Гликолиз

Гликолиз (от греческого glykys — сладкий и …лиз), путь Эмбдена — Мейергофа — Парнаса, ферментативный анаэробный процесс негидролитического распада углеводов (главным образом глюкозы) до молочной кислоты.

Значение гликолиза в физиологии живых организмов

Филогенетически гликолиз наиболее древний путь расщепления глюкозы, широко распространён в природе и играет важную роль в обмене веществ живых организмов. Обеспечивает клетку энергией в условиях недостаточного снабжения кислородом (у облигатных анаэробов гликолиз — единственный процесс, поставляющий энергию), а в аэробных условиях гликолиз является стадией, предшествующей дыханию — окислительному распаду углеводов до CO₂ и H₂O.

У высших животных, в том числе млекопитающих, гликолиз интенсивно происходит в скелетных мышцах, печени, сердце, эритроцитах, сперматозоидах, эмбриональных и других растущих (в т. ч. опухолевых) тканях. Ферменты гликолиза локализованы в растворимой части цитоплазмы клеток. Многим микроорганизмам свойствен идентичный гликолизу процесс гомоферментативного молочнокислого брожения. Большинство других типов сбраживания углеводов являются вариантами гликолиза.

Гликолиз – ход реакции

На первой стадии гликолиза (реакции 1–5) происходят превращения фосфорных эфиров сахаров, сопровождающиеся расходованием двух молекул АТФ на одну молекулу глюкозы. Образовавшийся фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется на две молекулы 3-фосфоглицеринового альдегида, окислительно-восстановительное превращения которого происходят на следующей стадии гликолиза и сопровождаются образованием АТФ.

В процессе гликолитической оксидоредукции (реакции 6, 7) реализуется окисление 3-фосфоглицеринового альдегида до 3-фосфоглицериновой кислоты, сопряжённое с восстановлением НАД и фосфорилированием АДФ на уровне субстрата.

В процессе последующего превращения 3-фосфоглицериновой кислоты в пировиноградную кислоту через стадию образования фосфоенолпирувата (реакции 8–10) образуется ещё одна молекула АТФ.

При восстановлении пировиноградной кислоты за счёт восстановленного НАД возникает конечный продукт гликолиза — молочная кислота (реакция 11).

Таким образом, при распаде одной молекулы глюкозы по гликолитическому пути образуется:

• две молекулы молочной кислоты;
• две молекулы АТФ (с учётом АТФ, затраченной на первой стадии гликолиза).

Гликолиз энергетически менее выгоден, чем дыхание, так как поставляет около 5% энергии, которая может быть получена при полном окислении глюкозы до CO₂ и H₂O. Кроме глюкозы в гликолиз могут вовлекаться другие гексозы (манноза, галактоза, фруктоза), пентозы и глицерин.

 Субстратом гликолиза у животных может также служить гликоген (в этом случае процесс называется гликогенолизом), а у растений — крахмал, глюкозные единицы которых вовлекаются в гликолиз благодаря действию гликоген фосфорилазы (реакция 12) или фосфорилазы крахмала и фосфоглюкомутазы (реакция 13).

В процессе гликогенолиза (наиболее интенсивно протекает в мышцах) при распаде одной глюкозной единицы запасается три молекулы АТФ.

Все реакции гликолиза, за исключением 1-й, 3-й и 10-й, обратимы; при образовании глюкозы из неуглеводных соединений реализуется обращение обратимых и «обход» необратимых реакций гликолиза.

Ключевой стадией, лимитирующей скорость гликолиза, является реакция, катализируемая аллостерическим ферментом фосфофруктокиназой, активность которого стимулируется АМФ и АДФ и подавляется АТФ и лимонной кислотой. Важную роль в регуляции играют также другие ферменты гликолиза. В присутствии кислорода скорость гликолиза снижается в связи с началом дыхания (эффект Пастера), это обеспечивает более эффективный механизм образования богатых энергией связей. В опухолевых клетках, безъядерных эритроцитах, эмбриональных и некоторых других тканях обнаружен активный гликолиз в присутствии O₂ (т. н. аэробный гликолиз).

Реакции гликолиза, гликогенолиза и глюконеогенеза. Светлые стрелки — путь гликолиза, тёмные стрелки — путь глюконеогенеза. В рамках указаны субстраты гликолиза и глюконеогенеза. Реакции гликолиза катализируются ферментами: гексокиназой, или глюкокиназой (1), фосфоглюкоизомеразой (2), фосфофруктокиназой (3), альдолазой (4), триозофосфатизомеразой (5), глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (6), фосфоглицераткиназой (7), фосфоглицеромутазой (8), енолазой (9), пируваткиназой (10), лактатдегидрогеназой (11). Дополнительные реакции, обеспечивающие осуществление гликогенолиза, катализируются ферментами: фосфорилазой (12) и фосфоглюкомутазой (13). Реакции глюконеогенеза, идущие в «обход» необратимых (1,3, 10) реакций гликолиза, катализируются ферментами пируваткарбоксилазой (14), малатдегидрогеназой (15), фосфоенолпируваткарбоксикиназой (16), фруктозодифосфатазой (17), глюкозо-6-фосфатазой (18).