timin_o_a_lektsii_po_obschey_biokhimii (1) (832543), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Также анаэробное окисление глюкозы усиливается при нарушении работы митохондрий (митохондриальные болезни, гиповитаминозы В1, В2, В3, В5), во времягипоксии клеток при различных анемиях, при нарушении кровообращения в тканях и призаболеваниях бронхолегочной системы.Строение и обмен углеводов202ГЛИКО ЛИЗАнаэробное превращение глюкозы локализуется в цитозоле и включает 2 этапа из 11ферментативных реакций (см стр.226).Суммарное уравнение анаэробного гликолиза имеет вид:Глюкоза + 2 АДФ + 2 Фн 2 Лактат + 2 АТФ + 2 H2OПервый этап гликолизаПервый этап гликолиза (греч.
glykos — сладкий и греч. lysis — растворение) – подготовительный, здесь происходит затрата энергии АТФ, активация глюкозы и образование изнее триозофосфатов.Первая реакция гликолиза сводится к превращению глюкозы в реакционноспособноесоединение за счет фосфорилирования 6-го, не включенного в кольцо, атома углерода. Этареакция является первой в любом превращении глюкозы, катализируется гексокиназой.Вторая реакция необходима для выведения еще одного атома углерода из кольца дляего последующего фосфорилирования (фермент изомераза).
В результате образуется фруктозо-6-фосфат.Третья реакция – фермент фосфофруктокиназа фосфорилирует фруктозо-6-фосфат собразованием 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 реакциисдвинуто в пользу диоксиацетонфосфата, его доля составляет 97%, доля глицеральдегидфосфата – 3%.
Эта реакция, при всей ее простоте, определяет дальнейшую судьбу глюкозы:o при нехватке энергии в клетке и активации окисления глюкозы диоксиацетонфосфатпревращается в глицеральдегидфосфат, который далее окисляется на втором этапе гликолиза,o при достаточном количестве АТФ, наоборот, глицеральдегидфосфат изомеризуется вдиоксиацетонфосфат, и последний отправляется на синтез жиров (см "Синтез триацилглицеролов").Второй этап гликолизаВторой 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 подвлиянием фосфоглицератмутазы изомеризуется в 2-фосфоглицерат.Девятая реакция – фермент енолаза отрывает молекулу воды от 2-фосфо–глицериновой кислоты и приводит к образованию макроэргической фосфоэфирной связи всоставе фосфоенолпирувата.biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2018г)203Десятая реакция гликолиза – еще одна реакция субстратного фосфорилирования -заключается в переносе пируваткиназой макроэргического фосфата с фосфоенолпируватана АДФ и образовании пировиноградной кислоты.Строение и обмен углеводов204Последняя реакция бескислородного окисления глюкозы, одиннадцатая – образование молочной кислоты из пирувата под действием лактатдегидрогеназы.
Важно то, что этареакция осуществляется только в анаэробных условиях. Эта реакция необходима клетке, таккак НАДН, образующийся в 6-й реакции, в отсутствие кислорода не может окисляться в митохондриях. У плода и детей первых месяцев жизни преобладает анаэробный распад глюкозы, в связи с чем уровень лактата у них выше по сравнению со взрослыми.При наличии кислорода пировиноградная кислота переходит в митохондрию и превращается в ацетил-SКоА.ГЛИКО ЛИТ ИЧЕ СК АЯОКСИДОРЕДУКЦИЯВ анаэробных условиях образуемый в шестой, ГАФ-дегидрогеназной реакции, НАДНиспользуется в одиннадцатой реакции для восстановления пирувата до лактата. Образуемыйэтим образом НАД опять возвращается в шестую реакцию. Процесс циклического восстановления и окисления НАД в реакциях анаэробного окисления глюкозы получил названиегликолитическая оксидоредукция.В аэробных условиях гликолитической о ксидоредукции не происходит, НАДН отдаетсвои атомы водорода на челночные системы (см ниже) для их передачи в дыхательнуюцепь митохондрий.ЭФФЕКТ П АСТ ЕР АЭффект Пастера – это снижение потребления глюкозы и прекращение продукции молочной кислоты клеткой в присутствии кислорода.Биохимическая основа эффекта Пастера заключается в конкуренции между пируватдегидрогеназой, превращающей пируват в ацетил-SКоА, и лактатдегидрогеназой, превращающей пируват в лактат.При отсутствии кислорода реакции окислительного фосфорилирования не идут, моментально накапливающийся НАДН тормозит ЦТК и ПВК-дегидрогеназу, ацетил-SКоА, непопадающий в ЦТК, также ингибирует ПВК-дегидрогеназу.
В этой ситуации пировиноградной кислоте не остается ничего иного как под влиянием ЛДГ превращаться в молочную.При наличии кислорода ингибирование ПВК-дегидрогеназы прекращается и она, обладая большим сродством к пирувату, выигрывает конкуренцию.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2018г)ЧЕЛНО ЧНЫЕ205С ИСТ Е МЫМолекулы НАДН, образованные в шестой реакции гликолиза, в зависимости от наличия кислорода имеют, как минимум, два пути дальнейшего использования:o либо остаться в цитозоле и вступить в лактатдегидрогеназную реакцию (анаэробныеусловия),o 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 вматриксе митохондрий.
Такие системы называются челночными.Определены две основные челночные системы – глицеролфосфатная и малатаспартатная.Глицеролфосфатный челночный механизмКлючевыми ферментами глицеролфосфатного челнока являются изоферменты глицерол-3-фосфат-дегидрогеназы – цитоплазматический и митохондриальный. Они отличаютсясвоими 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.Строение и обмен углеводов206Работа глицеролфосфатного челночного механизма актуальна при необходимости получить энергию из глюкозы при работе клетки. Однако в гепатоците и адипоците в состоянии покоя и после еды глицерол-3 фосфат будет использоваться в цитозоле для синтеза жиров (см "Синтез триацилглицеролов").Малат-аспартатный челночный механизмЭтот механизм более сложен.
Постоянно идущая в цитоплазме реакция трансаминирования аспартата с α-кетоглутаратом превращает его в оксалоацетат, который под действием цитозольного пула малатдегидрогеназы и "гликолитического" НАДН восстанавливаетсядо яблочной кислоты. Последняя антипортом с α-кетоглутаратом проникает в митохондриии, являясь метаболитом ЦТК, окисляется в оксалоацетат с образованием НАДН. Так какмембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, то оксалоацетат вступает в реакцию трансаминирования с глутаминовой кислотой и превращается в аспарагиновую кислоту.Последняя, при участии соответствующей транслоказы, в обмен на глутамат выходит в цитозоль и снова вовлекается в трансаминирование.Расчет энергетической ценности и коэффициента Р/Опри окислении глюкозыДля расчета количества АТФ, образованной при окислении глюкозы необходимо знать:o реакции, идущие с затратой или образованием АТФ и ГТФ,o реакции, продуцирующие НАДН и ФАДН2 и использующие их,o так как глюкоза образует две триозы, то все соединения, образующиеся ниже ГАФдегидрогеназной реакции, образуются в двойном (относительно глюкозы) количестве.Анаэробное окислениеНа подготовительном этапе на активацию глюкозы затрачивается 2 молекулы АТФ,фосфат каждой из которых оказывается на триозе – глицеральдегидфосфате и диоксиацетонфосфате.
В следующий второй этап входят две молекулы глицеральдегидфосфата,каждая из которых окисляется до пирувата с образованием 2-х молекул АТФ в седьмой идесятой реакциях – реакциях субстратного фосфорилирования. Таким образом, суммируя,получаем, что на пути от глюкозы до пирувата в чистом виде образуется 2 молекулы АТФ.biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2018г)207Ранее при расчете эффективности окисления коэффициент P/O для НАДH принимался равным 3,0, для ФАДH2 – 2,0.По современным данным значение коэффициента P/O для НАДH соответствует2,5, для ФАДH2 – 1,5.Однако надо иметь в виду и шестую, глицеральдегидфосфат-дегидрогеназную, реакцию, из которой выходит НАДН. Если условия анаэробные, то он используется в лактатдегидрогеназной реакции, где окисляется для образования лактата и в получении АТФ неучаствует.Аэробное окислениеЕсли в клетке имеется кислород, то молекула НАДН из шестой реакции гликолизанаправляется в митохондрию, на процессы окислительного фосфорилирования.
Там егоокисление приносит дивиденды в виде 2,5 молей АТФ.Образовавшийся в гликолизе пируват в аэробных условиях превращается вПВК-дегидрогеназном комплексе в ацетил-SКоА, при этом образуется 1 молекула НАДН(2,5 моля АТФ).Ацетил-SКоА вовлекается в ЦТК и, окисляясь, дает 3 молекулы НАДН, 1 молекулуФАДН2, 1 молекулу ГТФ.
Молекулы НАДН и ФАДН2 движутся в дыхательную цепь, гдепри их окислении в сумме образуется 9 молекул АТФ. В целом при сгорании одной ацетогруппы в ЦТК образуется 10 молекул АТФ.Суммируя результаты окисления "гликолитического" и "пируватдегидрогеназного"НАДН, "гликолитический" АТФ, энергетический выход ЦТК и умножая все на 2, получаем32 молекулы АТФ.Для расчета коэффициента P/O (см "Окислительное фосфорилирование/КоэффициентP/O") подсчитываемo количество АТФ образованного в митохондриях АТФ-синтазой – это соответствует значению P,o количество НАДН и ФАДН2, поступивших в дыхательную цепь – это значение соответствует числу восстановленных атомов кислорода (O), включенных в молекулу воды.После расчетов получаем P=28 и O=12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
