Метаболизм: Часть 3

Видео

Конспект

Перейдем к рассмотрению гликолиза.

Гликолиз протекает в цитоплазме, а, следовательно, глюкоза из кровотока должна попасть в клетку. Вход глюкозы в клетку осуществляется преимущественно через переносчики пассивного транспорта – GLUT. Они работают по градиенту концентрации: переносят вещество из области с его большей концентрации в область с меньшей. В поддержании низкой концентрации глюкозы в клетке участвует быстропротекающая первая реакция гликолиза, так как получающийся отрицательно заряженный продукт уже не является глюкозой и не может выйти из клетки через GLUT.

В ходе необратимой реакции с затратой энергии АТФ происходит фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата; фермент, осуществляющий данную реакцию, называется гексокиназой.

4.jpeg Вообще киназы представляют собой ферменты, осуществляющие перенос фосфата, то есть фосфорилирование различных субстратов. В разных клетках имеются разные изоформы гексокиназ, отличающиеся по своей регуляции.

Гексокиназная реакция полезна еще и другим. Когда мы обсуждали горение глюкозы, мы говорили, что для ее горения необходима инициация, то есть небольшое нагревание. Навешивание фосфата можно сравнить с таким небольшим нагреванием, так как оно приводит к повышению потенциальной энергии молекулы и служит неким <<подталкиванием>> для дальнейших процессов гликолиза. Кроме того, у многих ферментов есть участки связывания фосфатов, поэтому фосфорилирование глюкозы облегчает дальнейшие ее превращения.

Как мы помним, основная наша цель - окислить глюкозу до CO_{2} и H_{2} O . Для этого нужно провести окислительные реакции и реакции разрыва С-С связей.

С точки зрения окисления в глюкозо-6-фосфате легче всего окислить первый полуацетальный гидроксил, однако данный механизм реализуется не в гликолизе, а в другом катаболическом пути глюкозы – окислительном пентозофосфатном пути. В гликолизе же реакции идут иначе: сначала идёт разрыв С-С связи и дробление глюкозы на две одинаковые половинки, каждая из которых далее вступает в окислительную реакцию. Если бы такое <<разваливание>> глюкозы происходило бы с образованием двух несимметричных частей, то для каждой из частей нужен был бы свой фермент для дальнейших превращений, что невыгодно. Чтобы разделить глюкозу на две половины, необходимо сделать изначально симметричное соединение, поэтому перед разрывом С-С связи происходит изомеризация глюкозы во фруктозо-6-фосфат с помощью гексозофосфатизомеразы.

5.jpeg После этого на фруктозо-6-фосфат с затратой АТФ происходит перенос еще одного фосфата с образованием фруктозо-1,6бисфосфата. Это также необходимо, чтобы сделать молекулу более симметричной, так как теперь в ней будет два отрицательно заряженных участка. Реакция катализируется фосфофруктокиназой (ФФК). В клетке существует две изоформы ФФК: ФФК-1 катализирует превращения в гликолизе, а ФФК-2 участвует в образовании стимулирующей гликолиз молекулы – фруктозо-2,6-бисфосфата.

6.jpeg После фосфофруктокиназной реакции происходит реакция распада фруктозо-1,6-бисфосфата, катализируемая альдолазой. В результате образуются два трехуглеродных карбонильных соединения, являющихся изомерами друг друга: глицеральдегидфосфат и дигидроксиацетонфосфат (см. Рис. 7).

7.jpeg Данная реакция также является обратимой. Фермент назван по обратной реакции альдольной конденсации двух трехуглеродных соединений с образованием фруктозо-1,6-бисфосфата.

Обратите внимание, что в названии некоторых молекул при обозначении количества фосфатов фигурирует приставка <<бис>>, тогда как у других <<ди>>. <<Бис>> используется, когда фосфаты расположены в разных местах молекулы (как во фруктозо-1,6бисфосфате), тогда как <<ди>> употребляется, когда оба фосфата соединены друг с другом (как в АДФ).

Как мы уже говорили, нам необходимо получить два симметричных соединения, поэтому дигироксиацетонфосфат с помощью триозофосфатизомеразы изомеризуется в глицеральдегидфосфат. Кетон переводится в альдегидную форму, так как альдегиды являются более реакционноспособными. Из-за того, что во все дальнейшие реакции вступает две молекулы глицеральдегидфосфата, продуктов реакций также образуется в два раза больше, что на иллюстрациях ниже будет обозначено как «х2».

Глицеральдегидфосфат с помощью глицеральдегидфосфатдегирогеназы (ГАФД) превращается в 1,3-бисфосфоглицерат с образованием НАДН +H^{+} , при этом в качестве источника фосфата выступает неорганический фосфат.

8.jpeg 1,3-бисфосфоглицерат в своем составе имеет макроэргическую ангидридную связь между карбоксильной группой и остатком фосфорной кислоты, поэтому в следующей реакции эта макроэргическая связь разрывается и из 1,3-бисфосфоглицерата образуется 3-фосфоглицерат, что сопровождается разрывом синтезом АТФ. Реакция катализируется фосфоглицераткиназой.

9.jpeg Почему нельзя окислить альдегидную группу глицеральдегидфосфата до карбоксильной группы 3фосфоглицерата в одну стадию?

Все дело в том, что разность окислительно-восстановительных потенциалов между альдегидной группой и НАД+ достаточно значимая и терять выделяемую за счёт этой разницы потенциалов энергию в тепло расточительно. Эта энергия тратится на создание макроэргической смешанной ангидридной связи между карбоксильной группой фосфоглицерата и присоединяемым неорганическим фосфатом. Затем созданная макроэргическая связь рвётся и создаётся примерно такая же по энергии фосфоангидридная связь в АТФ.