Тебе нужна помощь по школьным предметам? Большинство вопросов получают ответ в течение 10 минут ; Войди и попробуй добавить свой вопрос. Или помоги другим с ответом! В результате гликолиза образовалось 56 молекул пировиноградной кислоты ПВК. Определите, какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образовалось при гидролизе и при полном окислении. Попроси больше объяснений Следить Отметить нарушение от qwert Войти чтобы добавить комментарий. Проверенные ответы содержат информацию, которая заслуживает доверия. Узнавай больше на Знаниях! У тебя проблема с домашними заданиями? Мы не только ответим, но и объясним. Качество гарантируется нашими экспертами. Что ты хочешь узнать? Биология 10 баллов 13 часов назад. Почему современные птицы находятся в состоянии геометрической прогрессии? Биология 13 баллов 15 часов назад. Биология 5 баллов 16 часов назад. Биология 13 баллов 18 часов назад. Химизм и характеристика отдельных этапов. Биология 5 баллов 21 час назад. У человека со слабым нетренированным сердцем, кислорода, доставляемого к мышцам во время бега, хватает лишь на окисление половины молочной кислоты. Бесплатная помощь с домашними заданиями. О нас Карьера Контакт. Общие вопросы Правила Как получить баллы? Скачай iOS-приложение Скачай iOS-приложение. Скачай для Android Скачай для Android.
Гликолиз состоит из цепи последовательных ферментативных реакций и сопровождается запасанием энергии в форме АТФ и НАДH. Гликолиз является универсальным путём катаболизма глюкозы и одним из трёх наряду с пентозофосфатным путём и путём Энтнера — Дудорова путей окисления глюкозы, встречающихся в живых клетках. Реакция гликолиза в суммарном виде выглядит следующим образом:. Кислород не требуется для протекания гликолиза. В аэробных условиях пировиноградная кислота далее декарбоксилируется , соединяется с коферментом А и вовлекается в цикл Кребса , а в анаэробных условиях или при гипоксии претерпевает дальнейшие превращения в ходе брожения [3] [4]. Распад шести углеродного сахара глюкозы на две молекулы трёхуглеродного пирувата осуществляется в 10 стадий, первые 5 которых составляют подготовительный этап , а 5 последующих — этап, сопряжённый с образованием ATФ. Все сахара и их производные, образующиеся при гликолизе, являются D-изомерами. В ходе реакций гликолиза глюкоза сначала фосфорилируется по гидроксильной группе при шестом атоме углерода C-6 , давая глюкозофосфат стадия 1. Глюкозофосфат затем изомеризуется в фруктозофосфат стадия 2 , который вновь фосфорилируется, на этот раз по гидроксильной группе при первом атоме углерода, при этом образуется фруктозо-1,6-дифосфат стадия 3. В ходе обеих этих реакций фосфорилирования донором фосфорильной группы является ATФ. Далее фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется на две трёхуглеродные молекулы — дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегидфосфат стадия 4 , эта стадия и дала название всему пути. Дигидроксиацетонфосфат изомеризуется в глицеральдегидфосфат стадия 5 , так что к концу подготовительного этапа из глюкозы образуется 2 молекулы глицеральдегидфосфата, которые в дальнейшем претерпевают одинаковые превращения. Изомеризация на стадии 2 необходима для дальнейшего фосфорилирования, а также разрыва связи С—С на стадии 4, как будет подробнее показано в дальнейшем. При этом в подготовительной стадии гликолиза расходуется 2 молекулы ATФ, что увеличивает свободную энергию промежуточных соединений пути [5]. Энергетическую выгоду даёт второй этап гликолиза, сопряжёный с образованием АТФ. Каждая из двух молекул глицеральдегидфосфата окисляется и фосфорилируется фосфорной кислотой а не АТФ , образуя 1,3-дифосфоглицериновую кислоту стадия 6. Выделение энергии происходит при превращении двух молекул 1,3-дифосфоглицерата в две молекулы пирувата стадии 7—10 , и большая часть этой энергии запасается при присоединении фосфатной группы к четырём молекулам АДФ с образованием четырёх молекул АТФ. Суммарный выход составляет 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы, поскольку 2 молекулы АТФ расходуются в подготовительном этапе. Кроме того, во втором этапе гликолиза часть энергии запасается при образовании двух молекул восстановленного NADH переносчиков электронов на одну молекулу глюкозы [4]. Каждое из 9 промежуточных соединений на пути от глюкозы к пирувату содержат остатки ортофосфорной кислоты. По-видимому, фосфатные группы в этом случае выполняют следующие 3 функции:. На подготовительном этапе гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы расщепляется на два триозофосфата. При этом затрачиваются две молекулы ATФ [7]. Подготовительный этап гликолиза включает 5 реакций, которые подробно описаны ниже. В первой реакции гликолиза происходит активация молекулы глюкозы путём её фосфорилирования по шестому атому углерода С-6 с образованием глюкозофосфата , при этом донором фосфорильной группы выступает ATP [8]:. Эта реакция катализируется ферментом гексокиназой в клеточных условиях гексокиназа неспособна осуществлять обратную реакцию. Он относится к группе киназ — ферментов, катализирующих перенос терминальной фосфорильной группы с ATP на акцептор — нуклеофил. В случае гексокиназы акцептором является гексоза, как правило, D-глюкоза, хотя в некоторых тканях гексокиназа также может катализировать фосфорилирование и других распространённых гексоз, например, D- фруктозы и D- маннозы [8] подробнее см. Такое сближение подводит связанный с ферментом ATP ближе к молекуле глюкозы, также с ним связанной, а также блокирует вход в активный центр воды из раствора, которая в противном случае гидролизовала бы фосфоангидридные связи в молекуле ATP. Как и другие 9 ферментов гликолиза, гексокиназа является растворимым цитозольным белком [8]. Гексокиназа имеется у всех организмов [ источник не указан день ]. Человеческий геном кодирует 4 различные гексокиназы I—IV , которые катализируют одну и ту же реакцию два и более фермента, катализирующие одну и ту же реакцию, но кодируемые разными генами , называются Изоферментами. Гексокиназа IV, также называемая глюкокиназой , присутствует в гепатоцитах и отличается от других гексокиназ некоторыми кинетическими и регуляторными свойствами и играет важную физиологическую роль [8]. Фермент фосфогексозоизомераза [en] , или фосфоглюкозоизомераза катализирует обратимую изомеризацию глюкозофосфата альдозы во фруктозофосфат кетозу [8]:. Механизм этой реакции включает в себя образование промежуточного енодиольного соединения. Эта изомеризация играет ключевую роль для всех последующих превращений гликолиза, поскольку перестройка карбонильной и гидроксильной групп при С-1 и С-2 необходима для следующих двух стадий. Для фосфорилирования, происходящего в следующей стадии, необходимо, чтобы при С-1 карбонильная группа была перестроена в гидроксильную, а для четвёртой стадии — разрыва связи между С-3 и С-4 — необходимо наличие карбонильной группы при С-2 [8]. В третьей реакции гликолиза, протекающей с затратой АТФ, фермент фосфофруктокиназа-1 катализирует перенос фосфорильной группы от АТФ на фруктозофосфат с образованием фруктозо-1,6-дифосфата [8]:. В клеточных условиях фосфофруктокиназа не может осуществлять эту реакцию в обратном направлении, и эта реакция является первой реакцией, продукт которой фруктозо-1,6-дифосфат участвует только в дальнейших реакциях гликолиза, потому что глюкозофосфат и фруктозофосфат могут участвовать и в других [ каких? У некоторых, как правило анаэробных, бактерий и протистов фосфофруктокиназа в качестве донора фосфорильной группы для образования фруктозо-1,6-дифосфата использует пирофосфорную кислоту PP i , а не АТФ:. В растительных клетках имеется как АТФ-зависимая фосфофруктокиназа, так и пирофосфат-зависимая фосфофруктокиназа реакция, катализируемая последней, обратима [10]. Пирофосфат-зависимая фосфофруктокиназа локализована в цитозоле и активируется в условиях стресса, при дефиците АТФ например, при аноксии и фосфорном голодании [11]. Фосфофруктокиназа-1 регулируется аллостерически [en]. Её активность увеличивается, когда клеточные запасы АТФ истощаются, а продукты распада АТФ АДФ и АМФ накапливаются. Напротив, при наличии достаточного количества АТФ и других [ каких? У некоторых организмов фруктозо-2,6-дифосфат является потенциальным аллостерическим регулятором фосфофруктокиназы 1. Косвенным образом активность этого фермента увеличивает также рибулозофосфат [en] промежуточное соединение пентозофосфатного пути , другого пути окисления глюкозы [9] подробнее о регуляции ферментов гликолиза см. Фермент фруктозо-1,6-дифосфатальдолаза , или просто альдолаза , катализирует обратимую альдольную конденсацию. Фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется на два различных триозофосфата: Существуют 2 класса альдолаз. Альдолазы класса I имеются у животных и растений , их работа сопровождается образованием промежуточного основания Шиффа. Альдолазы класса II имеются у грибов и бактерий , при их работе промежуточных оснований Шиффа не образуется. Вместо этого ион цинка в активном сайте фермента связывается с атомом кислорода карбонильной группы при С В обратном направлении альдолазная реакция идёт при глюконеогенезе [12]. Лишь один из двух продуктов альдолазной реакции — глицеральдегидфосфат — может участвовать в дальнейших превращениях гликолиза. Другой продукт — дигидроксиацетонфосфат — быстро и обратимо переводится в глицеральдегидфосфат ферментом триозофосфатизомеразой [en] [12]:. Механизм этой реакции схож с механизмом реакции, катализируемой фосфогексозоизомеразой на стадии 2. Эта реакция завершает подготовительный этап гликолиза. К его концу молекула глюкозы, фосфорилированная по С-1 и С-6, расщепляется на две молекулы глицеральдегидфосфата [13]. Второй этап гликолиза содержит стадии, в которых часть химической энергии молекулы глюкозы запасается в виде АТФ за счёт субстратного фосфорилирования АДФ, а также образования НАДH. Две молекулы глицеральдегидфосфата, образовавшиеся в ходе подготовительного этапа гликолиза, во втором этапе подвергаются одинаковым превращениям. В конечном счёте каждая из них переводится в пируват, при этом образуется 4 молекулы АТФ. Однако суммарный выход АТФ в гликолизе составляет 2 молекулы, так как 2 молекулы АТФ расходуются в подготовительном этапе [13]. В первой реакции второго этапа гликолиза молекула глицеральдегидфосфата окисляется и фосфорилируется в 1,3-дифосфоглицерат , эта реакция катализируется глицеральдегидфосфатдегидрогеназой [en] [13]:. Это первая из двух энергозапасающих реакций, продукты которых в дальнейшем участвуют в образовании АТФ. Альдегидная группа глицеральдегидфосфата окисляется, но не до свободной карбоксильной группы , а до ангидрида карбоновой кислоты с фосфорной кислотой. Большая часть свободной энергии окисления альдегидной группы глицеральдегидфосфата запасается при образовании ацилфосфатной группы при С-1 1,3-дифосфоглицерата [14]. В ходе этой реакции глицеральдегидфосфат ковалентно связан с дегидрогеназой. Альдегидная группа глицеральдегидфосфата взаимодействует с группой —SH остатка цистеина в активном центре фермента. К первому же атому на место связи с атомом серы цистеина присоединяется неорганический фосфат HOPO 3- , и протон с фосфата высвобождается во внешнюю среду. Если NADH, образующийся на этой стадии гликолиза, не будет постоянно расходоваться то есть окисляться , то гликолиз останавливается [15]. Фермент фосфоглицераткиназа переносит высокоэнергетическую фосфорильную группу с карбоксильной группы 1,3-дифосфоглицерата на АДФ , в результате чего образуются АТФ и 3-фосфоглицерат [15]:. Этот фермент получил своё название за обратную реакцию, при которой происходит перенос фосфатной группы с АТФ на 3-фосфоглицерат. Он катализирует оба направления реакции. Реакцию фосфорилирования 3-фосфоглицерата он катализирует при глюконеогенезе и при фотосинтетическом поглощении СО 2 [16]. Стадии 6 и 7 гликолиза с энергетической точки зрения рассматриваются вместе [ кем? Суммарное уравнение процесса, объединяющего стадии 6 и 7, выглядит следующим образом:. Поэтому стадии 6 и 7 вместе составляют экзергонический процесс. Обе эти реакции обратимы при клеточных условиях, и составляемый ими процесс обеспечивает запасание энергии, образовавшейся при окислении альдегидной группы до карбоксильной, в форме АТФ при его образовании из АДФ и фосфорной кислоты. Фермент фосфоглицератмутаза катализирует обратимый перенос фосфорильной группы с С 2 на С 3 глицерата, приводящий к образованию 2-фосфоглицериновой кислоты. Реакция осуществляется в два этапа. Вначале фосфорильная группа, связанная с остатком гистидина в активном центре фосфоглицератмутазы, замещает собой атом водорода в гидроксильной группе при С 2 углероде 3-фосфоглицерата , образуя 2,3-дифосфоглицерат [en] , который связывается другим гистидиновым остатком. Фосфорильная группа при С 3 углероде 2,3-дифосфоглицерата после этого перемещается на остаток гистидина, с которым был связан фосфат, перенесённый на С 2 , а её место замещается протоном, связанным со вторым остатком гистидина. Таким образом, к концу такого цикла образуется 2-фосфоглицерат, а фермент фосфорилируется [17]. Во второй реакции гликолиза, в которой образуется соединение с более высоким потенциалом для перенесения фосфата первой была стадия 6 , фермент енолаза катализирует обратимое элиминирование воды дегидратацию из молекулы 2-фосфоглицерата, в результате которого образуется фосфоенолпировиноградная кислота ФЕП [18]:. Таким образом, эта реакция представляет собой субстратное фосфорилирование. Суммарно эта реакция имеет большое отрицательное изменение свободной энергии из-за спонтанной конверсии енольной формы пирувата в кето-форму. Поэтому при нормальных условиях, а также клеточных условиях отличных от нормальных гликолиз является в значительной мере необратимым процессом благодаря значительному уменьшению свободной энергии системы [7]. Из представленной выше диаграммы видно, что только три реакции 1, 3 и 10 протекают с высоким изменением свободной энергии, причём равновесие сильно смещено в сторону образования конечных продуктов, а другие реакции легко обратимы. При глюконеогенезе они могут идти в противоположном направлении, причём их будут катализировать те же ферменты, что и при гликолизе. Для необратимых реакций 1, 3 и 10 в глюконеогенезе используются обходные пути [19]. Многие углеводы , отличные от глюкозы, также разрушаются по пути гликолиза, но после того, как они будут переведены в одно из промежуточных соединений гликолиза [20]. Часть энергии гликозидной связи при этом запасается в виде эфирной связи, соединяющей фосфат с глюкозой в глюкозофосфате. Глюкозофосфат переводится в глюкозофосфат ферментом фосфоглюкомутазой , катализирующим обратимую реакцию:. Механизм действия этого фермента такой же, как у фосфоглицератмутазы. Образующийся в ходе этой реакции глюкозофосфат может далее быть задействован в гликолизе или пентозофосфатном пути [21]. Описанная выше ситуация характерна лишь для гликогена и крахмала, запасённых внутри клетки. Фосфоролиз гликогена и крахмала, поступающих в организм с пищей, в пищеварительном тракте не имеет никаких преимуществ перед обычным гидролизом: Дисахариды до их проникновения в клетку предварительно гидролизуются до соответствующих моносахаридов. В пищеварительном тракте такой гидролиз осуществляют ферменты, прикреплённые к поверхности клеток пищеварительного эпителия в скобках указан фермент, катализирующий соответствующую реакцию:. Образующиеся моносахариды активно транспортируются в эпителиальные клетки, затем попадают в кровь и разносятся к различных тканям , где фосфорилируются и вовлекаются в гликолиз [21]. У большинства организмов гексозы, отличные от глюкозы, вовлекаются в гликолиз после преобразования в фосфорилированное производное. Гликолитическое расщепление фруктозы называется фруктолиз [en] [22]. D-Фруктоза, в свободном виде присутствующая во многих фруктах и образующаяся при гидролизе сахарозы в тонкой кишке у позвоночных , фосфорилируется гексокиназой:. Такой путь является основным механизмом вовлечения фруктозы в гликолиз в мышцах и почках. В печени она вовлекается в гликолиз иначе. Фермент печени фруктокиназа [en] катализирует фосфорилирование фруктозы по С-1, а не С Далее фруктозофосфат расщепляется на глицеральдегид и дигидроксиацетонфосфат ферментом фруктозофосфатальдолазой. Далее дигидроксиацетонфосфат превращается в глицеральдегидфосфат гликолитическим ферментом триозофосфатизомеразой, а глицеральдегид фосфорилируется ATP и ферментом триозокиназой [en] до глицеральдегидфосфата:. Получившиеся 2 молекулы глицеральдегидфосфата вовлекаются в гликолиз [23]. Ниже представлена схема вышеописанных процессов:. D-Галактоза, продукт гидролиза лактозы, из кишечника всасывается в кровь , откуда попадает в печень , где фосфорилируется галактокиназой [en] по С-1 с затратой АТФ:. Галактозофосфат далее эпимеризуется [en] по С-4 в глюкозофосфат в серии реакций, в которых уридиндифосфат [en] UDP функционирует как коферментоподобный переносчик гексоз. Эпимеризация включает сначала окисление гидроксильной группы при С-4 до кетогруппы, а затем обратное восстановление кетогруппы до гидроксильной с обращённой конфигурацией. В этих двух реакциях окисления и восстановления кофактором выступает NAD [23]. Ниже представлена схема описанного процесса:. D- Манноза , образующаяся при пищеварительном расщеплении многих полисахаридов и гликопротеинов , может быть фосфорилирована по С-6 гексокиназой:. Маннозофосфат [en] далее изомеризуется ферментом фосфоманнозоизомеразой [en] до фруктозофосфата — промежуточного соединения гликолиза [23]. У млекопитающих глюконеогенез протекает в основном в печени, где его функция заключается в синтезе глюкозы для перенесения к другим тканям в ситуациях, когда запасы гликогена истощены и с пищей в организм не поступает достаточного количества глюкозы. Как упоминалось выше, благодаря обратимости семи из десяти реакций гликолиза в ходе глюконеогенеза эти реакции протекают в обратном направлении и при катализе теми же ферментами, а для необратимых реакций 1, 3 и 10 используются обходные пути. Эти обходные реакции также необратимы. Так, при глюконеогенезе пируват переходит в фосфоенолпируват через промежуточную стадию образования оксалоацетата при катализе пируваткарбоксилазой [en] , превращающей пируват в оксалоацетат, и фосфоенолпируваткарбоксиназой [en] , переводящей оксалоацетат в фосфоенолпируват обходной путь для десятой стадии. Гексокиназа, катализирующая фосфорилирование глюкозы на стадии 1, в организме человека представлена четырьмя изоформами I—IV. Они кодируются разными генами [ какими? Поскольку в миоцит глюкоза попадает из крови, где концентрация глюкозы составляет 4—5 мМ, то внутри клетки поддерживается концентрация глюкозы, достаточная для насыщения гексокиназы II, и этот фермент работает в полную силу. Мышечные гексокиназы I и II аллостерически ингибируются их продуктом, глюкозофосфатом, так что при повышении внутриклеточной концентрации глюкозофосфата выше нормального уровня происходит временное обратимое подавление активности этих ферментов. Таким образом скорость образования глюкозофосфата находится в балансе со скоростью его расщепления [25]. Изоформы гексокиназы играют различные роли в углеводном метаболизме печени и мышц: В печени преобладает гексокиназа IV глюкокиназа , которая отличается от мышечных гексокиназ I—III в трёх важных аспектах. Во-первых, концентрация глюкозы, при которой происходит полунасыщение гексокиназы IV, составляет около 10 мМ, что выше обычной концентрации глюкозы в крови. Когда уровень глюкозы в крови повышен, например, после потребления пищи, богатой углеводами, излишек глюкозы переносится в гепатоциты, где гексокиназа IV превращает её в глюкозофосфат. Так как гексокиназа IV не насыщена при 10 мМ глюкозы, её активность продолжает расти при повышении концентрации глюкозы до 10 мМ и более. При низкой концентрации глюкозы в крови её концентрации в гепатоцитах недостаточно для работы гексокиназы IV, и глюкоза, образовавшаяся в ходе глюконеогенеза, покидает клетку и не фосфорилируется. Во-вторых, гексокиназа IV не подавляется глюкозофосфатом и поэтому может продолжать работать даже тогда, когда накопление глюкозофосфата полностью подавляет гексокиназы I—III. Наконец, в-третьих, гексокиназа IV подавляется при обратимом связывании с ней регуляторного белка [ какого? Однако за связывание фруктозофосфата с этим белком конкурирует глюкоза, которая при связывании с ним вызывает диссоциацию комплекса этого белка и фермента и ослабляет подавление его активности. Сразу после приёма насыщенной углеводами пищи, когда уровень глюкозы в крови высок, глюкоза входит в гепатоциты с помощью GLUT2 и активирует гексокиназу IV по вышеописанному механизму. При голодании, когда уровень глюкозы в крови становится ниже 5 мМ, фруктозофосфат активирует подавление гексокиназы IV с помощью этого регуляторного белка, в результате чего печень не конкурирует с другими органами за потребление глюкозы. Этот механизм ингибирования при помощи регуляторного белка интересен ещё и тем, что этот белок фиксирует гексокиназу IV внутри ядра клетки, так что она оказывается отделённой от других ферментов гликолиза, локализованных в цитозоле. При повышении концентрации глюкозы в цитозоле она выравнивается с концентрацией глюкозы в ядре путём транспорта через ядерные поры. Глюкоза вызывает диссоциацию регуляторного белка, гексокиназа IV выходит в цитозоль и начинает фосфорилировать глюкозу [26]. Гексокиназа IV и глюкозофосфатаза также регулируются на уровне транскрипции подробнее о транскрипционной регуляции см. Как уже отмечалось, глюкозофосфат может вовлекаться как в гликолиз, так и в другие процессы, в том числе в синтез гликогена и пентозофосфатный путь. Метаболически необратимая реакция, катализируемая фосфофруктокиназой-1 PFK-1 является этапом, строго закрепляющим участие данной молекулы глюкозы только в гликолизе. Кроме субстрат-связывающих сайтов, этот сложно устроенный фермент имеет несколько регуляторных сайтов, с которыми связываются аллостерические активаторы или ингибиторы [27]. ATP является не только субстратом для PFK-1, но и конечным продуктом гликолиза. АДФ и АМФ , концентрация которых возрастает, когда потребление ATP опережает его образование, аллостерически связываются с PFK-1 и уменьшают ингибиторное действие связанного с этим ферментом ATP. Цитрат , ключевое промежуточное соединение при аэробном окислении пирувата, жирных кислот и аминокислот, также является аллостерическим регулятором PFK Высокая концентрация цитратат увеличивает ингибиторный эффект ATP, дополнительно уменьшая расщепление глюкозы в ходе гликолиза. В этом случае, как и в некоторых других, описанных ниже, цитрат выступает в роли внутриклеточного сигнала, свидетельствующего об удовлетворении клеткой своих энергетических потребностей при окислении жиров и белков [28]. Реакции, катализируемой PFK-1, в гликолизе соответствует реакция глюконеогенеза, при которой фруктозо-1,6-бисфосфат переводится во фруктозофосфат. Эта реакция катализируется ферментом фруктозобисфосфатазой-1 FBPаза FBPаза-1 строго подавляется аллостерическим связыванием АМФ, так что когда клеточные запасы АТФ невелики, а уровень АМФ высок, АТФ-зависимый синтез глюкозы приостанавливается [28]. Таким образом, противоположные этапы гликолиза и глюконеогенеза, катализируемые PFK-1 и FBPазой-1 соответственно, регулируются координированно и реципрокно то есть обратно. Вообще, при достаточных концентрациях ацетил-CoA или цитрата продукт конценсации ацетил-CoA с оксалоацетатом в цикле Кребса или когда большая доля клеточного аденилата находится в форме ATP, предпочтительным процессом является глюконеогенез. При повышении уровня AMP стимулируется гликолиз путём стимулирования PFK-1 [29]. Особая роль печени в поддержании постоянного уровня глюкозы в крови требует дополнительных регуляторных механизмов, координирующих образование и потребление глюкозы. Когда уровень глюкозы в крови понижается, гормон глюкагон сигнализирует печени, чтобы она образовывала и выделяла в кровь больше глюкозы и приостановила использование глюкозы для собственных нужд. Одним из источников глюкозы является гликоген, запасённый в печени. Другим источником является глюконеогенез, использующий в качестве исходных реагентов пируват, лактат , глицерол и некоторые аминокислоты. На FBPазу-1 фруктозо-2,6-бисфосфат имеет противоположный эффект: Клеточная концентрация аллостерического регулятора фруктозо-2,6-бисфосфата складывается из относительных скоростей его образования и разрушения. Он образуется при фосфорилировании фруктозофосфата ферментом фосфофруктокиназой-2 PFK-2 , а разрушается фруктозо-2,6-бисфосфатазой FBPазой PFK-2 и FBPаза-2 представляют собой две различные ферментные активности одного и того же бифункционального белка. Баланс этих активностей в печени, определяющих клеточный уровень фруктозо-2,6-бисфосфата, регулируется глюкагоном и инсулином [32]. Фосфорилирование этого белка усиливает активность FBPазы-2 и подавляет активность PFK Поэтому глюкагон снижает уровень фруктозо-2,6-бисфосфата в клетке, тем самым подавляя гликолиз и стимулируя глюконеогенез. Этим обусловлен эффект глюкагона на повышение уровня глюкозы в крови. Действие другого регуляторного механизма также основано на регуляции уровня фруктозо-2,6-бисфосфата. В печени млекопитающих ксилулозофосфат, продукт пентозофосфатного пути, также задействован в увеличении темпов гликолиза после потребления богатой углеводами пищи. Уровень ксилулозофосфата в клетке увеличивается, когда глюкоза, поступающая в печень, превращается в глюкозофосфат и далее участвует как в гликолизе, так и пентозофосфатном пути. Дефосфорилирование активирует PFK-2 и подавляет FBPазу-2, из-за чего повышается концентрация фруктозо-2,6-бисфосфата, что стимулирует гликолиз и подавляет глюконеогенез. Увеличение темпов гликолиза запускает образование ацетил-CoA, а увеличение темпов пентозофосфатного пути приводит к образованию NADPH. Ацетил-CoA и NADPH служат стартовыми реагентами для синтеза жирных кислот, так что при потреблении богатой углеводами пищи идёт интенсивный синтез жирных кислот. Ксилулозофосфат также увеличивает образование всех ферментов, необходимых для синтеза жирных кислот [32]. У позвоночных имеется по меньшей мере 3 изозима пируваткиназы, которые различаются местонахождением в тканях и ответом на воздействия модуляторов. Высокая концентрация ATP, ацетил-CoA, длинных жирных кислот признаки достаточной энергетической обеспеченности аллостерически подавляют все изозимы пируваткиназы. Пируваткиназа печени L-форма , но не мышц M-форма , также регулируется фосфорилированием. Когда низкий уровень глюкозы в крови приводит к выбросу глюкагона, cAMP-зависимая протеинкиназа фосфорилирует L-изозим пируваткиназы, инактивируя его. Это замедляет использование глюкозы в печени как источника энергии и направляет её на экспорт в мозг и другие органы. В мышцах эффект повышения концентрации cAMP строго противоположный. В ответ на воздействие адреналина cAMP активирует распад гликогена и гликолиз [33]. Большая часть вышеописанных регуляторных путей опосредована быстрыми, легко обратимыми процессами: Однако существуют и механизмы регуляции, основанные на изменении количества молекул фермента в клетке за счёт изменений в балансе синтеза и разрушения фермента. Эти механизмы регулируются на уровне транскрипции соответствующего фермента [34]. Под влиянием инсулина находится транскрипция более чем человеческих генов. Одним из транскрипционных факторов , важных для метаболизма углеводов , является ChREBP [en] англ. Он служит для координирования синтеза ферментов, необходимых для синтеза углеводов и жиров. В неактивной форме ChREBP фосфорилирован двумя фосфатами по и находится в цитозоле, будучи неспособным пройти в ядро. Когда фосфопротеинфосфатаза РР2А удаляет с него один фосфат, ChREBP проникает в ядро, где РР2А убирает с него второй фосфат. Активированный таким образом ChREBP связывается с белком-партнёром, Mlx [en]. Комплекс ChREBP-Mlx теперь связывается с элементом ChoRE англ. РР2А аллостерически активируется ксилулозофосфатом. С помощью ChREBP регулируется синтез таких ферментов, как пируваткиназа, синтаза жирных кислот и ацетил-CoA-карбоксилаза [en]. Синтез SREBP-1c стимулируется инсулином и подавляется глюкагоном [35]. В гликолизе может протекать дополнительная реакция, превращающая 1,3-бифосфоглицерат в 2,3-бифосфоглицерат ; эта реакция катализируется ферментом бифосфоглицератмутазой. В большинстве тканей количество 2,3-бифосфоглицерата невелико, но в эритроцитах его содержание значительно, поскольку там он функционирует как аллостерический регулятор гемоглобина. Он связывается с гемоглобином и понижает его сродство к кислороду, способствуя диссоциации последнего и его переходу в ткани [36]. Некоторые модификации гликолиза обнаружены у бактерий. В частности, когда окисление глицеральдегидфосфата на стадии 6 глицеральдегидфосфатдегидрогеназой ограничено низким содержанием фосфата в среде, у E. В реакции 1 лиаза отщепляет фосфат с образованием метилглиоксаля. В реакции 2 метилглиоксаль присоединяет воду, превращаясь в лактат, вод воздействием глиоксилазы [en]. В реакции 3 лактат окисляется мембраносвязанной флавин -содержащей D-лактатооксидазой до пирувата. Если содержание фосфата в среде высоко, то метилглиоксалевый шунт не функционирует, так как лиаза ингибируется фосфатом [37]. Наконец, у анаэробных бактерий существуют дополнительные пути разложения углеводов. В частности, бактерии, предпочитающие пентозы в качестве субстрата, превращают пентозы и гексозы в ксилулозофосфат, который далее расщепляется фосфокетолазой [en] [37]. Кроме того, у некоторых термофильных архей имеются только 2 из гликолитических ферментов — енолаза и пируваткиназа [38]. Гликолиз является универсальным, хотя и не единственным, путём катаболизма глюкозы и активно используется как про- , так и эукариотическими организмами [1]. Все десять ферментов гликолиза водорастворимы и находятся в цитозоле. Некоторые ткани и клетки животных способны катаболизировать глюкозу исключительно с помощью гликолиза например, нейроны мозга или клетки почечных канальцев. В печени и жировой ткани физиологическая роль гликолиза несколько отличается от таковой в других тканях. Во время пищеварения в печени и жировой ткани гликолиз функционирует в основном как источник субстратов для синтеза жиров [39]. Некоторые ткани растений специальным образом модифицированы для запасания крахмала например, в клубне картофеля , а некоторые водные растения например, жеруха получают большую часть энергии именно через гликолиз [40]. Как отмечалось выше, в аэробных условиях пируват после гликолиза образует ацетил-CoA и вовлекается в цикл Кребса. По ЭТЦ эти электроны переходят от одного переносчика к другому, пока не дойдут до конечного акцептора электронов — кислорода:. Перенос электронов от НАДH к O 2 в митохондриях обеспечивает энергию для синтеза АТФ путём окислительного фосфорилирования [18]. При этом образуются продукты брожения, такие, как, например, лактат или этанол. В этих условиях гликолиз является единственным способом получения энергии для синтеза ATP из ADP и P i [19]. У некоторых анаэробов, как и у аэробов, функционирует ЭТЦ, однако конечным акцептором электронов служит не кислород, а отличное от него окисленное органическое или неорганическое вещество [41]. Также на анаэробный тип метаболизма переходят некоторые органы и ткани в условиях гипоксии нехватки кислорода , например, скелетные мышцы при активной работе. В анаэробных условиях в них пируват преобразуется в лактат, который транспортируется в другие ткани например, печень, сердечную мышцу и там вновь превращается в пируват цикл Кори [42]. Помимо этого, анаэробный распад глюкозы имеет место в эритроцитах, так как в них отсутствуют митохондрии [42]. Особое физиологическое значение гликолиз имеет в адипоцитах , где он поставляет метаболиты для липогенеза и направляет жирные кислоты вместо ненужного окисления на синтез триглицеридов , тем самым снижая окислительный стресс. В нейронах гипоталамуса гликолиз является важным регуляторным звеном контроля пищевого поведения [en] [43]. Так происходит при некоторых патологических состояниях, когда нарушается снабжение тканей кислородом: Лактатацидоз может быть обусловлен сахарным диабетом , когда аэробный гликолиз сменяется анаэробным [45]. Поскольку инсулин ускоряет гликолиз, при диабете I типа когда вырабатывается слишком малое количество инсулина происходит замедление гликолиза [46]. По этой причине препараты, стимулирующие гликолитические ферменты и ферменты, осуществляющие регуляцию гликолиза, могут стать важным средством лечения диабета [43]. При многих типах рака у животных и человека в опухолевых клетках потребление глюкозы и гликолиз ускоряются почти в 10 раз по сравнению с нормальной клеткой. Дело в том, что большинство опухолевых клеток живут в условиях гипоксии, так как на первых порах нет капиллярной сети, которая в необходимой мере снабжала бы их кислородом. По этой причине в энергетическом плане опухолевые клетки становятся целиком зависимыми от гликолиза, который энергетически гораздо менее эффективен, чем полное окисление глюкозы до углекислого газа и воды, и опухолевой клетке приходится потреблять гораздо больше глюкозы, чем нормальной. По-видимому, на ранних этапах трансформации нормальной клетки в опухолевую происходит переход на исключительно гликолитическое энергообеспечение и развивается устойчивость к низкому рН внеклеточной среды снижение рН обусловлено накоплением лактата [47]. Увеличение темпов гликолиза у опухолевых клеток достигается увеличением синтеза гликолитических ферментов и инсулиннезависимых мембранных переносчиков глюкозы GLUT1 и GLUT3. Индуцируемый гипоксией транскрипционный фактор HIF-1 [en] на уровне мРНК усиливает образование по крайней мере восьми ферментов гликолиза, а также переносчиков глюкозы в условиях нехватки кислорода. Он также увеличивает образование пептидного гормона VEGF фактор роста эндотелия сосудов , который стимулирует разрастание капиллярной сети навстречу опухоли [47]. Большая, по сравнению с нормальными тканями, зависимость опухолей от гликолиза даёт возможности для разработки противораковой терапии: В качестве химиотерапевтических агентов в будущем могут применяться три ингибитора гексокиназы: Препятствуя образованию глюкозофосфата, они блокируют не только гликолиз, но и пентозофосфатный путь , который также начинается с этого соединения. Без пентозофосфатов, образующихся в этом пути, клетка не может синтезировать ДНК - и РНК - нуклеотиды , а значит, расти и делиться. Высокая скорость гликолиза в опухолевых клетках также имеет значение для диагностики раковых заболеваний. Относительная скорость потребления глюкозы тканью в некоторых случаях может помочь установить нахождение опухоли. При позитронно-эмиссионной томографии пациенту вводят безвредную, меченную изотопом фтора глюкозу фтордезоксиглюкозу , которая превращается гексокиназой в 6-фосфодезоксиглюкозу и далее не подвергается метаболическим превращениям, накапливаясь в клетках. Метка обнаруживается специальными детекторами, располагающимися по всему телу, и таким образом определяется локализация опухоли [49]. Роль гликолиза и в брожении, и в дыхании имеет эволюционные основы. Предполагается, что древние прокариоты использовали гликолиз для получения АТФ задолго до того, как кислород накопился в земной атмосфере. Древнейшие известные ископаемые останки бактерий имеют возраст 3,5 миллиардов лет, однако значительные количества кислорода в атмосфере стали накапливаться 2,7 миллиардов лет назад. Цианобактерии образовывали О 2 как побочный продукт при фотосинтезе. По этой причине, возможно, гликолиз был единственным источником ATP для древних прокариот. Тот факт, что в настоящее время гликолиз является наиболее широко распространённым метаболическим путём на Земле подтверждает то, что он появился на очень ранних этапах истории жизни. О древности гликолиза свидетельствует и то, что все его ферменты локализованы в цитозоле и для протекания этого пути не требуются особые мембранные органеллы, которые появились приблизительно миллиард лет спустя возникновения прокариотических клеток. Выше говорилось, что у некоторых термофильных архей из всех 10 гликолитических ферментов имеются только енолаза и пируваткиназа, поэтому может быть, что система ферментов гликолиза развилась из такой двухкомпонентной системы [38]. Гликолиз стал первым тщательно описанным метаболическим путём, и по сей день, возможно, остаётся наиболее изученным. После открытия спиртового брожения в экстрактах клеток дрожжей в году Эдуардом Бухнером [50] и описания всего процесса гликолиза у дрожжей Отто Варбург [51] и Ханс Эйлер-Хельпин и в мышечной ткани Густав Эмбден , Отто Мейергоф , Яков Парнас [52] , считающиеся первооткрывателями гликолиза; в честь них гликолиз получил своё второе название конкретный механизм реакций гликолиза находился в центре биохимических исследований. В ходе изучения гликолиза развивались методы выделения ферментов, были открыты коферменты, в частности, NAD, и была установлена их глобальная роль, была установлена важнейшая метаболическая роль ATP и других фосфорилированных соединений [40]. Понимание того, что именно фосфорилированные гексозы являются промежуточными соединениями гликолиза, пришло не сразу и по счастливой случайности. В году Артур Гарден и Уильям Янг [en] проверяли свою гипотезу о том, что ингибиторы протеолитических ферментов могут стабилизировать ферменты, сбраживающие глюкозу. Они добавили сыворотку крови , которая содержит ингибиторы протеолитических ферментов , в экстракт дрожжей и наблюдали ожидаемое ускорение метаболизма глюкозы. Однако в контрольном эксперименте, который должен был показать, что прокипячённая сыворотка не оказывала стимулирующего действия, выяснилось, что прокипячённая сыворотка стимулировала гликолиз. Тщательная проверка компонентов сыворотки показала, что стимулирование было обусловлено наличием в сыворотке неорганического фосфата [53]. Это было началом длинной череды открытий, показавших роль органических эфиров и фосфатных ангидридов в биохимии [7]. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Реакция гликолиза в суммарном виде выглядит следующим образом: Metabolic flexibility helps plants to survive stress. Autoregulatory shift from fructolysis to lactate gluconeogenisis in rat hepatocyte suspensions. The problem of metabolic zonation of liver parenchyma. Glycolysis in the control of blood glucose homeostasis. Metabolic energy metabolism in diabetes: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft The Alcoholic Ferment of Yeast-Juice. Series B, Containing Papers of a Biological Character. Статьи с ссылкой на БСЭ, без указания издания Страницы, использующие волшебные ссылки PMID Википедия: Нет источников с октября Википедия: Статьи без источников объекты менее указанного лимита: Статьи с утверждениями без источников более 14 дней Википедия: Статьи, требующие конкретизации Википедия: Запросы на замену перенаправлений переводами Статьи со ссылками на Викисловарь Страницы, использующие волшебные ссылки ISBN. Навигация Персональные инструменты Вы не представились системе Обсуждение Вклад Создать учётную запись Войти. Пространства имён Статья Обсуждение. Просмотры Читать Править Править вики-текст История. В других проектах Викисклад. Эта страница последний раз была отредактирована 10 июня в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Свяжитесь с нами Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Разработчики Соглашение о cookie Мобильная версия. Принцип работы транскрипционного фактора ChREBP.