Гликолиз

редактировать
Путь метаболизма
Сводная диаграмма путей гликолиза, показывающая многоступенчатое преобразование глюкозы пируват. Каждый этап этого пути катализируется уникальным ферментом. Глюкоза G6P F6P F1,6BP GADP DHAP 1,3BPG 3PG 2PG PEP Пируват HK PGI PFK ALDO TPI GAPDH PGK PGM ENO PK Гликолиз Изображение выше содержит интерактивные ссылки метаболический путь гликолиза превращает глюкозу в пируват посредством ряда промежуточных метаболитов. Каждая химическая модификация выполняется отдельным ферментом. Шаги 1 и 3 потребляют АТФ, а шаги 7 и 10 производят АТФ. Поскольку шаги 6–10 выполняются дважды на молекулу глюкозы, это приводит к чистому производству АТФ.
Резюме аэробного дыхания

Гликолиз (от глюкозы, более старый термин для разложения глюкозы + -лиза) - это метаболический путь, который превращает глюкозу C6H12O6в пируват, CH 3 COCOO (пировиноградную кислоту) и водород ion, H. свободная энергия, высвобождаемая в этом процессе, используется для образования высокоэнергетических молекул АТФ (аденозинтрифосфат ) и NADH (восстановленный никотинамидадениндинуклеотид ). Гликолиз представляет собой последовательность из десяти реакций, катализируемых ферментом. Большинство моносахаридов, таких как фруктоза и галактоза, можно превратить в одно из этих промежуточных соединений. Промежуточные продукты также могут быть полезны напрямую, а не просто использоваться в качестве стадий в общей реакции. Например, промежуточный дигидроксиацетонфосфат (DHAP) является источником глицерина, который соединяется с жирными кислотами с образованием жира.

Гликолиз - это кислородно-независимый метаболический путь. Широкое распространение гликолиза указывает на то, что это древний путь метаболизма. Действительно, реакции, которые составляют гликолиз и его параллельный путь, пентозофосфатный путь, протекают с металлическим катализом в бескислородных условиях архейских океанов, также в отсутствие ферментов.

У большинства организмов гликолиз происходит в цитозоле. Наиболее распространенным типом гликолиза является путь Эмбдена-Мейерхоф-Парнаса (ЭМП), который был открыт Густавом Эмбденом, Отто Мейерхоф и Якубом Каролем Парнасом. Гликолиз также относится к другим путям, таким как путь Энтнера-Дудорова и различные гетероферментативные и гомоферментативные пути. Однако обсуждение здесь будет ограничено путем Эмбдена-Мейерхофа-Парнаса.

Путь гликолиза можно разделить на две фазы:

  1. Подготовительная (или инвестиционная) фаза, на которой расходуется АТФ. 402>
  2. Фаза окупаемости - на которой производится АТФ.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 История
  • 3 Последовательность реакций
    • 3.1 Краткое описание реакций
    • 3.2 Подготовительная фаза
    • 3.3 Фаза отдачи
    • 3.4 Биохимическая логика
    • 3.5 Изменения свободной энергии
  • 4 Регулирование
    • 4.1 Биологические механизмы, с помощью которых регулируются ферменты
    • 4.2 Регулирование инсулином у животных
    • 4.3 Регулирование ферментов, ограничивающих скорость
      • 4.3.1 Гексокиназа и глюкокиназа
      • 4.3.2 Фосфофруктокиназа
      • 4.3.3 Пируваткиназа
  • 5 Процессы постгликолиза
    • 5.1 Аноксическая регенерация NAD
    • 5.2 Аэробная регенерация НАД и удаление пирувата
    • 5.3 Превращение углеводов в жирные кислоты и холестерин
    • 5.4 Превращение пирувата в оксалоацетат для лимонной кислоты цикл
  • 6 Промежуточные соединения для других путей
  • 7 Гликолиз при заболевании
    • 7.1 Диабет
    • 7.2 Генетические заболевания
    • 7.3 Рак
  • 8 Интерактивная карта путей
  • 9 Альтернативная номенклатура
  • 10 Структура компонентов гликолиза в проекциях Фишера и полигональной модели
  • 11 См. также
  • 12 Ссылки
  • 13 Внешние ссылки

Обзор

Общая реакция гликолиза:

d-глюкоза

D-глюкоза wpmp.svg + 2 [NAD]. + 2 [ADP]. + 2 [P] iСтрелка реакции вправо

2 × Пируват

2 × Pyruvate skeletal.svg + 2 [NADH]. + 2 H. + 2 [ATP]. + 2 H 2O Обзор пути гликолиза.

Использование символов в этом уравнении делает его несбалансированным в отношении атомов кислорода, атомов водорода и зарядов.. Атомный баланс поддерживается двумя фосфатными (P i) группами:

  • каждая существует в форме гидрофосфатного аниона (HPO 4), диссоциация дает 2 H в целом
  • Каждый из них высвобождает атом кислорода, когда он связывается с молекулой аденозиндифосфата (ADP), обеспечивая общий вклад 2O

Заряды уравновешиваются разницей между ADP и АТФ. В клеточной среде все три гидроксильные группы ADP диссоциируют на -O и H, давая ADP, и этот ион имеет тенденцию существовать в ионной связи с Mg, давая ADPMg. АТФ ведет себя идентично, за исключением того, что он имеет четыре гидроксильные группы, дающие ATPMg. Когда эти различия вместе с истинными зарядами двух фосфатных групп рассматриваются вместе, чистые заряды -4 с каждой стороны уравновешиваются.

Для простых ферментаций метаболизм одной молекулы глюкозы в две молекулы пирувата дает чистый выход двух молекул АТФ. Затем большинство клеток будет проводить дальнейшие реакции, чтобы «погасить» использованный НАД и произвести конечный продукт этанол или молочную кислоту. Многие бактерии используют неорганические соединения в качестве акцепторов водорода для регенерации НАД.

Клетки, выполняющие аэробное дыхание, синтезируют гораздо больше АТФ, но не в процессе гликолиза. В этих дополнительных аэробных реакциях используется пируват и НАДН + Н из гликолиза. Эукариотическое аэробное дыхание производит приблизительно 34 дополнительных молекулы АТФ для каждой молекулы глюкозы, однако большинство из них продуцируются по механизму, существенно отличному от фосфорилирования на уровне субстрата при гликолизе.

Низкая выработка энергии на глюкозу при анаэробном дыхании по сравнению с аэробным дыханием приводит к большему потоку через метаболический путь в условиях гипоксии (с низким содержанием кислорода), за исключением альтернативных источников анаэробно окисляемых субстратов, таких как жирные кислоты.

История

Путь гликолиз, как его называют сегодня, полностью открыл почти 100 лет. Чтобы понять путь в целом, потребовались объединенные результаты множества небольших экспериментов.

Первые шаги в понимании гликолиза начались в девятнадцатом веке с винодельческой промышленности. По экономическим причинам французская винодельческая промышленность пыталась выяснить, почему вино иногда становится неприятным, вместо того, чтобы превращаться в алкоголь. Французский ученый Луи Пастер исследовал этот вопрос в 1850-х годах, и результаты его экспериментов положили начало долгому пути к выяснению пути гликолиза. Его эксперименты показали, что ферментация происходит под действием живых микроорганизмов ; и что потребление глюкозы дрожжами снизилось в аэробных условиях ферментации по сравнению с анаэробными условиями (эффект Пастера ).

Эдуард Бюхнер. Обнаружена бесклеточная ферментация.

Понимание этапов гликолиза было обеспечено эксперименты по неклеточной ферментации Эдуарда Бухнера в течение 1890-х годов. Бюхнер продемонстрировал, что преобразование глюкозы в этанол возможно с использованием неживого экстракта дрожжей (из-за действия ферментов в экстракте). Этот эксперимент не только произвел революцию в биохимии, но и позволил более поздним ученым проанализировать этот путь в более контролируемых лабораторных условиях. В серии экспериментов (1905-1911) ученые Артур Харден и Уильям Янг обнаружил другие элементы гликолиза. Они обнаружили регулирующие эффекты АТФ на потребление глюкозы во время спиртовой ферментации. Они также пролили свет на роль одного соединения в качестве промежуточного продукта гликолиза: фруктозы 1., 6-бисфосфат.

Определение фруктозо-1,6-бисфосфата осуществляли путем измерения уровней CO 2, когда дрожжевой сок инкубировали с глюкозой. Производство CO 2 быстро увеличивалось, затем замедлялось. Харден и Янг отметили, что этот процесс возобновится, если к смеси будет добавлен неорганический фосфат (Pi). Харден и Янг пришли к выводу, что этот процесс дает органические эфиры фосфорной кислоты, и дальнейшие эксперименты позволили им извлечь дифосфат фруктозы (F-1,6-DP).

Артур Харден и Уильям Янг вместе с Ником Шеппардом во втором эксперименте определили, что термочувствительная высокомолекулярная субклеточная фракция (ферменты) и термочувствительная низкая -молекулярная фракция цитоплазмы (АДФ, АТФ и НАД и другие кофакторы ) необходимы вместе для продолжения ферментации. Этот эксперимент начался с наблюдения, что диализованный (очищенный) дрожжевой сок не может сбраживать или даже создавать фосфат сахара. Эта смесь была спасена добавлением недиализированного дрожжевого экстракта, который был кипячен. Кипячение дрожжевого экстракта делает все белки неактивными (поскольку это денатурирует их). Способность вареного экстракта и диализованного сока к завершению ферментации предполагает, что кофакторы были небелковыми по своему характеру.

Отто Мейерхоф. Один из главных ученых, участвовавших в разгадывании загадки гликолиза

В 1920-е годы Отто Мейерхоф смог связать воедино некоторые из множества отдельных частей гликолиза, открытых Бюхнером, Харденом и Янгом. Мейерхоф и его команда смогли извлечь различные гликолитические ферменты из мышечной ткани и объединить их, чтобы искусственно создать путь от гликогена к молочной кислоте.

В одной статье Мейерхоф и ученый Ренате Юнович -Кочколаты исследовал реакцию, которая расщепляет 1,6-дифосфат фруктозы на два триозофосфата. Предыдущая работа предположила, что расщепление происходит через 1,3-дифосфоглицеральдегид плюс окисляющий фермент и уютамазу. Мейерхофф и Юнович обнаружили, что на константу равновесия для изомеразной и альдозной реакции не влияют неорганические фосфаты или какие-либо другие ферменты-уютазы или окисляющие ферменты. Далее они удалили дифосфоглицеральдегид как возможный промежуточный продукт в гликолизе.

Поскольку все эти компоненты были доступны к 1930-м годам, Густав Эмбден предложил подробный, пошаговый план этого пути, который мы сейчас известен как гликолиз. Наибольшие трудности в определении сложности пути связаны с очень коротким временем жизни и низкими стационарными концентрациями промежуточных продуктов быстрых гликолитических реакций. К 1940-м годам Мейерхоф, Эмбден и многие другие биохимики наконец решили загадку гликолиза. Понимание изолированного пути было расширено в последующие десятилетия, чтобы включить дополнительные детали его регуляции и интеграции с другими метаболическими путями.

Последовательность реакций

Сводка реакций

Глюкоза

D-глюкоза wpmp.svg

Гексокиназа

АТФАДФ Стрелка реакции вправо с второстепенный субстрат (субстраты) сверху слева и второстепенный продукт (продукты) вверху справа

Глюкозо-6-фосфат

Альфа-D-глюкозо-6-фосфат wpmp.svg

Глюкозо-6-фосфат. изомераза

Обратимая стрелка реакции влево-вправо

фруктозо-6-фосфат

Beta-D-Fructose-6-phosphat2.svg

фосфофруктокиназа-1

АТФ АДФ Стрелка реакции вправо с второстепенный субстрат (субстраты) сверху слева и второстепенный продукт (продукты) вверху справа

фруктозо-1,6-бисфосфат

Бета-D-фруктоза-1,6-бисфосфат2.svg

фруктозобисфосфат. альдолаза

Обратимая стрелка реакции влево-вправо

дигидроксиацетон фосфат

Глицерон-фосфат wpmp.svg

+

+

Глицеральдегид-3-фосфат

D- глицеральдегид-3-фосфат.svg

Триозофосфат. изомераза

Обратимая стрелка реакции влево-вправо

2 × Глицеральдегид-3-фосфат

2 × D- глицеральдегид-3-фосфат.svg

Глицеральдегид-3-фосфат. дегидрогеназа

NAD + P iNADH + H Обратимая стрелка реакции влево-вправо с второстепенным субстратом (субстратами) сверху слева, второстепенным продуктом (ами) вперед вверху справа, второстепенный обратный субстрат (субстраты) снизу справа и второстепенный обратный продукт (продукты) слева внизу NAD + P iNADH + H

2 × 1,3-бисфосфоглицерат

2 × 1,3-бисфосфо-D-глицерат.svg

Фосфоглицераткиназа

ADP ATPОбратимая стрелка реакции влево-вправо с второстепенным субстратом (субстратами) сверху слева, второстепенным продуктом (ами) вперед вверху справа, второстепенный обратный субстрат (субстраты) снизу справа и второстепенный обратный продукт (продукты) слева внизу ADPАТФ

2 × 3-фосфоглицерат

2 × 3-фосфо-D-глицерат.svg

фосфоглицератмутаза

Обратимая стрелка реакции влево-вправо

2 × 2-фосфоглицерат

2 × 2-фосфо-D-глицерат wpmp.svg

фосфопируват. гидратаза (енолаза )

H2OОбратимая стрелка реакции влево-вправо с второстепенными продуктами (продуктами) вперед в правом верхнем углу и второстепенными субстратами в обратном направлении снизу справа H2O

2 × фосфоенолпируват

2 × Фосфоенолпируват wpmp.svg

пируваткиназа

АДФ АТФ Стрелка реакции вправо с второстепенный субстрат (субстраты) сверху слева и второстепенный продукт (продукты) вверху справа

2 × Пируват

2 × Пируват. svg

Подготовительный этап

f Первые пять этапов гликолиза считаются подготовительной (или инвестиционной) фазой, поскольку они потребляют энергию для преобразования глюкозы в два трехуглеродных фосфата сахара (G3P ).

d-глюкоза (Glc)гексокиназа глюкокиназа (HK). a трансфераза α-d-глюкозо-6-фосфат (G6P )
D-глюкоза wpmp.svg Альфа-D-глюкозо-6-фосфат wpmp.svg
АТФ H + ADP
Biochem реакция стрелка вперед YYNN горизонт. med.svg

Первым шагом является фосфорилирование глюкозы семейством ферментов, называемых гексокиназами, с образованием глюкозо-6-фосфата (G6P). Эта реакция потребляет АТФ, но действует, чтобы удерживать низкая концентрация глюкозы, способствующая непрерывному транспорту глюкозы в клетку через переносчики плазматической мембраны. Кроме того, она блокирует утечку глюкозы - клетке не хватает переносчиков для G6P, и свободная диффузия из клетки предотвращается из-за заряженной природы G6P. Глюкоза может быть альтернативно образована в результате фосфолиза или гидролиза внутриклеточного крахмала или гликогена.

У животных, изофермент гексокиназы, называемый глюкокиназа, также используется в печени, которая имеет гораздо более низкое сродство к глюкозе (K m в районе нормальной гликемии) и отличается регуляторной опора эртис. Различное сродство к субстрату и альтернативная регуляция этого фермента отражают роль печени в поддержании уровня сахара в крови.

Кофакторы: Mg


α-d-глюкозо-6-фосфат (G6P )фосфоглюкозоизомераза (PGI ). и изомераза β-d-Фруктозо-6-фосфат (F6P )
Альфа-D-глюкозо-6-фосфат wpmp.svg Бета-D-фруктоза -6-фосфат wpmp.png
Стрелка реакции Biochem обратимая NNNN horizon med.svg

G6P затем перегруппировывается в фруктозо-6-фосфат (F6P) с помощью глюкозофосфат-изомеразы. Фруктоза также может вступить в гликолитический путь путем фосфорилирования на этом этапе.

Изменение структуры представляет собой изомеризацию, при которой G6P превращается в F6P. Для протекания реакции требуется фермент, фосфоглюкозоизомераза.Эта реакция свободно обратима при нормальных условиях клеток. Однако она часто идет вперед из-за низкой концентрации F6P, который постоянно расходуется на следующем этапе гликолиза. В условиях высокой концентрации F6P эта реакция легко протекает в обратном направлении. Этот феномен можно объяснить с помощью принципа Ле Шателье. Изомеризация до кетосахара необходима для стабилизации карбаниона в четвертой реакции. p (ниже).


β-d-Фруктозо-6-фосфат (F6P )Фосфофруктокиназа (PFK-1 ). a трансфераза β-d-Фруктозо-1,6-бисфосфат (F1, 6BP )
Бета-D-фруктоза -6-фосфат wpmp.png Бета-D-фруктозо-1,6-бисфосфат wpmp.svg
ATPH + ADP
Biochem реакция стрелка вперед YYNN горизонт. med.svg

Расход энергии другого ATP на этом этапе оправдывается двумя способами: гликолитический процесс (до этого этапа) становится необратимым, а поступающая энергия дестабилизирует молекула.Поскольку реакция, катализируемая фосфофруктокиназой 1 (PFK-1), связана с гидролизом АТФ (энергетически выгодная стадия), она, по сути, необратима, и для этого необходимо использовать другой путь выполняют обратное преобразование во время глюконеогенеза. Это делает реакцию ключевой регуляторной точкой (см. ниже). Это также этап, ограничивающий скорость.

Кроме того, второе событие фосфорилирования необходимо для позволяют образовывать две заряженные группы (а не только одну) на последующей стадии гликолиза, обеспечивая предотвращение свободной диффузии субстратов из клетки.

То же самое реакция также может катализироваться пирофосфат-зависимой фосфофруктокиназой (PFP или PPi-PFK ), которая содержится в большинстве растений, некоторых бактериях, архее и простейших, но не у животных. Этот фермент использует пирофосфат (PPi) в качестве донора фосфата вместо АТФ. Это обратимая реакция, увеличивающая гибкость гликолитического метаболизма. Более редкий вариант АДФ-зависимого фермента PFK был идентифицирован у видов архей.

Кофакторы: Mg


β-d-Фруктозо-1,6-бисфосфат (F1,6BP )Фруктозобисфосфатальдолаза (ALDO ). a лиаза d-Глицеральдегид-3-фосфат (GADP )Дигидроксиацетонфосфат (DHAP )
Бета-D-фруктозо-1,6-бисфосфат wpmp.svg D-глицеральдегид-3-фосфат wpmp.png +Глицерон-фосфат wpmp.png
Стрелка реакции Biochem обратимая NNNN horizon med.svg

Дестабилизация молекулы в предыдущей реакции позволяет разделить гексозное кольцо с помощью альдолазы на два триозных сахара: дигидроксиацетонфосфат (кетоза) и глицеральдегид-3-фосфат (альдоза). представляют собой два класса альдолаз: альдолазы класса I, присутствующие у животных и растений, и альдолазы класса II, присутствующие в грибах и бактериях; эти два класса используют разные механизмы расщепления кетозного кольца.

Электроны, делокализованные в углероде -расщепление углеродной связи связывается со спиртовой группой. Полученный карбанион стабилизируется структурой самого карбаниона через распределение резонансного заряда и присутствие заряженного иона. протезная группа.


Дигидроксиацетонфосфат (DHAP )Триозофосфатизомераза (TPI ). изомеразаd-Глицеральдегид-3-фосфат (GADP )
Глицерон-фосфат wpmp.png D-глицеральдегид-3-фосфат wpmp.png
Стрелка реакции Biochem обратимая NNNN horizon med.svg

Триозофосфатизомераза быстро превращает дигидроксиацетонфосфат с глицеральдегид-3-фосфатом (GADP ), который далее переходит в гликолиз. Это является преимуществом, так как направляет дигидроксиацетонфосфат вниз

Фаза погашения

Вторая половина гликолиза известна как фаза погашения, характеризующаяся чистым увеличением количества богатых энергией молекул АТФ и НАДН. Поскольку глюкоза приводит к образованию двух триозных сахаров на подготовительной фазе, каждая реакция в фазе отдачи происходит дважды на молекулу глюкозы. Это дает 2 молекулы НАДН и 4 молекулы АТФ, что приводит к чистому увеличению на 2 молекулы НАДН и 2 АТФ. молекул гликолитического пути на глюкозу.

Глицеральдегид-3-фосфат (GADP )Глицеральдегид фосфат сфатдегидрогеназа (GAPDH ). и оксидоредуктаза d-1,3-бисфосфоглицерат (1,3BPG )
D-глицеральдегид-3-фосфат wpmp.png 1,3-bisphospho-D-glycerate.png
NAD +PiNADH +H
Biochem реакция стрелка обратимая YYYY горизонт. med.svg

Альдегидные группы триозных сахаров окисляются, и к ним добавляется неорганический фосфат, образуя 1,3-бисфосфоглицерат.

Водород используется для восстановления двух молекул NAD, носителя водорода, с получением NADH + H для каждой триозы.

Баланс атома водорода и баланс заряда поддерживаются, поскольку фосфатная (P i) группа фактически существует в форме гидрофосфатного аниона (HPO 4), который диссоциирует, давая дополнительный ион H и дает чистый заряд -3 с обеих сторон.

Здесь арсенат (AsO 4), анион, родственный неорганическому фосфату, может заменять фосфат в качестве субстрата с образованием 1-арсено-3-фосфоглицерата. Однако он нестабилен и легко гидролизуется с образованием 3-фосфоглицерата, промежуточного соединения на следующей стадии пути. Как следствие обхода этой стадии, молекула АТФ, образованная из 1-3-бисфосфоглицерата в следующей реакции, не будет образована, даже если реакция протекает. В результате арсенат является разобщителем гликолиза.


1,3-Бисфосфоглицерат (1,3BPG )Фосфоглицераткиназа (PGK ). a трансфераза 3 -Фосфоглицерат (3PG )
1,3-bisphospho-D-glycerate.png 3-фосфо-D-глицерат wpmp.png
ADPATP
Biochem реакция стрелка обратимая YYYY горизонт. med.svg
Фосфоглицераткиназа (PGK )

Этот этап представляет собой ферментативный перенос фосфатной группы из 1,3-бисфосфоглицерат в АДФ с помощью фосфоглицераткиназы, образуя АТФ и 3-фосфоглицерат. На этом этапе гликолиз достиг точки безубыточности: 2 молекулы АТФ был израсходован, и теперь синтезированы 2 новые молекулы. Этот этап, один из двух этапов фосфорилирования на уровне субстрата, требует АДФ; таким образом, когда в клетке много АТФ (и мало АДФ), этой реакции не происходит. Поскольку АТФ относительно быстро распадается, когда он не метаболизируется, это важный регуляторный пункт в гликолитическом пути.

АДФ фактически существует как АДФМg, а АТФ как АТФМg, балансируя заряды на - 5 с обеих сторон.

Cof акторы: Mg


3-фосфоглицерат (3PG )фосфоглицератмутаза (PGM ). a мутаза 2-фосфоглицерат (2PG )
3-фосфо-D-глицерат wpmp.png 2-фосфо-D-глицерат wpmp.png
Стрелка реакции Biochem обратимая NNNN horizon med.svg

Фосфоглицератмутаза изомеризуется 3-фосфоглицерат в 2-фосфоглицерат.


2-фосфоглицерат (2PG )энолазу (ENO ). a лиаза Фосфоенолпируват (PEP )
2-фосфо-D-глицерат wpmp.png Фосфоенолпируват wpmp.png
H2O
стрелка реакции Biochem обратимая NYYN Horiz med.svg
Enolase (ENO )

Enolase затем превращает 2-фосфоглицерат в фосфоенолпируват. Эта реакция представляет собой реакцию элиминирования с участием механизма E1cB.

Кофакторы: 2 Mg, один «конформационный» ион для координации с карбоксилатной группой субстрата и один «каталитический» ион, который участвует в дегидратации.


Фосфоенолпируват (PEP )Пируваткиназа (PK). a трансфераза Пируват (Pyr )
Фосфоенолпируват wpmp.png Пируват wpmp. png
ADP + HATP
Biochem реакция стрелка вперед YYNN горизонт. med.svg

A окончательное фосфорилирование на уровне субстрата теперь образует молекулу пирувата и молекулу АТФ с помощью фермента пируваткиназы. Это служит дополнительной регуляторной стадией, аналогично стадии фосфоглицераткиназы.

Кофакторы: Mg

Биохимическая логика

Наличие более чем одной точки регуляции указывает на то, что промежуточные соединения между этими точками входят и выходят из пути гликолиза другими Например, на первом регулируемом этапе гексокиназа преобразует глюкозу в глюкозо-6-фосфат. Вместо продолжения пути гликолиза это промежуточное соединение может быть преобразовано в молекулы хранения глюкозы, такие как гликоген или крахмал. Обратная реакция, расщепление, например, гликогена, дает в основном глюкозо-6-фосфат; очень мало свободной глюкозы образуется в Реакция. Полученный таким образом глюкозо-6-фосфат может вступить в процесс гликолиза после первой контрольной точки.

На второй регулируемой стадии (третья стадия гликолиза) фосфофруктокиназа превращает фруктозо-6-фосфат во фруктозо-1,6-бисфосфат, который затем превращается в глицеральдегид-3- фосфат и дигидроксиацетонфосфат. Дигидроксиацетонфосфат можно удалить из гликолиза путем преобразования в глицерин-3-фосфат, который можно использовать для образования триглицеридов. И наоборот, триглицериды можно расщепить на жирные кислоты и глицерин; последний, в свою очередь, может быть преобразован в дигидроксиацетонфосфат, который может вступать в гликолиз после второй контрольной точки.

Изменения свободной энергии

Концентрации метаболитов в эритроцитах
СоединениеКонцентрация / мМ
Глюкоза5,0
Глюкоза-6 -фосфат0,083
Фруктозо-6-фосфат0,014
Фруктозо-1,6-бисфосфат0,031
Дигидроксиацетонфосфат0,14
Глицеральдегид-3-фосфат0,019
1,3-Бисфосфоглицерат0,001
2,3-Бисфосфоглицерат4,0
3-фосфоглицерат0,12
2-фосфоглицерат0,03
фосфоенолпируват0,023
пируват0,051
АТФ1,85
АДФ 0,14
Pi1,0

Изменение свободной энергии ΔG для каждой стадии пути гликолиза можно рассчитать с помощью ΔG = ΔG ° '+ RTln Q, где Q - коэффициент реакции. Для этого необходимо знать метаболитов . Все эти значения доступны для эритроцитов, за исключением концентраций НАД и НАДН. Отношение НАД к НАДН в цитоплазме составляет 1000, что делает окисление глицеральдегид-3-фосфата (стадия 6) более благоприятным.

Используя полученные на каждом этапе и стандартные изменения свободной энергии, можно вычислить фактическое изменение новой энергии. (Пренебрежение этим очень распространено - дельта G гидролиза АТФ в клетках не является стандартным изменением свободной энергии гидролиза АТФ, цитируемым в учебниках).

Изменение свободной энергии для каждой стадии гликолиза
СтадияРеакцияΔG ° '/ (кДж / моль)ΔG / (кДж / моль)
1Глюкоза + АТФ → Глюкозо-6-фосфат + АДФ + H-16,7-34
2Глюкозо-6-фосфат → Фруктозо-6-фосфат1,67-2,9
3Фруктозо-6-фосфат + АТФ → Фруктозо-1,6-бисфосфат + АДФ + H-14,2-19
4Фруктозо-1,6-бисфосфат → Дигидроксиацетонфосфат + Глицеральдегид-3-фосфат23,9-0,23
5Дигидроксиацетонфосфат → Глицеральдегид- 3-фосфат7,562,4
6Глицеральдегид-3-фосфат + P i + NAD → 1,3-Бисфосфоглицерат + NADH + H6,30-1,29
71,3-Бисфосфоглицерат + АДФ → 3-фосфоглицерат + АТФ-18,90,09
83-фосфоглицерат → 2-фосфоглицерат4,40,83
92-фосфоглицерат → фосфоенолпируват + H 2O1,81,1
10фосфоенолпируват + ADP + H → Пируват + АТФ- 31,7-23,0

Из измерений физиологических концентраций метаболитов в эритроците кажется, что около семи стадий гликолиза находятся в равновесии для этого типа клеток. Три ступени - с большими отрицательными изменениями свободной энергии - не находятся в состоянии и называются необратимыми; такие шаги часто регулируются.

Этап 5 на рисунке показан позади других этапов, потому что этот этап является побочной реакцией, который может уменьшить или увеличить концентрацию промежуточного глицеральдегид-3-фосфата. Это соединение превращается в дигидроксиацетонфосфат под действием фермента триозофат-изомеразы, который является каталитически совершенным ферментом ; ее скорость настолько высока, что можно предположить, что реакция находится в равновесии. Тот факт, что ΔG не равен нулю, указывает на то, что фактические в эритроците точно не известны.

Регламент

Ферменты, являющиеся активными компонентами, которые управляют метаболическим путем, и, следовательно, изучение регуляторных механизмов, эти ферменты дают нам представление о регуляторных процессах, влияющих на гликолиз. Всего существует 9 основных этапов гликолиза, которые управляют 14 различными ферментами. Ферменты могут быть или подвержены влиянию с помощью 5 регуляторных процессов, включая PTM и локализацию.

Биологические механизмы, с помощью которых регулируются ферменты

1. Экспрессия гена . 2. Аллостерия . 3. Белково-белковое взаимодействие (ИПП) . 4. Пост-трансляционная модификация (PTM) . 5. Локализация

Регулирование инсулином у животных

У животных регуляция уровня глюкозы в крови поджелудочной железой вместе с печенью является жизненно важной частью гомеостаза. бета-клетки в островках поджелудочной железы чувствительны к концентрации глюкозы в крови. Повышение концентрации глюкозы в крови заставляет их выделять в крови инсулин, что оказывает влияние, в частности, на печень, но также на жировые и мышечные клетки., заставляя эти ткани удалять глюкозу из крови. Когда сахара в крови падает, бета-клетки поджелудочной железы прекращают производство инсулина, но вместо этого стимулируют соседние альфа-клетки поджелудочной железы, чтобы высвободить глюкагон в кровь. Это, в свою очередь, заставляет печень выделять глюкозу в крови путем расщепления накопленного гликогена и посредством глюконеогенеза. Если падение уровня глюкозы в крови особенно сильное или серьезное, другие сенсоры глюкозы выброс адреналина из надпочечников в крови. Он действует так же, как глюкагон, метаболизм глюкозы, но его действие более выражено. В печени глюкагон и эпинефрин вызывают фосфорилирование ферментов, ограничивающих скорость гликолиза, синтез жирных кислот, синтез холестерина, глюконеоген и гликогенолиза. Инсулин оказывает на эти ферменты противоположное действие. Фосфорилирование и дефосфорилирование этих ферментов (в конечном итоге в ответ на уровень глюкозы в крови) является доминирующим способом, которым пути регулируются в клетках печени, жира и мышц. Таким образом, фосфорилирование фосфофруктокиназы подавляет гликолиз, тогда как ее дефосфорилирование под действием инсулина стимулирует гликолиз.

Регулирование ферментов, ограничивающих скорость

Четыре регуляторных фермента компенсировать собой гексокиназу (или глюкокиназу в печени), фосфофруктокиназу и пируваткиназу. Поток через гликолитический путь регулируется в ответ на условия как внутри, так и вне клетки. Внутренние факторы, регулирующие гликолиз, делают это в первую очередь для обеспечения АТФ в количестве, адекватных потреблений клетки. Внешние факторы в первую очередь на печень, жировую ткань и мышц, которые могут удалять большое количество глюкозы из крови после еды (таким образом предотвращает гипергликемия из-за накопления избытка глюкозы в виде жира гликогена, в зависимости от типа ткани). Печень также позволяет выделять глюкозу в приеме пищи, во время голодания и физических упражнений, таким образом, гипогликемию посредством гликогенолиза и глюконеогенеза. Эти последние новости совпадают с остановкой гликолиза в печени.

Кроме того, гексокиназа и глюкокиназа также <от гормональных эффектов в качестве контролей в точках входа глюкозы в клетки различных тканей. Гексокиназа реагирует на уровень глюкозо-6-фосфата (G6P) в клетке или в случае глюкокиназы, на уровне сахара в крови, полностью внутриклеточный контроль гликолитического пути в различных ткани (см. ниже ).

Когда глюкоза была преобразована в G6P гексокиназой или глюкокиназой, она может быть преобразована в глюкозо-1-фосфат (G1P) для преобразования в гликоген, или он, альтернативно, превращается гликолизом в пируват, который попадает в митохондрию, где он превращается в ацетил-КоА, а в цитрат. Избыток цитрата экспортируется из митохондрии обратно в цитозоль, где цитратлиаза АТФ регенерирует ацетил-КоА и оксалоацетат (OAA). Затем ацетил-КоА используется для промышленных жирных кислоты и синтезирование ферментов, двух важных способов использования избытка глюкозы, когда ее вводят ферменты, катализаторы. ирующие эти реакции, эти функции, когда они дефосфорилируются за счет действия инсулина на печени. Между приемами пищи, во время голодания, физических упражнений или гипогликемии глюкагон и адреналин попадают в кровь. Это приводит к тому, что гликоген превращается обратно в G6P, а затем превращается в глюкозу с помощью печеночно-специфического фермента глюкозо-6-фосфатаза и высвобождается в крови. Глюкагон и адреналин также стимулируют глюконеогенез, который превращает неуглеводные субстраты в G6P, который присоединяется к G6P, полученному из гликогена, или заменяет его, когда запасы гликогена в печени истощены. Это критически важно для работы мозга, поскольку в большинстве условий мозг использует глюкозу в качестве источника энергии. Одновременное фосфорилирование, в частности, фосфофруктокиназы, но также, в определенной степени, пируваткиназы, предотвращает гликолиз, происходящий одновременно с глюконеогенезом и гликогенолизом.

Гексокиназа и глюкокиназа

Дрожжи гексокиназа B (PDB : 1IG8 ​)

Все клетки содержат фермент гексокиназу, который катализирует превращение глюкозы, поступившей в клетку, в глюкозо-6-фосфат (G6P). Поскольку клеточная мембрана непроницаема для G6P, гексокиназа, по существу, переносит глюкозу в клетки, из которых после этого он больше не может ускользать. Гексокиназа подавляется высокими уровнями G6P в клетке. Таким образом, скорость проникновения глюкозы в клетки частично зависит от того, насколько быстро G6P может быть удален за счет гликолиза и синтеза гликогена (в клетках, хранящих гликоген, а именно в печени и мышцах).

Глюкокиназа, в отличие от гексокиназы, не ингибируется G6P. Она встречается в клетках печени и фосфорилирует только глюкозу. поступает в клетку с образованием глюкозо-6-фосфата (G6P), когда в крови много сахара. Это первый шаг в гликолитическом пути в печени, это Таким образом, обеспечивается дополнительный уровень контроля гликолитического пути в этом органе.

Фосфофруктокиназа

Bacillus stearothermophilus фосфофруктокиназа (PDB : 6PFK ​)

Фосфофруктокиназа является важной контрольной точкой в ​​гликолитическом пути, поскольку она является одной из необратимых стадий и имеет ключевые аллостерические эффекторы, AMP и фруктозо-2,6-бисфосфат (F2,6BP).

Фруктозо-2,6-бисфосфат (F2,6BP) является очень сильным активатором фосфофруктокиназы (PFK-1), который синтезируется, когда F6P фосфорилируется второй фосфофруктокиназой (PFK2 ). В печени, когда уровень сахара в крови низкий и глюкагон повышает цАМФ, PFK2 фосфорилируется протеинкиназой A. Фосфорилирование инактивирует PFK2, и другой домен этого белка становится активным as, что превращает F2,6BP обратно в F6P. И глюкагон, и эпинефрин вызывают высокие уровни цАМФ в печени. Результатом более низких уровней фруктозо-2,6-бисфосфата в печени является снижение активности фосфофруктокиназы и повышение активности фруктозо-1,6-бисфосфатазы, так что глюконеогенез ( в сущности, предпочтение отдается «обратному гликолизу»). Это согласуется с ролью печени в таких ситуациях, поскольку реакция печени на эти гормоны заключается в выделении глюкозы в кровь.

АТФ конкурирует с АМФ за аллостерический эффекторный сайт на ферменте PFK. Концентрации АТФ в клетках намного выше, чем у АМФ, обычно в 100 раз выше, но концентрация АТФ не изменяется более чем примерно на 10% в физиологических условиях, тогда как 10% падение АТФ приводит к 6-кратному увеличению AMP. Таким образом, актуальность АТФ как аллостерического эффектора сомнительна. Увеличение AMP является следствием уменьшения энергетического заряда в элементе.

Цитрат ингибирует фосфофруктокиназу при тестировании in vitro за счет усиления ингибирующего действия АТФ. Однако сомнительно, что это значимый эффект in vivo, поскольку цитрат в цитозоле используется в основном для преобразования в ацетил-КоА для жирной кислоты и холестерина <556.>синтез.

TIGAR, фермент, индуцированный p53, отвечает за регуляцию фосфофруктокиназы и защищает от окислительного стресса. TIGAR - это единственный фермент с двойной функцией, который регулирует F2,6BP. Он может вести себя как фосфатаза (фруктуозо-2,6-бисфосфатаза), которая расщепляет фосфат по углероду-2, образуя F6P. Он также может вести себя как киназа (PFK2), добавляя фосфат на углерод-2 F6P, который продуцирует F2,6BP. У человека белок TIGAR кодируется геном C12orf5. TIGAR Фермент будет препятствовать поступательному прогрессу гликолиза, создавая накопление фруктозо-6-фосфата (F6P), которое изомеризуется в глюкозо-6-фосфат (G6P). Накопление G6P будет шунтировать в пентозофосфатный путь.

Пируваткиназа

дрожжевой пируваткиназа (PDB : 1A3W ​)

Фермент пируваткиназа катализирует последнюю стадию гликолиза, Пируваткиназа катализирует перенос фосфатной группы от фосфоенолпирувата (PEP) в ADP, с образованием одной молекулы пватаиру и одной молекулы АТФ.

пируваткиназы печени, которая косвенно регулируется адреналином и глюкагон через протеинкиназу A, эта протеинкиназа фосфорилирует пируваткиназу печени, дезактивирует ее. пируваткиназа не ингибируется адреналиновой активацией протеинкиназы A. Глюкагон сигнализирует о голодании (глюкоза недоступна) Таким образом, гликолиз подавляется в печени, но не анализируется в мышцах при голодании. фосфоп ротинфосфатаза I, приводящая к дефосфорилированию и активации пир уваткиназы. Эти средства контроля предотвращают активность пируваткиназы одновременно с ферментами, которые катализируют обратную реакцию (пируваткарбоксилаза и фосфоенолпируваткарбоксилаза ), предотвращают бесполезный цикл.

Процессы постгликолиза

Общий процесс гликолиза:

Глюкоза + 2 НАД + 2 АДФ + 2 Р i → 2 пируват + 2 НАДН + 2 Н + 2 АТФ

Если бы гликолиз продолжался бесконечно, весь НАД был бы израсходован, и гликолиз остановился бы. Чтобы гликолизу продолжаться, организмы должны быть окислять НАДН обратно до НАД. Как это выполняется, зависит от того, какой внешний акцептор электронов доступен.

Аноксическая регенерация NAD

Один из способов сделать это - просто заставить пируват выполнять окисление; в этом процессе пируват превращается в лактат (основание конъюгата молочной кислоты) в процессе, называемое молочнокислым брожением :

пируват + NADH + H → лактат + NAD

Этот процесс происходит в бактериях, участвующих в производстве йогурта (молочная кислота заставляет молоко свертываться). Этот процесс также происходит у животных в гипоксических (или частично анаэробных) условиях, например, в переутомленных мышцах, которым не хватает кислорода. Во многих тканях это крайнее клеточное средство для приобретения энергии; большинство тканей животных не переносят анаэробные условия в течение длительного периода времени.

Некоторые организмы, такие как дрожжи, превращают НАДН обратно в НАД в процессе, называемом ферментацией этанола. В этом процессе пируват сначала превращается в ацетальдегид и диоксид углерода, а затем в этанол.

Молочная ферментация и этаноловая ферментация может происходить в отсутствие кислорода. Эта анаэробная ферментация позволяет многим одноклеточным организмам использовать гликолиз в единственном источнике энергии.

Аноксическая регенерация НАД является эффективным средством производства энергии во время коротких интенсивных упражнений у позвоночных в течение периода от 10 до 2 минут во время усилия у людей. (При более низких интенсивностях упражнений он может поддерживать мышечную активность ныряющих животных, таких как тюлени, киты и другие водные позвоночные, в течение более длительных периодов времени.) В этих условиях НАД пополняется за счет НАДН, жертвующего своими электронами. пируват с образованием лактата. Это производит 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы, или около 5% энергетического потенциала глюкозы (38 молекул АТФ в бактериях). Но скорость, с которой происходит АТФ таким образом, происходит примерно в 100 раз выше окислительного фосфорилирования. PH цитоплазмы быстро падает, когда ионы водорода накапливаются в мышцах, в конечном итоге подавляя ферменты, участвующие в гликолизе.

Ощущение жжения в мышцах во время тяжелых упражнений может быть связано с выделением азота во время перехода ферментации глюкозы окисления глюкозы до углекислого газа и воды, когда аэробный метаболизм больше не успевает за потребляемой энергией. мышцы. Эти ионы водорода входят в состав молочной кислоты. Организм возвращается к этому эффективному, но более быстрому методу производства АТФ в условиях низкого содержания кислорода. Считается, что это было основным средством производства энергии в более ранних формах до того, как кислород достиг высокого концентраций в атмосфере между 2000 и 2500 миллионами лет назад, и, таким образом, представлял бы более древнюю форму производства энергии, чем аэробное пополнение НАД в клетках..

Печень млекопитающих избавляется от этой избытка лактата, превращая его обратно в пируват в аэробных условиях; см. цикл Кори.

Ферментация пирувата в лактат иногда также называется «анаэробным гликолизом», однако гликолиз образования пирувата независимо от наличия или отсутствия кислорода.

В двух вышеупомянутых примерах НАДН окисляется путем передачи двух электронов пирувату. Однако анаэробные бактерии используют широкий спектр соединений в качестве концевых акцепторов электронов в клеточном дыхании : азотистые соединения, такие как нитраты и нитриты; соединения серы, такие как сульфаты, сульфиты, диоксид серы и элементарная сера; углекислый газ; соединения железа; соединения марганца; соединения кобальта; и соединения урана.

Аэробная регенерация НАД и удаление пирувата

В аэробных организмов был разработан сложный механизм использования кислорода воздуха в качестве конечного акцептора электронов.

  • Во-первых, НАДН + Н, образующийся в результате гликолиза, должен быть перенесен в митохондрии для окисления и, таким образом, для регенерации НАД, необходимого для продолжения гликолиза. Однако внутренняя мембрана митохондрий непроницаемая для НАДН и НАД. Поэтому используются два «челнока» для транспортировки электронов от НАДН через митохондриальную мембрану. Это челнок малат-аспартат и челнок глицеринфосфат. В первом случае электроны от НАДН переносятся в цитозольный оксалоацетат с образованием малата. Затем малат проходит через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс митохондрий, где он повторно окисляется НАД, образуя внутримитохондриальный оксалоацетат и НАДН. Затем оксалоацетат повторно превращается в цитозоль посредством его преобразования в аспартат, который легко транспортируется из митохондрии. В глицеринфосфате челночные электроны от цитозольного НАДН переносятся на дигидроксиацетон с образованием глицерин-3-фосфата, легко проходит через внешнюю мембрану митохондрий. Затем глицерин-3-фосфат повторно окисляется до дигидроксиацетон, отдавая свои электроны FAD вместо NAD. Эта реакция происходит на внутренней митохондриальной мембране, позволяя FADH 2 отдавать свои электроны непосредственно коферменту Q (убихинон ), который является частью цепи переноса электронов который в конечном итоге передает электроны молекулярному кислороду (O 2) с образованием воды и высвобождением энергии, в конечном итоге захваченной в форме АТФ.
  • Конечный гликолитический продукт, пируват ( плюс НАД) превращается в ацетил-КоА, CO 2 и НАДН + H в митохондриях в процессе, называемом декарбоксилированием пирувата.
  • образующийся ацетил-КоА входит в цикл лимонной кислоты (или цикл Кребса), где ацетильная группа ацетил-КоА превращается в двуокись углерода в результате двух реакций декарбоксилирования с образованием еще большего количества внутримитохондриального NADH + H.
  • Внутримитохондриальный NADH + H окисляется до NAD посредством цепи переноса электронов, используя ки слород в качестве конечного акцептора электронов с образованием воды. Энергия, выделяемая во время этого процесса, используется для создания градиента ионов водорода (или протонов) через внутреннюю мембрану митохондрии.
  • Наконец, протонный градиент используется для производства примерно 2,5 АТФ для каждого NADH + H, окисляемого в процессе, называемом окислительным фосфорилированием.

Превращение углеводов в жирные кислоты и холестерин

Пируват, образующийся при гликолизе, является важным промежуточным звеном в превращении углеводов в жирные кислоты и холестерин. Это происходит путем превращения пирувата в ацетил-КоА в митохондрии. Однако этот ацетил-КоА необходимо транспортировать в цитозоль, где происходит синтез жирных кислот и холестерина. Это не может произойти напрямую. Для получения цитозольного ацетил-КоА цитрат (полученный конденсацией ацетил-КоА с оксалоацетатом ) удаляют из цикла лимонной кислоты и переносят через внутренние митохондрии. мембрану в цитозоль. Там он расщепляется цитратлиазой АТФ на ацетил-КоА и оксалоацетат. Оксалоацетат возвращается в митохондрии в виде малата (а затем обратно в оксалоацетат для переноса большего количества ацетил-КоА из митохондрии). Цитозольный ацетил-КоА может быть карбоксилирован ацетил-КоА-карбоксилазой в малонил-КоА, первую обязательную стадию синтеза жирных кислот, или он может быть в сочетании с ацетоацетил-КоА с образованием 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА (HMG-CoA ), который является этапом ограничения скорости, контролирующим синтез холестерина. Холестерин можно использовать как есть в качестве структурного компонента клеточных мембран, или его можно использовать для синтеза стероидных гормонов, солей желчных кислот и витамина D.

Превращение пирувата в оксалоацетат для цикла лимонной кислоты

Молекулы пирувата, образующиеся в результате гликолиза, активно транспортируются через внутреннюю митохондриальную мембрану и в матрикс, где они могут либо быть окисленными и объединенными с коферментом A с образованием CO 2, ацетил-CoA и NADH, или они могут быть карбоксилированы ( пируваткарбоксилаза ) с образованием оксалоацетата. Эта последняя реакция «восполняет» количество оксалоацетата в цикле лимонной кислоты и, следовательно, является анаплеротической реакцией (от греческого значения «заполнить»), увеличивая способность цикла метаболизировать ацетил-КоА. когда потребности ткани в энергии (например, в сердце и скелетных мышцах ) внезапно увеличиваются из-за активности. В цикле лимонной кислоты все промежуточные соединения (например, цитрат, изоцитрат, альфа-кетоглутарат, сукцинат, фумарат, малат и оксалоацетат) регенерируются на каждом этапе цикла. Таким образом, добавление большего количества любого из этих промежуточных продуктов к митохондрии означает, что это дополнительное количество сохраняется в течение цикла, увеличивая количество всех других промежуточных продуктов по мере превращения одного в другой. Следовательно, добавление оксалоацетата значительно увеличивает количество всех промежуточных соединений лимонной кислоты, тем самым увеличивая способность цикла метаболизировать ацетил-КоА, превращая его ацетатный компонент в CO 2 и воду с выделением энергии, достаточной для образования 11 АТФ и 1 GTP молекула для каждой дополнительной молекулы ацетил-КоА, которая объединяется с оксалоацетатом в цикле.

Для катаплеротического удаления оксалоацетата из цикла лимона, малат может транспортироваться из митохондрии в цитоплазму, уменьшая количество оксалоацетата, которое может быть регенерировано. Кроме того, промежуточные соединения лимонной кислоты постоянно используются для образования различных веществ, таких как пурины, пиримидины и порфирины..

Промежуточные соединения для других метаболических путей

В этой статье основное внимание уделяется катаболическим реакциям роль гликолиза в преобразовании потенциальной химической энергии в полезную химическую энергию во время окисления глюкозы до пирувата. Многие метаболиты гликолитического пути также используются анаболическими путями, и, как следствие, поток через этот путь имеет решающее значение для поддержания запаса углеродных скелетов для биосинтеза.

Все следующие метаболические пути сильно зависят от гликолиза как источника метаболитов: и многое другое.

Хотя глюконеогенез и гликолиз разделяет много промежуточных продуктов, одно функционально не является ответвлением или притоком другого. В обоих путях есть два регуляторных шага, которые, когда они активны в одном пути, автоматически становятся неактивными в другом. Следовательно, два процесса не могут быть активными одновременно. Действительно, если бы оба набора реакций были высокоактивными одновременно, чистым результатом был бы гидролиз четырех высокоэнергетических фосфатных связей (двух АТФ и двух ГТФ) за цикл реакции.

НАД - окислитель в гликолиз, как и в большинстве других метаболических реакций, дающих энергию (например, бета-окисление жирных кислот и во время цикла лимонной кислоты ). Полученный таким образом НАДН в основном используется для окончательного переноса электронов на O 2 для получения воды или, когда O 2 недоступен, для продуцируемых соединений, таких как лактат или этанол (см. Аноксическая регенерация НАД выше). НАДН редко используется в синтетических процессах, за исключением глюконеогенеза. Во время синтеза жирных кислот и холестерина восстанавливающим агентом является НАДФН. Это различие иллюстрирует общий принцип, согласно которому НАДФН расходуется во время биосинтетических реакций, тогда как НАДН генерируется в реакциях с выделением энергии. Источник НАДФН двоякий. Когда малат окислительно декарбоксилируется «NADP-связанным яблочным ферментом» пируватом, образуются CO 2 и НАДФН. НАДФН также образуется пентозой фосфатный путь, который превращает глюкозу в рибозу, которая может быть использована в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот или может быть катаболизирована до пирувата.

Гликолиз при болезни

Диабет

Поглощение глюкозы клетками происходит в ответ на сигналы инсулина, и впоследствии глюкоза расщепляется за счет гликолиза, что снижает уровень сахара в крови. Однако низкий уровень инсулина, наблюдаемый при диабете, приводит к при гипергликемии, когда уровень глюкозы в крови повышается и глюкоза не усваивается клетками должным образом. Гепатоциты дополнительно способствуют этой гипергликемии через глюконеогенез. Гликолиз в гепатоцитах контролирует выработку глюкозы в печени, а когда глюкоза избыточно продуцируется печень без возможности расщепления организмом, гипергликемия r результаты.

Генетические заболевания

Гликолитические мутации обычно редки из-за важности метаболического пути; это означает, что большинство возникающих мутаций приводят к неспособности клетки дышать и, следовательно, вызывают гибель клетки на ранней стадии. Однако наблюдаются некоторые мутации, одним из ярких примеров которых является дефицит пируваткиназы, приводящий к хронической гемолитической анемии.

Рак

Злокачественные опухолевые клетки выполняют гликолиз в десять раз быстрее, чем их аналоги из доброкачественной ткани. Во время их возникновения ограниченная поддержка капилляров часто приводит к гипоксии (снижению поступления O2) в опухолевые клетки. Таким образом, эти клетки зависят от анаэробных метаболических процессов, таких как гликолиз для АТФ (аденозинтрифосфата). Некоторые опухолевые клетки сверхэкспрессируют специфические гликолитические ферменты, что приводит к более высокой скорости гликолиза. Часто эти ферменты представляют собой изоферменты традиционных ферментов гликолиза, которые различаются по своей чувствительности к традиционному ингибированию с помощью обратной связи. Повышение гликолитической активности в конечном итоге противодействует эффектам гипоксии за счет выработки достаточного количества АТФ из этого анаэробного пути. Это явление было впервые описано в 1930 г. Отто Варбургом и названо эффектом Варбурга. Гипотеза Варбурга утверждает, что рак в первую очередь вызван дисфункциональностью митохондриального метаболизма, а не неконтролируемым ростом клеток. Для объяснения эффекта Варбурга был выдвинут ряд теорий. Одна из таких теорий предполагает, что повышенный гликолиз является нормальным защитным процессом организма и что злокачественные изменения могут быть в первую очередь вызваны энергетическим обменом.

Такая высокая скорость гликолиза имеет важные медицинские применения, например, высокий аэробный гликолиз злокачественными опухолями. используется в клинической практике для диагностики и мониторинга реакции на лечение раковых заболеваний путем визуализации поглощения 2-F-2-дезоксиглюкозы (FDG) (радиоактивного модифицированная гексокиназа субстрат ) с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

В настоящее время проводятся исследования по влиянию на метаболизм митохондрий и лечению рака за счет снижения гликолиза и, таким образом, голода раковых клетки различными новыми способами, включая кетогенную диету.

Интерактивная карта путей

На схеме ниже показаны названия белков человека. Названия у других организмов могут отличаться, и количество изоферментов (таких как HK1, HK2,...) также может быть другим.

Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы перейти к соответствующим статьям.

[[File: ГликолизГлюконеогенез_WP534 [[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]][[]]ГликолизГлюконеогенез_WP534 | {{{bSize}}} px | alt = Гликолиз и глюконеогенез редактировать ]] Гликолиз и глюконеогенез редактировать

Альтернативная номенклатура

Некоторые метаболиты в гликолизе имеют альтернативные названия и номенклатуру. Отчасти это связано с тем, что некоторые из них являются общими для других путей, таких как цикл Кальвина.

Эта статьяАльтернатива
1Глюкоза GlcДекстроза
2Глюкозо-6-фосфат G6P
3Фруктозо-6-фосфат F6P
4Фруктозо-1,6-бисфосфат F1,6BPФруктоза 1,6 -дифосфатFBP; СвДП; F1,6DP
5Дигидроксиацетонфосфат DHAPГлицеронфосфат
6Глицеральдегид-3-фосфат GADP3-ФосфоглицеральдегидPGAL; G3P; GALP; GAP; TP
71,3-бисфосфоглицерат 1,3BPGГлицерат-1,3-бисфосфат,. глицерат-1,3-дифосфат,. 1,3-дифосфоглицератPGAP; БПГ; DPG
83-фосфоглицерат 3PGГлицерат-3-фосфатPGA; GP
92-фосфоглицерат 2PGГлицерат-2-фосфат
10Фосфоенолпируват PEP
11Пируват PyrПировиноградная кислота

Структура компонентов гликолиза в проекциях Фишера и полигональная модель

Промежуточные продукты гликолиза, изображенные в проекциях Фишера, показывают химические изменения шаг за шагом. Такое изображение можно сравнить с представлением полигональной модели. Другое сравнение проекций Фишера и полигональной модели в гликолизе показано на видео. Видеоанимации на том же канале в Youtube можно увидеть для другого метаболического пути (цикл Кребса), а также для представления и применения полигональной модели в органической химии

Гликолиз - структура компонентов анаэробного гликолиза, показанная с использованием проекций Фишера, слева и полигональной модели, верно. Соединения соответствуют глюкозе (GLU), глюкозо-6-фосфату (G6P), фруктозо-6-фосфату (F6P), фруктозо-1,6-бисфосфату (F16BP), дигидроксиацетонфосфату (DHAP), глицеральдегид-3-фосфату (GA3P), 1, 3-бисфосфоглицерат (13BPG), 3-фосфоглицерат (3PG), 2-фосфоглицерат (2PG), фосфоенолпируват (PEP), пируват (PIR) и лактат (LAC). Ферменты, участвующие в этом пути, обозначены подчеркнутыми цифрами и соответствуют гексокиназе (1), глюкозо-6-фосфатизомеразе (2), фосфофруктокиназе-1 (3), фруктозо-бисфосфатальдолаза (4), триозофосфат-изомераза (5), глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (5), фосфоглицераткиназа (7), фосфоглицератмутаза (8), фосфопируватгидратаза (енолаза) (9), пируваткиназа (10) и лактатдегидрогеназа (11). Участвующие коферменты (НАД, НАДН + Н, АТФ и АДФ), неорганический фосфат, H 2 O и CO 2 были опущены в этих представлениях. Реакции фосфорилирования АТФ, а также реакции фосфорилирования АДФ на более поздних стадиях гликолиза показаны как ~ P, соответственно входящие или выходящие из пути. Реакции окисления-редукции с использованием НАД или НАДН наблюдаются как атомы водорода «2H», выходящие или входящие в путь.

См. Также

  • icon Портал метаболизма
  • icon Портал биологии
Викискладе есть материалы, относящиеся к Гликолиз.

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-21 11:25:27
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте