Схемы гликолиза и гликогенолиза

Глицерин, образующийся при расщеплении жира, включается в глюконеогенез путем его фосфорилирования и превращается в фосфо-глицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Все аминокислоты, образовавшиеся при расщеплении белков, кроме лейцина, могут служить предшественниками фосфоенолпировиноградной кислоты. При рассмотрении процесса глюконеогенеза нужно учитывать, что большинство его стадий представляет собой обращение реакций гликолиза (только три стадии гликолиза, протекающие с выделением значительного количества энергии, необратимы, поэтому глюконеогенез идет в обход этих стадий).

Для общего составления представления процесса в целом полезно рассмотреть схему (гликолиз происходит в направлении сверху вниз, а глюкогенез - в обратном направлении).

Необходимо обратить внимание на центральную роль глюкозо-6-фосфата в обмене углеводов. Он образуется из глюкозы или гликогена и дальнейшие его превращения могут протекать по различным метаболическим путям.

Далее следует перейти к рассмотрению пентозофосфатного пути превращения углеводов (его также называют пентозным циклом, фосфоглюконатным путем), в процессе которого в клетке образуется НАДФН, необходимый для биосинтеза многих веществ, и пентозофосфаты, участвующие в синтезе нуклеиновых кислот и нуклеотидов.

Схема глюконеогенеза

Необходимо обратить внимание на центральную роль глюкозо-6-фосфата в обмене углеводов. Он образуется из глюкозы или гликогена, и дальнейшие его превращения могут протекать по различным метаболическим путям.

Пентозный цикл имеет две фазы, все реакции протекают в цитоплазме, ядрах, митохондриях. Первая фаза окислительная: глюкозо-6-фосфат окисляется до пентозофосфатов. Вторая фаза неокислительная, представляющая собой взаимопревращения трех-, четырех-, пяти-, шести-, семиуглеродных сахарофосфатов, в результате которых регенерируется глюкоза-6-фосфат. Реакции пентозофосфатного пути являются ключевыми в процессе фотосинтеза, вызывающими образование сахаров.

Пировиноградная кислота – промежуточный продукт гликолиза и обмена некоторых аминокислот, а также глицерина, входящего в состав жиров, которые в аэробных условиях окисляется до углекислого газа и воды. Процесс начинается с окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты (ПВК). Окислительное декарбоксилирование ПВК катализируется пируватдегидрогеназной системой с молекулярной массой порядка несколько их миллионов и локализованной в митохондриях. Она состоит из трех ферментов и пяти коферментов: тиаминдифосфат (ТДФ), амид липоевой кислоты коэнзим А (КоА-SH), ФАД, НАД ⁺.

Студенты должны знать, в какой последовательности участвуют ферменты в окислительном декарбоксилировании: сначала протекает реакция между ПВК и связанным с пируватдегидрогеназой ТДФ. Происходит декарбоксилирование, образуется a-гидроксиэтил ТДФ и СО₂. Связанная на поверхности фермента гидроксиэтильная группа реагирует с дисульфидной формой, присоединенной ко второму ферментативному белку системы – липоацетилтрансферазе. Протекает окислительно-восстановительная реакция, дисульфидные связи липоевой кислоты восстанавливаются до двух HS-групп, одна из них образует эфир с ацетилом, возникшим при окислении гидроксиэтильной группы. Ацетильная группа переносится к SH-группе КоА с образованием ацетил-S-КоА. Ацетил-S-КоА отделяется от поверхности фермента, оставляя восстановленный амид липоевой кислоты Окисление протекает при участии третьего фермента системы – липоатдегидрогеназы, которая содержит кофермент ФАД, способный к восстановлению, ФАДН₂ окисляется НАД ⁺.

В результате последовательно протекающих реакций образуются углекислый газ, а также ацетил-КоА, который конденсируется с щавелевоуксусной кислотой и вступает в цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, ЦТК, лимоннокислый цикл). При одном обороте цикла происходит полное окисление одной ацетильной группы до углекислого газа и воды. Необходимо разобраться в циклической последовательности превращения одних веществ, образующихся в цикле, в другие и понять биологическое значение данного цикла как центрального в процессе метаболизма и биоэнергетики. При аэробном распаде глюкозы клетка получает до 38 молекул АТФ, т.е. значительно больше, чем при гликолизе. При этом в высокоэнергетических связях АТФ запасается 1311 кДж свободной энергии, более чем 45% выделившейся энергии (всего 2872 кДж). При этом нужно понять, что при окислительных превращениях освобождается лишь незначительное количество энергии, в виде АТФ она аккумулируется только при окислительном декарбоксилировании a-кетоглутаровой кислоты. Основная масса энергии освобождается при транспорте протонов и электронов от окисляемых субстратов на молекулярный кислород при тканевом дыхании.

Схема цикла Кребса