тағы да глюконеогенезде молекулалар қанға еркін ене алады. Қандағы глюкоза жоғарылағанда, мысалы, көмірсуларға бай тағамды жегеннен кейін, ол GLUT2 арқылы гептациттерге тез тасымалданады және глюкокиназа мен реттеуші ақуыздың диссоциациясын тудырады, содан кейін ферментте фосфорлану реакциясын катализдей алады.
Гексокиназа IV ақуыз биосинтезі деңгейінде де реттеледі; энергияға қажеттілік жоғарылаған кезде оның жасушадағы мөлшері артады, бұған АТФ төмен концентрациясы, АМФ жоғары концентрациясы және т.
Фосфофруктокиназа
ФФК-1-гликолиздің ең маңызды реттеуші ферменті, ол тек қайтымсыз трансформацияны катализдейді, сонымен қатар метаболиттерді гликолитикалық ыдырау жолына біржақты бағыттайтын бірінші фермент болып табылады (глюкоза-6-фосфат пен фруктоза-6-фосфатты қолдануға болады) басқа метаболизм жолдарында). Аллостерикалық фермент ретінде, ФФК-1, белсенді орталықтан басқа, оң және теріс модуляторлар (активаторлар мен ингибиторлар) үшін байланыстырушы тораптарды қамтиды:
- ATP, ADP, AMP.АТФ субстрат қана емес, сонымен қатар ФФК-1 ингибиторы болып табылады. Бұл молекуланың жасушада жұмсалуы оның синтезіне қарағанда баяу жүрсе, ол ферменттің аллостерикалық орталығына жабысып, ФФК-1 фруктоза-6-фосфатқа жақындығын төмендетеді. АТФ қарқынды қолданумен концентрациясы жоғарылайтын АДФ және АМФ активаторлар ретінде әрекет етеді, АТФ ФФК-1 әсерін әлсіретеді. Фосфофруктокиназаның белсенділігін реттеудің бұл түрі барлық ұлпаларда жүреді.
- Қышқылдық.Бұлшықеттерде ФФК-1 белсенділігі қоршаған ортаның қышқылдығына байланысты. Ауыр жүктеме кезінде глюкозаның инерсивті анаэробты ыдырауына байланысты бұлшықет талшықтарында лактат жиналады, бұл рН -ның ұлпалардың зақымдану қаупін туғызатын деңгейге дейін төмендеуіне әкеледі. Мұндай жағдайларда ФФК-1 гликолизді тоқтата отырып, өзінің белсенділігін төмендетеді. Бауырда бұл ферментті реттеудің мұндай механизмі жоқ, өйткені сүт қышқылының синтезі жоқ.
- Цитраттрикарбон қышқылының циклінің аралық метаболиті болып табылады. Оның цитоплазмадағы көп мөлшері жасушаның қажетті энергияны липидтер мен белоктардың тотығуынан және биосинтетикалық прекурсорлардың жеткілікті мөлшерінен алатынын көрсетеді. Осылайша, мұндай жағдайларда АТФ синтезі үшін глюкозаны ыдыратудың немесе анаболикалық «құрылыс материалдарын» алудың қажеті жоқ, сондықтан ол фосфофруктокиназаның ингибиторы ретінде әрекет етеді, оған АТФ әсерін күшейтеді.
- Фруктоза-2,6-бисфосфат(F-2,6-BF) бауырда ФФК-1ді ынталандырады, оның әрекеті қандағы глюкоза деңгейін реттеуге байланысты. F-2,6-BF концентрациясы фруктоза-6- фосфорлануын да жүргізе алатын ФФК-2 / ФБР-2 (фосфофруктокиназа-2 / фруктоза-2,6-БИСФОСФАТАЗ) бифункционалды ферментінің белсенділігіне байланысты. фосфат F-2, 6-BP түзілуімен (киназалық белсенділік) және соңғысының гидролизімен (фосфатаза активтілігі). ФФК-2 / ФБП-2 қызметінің «ауысуы» оның фосфорлануы / фосфорлануы арқылы жүреді, фосфорланған форма фосфатаза, дефосфорилденген-киназа ретінде жұмыс істейді. Инсулин гормоны, оның негізгі қызметі қандағы глюкозаның деңгейін төмендету, көптеген медиаторлардың әсерінен бифункционалды ферменттің киназалық белсенділігін ынталандырады, нәтижесінде F-2,6- концентрациясы АҚ жоғарылайды және бұл қосылыс ФФК-1, демек гликолиздің өтуін белсендіреді. Екінші жағынан, глюкагон, керісінше, ФФК-2 / ФБР-2 фосфатаза белсенділігінің активаторы ретінде әрекет етеді, глюкозаның гликолитикалық ыдырауына керісінше әсер етеді. Бифункционалды ферменттің белсенділігіне киназаның белсенділігін ынталандыратын және осылайша гликолизді жеделдететін ксилулоза-5-фосфат (пентозофосфат жолының аралық өнімі) де әсер етеді. Бұл реттеуші молекула қандағы глюкоза деңгейі жоғарылаған кезде гепатоциттерде май қышқылдарының синтезін белсендіру үшін маңызды.
ФФК-1 белсенділігінің кейбір модуляторлары глюконеогенезде фруктоза-1,6-бисфосфаттың фруктоза-6-фосфатқа айналуын катализдейтін фруктоза-1,6-бисфосфат ферментіне де әсер етеді, бірақ керісінше: бұл AMP және P-2 6-BF тежейді. Сонымен, жасушадағы гликолиздің активтенуі глюконеогенездің тежелуімен жүреді және керісінше. Бұл суспензия циклдары деп аталатын энергияны қажетсіз ысырап етудің алдын алу үшін қажет.
Пируват киназа
Сүтқоректілерде пируват киназаның кем дегенде үш изозимасы табылған, олар әр түрлі ұлпаларда көрініс табады. Бұл изозималардың көп ұқсастықтары бар, мысалы, олардың барлығы ацетил-КоА, АТФ және ұзақ тізбекті май қышқылдарының жоғары концентрациясымен (жасушаның энергиямен жақсы қамтамасыз етілгенін көрсететін көрсеткіштер), сондай-ақ аланинмен (амин қышқылы) басылады. Бұл пируваттан синтезделеді). Фруктоза-1,6-бисфосфат пируваткиназаның әр түрлі изоферменттерін белсендіреді. Бауырдың изоформасы (пируват киназ L) бұлшықет изоформасынан (пируват киназа М) басқа бір реттеу режимінің болуымен ерекшеленеді - фосфат тобымен коваленттік модификация арқылы. Ұйқы безі қандағы глюкоза деңгейінің төмендігіне жауап ретінде гаммаға тәуелді ақуыз киназаны белсендіретін глюкагон бөледі. Бұл фермент L пируват киназасын фосфорлайды, нәтижесінде соңғысы белсенділігін жоғалтады. Сондықтан бауырдағы глюкозаның гликолитикалық ыдырауы баяулайды және оны басқа органдар қолдана алады.
Қатерлі ісік жасушаларында гликолиз
1928 жылы Отто Уорбург барлық типтегі ісік жасушаларында гликолиз мен глюкозаның сіңуі сауға қарағанда 10 есе қарқынды жүретінін, тіпті оттегінің жоғары концентрациясында болғанын анықтады. Варбург әсері қатерлі ісікті анықтау мен емдеудің бірнеше әдістерін жасауға негіз болды.
Барлық қатерлі ісік жасушалары, кем дегенде ісік дамуының бастапқы кезеңінде, гипоксия жағдайында өседі, яғни оттегінің жетіспеушілігі, капиллярлық тордың болмауына байланысты. Егер олар жақын маңдағы қан тамырынан 100-200 микроннан артық орналасса, онда олар ATP түзу үшін пируватты одан әрі тотықтырмай тек гликолизге сүйенуі керек. Қатерлі трансформация процесінде ісік жасушаларының барлығында келесі өзгерістер орын алады: гликолиз арқылы энергия өндіруге көшу және сүт қышқылының жасушааралық сұйықтыққа бөлінуінен туындайтын қышқылдық жағдайына бейімделу. Ісік неғұрлым агрессивті болса, онда гликолиз тез жүреді.
Қатерлі ісік жасушаларының оттегінің жетіспеушілігіне бейімделуі көбінесе гипоксиямен туындаған транскрипция факторларына байланысты. Гипоксия тудыратын транскрипция коэффициенті, HIF-1),ол гликолитикалық ферменттердің кемінде сегіз генінің экспрессиясын, сондай -ақ белсенділігі инсулинге тәуелді емес GLUT1 және GLUT3 глюкоза тасымалдаушыларының экспрессиясын ынталандырады. Басқа HIF-1 эффекторы-жасушалардың тамырлы эндотелий өсу факторының бөлінуі. Тамырлы эндотелийдің өсу факторы),бұл ісікте қан тамырларының пайда болуын ынталандырады. HIF-1 жоғары қарқынды жаттығулар кезінде бұлшықеттермен де шығарылады, бұл жағдайда ол ұқсас әсерге ие болады: ол анаэробты АТФ синтезін арттырады және капиллярлық өсуді ынталандырады.
Кейбір жағдайларда гликолиз интенсивтілігінің жоғарылауын позитронды -эмиссиялық томография (ПЭТ) көмегімен ағзадағы ісіктің орнын табу үшін қолдануға болады. 18 F изотопымен белгіленген глюкоза аналогы 2-фтор-2-дезоксиглюкоза (FDG) науқастың қанына енгізіледі.Бұл зат жасушалар арқылы сіңеді және гликолиздің бірінші ферменті гексокиназаның субстраты болып табылады, бірақ оны фосфоглюкоизмеразамен түрлендіруге болмайды. сондықтан цитоплазмада жинақталады. Жиналу жылдамдығы глюкоза аналогының сіңу қарқындылығына және оның фосфорлануына байланысты, екі процесс сау жасушаларға қарағанда рак клеткаларында әлдеқайда жылдам жүреді. 18 Ф ыдырауында арнайы датчиктер жазатын позитрондар бөлінеді.
Особенности катаболизма глюкозы в злокачественных опухолях используются не только для диагностики, но и для разработки новых противораковых препаратов, среди которых: ингибиторы гексокиназы (2-дезоксиглюкоза, лонидамин, 3-бромпируват), Иматиниб (Gleevec), подавляющее определенную тирозинкиназы, которая стимулирует синтез гексокиназы , және басқалар.
1.7 Гликолиз реакциялары
Кіріспе
Гликолиз - бұл глюкоза тотығуының метаболикалық жолы. Ол екі сценарийдің бірінде жасушаның цитозолында жүреді:
1. Аэробты гликолизоттегінің қатысуымен жүреді және 10 реакцияны қамтиды.
Өнімдер - 2 пируват молекуласы, 4 ATP және 2 NADH. Шығындар - 2 АТФ молекуласы.
2. Анаэробты гликолизоттегі болмаған жағдайда жүреді және 10 негізгі реакциядан басқа тағы бір реакцияны қамтиды - пируваттың лактатқа (сүт қышқылына) дейін төмендеуі. Бұл реакцияның мәні төменде талқыланатын болады. Реакциялардың жалпы саны - 11.
Өнімдер - 2 лактат молекуласы, 4 АТФ. Шығындар - 2 АТФ молекуласы.
Барлық гликолиз реакцияларының ішінде термодинамикалық қайтымсыз 1, 3-
мен және 10 -шы. Барлық басқа реакциялар қайтымды.
B Реакция теңдеулері
1. Глюкоза + АТФ Глюкоза-6-фосфат + АДФ + Н +
2. Глюкоза-6-фосфат Фруктоза-6-фосфат
3. Фруктоза-6-фосфатФруктоза-1,6-бисфосфат
4. Фруктоза-1,6-бисфосфатДигидроксиацетон фосфат + глицеральдегид-3-фосфат
5. Дигидроксиацетон фосфатыГлицеральдегид-3-фосфат
глюкоза молекуласы. Бұл реакцияны гексокиназа ферменті катализдейді. Глюкозадан басқа гексокиназа басқа моносахаридтерді де фосфорлайды: манноза, фруктоза. Глюкокиназа изоферменті бауырда болады, ол сол реакцияны катализдейді, бірақ Михаэлис тұрақтысы жоғары. Бұл оның глюкозаға жақындығы гексокиназадан төмен екенін білдіреді. Реакциядағы кофактор - магний иондары Mg2 +. Олар АТФ молекуласындағы фосфор қышқылының екі қалдықының теріс зарядын бейтараптайды.
Бұл реакцияның биохимиялық мәні - фосфор қышқылының теріс зарядталған қалдығын оған беру арқылы жасушадағы глюкозаны «құлыптау». Осылайша, глюкозаның жасушадан сыртқы ортаға кері диффузиясы айтарлықтай төмендейді, өйткені теріс зарядталған глюкоза молекулалары теріс зарядталған мембрана фосфолипидтерімен электростатикалық түрде ығыстырылады.
D Реакция 2
Екінші реакция кезінде альдоза - глюкоза -6 -фосфат - кетозға изомерленеді
- фруктоза-6-фосфатБұл реакцияны фермент катализдейді фосфоглюцоизомераза.
E реакциясы 3
Гликолиз реакциялары |
||
Субстрат: фруктоза-6-фосфат |
Өнім: фруктоза-1,6-бисфосфат |
|
Фермент: фосфофруктокиназа |
Кофактор: Mg 2+ |
|
Аллостериялық белсендірілген: |
Аллостериялық ингибирленген: |
|
АМФ, фруктоза-2,6-бисфосфат |
АТФ, цитрат |
|
Гормоналды реттеуаллостерозмен байланысты және би- |
||
функционалды фермент(BIF) және фруктоза-2,6-бисфосфат (оның өнімі) 1. |
||
Негізгі гормондар: инсулин, глюкагон, адреналин. |
||
Фермент фосфофруктокиназафруктоза-6-фосфаттан фруктоза-1,6-бифосфатқа дейін фосфорилейді (бұл жағдайда бис- префиксін қолдану фосфор қышқылының қалдықтары фруктоза молекуласындағы әр түрлі көміртек атомдарымен байланысқанын көрсетеді; ди- префиксін қолдану, фосфат топтары бір көміртек атомымен байланысқанын білдіреді, бұл жағдайда қате).
Фосфофруктоизомераза - гликолизді реттейтін негізгі фермент, өйткені ол гликолиздің шектеу реакцияларының бірін катализдейді.
E реакциясы 4
1 BIF және фосфофруктокиназаның реттеу механизміфруктоза-2,6-бисфосфат 2.9 бөлімінде егжей-тегжейлі талқыланады.
Альдолаза төртінші реакцияны катализдейді-фруктоза-1,6-бисфосфаттың екі триоға: глицералдегид-3-фосфат пен дигидроксиацетон фосфатқа бөлінуі. Альдо глюкоза-6-фосфаттың бөлінуі әр түрлі атомдардағы өнімдердің пайда болуына әкеледі. Бұл жағдайда екі өнімдегі атомдар саны үшке тең. Бұл гликолиздің екінші реакциясының (мағынасын) түсіндіреді (глюкозаның фруктозаға изомерленуі).
F реакциясы 5
Төртінші гликолиз реакциясының өнімдерінің бірі-глицеральдегид-3-фосфат
- қосымша реакцияларға қатысады. Басқа өнім, дигидроксиацетон фосфаты бесінші реакция кезінде изомерленедіферменттің көмегімен глицералдегид-3-фосфат үштік фосфат изомеразасы... Бұл фермент «каталитикалық жағынан мінсіз»
- өнім субстрат ферментпен байланыста болғаннан кейін түзіледі.
3 Реакция 6
Гликолиздің алтыншы реакциясы - глицералдың тотығуы мен фосфорлануы
катализдейтін дегид-3-фосфат глицералдегид-3-фосфатдегидрогеназа... IN
Гликолиздің бірінші кезеңі дайындық, мұнда АТФ энергиясының шығыны, глюкозаның активтенуі және одан түзілуі үштік фосфаттар.
Бірінші реакциягликолиз сақинада жоқ 6 -шы көміртек атомының фосфорлануына байланысты глюкозаның реактивті қосылысқа айналуына дейін азаяды. Бұл реакция кез келген глюкозаның конверсиясында бірінші болып катализденеді гексокиназа.
Екінші реакциясақинадан фосфорлану үшін тағы бір көміртек атомын шығару қажет (фермент изомераза). Нәтижесінде фруктоза-6-фосфат пайда болады.
Үшінші реакция- фермент фосфофруктокиназафруктоза-6-фосфатты фосфорлайды және дерлік симметриялы фруктоза-1,6-дифосфат молекуласын құрайды. Бұл реакция гликолиз жылдамдығын реттеуге маңызды.
IN төртінші реакцияфруктоза 1,6-дифосфат екіге бөлінеді фруктоза-1,6-дифосфат-алдолазафосфорланған екі триозалы изомердің - альдозаның түзілуімен глицеральдегид(ГАФ) және кетоз диоксиацетон(DAF).
Бесінші реакциядайындық кезеңі - глицеральдегид фосфаты мен диоксиацетон фосфатының қатысуымен бір -біріне ауысуы үштік фосфат изомеразасы... Реакция тепе -теңдігі диоксиацетон фосфатының пайдасына ығысады, оның үлесі 97%, глицеральдегид фосфатының үлесі 3%. Бұл реакция өзінің қарапайымдылығымен глюкозаның болашақ тағдырын анықтайды:
- жасушада энергия жетіспеушілігімен және глюкоза тотығуының активтенуімен диоксиацетон фосфаты глицеральдегид фосфатына айналады, ол әрі қарай гликолиздің екінші сатысында тотығады,
- АТФ жеткілікті мөлшерде болса, керісінше, глицеральдегид фосфаты диоксиацетон фосфатына изомерленеді, ал соңғысы май синтезіне жіберіледі.
· Гликолиздің екінші кезеңі
·
Гликолиздің екінші кезеңі шамамен бос энергияглицеральдегид фосфатының құрамында болады және оны пішінде сақтайды ATF.
· Алтыншы реакциягликолиз (фермент глицеральдегид фосфатдегидрогеназа)-глицералдегид фосфатының тотығуы және оған фосфор қышқылының қосылуы 1,3-дифосфоглицерин қышқылы мен НАДГ жоғары энергиялы қосылыстың түзілуіне әкеледі.
· КІРУ жетінші реакция(фермент фосфоглицераткиназа) 1,3-дифосфоглицерат құрамындағы фосфоэстер байланысының энергиясы АТФ түзілуіне жұмсалады. Реакция тотығу фосфорлануынан айырмашылығы (митохондриялық мембранадағы сутегі иондарының электрохимиялық градиентінен) АТФ -та (реакция субстратынан) жоғары энергиялы байланыс алу үшін энергия көзін көрсететін қосымша атау алды.
· Сегізінші реакция- әсерінен алдыңғы реакцияда синтезделген 3-фосфоглицерат фосфоглицератты мутаза 2-фосфоглицератқа изомерленген.
· Тоғызыншы реакция- фермент энолазасу молекуласын 2-фосфоглицерин қышқылынан ажыратады және фосфоенолпируват құрамында жоғары энергиялы фосфоэстер байланысының пайда болуына әкеледі.
· Оныншы реакциягликолиз - басқа субстрат фосфорлану реакциясы- аудару пируват киназафосфоенолпируваттан АДФ-ке дейін жоғары энергиялы фосфат және пирожүзім қышқылының түзілуі.
Глюкозаның тотықсыздануының соңғы реакциясы, он бірінші- әрекет кезінде пируваттан сүт қышқылының түзілуі лактатдегидрогеназа... Ең бастысы, бұл реакция жүзеге асады тек анаэробты жағдайда... Бұл реакция жасуша үшін қажет, өйткені 6 -шы реакцияда пайда болған NADH, оттегі болмаған кезде митохондрияда тотығуға болмайды.
· Ұрықта және өмірдің алғашқы айларындағы балаларда глюкозаның анаэробты ыдырауы басым болады, сондықтан олардағы лактат мөлшері ересектерге қарағанда жоғары.
· Оттегі болған кезде пирув қышқылы митохондрияға өтіп, ацетил-S-КоА айналады.
Анаэробты гликолизГлюкозаның лактатқа тотығу процесі, ол О2 болмаған кезде жүреді.
Анаэробты гликолиздің аэробтыдан айырмашылығы тек соңғы 11 реакция болған кезде, оларда ортақ 10 реакция.
Кезеңдер:
1) Дайындық, оған 2 АТФ жұмсалады. Глюкоза фосфорланған және 2 фосфотриозға бөлінеді;
2) 2 кезең АТФ синтезімен байланысты. Бұл кезеңде фосфотриоздар ПВХ -ға айналады. Бұл кезеңнің энергиясы 4 АТФ синтезіне және 2NADH 2 тотықсыздануына жұмсалады, олар анаэробты жағдайда ПВХ -ны лактатқа дейін төмендетеді.
Энергия балансы: 2ATP = -2ATP + 4ATP
Жалпы схема:
Сүт қышқылының 2 молекуласына 1 глюкозаның тотығуы 2 АТФ түзілуімен жүреді (алдымен 2 АТФ жұмсалады, сосын 4 түзіледі). Анаэробты жағдайда гликолиз энергияның жалғыз көзі болып табылады. Жалпы теңдеу: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP → 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O.
Реакциялар:
Аэробты және анаэробты гликолиздің жалпы реакциялары
1) Гексокиназабұлшықеттерде негізінен глюкозаны, фруктозаны және галактозаны аз фосфорлайды.Глюкоза-6-ф ингибиторы, АТФ. Адреналин активаторы. Инсулин индукторы.
Глюкокиназаглюкозаны фосфорлайды. Бауырда, бүйректе белсенді. Глюкоза-6-ф тежелмейді. Инсулин индукторы.
2) Фосфогексозаның изомеразасыгексозалардың ашық түрлерінің альдо-кетоизомеризациясын жүзеге асырады.
3) Фосфофруктокиназа 1фруктоза-6f фосфорлануын жүзеге асырады. Реакция қайтымсыз және барлық гликолиз реакцияларының ең баяуы барлық гликолиз жылдамдығын анықтайды. Ол белсендірілген: АМФ, фруктоза-2,6-дф, фруктоза-6-ф, Фн. Тежелген: глюкагон, ATP, NADH 2, цитрат, май қышқылдары, кетон денелері. Инсулин реакциясының индукторы.
4) Алдолаза А.гексозалардың ашық формаларына әсер етеді, бірнеше изоформалар түзеді. Тіндердің көпшілігінде Алдолаза А бар. Бауыр мен бүйректе Алдолаза В бар.
5) Фосфотриозды изомераза.
6) 3-PHA дегидрогеназаға дейін 1,3-ФГК-да жоғары энергетикалық байланыстардың түзілуін және NADH 2 қалпына келуін қалыпқа келтіреді.
7) ФосфоглицераткиназаАТФ түзілуімен АДФ субстраттық фосфорлануын жүзеге асырады.
8) Фосфоглицератты мутазафосфат қалдығын FHA -ға 3 позициядан 2 позицияға ауыстыруды жүзеге асырады.
9) Энолазасу молекуласын 2-FHA-дан ажыратады және фосфорда жоғары энергиялы байланыс түзеді. F - иондарының әсерінен тежелген.
10) Пируват киназаАТФ түзілуімен АДФ субстраттық фосфорлануын жүзеге асырады. Ол фруктоза-1,6-df, глюкоза арқылы активтенеді. ATP, NADH 2, глюкагон, адреналин, аланин, май қышқылдары, ацетил-КоА арқылы тежеледі. Индуктор: инсулин, фруктоза.
ПВХА нәтижесінде алынған энол формасы ферментативті түрде термодинамикалық тұрақты кето түріне айналады.
Анаэробты гликолиз реакциясы
11) Лактатдегидрогеназа... Ол 4 бөлімнен тұрады, 5 изоформадан тұрады.
Лактат - бұл организмнен шығарылатын метаболикалық соңғы өнім емес. Анаэробты ұлпадан лактат қан арқылы бауырға тасымалданады, онда глюкозаға айналады (Кори циклы) немесе аэробты ұлпаларға (миокард), онда ПВХ -ға айналады және СО 2 мен Н 2 О -ға дейін тотығады.
Гликолиз - бұл глюкозаның анаэробты ыдырау процесі, ол энергияның бөлінуімен жүреді, соңғы өнім пирув қышқылы (ПВА). Гликолиз - бұл аэробты тыныс алудың және ашытудың барлық түрлерінің жалпы бастапқы кезеңі. Гликолиз реакциялары цитоплазманың (цитозолдың) және хлоропласттардың еритін бөлігінде жүреді. Цитозолда гликолитикалық ферменттер жіптердің қатысуымен мультиферментті кешендерде қайтымды байланысады. Мультиферментті кешендердің мұндай ұйымдастырылуы процестердің векторлығын қамтамасыз етеді.
Барлық гликолиз процесі үнсіз шешілді. Биохимиктер Г.Эмбден мен О.Мейерхоф, сонымен қатар поляк биохимигі Я.О.Парнас.
Гликолиз үш кезеңге бөлінеді:
1. Дайындық кезеңі - гексозаның фосфорлануы және оның екі фосфотриозға бөлінуі.
2. 3-PHA-дан басталып, 3-PHA-мен аяқталатын бірінші субстрат фосфорлануы. Альдегидтің қышқылға дейін тотығуы энергияның бөлінуімен байланысты. Бұл процесте әрбір фосфотриоз үшін бір АТФ молекуласы синтезделеді.
3-FGA → 3-FGK
3. Екінші субстрат фосфорлануы, онда 3-FHA АТФ түзілуімен фосфаттан бас тартады.
3-FGA → 2-FGK → FEP → PVK
Глюкоза тұрақты қосылыс болғандықтан, оның активтенуі бірқатар дайындық реакцияларында глюкозаның фосфорлы эфирлерінің түзілуі кезінде пайда болатын энергия шығынын талап етеді. Глюкоза (пираноза түрінде) гексокиназаның қатысуымен АТФ фосфорланады, глюкоза фосфат изомеразасы арқылы глюкоза-6-фосфатқа айналады. Бұл процесс гексоза молекуласының неғұрлым тұрақсыз фураноза түрін қалыптастыру үшін қажет. Фруктоза-6-фосфат екінші рет АТФ молекуласын қолданып фосфофруктокиназа арқылы фосфорланады.
Фруктоза-1,6-дифосфат-симметриялы орналасқан фосфат топтары бар тұрақсыз фураноза. Бұл екі топта да бір -бірін электростатикалық түрде ығыстыратын теріс заряд бар. Бұл құрылым альдолазаның көмегімен үш фосфат изомеразасының қатысуымен бір-біріне оңай айналатын 3-PHA және PDA екі фосфотриозға оңай бөлінеді.
Гликолиздің екінші кезеңі 3-PHA-дан басталады. Фосфоглицерин альдегиддегидрогеназа ферменті 3-PHA бар фермент-субстрат кешенін құрайды, онда субстрат тотығады және электрондар мен протондар NAD +-ға беріледі. PHA-ның PHA-ға тотығуы кезінде фермент-субстрат кешенінде меркаптанның жоғары энергия байланысы пайда болады. Содан кейін бұл байланыстың фосфоролизі жүзеге асады, нәтижесінде SH-ферменті субстраттан бөлінеді, ал органикалық емес фосфат субстраттың карбоксил тобының қалған бөлігіне қосылады. Жоғары энергиялы фосфат тобы фосфоглицераткиназа арқылы АДФ-ке ауысады және АТФ түзіледі. Осылайша, гликолиздің екінші кезеңінің нәтижесінде АТФ және төмендетілген НАДГ түзіледі.
Күріш. Гликолиз кезеңдері. Нүктелі сызықтар гликолизді қалпына келтірудің шешілуін көрсетеді.
Гликолиздің соңғы сатысы - екінші субстрат фосфорлануы. 3-PHA фосфоглицератты мутаза арқылы 2-PHA-ға айналады. Әрі қарай, энолаза ферменті 2-PHA-дан су молекуласының шығарылуын катализдейді. Бұл реакция молекуладағы энергияның қайта бөлінуімен жүреді, нәтижесінде ПЭП - жоғары энергиялы фосфатты байланысы бар қосылыс түзіледі. Бұл фосфат пируват киназаның қатысуымен АДФ -қа ауысады және АТФ түзіледі, ал энолпируват неғұрлым тұрақты түрге - пируватқа, гликолиздің соңғы өніміне айналады.
Гликолиздің энергия шығымы... Фруктоза-1,6-бисфосфаттың түзілуіне екі АТФ молекуласы қажет. Екі субстрат фосфорлану процесінде 4 АТФ молекуласы синтезделеді (екі триоға). Гликолиздің жалпы энергетикалық нәтижесі - 2 ПТР молекуласы. Гликолиз процесінде 2 NADH молекуласы да түзіледі, олардың тотығуы аэробты жағдайда тағы 6 АТФ молекуласының синтезіне әкеледі. Демек, аэробты жағдайда жалпы энергия шығымы 8 АТФ молекуласы, анаэробты - 2 АТФ молекуласы болады.
Жасушадағы гликолиздің қызметі.
1. тыныс алу субстраттары мен Кребс циклы арасындағы байланысты жүзеге асырады;
2. энергия құндылығы;
3. жасушадағы синтетикалық процестерге қажетті аралық өнімдерді синтездейді (мысалы, РЭП лигнин мен басқа полифенолдардың синтезі үшін қажет);
4. хлоропласттарда гликолиз АТФ синтезіне тікелей жол береді; гликолиз арқылы крахмал үштікке дейін ыдырайды.
Гликолиздің реттелуіүш кезеңде жүзеге асырылуы мүмкін:
1. Глюкоза-6-фосфат гексокиназа ферментінің белсенділігін аллостерлік түрде тежейді.
2. Фосфофруктокиназаның белсенділігі АДФ және Н құрамының жоғарылауымен жоғарылайды және АТФ жоғары концентрациясымен басылады.
3. Пируваткиназа АТФ және ацетил-КоА жоғары концентрациясымен тежеледі.
2... Тыныс алу мен ашыту арасындағы байланыс
ФЕРМЕНТАЦИЯ- АТФ түзілуімен бірге жүретін органикалық заттардың, негізінен көмірсулардың ферментативті ыдырауы. Ол жануарлардың, өсімдіктердің және басқа да көптеген организмдерде жүргізілуі мүмкін. O 2 қатыспайтын немесе қатысатын микроорганизмдер (тиісінше. анаэробты немесе аэробты ашыту).
1875 жылы неміс физиологы Э. Пфлугер оттегі жоқ ортаға салынған бақаның біраз уақыт тірі қалатынын және сонымен бірге СО 2 шығаратынын көрсетті. Ол тыныс алудың бұл түрін молекулааралық деп атады. Оның көзқарасын неміс өсімдіктер физиологы В.Пфеффер қолдады. Осы жұмыстардың негізінде тыныс алу химиясын сипаттайтын екі теңдеу ұсынылды:
C 6 H 12 O 6 → 2 C 2 H 5 OH +2 CO 2
2 C 2 H 5 OH + 6O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O
Анаэробты жағдайда глюкоза этил спирті мен СО 2 -ге дейін ыдырайды деп есептелді. Екінші кезеңде алкоголь оттегімен тотығып, көмірқышқыл газы мен су түзіледі.
Пфеффер мен Пфлюгер жасаған тұжырымдарды талдай отырып, С.П.Костычев (1910) бұл теңдеу шындыққа сәйкес келмейді деген қорытындыға келді, өйткені этанол екі себеп бойынша өсімдіктердегі қалыпты аэробты тыныс алудың аралық өнімі бола алмайды: 1 - улы, 2 - өсімдік тіндерімен глюкозадан әлдеқайда нашар тотығады. Костычев тыныс алу мен ашыту процестері қандай да бір аралық өнім арқылы байланысады деп ұсынды. Костычев пен неміс биохимигі К.Нойбергенің еңбегінің арқасында бұл зат пирожүзім қышқылы (ПВА) болып шықты:
PVK → 2CH 3 SNONSOON (сүт қышқылының ашуы)
PVCK → 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH (алкогольдік ашыту)
С 6 Н 12 О 6 → 2СН 3 СОСООН → 2СО 2 + 2СН 3 СООН (сірке қышқылының ашуы)
ПВХ → 6СО 2 + 6Н 2 О (тыныс алу)
Сүт қышқылы мен алкогольдік ашыту анаэробты жағдайда, сірке қышқылының ашуы мен тынысы аэробты жағдайда жүреді.
Жүктелуде ...
