Материал: Біологічна та біоорганічна хімія_Мардашко О.О._ изд. 2008-342 с._ОНМедУ-2012

б) окиснення ферментсубстратного комплексу

9. Дегідратація 2-фосфогліцерату й перетво-

шляхом відщеплення двох атомів Гідрогену і при-

рення на 2-фосфоенолпіруват. Каталізує реакцію

єднання їх до НАД+. При цьому відновлена фор-

фермент енолаза (фосфопіруватгідратаза). При

ма ферментсубстратного комплексу перетво-

цьому 2-фосфогліцерат втрачає молекулу H2O:

рюється на окиснену його форму, а НАД+ з окис-

O OH

O

OH

неної (НАД+)

—

на відновлену форму

C

OH

C

OH

(НАДН+Н+), яка відділяється від ферменту і пе-

O

енолаза

O

реносить протони й електрони на інший субстрат

HC

O P

- H2 O

C O

P

CH2

OH

CH2

OH

(зокрема, піруват або оксалоацетат), а з актив-

OH

ним центром знову зв’язується НАД+.

2-Фосфогліцерат

2-Фосфоенолпіруват

S

R

O S R

2-Фосфоенолпіруват має макроергічний кар-

HO C

H

+

C

+ НАД+

боксилфосфатний зв’язок, енергія якого викори-

H

C

OH

OH

H

C

OH OH

- НАДН +

Н+

стовується для синтезу нової молекули АТФ.

CH2 O

P

O

CH2 O

P

O

10. Перенос фосфатної групи від фосфоенолпі-

OH

OH

Відновлена форма

Окиснена форма

рувату на АДФ. Каталізує цю реакцію піруват-

кіназа. При цьому макроергічний фосфат з його

У результаті окиснення ферментсубстратного

енергією переноситься на АДФ з утворенням

комплексу утворюється енергія, зосереджена у кар-

АТФ, а фосфоенолпіруват перетворюється на

боксил-тіоловому макроергічному зв’язку;

енольну форму пірувату (енолпіруват).

в) взаємодія окисненої форми ферментсубстрат-

O OH

O OH

O OH

ного комплексу з фосфорною кислотою. Оскільки

+ АДФ

фермент повинен залишити молекулу продукту ре-

C

OH

C

C

Піруваткіназа

C

O

P

O

C

OH

C

O

акції та зв’язатися з новою молекулою субстрату,

- АТФ

CH2

OH

CH2

CH3

не втративши акумульованої в продукті реакції

Фосфоенолпіруват

Піруват

енергії, карбоксил-тіоловий макроергічний зв’язок

під впливом Н3РО4 перетворюється на макроергіч-

Енольна

Кетонна

форма

форма

ний карбоксилфосфатний зв’язок. При цьому ут-

ворюється 1,3-бісфосфогліцерат, енергія якого

У цій же реакції гліколізу відбувається перехід

використовується для синтезу АТФ і вивільняєть-

енольної форми пірувату в кетонну форму нефер-

ся фермент гліцеральдегідфосфатдегідрогеназа.

ментативним шляхом (спонтанно):

7. Перенос фосфатної групи від 1,3-бісфосфо-

SKoA

Піруват

Ацетил-КоА

гліцерату на АДФ з утворенням АТФ і 3-фосфо-

гліцерату. При цьому залишок фосфорної кисло-

ти й енергія макроергічного карбоксил-фосфат-

В анаеробних умовах піруват під дією фер-

ного зв’язку переноситься на АДФ, що перетво-

менту лактатдегідрогенази (ЛДГ) відновлюєть-

рюється при цьому на АТФ. Каталізує цю реак-

ся до лактату. Коферментом ЛДГ є НАД+. Він

цію фосфогліцераткіназа.

відновлюється до НАДН+Н+ при окисненні гліцер-

OH

альдегід-3-фосфату і використовується при пере-

O

O

P O

O

OH

творенні пірувату на лактат, тобто відбуваєть-

C

OH

C

ся процес гліколітичної оксидоредукції.

+АДФ

H C OH

OH

фосфогліцераткіназа

H C OH

OH

В аеробних умовах піруват піддається склад-

CH O

P

O

CH O

P

O

ному окисному декарбоксилюванню, перетворю-

2

-АТФ

2

OH

OH

ючись на ацетил-КоА. Каталізує реакцію полі-

1,3-Бісфосфогліцерат

3-Фосфогліцерат

ферментний піруватдегідрогеназний комплекс.

8. Перетворення 3-фосфогліцерату на 2-фос-

Крім цього, в аеробних умовах НАДН+Н+, який

утворився в гліцеральдегідфосфатдегідрогеназній

фогліцерат під впливом фосфогліцератмутази.

реакції, передає атоми Гідрогену на цитоплазма-

Відбувається внутрішньомолекулярна перебудо-

тичну малатдегідрогеназу, що забезпечує від-

ва. Кофактором ферменту є 2,3-бісфосфогліцерат.

новлення оксалоацетату до малату, переміщен-

O

OH

O

OH

ня останнього в мітохондрії, окиснення його і пе-

C

C

OH

редачу НАДН+Н+ на ланцюг дихальних фер-

ментів, а не на піруват, як це відбувається в ана-

H

C

OH

OH

фосфогліцератмутаза

H

C

O

P O

CH2 O

P

O

CH2

OH

еробних умовах.

OH

OH

Для того, щоб підкреслити ці особливості окис-

3-Фосфогліцерат

2-Фосфогліцерат

нення глюкози в анаеробних умовах до лакта-

ту, його називають ще анаеробним гліколізом. В

Однак існують докази, що лактат, нагрома-

аеробних умовах гліколіз являє собою лише пер-

джений у м’язах під час роботи, може залучати-

шу стадію повного аеробного розщеплення глю-

ся до глюкогеногенезу, не залишаючи м’язів.

кози до СО2

і Н2О. На другій стадії аеробного

На етапі анаеробного гліколізу вивільняєть-

розщеплення глюкози до СО2

і Н2О піруват

ся 6–7 % енергії, що утворюються при повному

піддається окисному декарбоксилюванню, тобто

окисненні глюкози. На першій стадії гліколізу з

втрачає СО2, а двовуглецевий фрагмент пере-

однієї молекули глюкози утворюються дві моле-

творюється на ацетил-КоА. Далі ця ацетильна

кули гліцеральдегід-3-фосфату, окиснення якого

група окиснюється до СО2 і Н2О в ЦТК.

до пірувату сполучене з синтезом двох молекул

Гліколіз і глікогеноліз перебігають у цито-

АТФ:

плазмі клітини, де локалізовані всі вищевказані

а) у фосфогліцераткіназній реакції за рахунок

ферменти цих процесів. Із 10 реакцій гліколізу три

енергії 1,3-бісфосфогліцерату;

реакції є необоротними: гексокіназна, фосфо-

б) у піруваткіназній реакції за рахунок енергії

фруктокіназна і піруваткіназна.

фосфоенолпірувату.

Сумарна реакція гліколізу:

Отже, в анаеробному гліколізі утворюються

С6Н12О6 + 2АТФ + 2АДФ + 2Н3РО4 →

4 молекули АТФ. Оскільки 2 молекули АТФ спо-

живаються на першій стадії гліколізу (гексокіназ-

Глюкоза

на і фосфофруктокіназна реакції), енергетична

роль анаеробного гліколізу полягає в синтезі

2 молекул АТФ на 1 молекулу глюкози.

Лактат

1. Енергетична роль аеробного гліколізу така.

Біологічна роль гліколізу. Енергетична функція

Одним із продуктів гліколізу є НАДН+Н+, що

утворюється при окисненні гліцеральдегід-3-фос-

Анаеробний гліколіз — один із процесів, що

фату, причому на кожну молекулу глюкози ут-

забезпечує клітини енергією в анаеробних умо-

ворюються 2 молекули НАДН+Н+. В аеробних

вах. Оскільки перші живі організми з’явилися на

умовах НАДН+Н+ окиснюється за рахунок кис-

Землі в той час, коли її атмосфера ще не містила

ню, тобто атоми Гідрогену передаються не на

кисню, анаеробний гліколіз слід вважати най-

піруват, як це відбувається в анаеробному глі-

давнішим із біологічних механізмів, призначених

колізі, а на ланцюг дихальних ферментів. При

для отримання енергії з органічних речовин. З

окисненні однієї молекули НАДН+Н+ у ланцюзі

усіх тканин анаеробний гліколіз найінтенсивні-

дихальних ферментів синтезуються 3 молекули

ше відбувається в м’язах під час роботи (наприк-

АТФ, а при окисненні 2 молекул НАДН — 6 мо-

лад, біг спортсмена на коротку дистанцію). Ки-

лекул АТФ. Отже, на першому етапі енергетич-

сень не встигає швидко надходити в м’язи і за-

на ефективність аеробного гліколізу більша, ніж

безпечувати окиснення пірувату і сполучений з

анаеробного (вона становить 6 + 2 = 8 молекул

ним синтез АТФ. У цих умовах м’язи використо-

АТФ, якщо функціонує малатаспартатний чов-

вують як «паливо» наявний запас глікогену і ге-

никовий механізм, а якщо гліцерофосфатний, —

нерують АТФ за допомогою анаеробного гліко-

то 6 молекул АТФ). Враховуючи, що 2 молеку-

лізу, кінцевим продуктом якого є лактат. Тому

ли ацетил-КоА, утворені в аеробних умовах із

під час бігу на коротку дистанцію в крові нагро-

пірувату, окиснюючись у ЦТК, дають по 12 мо-

маджується значна кількість лактату. Під час

лекул АТФ кожна, то енергетична цінність

відпочинку цей лактат перетворюється в печінці

аеробного окиснення глюкози до СО2 і Н2О до-

на глюкозу, яка надходить у м’язи (цикл Корі).

рівнює 36–38 молекул АТФ.

Енергетична роль глікогенолізу в перерахун-

Печінка

ку на одну молекулу глюкози рівноцінна анае-

робному або аеробному гліколізу. Під час гліко-

Глюкоза

генолізу АТФ не витрачається на утворення Гл-

6-Ф, однак у процесі синтезу глікогену з глюко-

Піруват

зи одна молекула АТФ витрачається на утво-

рення Гл-6-Ф із глюкози, що перетворюється на

Лактат

Гл-1-Ф, а останній, як відомо, використовується

Крім лактату, з пірувату в м’язах може утво-

на біосинтез глікогену. Крім того, 1 молекула

УТФ витрачається на утворення УДФ-глюкози.

рюватися шляхом трансамінування аланін, що

2. Гліколіз готує «напівфабрикати» (піруват

надходить у кров, печінку, де перетворюється на

і лактат), які далі окиснюються в аеробних умо-

піруват, а останній — на глюкозу (глюкозоала-

вах ЦТК до СО2 і H2O з вивільненням значної

ніновий цикл).

кількості енергії. Як відомо, на кожну молекулу

глюкози в гліколізі утворюються 2 молекули

Печінка

пірувату або 2 молекули лактату. При їхньому

Глюкоза

окисненні до СО2 і Н2О вивільнюється 93–94 %

від усієї енергії окиснення 1 молекули глюкози.

Піруват

2,3-Бісфосфогліцератний цикл. В еритроцитах

багатьох ссавців є фермент бісфосфогліцератму-

Аланін

таза, який каталізує перетворення 1,3-бісфосфо-

гліцерату на 2,3-бісфосфогліцерат, що перетво-

пірувату, що інгібують ЛДГ1. Переважання ізо-

рюється на 3-фосфогліцерат за участю 2,3-бісфос-

ферментів ЛДГ5

і ЛДГ4 зумовлює інтенсивний

фогліцератфосфатази. На цій стадії процес не

анаеробний гліколіз зі швидким перетворенням

супроводжується утворенням АТФ. Утворений

пірувату на лактат.

2,3-бісфосфогліцерат знаходиться в еритроциті в

еквімолярних співвідношеннях із гемоглобіном,

зв’язується з оксигемоглобіном, знижуючи спо-

1. Для більшості пацієнтів із дефіцитом гліко-

рідненість останнього до кисню, тобто сприяє ди-

літичних ферментів (піруваткінази в еритроци-

соціації оксигемоглобіну і переходу кисню в тка-

тах) характерна гемолітична анемія в результаті

нини.

зменшення швидкості синтезу АТФ. Енергія АТФ

необхідна для підтримки цілісності мембрани

O

OH

Бісфосфо-

O

еритроцитів, зміни в якій призводять до ушко-

C O

P

C OH OH

гліцератфосфатаза

дження клітин і зрештою — до їхньої загибелі.

O гліцерат-

мутаза

2,3-Бісфосфо-

2. Лактоацидоз.

CHOH

OH

CH O P

O

OH

OH

Підвищена концентрація лактату в крові

OH

CH2

O

P

O

CH2

O

P

O

(лактоацидоз) спостерігається при інфаркті міо-

OH

OH

карда, легеневій емболії, неконтрольованих гемо-

1,3-Бісфосфогліцерат

2,3-Бісфосфогліцерат

рагіях. Недостатнє постачання О2 до тканин

O

призводить до ослаблення окисного фосфорилу-

C

OH

+ HOH

вания і синтезу АТФ. Для виживання клітина

CHOH

OH

- H3PO4

використовує анаеробний гліколіз як рятівну

CH2

O P

O

міру для одержання АТФ, через це збільшується

OH

концентрація лактату.

3-Фосфогліцерат

У швидкозростаючих ракових клітинах глі-

коліз перебігає з швидкістю, яка значно переви-

3. Проміжною речовиною гліколізу є діоксі-

щує можливості циклу лимонної кислоти, вна-

слідок чого утворення пірувату перевершує його

ацетонфосфат. Ця сполука може залучатися до

споживання. Це призводить до утворення над-

біосинтезу жирів. Отже, за рахунок гліколізу за-

лишку лактату і підвищення кислотності в пух-

безпечується взаємозв’язок між обміном вугле-

линній тканині.

водів і жирів та їхнє взаємоперетворення.

Реакції аеробного й анаеробного гліколізу

Спиртове бродіння

відрізняються лише на етапі утворення пірувату,

що перетворюється на ацетил-КоА при аеробно-

В анаеробних умовах у вищих організмів

му гліколізі. Крім того, анаеробний і аеробний

глюкоза в процесі гліколізу розщеплюється до

гліколіз відрізняються способами регенерації

лактату. У мікроорганізмів (наприклад дріжджів)

відновленого НАДН у НАД+.

в анаеробних умовах глюкоза також розщеп-

Регуляція гліколізу

люється до пірувату, який надалі перетворюєть-

ся не на лактат, а на етиловий спирт. Це пере-

Більшість реакцій гліколізу — оборотна, од-

творення відбувається у дві реакції:

нак три з них мають яскраво виражений екзер-

1. Декарбоксилювання пірувату до ацетальде-

гонічний характер і тому можуть розглядатися як

гіду. Каталізує реакцію фермент піруватдекар-

фізіологічно необоротні. Ці реакції каталізують-

боксилаза, коферментом якого є ТПФ.

ся гексокіназою (чи глюкокіназою), фосфофрук-

O

O

токіназою і піруваткіназою й служать головни-

C

OH Піруватдекарбоксилаза

C

H

ми ділянками, на яких відбувається регуляція

(тіамінпірофосфат)

C

O

CH3

гліколізу.

-СО2

CH3

Гексокіназа (у скелетних м’язах) — для фер-

Піруват

Ацетальдегід

менту алостеричним інгібітором є глюкозо-6-фос-

фат.

2. Відновлення ацетальдегіду до етанолу. Ка-

Фосфофруктокіназа — інгібіторами ферменту

талізує цю реакцію фермент алкогольдегідроге-

є АТФ, цитрат, активатором — АМФ.

наза, коферментом якого є НАД+. Відновлення

Піруваткіназа— інгібітором ферменту є АТФ,

ацетальдегіду відбувається за рахунок НАДН+

субстрати циклу лимонної кислоти.

+Н+, що утворився при окисненні гліцеральдегід-

Контроль гліколізу здійснюється за допомо-

3-фосфату.

гою лактатдегідрогенази та її ізоферментів. У тка-

нинах з аеробним метаболізмом (тканини серця,

Процес перетворення глюкози на етанол і СО2

нирок) переважають ЛДГ , ЛДГ , що інгібують-

дістав назву спиртового бродіння.

1

2

ся навіть невеликими концентраціями пірувату,

O

Алкогольдегідрогеназа

CH3

перешкоджають утворенню лактату, це сприяє

+ НАДН + Н+

C

H

CH2

OH

утворенню ацетил-КоА, що окиснюється в циклі