Студопедия

Главная страница Случайная лекция


Мы поможем в написании ваших работ!

Порталы:

БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика



Мы поможем в написании ваших работ!




Гликолиз и глюконеогенез

Читайте также:
  1. ЗАНЯТИЕ 15. Катаболизм глюкозы. Анаэробный гликолиз.

СТАДИЯ

СТАДИЯ

1.↓ Р-ция фосфорилирования глк, т.е. перенос остатка ортофосфата на глюкозу за счет АТФ. Реакция катализируется ферментом гексокиназой:

 

Образование глюкозо-6-фосфата в гексокиназной реакции сопровождается освобождением значительного количества свободной энергии системы и процесс практически необратим. Глк-6-ф в отличии от глк, не проходит через мембрану и как бы «запирается в клетке».

Гексокиназа существует в виде четырех изомеров. Первые три преобразуют различные виды гексоз, включая глк. Гексокиназа IV (глюкокиназа) фосфорилирует только глк, имеется в печени, включается в работу при значительных концентрациях глк в крови воротной вены. Остальные изоформы существуют во всех органах и тканях. Гексокиназа ингибируется глюкозо-6-фосфатом, т.е. последний служит одновременно и продуктом реакции, и аллостерическим ингибитором.

 

2.↓↑ Изомеризация глюкозо-6-фосфата в фруктозо-6-фосфат:

 

Эта реакция протекает легко в обоих направлениях, и для нее не требуется каких-либо кофакторов.

 

3.↓ Образовавшийся фруктозо-6-фосфат фосфорилируется за счет второй молекулы АТФ:

 

Данная реакция аналогично гексокиназной практически необратима и является наиболее медленно текущей реакцией гликолиза, так как здесь происходит резкое падение свободной энергии.

Фермент фосфофруктокиназа по своей природе аллостерический фермент. Она ингибируется АТФ и стимулируется АМФ. При значительных величинах отношения АТФ/АМФ активность фосфофруктокиназы угнетается и гликолиз замедляется. Напротив, при снижении этого коэффициента интенсивность гликолиза повышается. Во время работы мышцы происходит интенсивное потребление АТФ и активность фосфофруктокиназы повышается, что приводит к усилению процесса гликолиза.

Фосфофруктокиназа – это «ключевой» фермент гликолиза, он лимитирует скорость всего процесса гликолиза.

4.↓↑ Под влиянием фермента альдолаза фруктозо-1,6-дисфосфат расщепляется на две фосфотриозы:

 

Эта реакция обратима. При повышении температуры реакция сдвигается в сторону большего образования триозофосфатов дигидроксиацетонфосфата (ДАФ) и глицеральдегид-3-фосфата (ГАФ)).

5.↓↑Реакция изомеризации триозофосфатов.

 

Равновесие данной реакции сдвинуто в сторону дигидроксиацетонфосфата. Образуется ≈95% дигидроксиацетонфосфата и 5% глицеральдегид-3-фосфата. В последующие реакции гликолиза включается только глицеральдегид-3-фосфат. По мере его потребления в ходе дальнейших превращений дигидроксиацетонфосфат превращается в глицеральдегид-3-фосфат.

 

6.↓↑ Окисление глицеральдегид-3-фосфата в присутствии фермента глицеральдегид-фосфатдегидрогеназы, кофермента НАД и неорганического фосфата (гликолити-ческая оксидоредукция) с образованием 1,3-бисфосфоглицериновой кислоты и восстановленной формы НАД (НАДН2).

 

Реакция обратима, продукты реакции блокируют фермент, поэтому необходимо использовать их непрерывно в ходе реакции.

 

7. ↓↑Передача богатого энергией фосфатного остатка (фосфатной группы в положении 1) на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицериновой кислоты (3-фосфоглицерата):



 

Р-ция экзергоническая, происходит значительное падение свободной энергии, равновесие сдвинуто влево.

Реакция обратимаэто первая реакция гликолиза где образуется АТФ. В отличие от окислительного фосфорилирования образование АТФ из высокоэнергетических соединений называется субстратным фосфорилированием.

 

8.↓↑ Реакция изомеризации. Сопровождается внутримолекулярным переносом оставшейся фосфатной группы.

Реакция легкообратима, протекает в присутствии ионов Mg2+.

 

 

9. ↓↑ Реакция дегидратации. Катализируется ферментом енолазой, при этом 2фосфоглицериновая кислота в результате отщепления молекулы воды переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту (фосфоенолпируват). В результате образуется еще 1 макроэргическая связь. Реакция обратима.

 

Енолаза активируется двухвалентными катионами Mg2+ или Мn2+ и ингибируется фторидом.

 

10. 2-ая реакция гликолитического фосфорилирования. Реакция необратима, т.к. характеризуется резким падением свободной энергии, разрывом высокоэргической связи и переносом фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ (субстратное фосфорилирование). Синтезируется еще одна молекула АТФ.

 

Активируется в присутствии ионов Mg2+, одновалентных катионов щелочных металлов (К+ или др.).

 

11. Восстановление пировиноградной кислоты до молочной кислоты. Реакция протекает при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента НАДН2, образовавшегося в шестой реакции:

 

Продукт реакции лактат является «тупиком» в обмене веществ, т.к. не вступает ни в один биохимический процесс, кроме обратного превращения в ПВК. При накоплении лактата в клетке нарушается ее рН и останавливается гликолиз.

Т.о. Анаэробный гликолиз – это распад глюкозы до ПВК (с 1-ой до 10 р-ции). При потребности в большем количестве энергии происходит дальнейшее окисление ПВК (ее окислительное декарбоксилирование, преобразование в ацетил-КоА и полное окисление в ЦТК.

Энергетический баланс и биологическая функция гликолиза.

Распад АТФ происходит в 1-ой и 3-ей реакциях, на стадии фосфорилирования глк и фрк.

Если учесть, что весь дигидроксиацетон (5-я реакция), превращается в альдегид, то дальше происходят биохимические превращения двух триоз, а значит образование 4-х молекул АТФ в двух стадиях гликолитического фосфорилирования, т.е. образование двух молекул АТФ на одну молекулу глюкозы.

Три фермента – гексокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа (три необратимые реакции) лимитируют скорость гликолиза. Кроме того, контроль гликолиза осуществляется также ЛДГ и ее изоферментами. Воздействуя на них можно регулировать эту скорость.

Хотя анаэробный гликолиз дает малый выход энергии (2 молекулы АТФ на 1 мол глк), это единственный процесс в клетках организма, образующий энергию в отсутствии кислорода.

Поэтому в кризисных ситуациях (гипоксия) роль анаэробного гликолиза неоценимо велика, т.к. гликолиз протекает во всех клетках и тканях. В этом биологическая роль гликолиза.

 

Энергетическая ценность аэробного гликолиза.

При окислении 1 молекулы глюкозы в аэробных условиях (с 1-10 реакции) образуется 2 молекулы АТФ. 10-я реакция заканчивается образованием ПВК. Причем при распаде 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы ПВК.

В реакциях окислительного декарбоксилирования 2-х ПВК

2 мол. НАД·H2 · 3 ═ 6 мол АТФ

В ЦТК 6 мол. НАД·H2 · 3 ═ 18 мол АТФ

2 мол. ФАД·H2 · 2 ═ 4 мол АТФ

Субстр. Фосфорилир-е = 2 мол АТФ

В гликолизе2 мол АТФ

32 молекулы АТФобразуется при окислении 1 молекулы глюкозы в аэробных условиях.

 

  • Регуляция гликолиза. Эффект Пастера – снижение скорости потребления глюкозы и накопления лактата в присутствии кислорода.
  • Эффекта Пастера объясняется наличием конкуренции между ферментами аэробного (ПВК ДГ, ПВК карбоксилаза, ферменты цепи окислительного фосфорилирования) и анаэробного (ЛДГ) пути окисления за общий метаболит ПВК и кофермент НАДН2.
  • Без О2 митохондрии не потребляют ПВК и НАДН2, в результате их концентрация в цитоплазме повышается и они идут на образование лактата. Так как анаэробный гликолиз дает из 1 глюкозы только 2 АТФ, для образования достаточного количества АТФ необходимо много глюкозы (в 19 раз больше чем в аэробных условиях).
  • В присутствии О2, митохондрии выкачивают ПВК и НАДН2 из цитоплазмы, прерывая реакцию образования лактата. При аэробном окислении из 1 глюкозы образуется 38 АТФ, соответственно для образования достаточного количества АТФ необходимо мало глюкозы (в 19 раз меньше чем в анаэробных условиях).

 

ТЕМА: УГЛЕВОДЫ III

Цель: Дать представление о основных путях тканевых превращений глюкозы, механизмы регуляции углеводного обмена, патологии, возникающие в результате его нарушения.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Глюконеогенез, обходные пути необратимых реакций

2. Пентозофосфатный цикл окисления глюкозы.

3. Регуляция углеводного обмена.

4. Патология углеводного обмена.

 

Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных продуктов: молочной и пировиноградной кислоты, так называемых гликогенных аминокислот, глицерина и т.д.

Главное место процесса печень, в меньшей степени почки и слизистая жкт.

Глюконеогенез протекает при длительном голодании. Можно было бы считать, что глюконеогенез это процесс обратный анаэробному гликолизу. Но 3 реакции гликолиза (гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная) необратимы, путь обратный гликолизу «снизу вверх» невозможен, поэтому в процесс глюконеогенеза на 3 этапах существуют обходные пути необратимых реакций и используются другие ферменты.

I Обходной путь (путь синтеза глюкозы из пирувата)

Образование фосфоенолпирувата из пирувата в обход пируваткиназы

 

1 - пируваткарбоксилаза; 2 - малатдегидрогеназа (митохондриальная); 3 -малатдегидрогеназа (цитоплазматическая); 4 - фосфоенолпируваткарбоксикиназа.

Синтез фосфоенолпирувата осуществляется в несколько этапов.

1.(№10) Первоначально пируват проникает в митохондрии, под влиянием пируваткарбоксилазы и при участии СО2 и АТФ карбоксилируется с образованием оксалоацетата (ЩУК):

 

2. Затем оксалоацетат возвращается в цитоплазму и в результате декарбоксили-рования и фосфорилирования под влиянием фермента фосфоенолпируваткарбоксилазы превращается в фосфоенолпируват. Донором фосфатного остатка в реакции служит гуанозинтрифосфат (ГТФ):

 

Далее идут обратимые реакции гликолиза до следующей необратимой реакции. Фосфоенолпируват, образовавшийся из пирувата, в результате ряда обратимых реакций гликолиза превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат.

II Обходной путь (обход фосфофруктокиназной реакции (№3), которая необратима)

1. Глюконеогенез идет в обход этой эндергонической реакции. Превращение фруктозо-1,6-дифосфата (бисфосфата) во фруктозо-6-фосфат, катализируется специфи-ческой фосфатазой:

 

2. В последующей обратимой стадии биосинтеза глюкозы фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат.

фруктозо-6-фосфата глюкозофосфатизомераза глюкозо-6-фосфата

III. Обходной путь гексокиназной реакции (№1)

 

 

Круглыми стрелками указаны «обходные» пути глюконеогенеза при биосинтезе глюкозы из пирувата и лактата; цифры в кружках обозначают соответствующую стадию гликолиза.

Свободная глюкоза поступает из ткани в кровь. Гликолиз и гликонеогенез тесно взаимосвязаны. При максимальной активности мышц в них накапливается молочная кислота, она диффундирует в кровь и в печени превращается в глюкозу (глюконеогенез), которая в процессе своего распада используется как энергетический субстрат, необходимый для деятельности мышечной ткани.

Взаимосвязь между процессами гликолиза в мышечной ткани и глюконеогенезом в печени может быть представлена в виде схемы:

 


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Каскадный механизм мобилизации и синтеза гликогена | Суммарное уравнение окислительной стадии ПФЦ

Дата добавления: 2014-02-26; просмотров: 1090; Нарушение авторских прав




Мы поможем в написании ваших работ!
lektsiopedia.org - Лекциопедия - 2013 год. | Страница сгенерирована за: 0.004 сек.