Топик к лекции ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ГЛИКОЛИЗА 1

Топик к лекции
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ГЛИКОЛИЗА
1.Продуктами гликолиза являются пируват, водород в форме NAD-H и энергия
в форме АТР, и вода
2. Количество синтезированных молекул АТФ:
• в реакциях 1 и 3 используется 2 моль АТР
• в реакциях 7, 10 образуется 4 моль АТР путем субстратного
фосфорилирования
• в реакции 6 синтезируется 2 НАДН2
3. Необходимо отметить, что образовавшиеся в процессе превращения
глицеральдегид-3-фосфата 2 молекулы НАДН в дальнейшем при окислении
могут давать не 6 молекул АТФ, а только 4. Дело в том, что сами молекулы
внемитохондриального НАДН не способны проникать через мембрану внутрь
митохондрий
отдаваемые ими электроны могут включаться в митохондриальную цепь
биологического окисления с помощью так называемого глицеролфосфатного
челночного механизма и Малат-аспартатной челночной системы
4. Цитоплазматический НАДН сначала реагирует с цитоплазматическим дигидроксиацетонфосфатом, образуя глицерол-3-фосфат. Реакция катализируется
НАД-зависимой цитоплазматической глицерол-3-фосфат-дегидрогеназой:
Дигидроксиацетонфосфат + НАДН + Н+ <=> Глицерол-3-фосфат + НАД+.
Образовавшийся глицерол-3-фосфат легко проникает через митохонд-риальную
мембрану. Внутри митохондрии другая (митохондриальная) глицерол-3фосфат-дегидрогеназа (флавиновый фермент) снова окисляет глицерол-3фосфат до диоксиацетонфосфата:
Глицерол-3-фосфат + ФАД <=> Диоксиацетонфосфат + ФАДН2.
Восстановленный флавопротеин (фермент-ФАДН2) вводит на уровне KoQ
приобретенные им электроны в цепь биологического окисления и сопряженного
с ним окислительного фосфорилирования, а диоксиаце-тонфосфат выходит из
митохондрий в цитоплазму и может вновь взаимодействовать с
цитоплазматическим НАДН + Н+. Таким образом, пара электронов (из одной
молекулы цитоплазматического НАДН + Н+), вводимая в дыхательную цепь с
помощью глицеролфосфатного челночного механизма, дает не 3, а 2 АТФ.
В дальнейшем было показано, что с помощью данного челночного механизма
лишь в скелетных мышцах и мозге осуществляется перенос восстановленных
эквивалентов от цитозольного НАДН + Н+ в митохондрии.
5. В клетках печени, почек и сердца действует более сложная малат-аспартатная челночная система. Действие такого челночного механизма
становится возможным благодаря присутствию малатдегидрогеназы и аспартатаминотрансферазы как в цитозоле, так и в митохондриях
Установлено, что от цитозольного НАДН + Н+ восстановленные эквиваленты
сначала при участии фермента малатдегидрогеназы (рис. 10.11) переносятся на
цитозольный оксалоацетат. В результате образуется малат, который с помощью
системы, транспортирующей дикарбоновые кислоты, проходит через
внутреннюю мембрану митохондрии в матрикс. Здесь малат окисляется в
оксалоацетат, а матриксный НАД+ восстанавливается в НАДН + Н+, который
может теперь передавать свои электроны в цепь дыхательных ферментов,
локализованную на внутренней мембране митохондрии.
Следовательно, при окисление глюкозы до пирувата получается или 6 или 8
молекул АТФ
6. Пируват занимает центральное положение в промежуточном метаболизме и
может служить предшественником разнообразных продуктов
Окончательная судьба пирувата и НАД·H, образованных в процессе гликолиза
зависит от организма и условий внутри клетки, в особенности от наличия или
отсутствия кислорода или других акцепторов электронов.
Метаболическая судьба пирувата
Аэробный распад глюкозы включает реакции аэробного гликолиза и
последующее окисление пирувата в реакциях катаболизма.
Он происходит поэтапно:
1. расщепление глюкозы до ПВК (аэробный гликолиз, то есть гликолитические
реакции, которые заканчиваются образованием ПВК, а не лактата, при условии
достаточного количества кислорода в клетке), происходит в цитоплазме клетки;
2. окислительное декарбоксилирование ПВК под действием мультиферментного
пируватдегидрогеназного комплекса с образованием ацетил-КоА (активной
уксусной кислоты), происходит в матриксе митохондрий;
3. цикл трикарбоновых кислот Кребса, куда поступает ацетил-КоА и окисляется
до конечных продуктов обмена СО2 и Н2О. Происходит в матриксе
митохондрий.
ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРУВАТА
В
аэробных
условиях
пировиноградная
кислота
подвергается
окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА. Это
превращение катализируется надмолекулярным пируватдегидрогеназным
комплексом, локализованным в матриксе митохондрий. В состав
пируватдегидрогеназного комплекса входят три различных фермента:
пируватдекарбоксилаза, дигидролипоатацетилтрансфераза и дегидрогеназа
дигидролипоевой кислоты
На начальном этапе (Е1) пируват взаимодействует со 2-м углеродным атомом
тиазольного кольца (7) тиаминпирофосфата (ТПФ), в результате чего отщепляется С02- Образующийся гидроксиэтил-ТПФ (2) реагирует с присоединенным к Е2 липоатом (3), который при этом восстанавливается, а у вторичной
SH-группы удерживает ацетильный остаток (4). Затем Е2 катализирует перенос
ацетильной группы на кофермент А: при этом остается дигидролипоат (5), который снова окисляется при помощи ЕЗ до липоата при одновременном восстановлении NAD
Пируват + НАД+ + HS-KoA –> Ацетил-КоА + НАДН + Н+ + СO2.
Превращением пирувата в лактат останавливается не только митохондриальный
синтез АТФ, но почти весь обмен веществ в митохондриальном матриксе.
Главной причиной такой остановки является высокая концентрация НАДН
(NADH), ингибирующая цитратный цикл и пируватдегидрогеназу
Взаимопревращение молочной и пировиноградной кислот в тканях
В результате гликолиза – анаэробного расщепления глюкозы образуется
молочная кислота, которая накапливается в тканях: активно работающих
мышцах, эритроцитах, в клетках злокачественных опухолей. Пути дальнейшего
обмена молочной кислоты (лактата) следующие:
¾ значительная часть лактата превращается в ПВК с помощью фермента
ЛДГ;
¾ образовавшаяся ПВК может частично использоваться на синтез глюкозы,
реакциями глюконеогенеза – анаболический путь;.
¾ оставшаяся часть ПВК может окисляться аэробным путем, сначала до
ацетил-КоА в процессе окислительного декарбоксилирования, а далее в
цикле Кребса до СО2 и Н2О с выделением энергии – катаболитический
путь;
¾ при образовании избыточных количеств молочной кислоты – она из
мышечных клеток выходит в кровь и через почки выводится с мочой.
У микроорганизмов – брожение – катаболизм углеводов в анаэробных условиях
Этот фермент -пируватдекарбоксилаза- расщепляет пируват на ацетальдегид и
С02. Ацетальдегид затем восстанавливается до этанола.
Реакция
алкогольдегидрогеназы
происходит
направлении, когда этанол потребляется
в
противоположном
В клетках имеется фермент алкогольдегидрогеназа (АДГ), который окисляет
этанол до ацетальдегида. Потом aцетальдегид окисляется до ацетата с помощью
ацетальдегиддегидрогеназы (АцДГ). Ацетальдегид и ацетат очень токсичны и
ведут к очень многим побочным эффектам. АДГ и АцДГ катализирует реакцию,
ведущую к восстановлению НАД+ до НАДН.