Введение. Глюкоза является главным клеточным « топливом» при анаэробном получении энергии. Наиболее важную роль при сбраживании глюкозы играют два пути: молочнокислое и спиртовое брожение.

Анаэробное дыхание – гликолиз.

Цепь реакций гликолиза можно условно разделить на 2 звена: в первом осуществляется осуществляется распад глюкозы на 2 триозы (подготовительная стадия), во втором – окисление триоз в пируват с восстановлением последнего в лактат (стадия гликолитической оксидоредукции).

1-я реакция:

Глюкоза Глюкозо-6-фосфат

Фосфорилирование глюкозы гексокиназой и глюкокиназой (о значении этих ферментов см. выше) – первая регулируемая реакция процесса гликолиза. Образующийся глюкозо-6-фосфат считается аллостерическим ингибитором гексокиназы (но не глюкокиназы).

Так как глюкокиназная реакция является инсулинзависимой, можно вместо глюкозы больным диабетом назначать фруктозу (фруктоза фосфорилируется гексокиназой сразу во фруктозо-6-фосфат).

2-я реакция:

Глюкозо-6-фосфат обратимо изомеризуется во фруктозо-6-фосфат ферментом фосфогексоизомеразой.

3-я реакция:

Здесь, как и в первой реакции, происходит значительное падение свободной энергии, поэтому она необратима.

Эта реакция является главной регулируемой реакцией гликолиза. Она катализируется аллостерическим ферментом – фосфофруктокиназой, имеющим сложную четвертичную структуру. Аллостерическими активаторами фосфо-фруктокиназы служат АМФ, АДФ, фруктозо-6-фосфат; аллостерическими ингибиторами – АТФ и цитрат. Следует отметить двоякую роль АТФ – вначале эта молекула используется как субстрат реакции, а затем, связываясь с аллостерическим центром фермента, – как аллостерический ингибитор. Увеличение соотношения АТФ/АМФ приводит к угнетению активности фосфофруктокиназы. Так, в неработающей мышце концентрация АТФ относительно высока и гликолиз заторможен. Во время работы АТФ расходуется и активность фосфофруктокиназы повышается, следовательно, процесс гликолиза активируется.

Как было установлено позже, важнейшим аллостерическим регулятором фосфофруктокиназы является фруктозо-2, 6-дифосфат.

4-я реакция:

СН₂― О― РО₃Н₂ │ С ═ О │ СН₂― ОН Диоксиацетон фосфат

С ═ О

Триозофосфат- изомераза

│

HСОH

│

СН₂― О― РО₃Н₂

Фосфоглицериновый

Альдегид (3-ФГА)

4-я реакция обратима. Катализирующий её фермент называется альдолазой, так как расщепляется альдол – фруктозо-1, 6-дифосфат. Равновесие реакции сдвинуто в сторону распада фруктозо-1, 6-дифосфата, поскольку образующийся 3-ФГА расходуется в дальнейших реакциях гликолиза. Именно в силу последнего обратимая триозофосфатизомеразная реакция также смещается в сторону образования 3-ФГА.

Определение активности альдолазы используют в энзимодиагностике при заболеваниях, связанных с повреждением или гибелью клеток: так, при остром гепатите активность этого фермента может увеличиваться в 5-20 раз, при инфаркте миокарда – в 3-10 раз, при миодистрофии – в 4-10 раз.

Таким образом, в подготовительной стадии гликолиза фактически образуется 2 молекулы 3-ФГА.

Следующая стадия гликолиза – гликолитическая оксидоредукция – является более сложной.

5-я реакция.

В этой реакции 3-ФГА окисляется дегидрогеназой 3-фосфоглице-ринового альдегида. Фермент состоит из 4-х одинаковых субъединиц, в состав его активного центра входит SH-группа. Дегидрогеназа 3-ФГА нуждается также в коферменте НАД⁺.

Фермент окисляет свой субстрат (3-ФГА), перенося водород альдегидной группы 3-фосфоглицеринового альдегида на кофермент НАД⁺, который при этом восстанавливается в НАДН∙ Н⁺ в присутствии неорганического фосфата. Выделяющейся при окислении 3-ФГА энергии достаточно для образования высокоэргического (т.е. заключающего в себе м а к р о э р г и ч е с к у ю связь) соединения – 1, 3-дифосфоглицериновой кислоты (1, 3-ДФГК).

Образование НАДН∙ Н⁺ из окисленной формы этого кофермента осуществляется в ходе реакции связывания 3-ФГА с SH-группой активного центра фермента – дегидрогеназы 3-фосфоглицеринового альдегида:

CH₂O℗ CH₂O℗ CH₂O℗ CH₂O℗

│ │ НАД⁺ НАДН∙ Н⁺│ │

CHOH CHOH CHOH CHOH

│ 1 │ 2 │ 3 │

H― C═ O H― C― OH C═ O C═ O

3-ФГА │ │ │

S S O

ДФГК

6-я реакция.

Эта реакция получила название реакции субстратного фосфорилирования – фосфорилирование АДФ за счёт энергии макроэргического субстрата. Реакция сопровождается выделением значительного количества свободной энергии, поэтому её равновесие сдвину вправо. Она может стать обратимой при избытке 3-фосфоглицерата.

СН₂О― РО₃Н₂_Mg²₊СН₂О― РО₃Н₂

| фосфоглицераткиназа |

Н― С― ОН + АДФ АТФ + Н― С― ОН