Пируваткиназа

Следующим шагом, где осуществляется регуляция гликолиза, является последняя реакция — этап действия пируваткиназы. Для пируваткиназы также описан ряд изоферментов, имеющих особенности регуляции.

Блокируют процесс гликолиза ингибиторы SH-содержа-щих ферментов (например, дегидрогеназы ФГА) — иод- или фторсодержащие соединения.

Характеристика гликолиза:

большинство реакций обратимо, за исключением трех (реакций 1, 3, 10);
все метаболиты находятся в фосфорилированной форме;
источником фосфатной группы в реакциях фосфорилирования являются АТР (реакции 1, 3) или неорганический фосфат (реакция 6);
регенерация NAD⁺, являющаяся необходимым условием протекания гликолиза, происходит при аэробном гликолизе посредством дыхательной цепи. В этом случае водород транспортируется в митохондрии с помощью челночного механизма при участии переносчиков. Это происходит потому, что мембрана митоходрий непроницаема для протонов. При анаэробном гликолизе регенерации NAD⁺ осуществляется независимо от дыхательной цепи. В этом случае акцептором водорода от NADH является пируват, который восстанавливается в лактат;
образование АТР при гликолизе может идти двумя путями: либо субстратным фосфорилированием, когда для фосфорилирования ADP используется энергия макроэргической связи субстрата (реакции 7, 9), либо путем окислительного фосфорилирования ADP, сопряженного с дыхательной цепью (реакция 6).

В растительных клетках помимо «прямого» пируватки-назного пути осуществляется «обходной» путь превращения ФЕП с помощью ФЕП-карбоксилазы. Этот цитозольный энзим играет важную роль в Сз-растениях и в нефотосинтезирующих тканях С4- и САМ-растений, направляя интермедиаты дыхания в реакции биосинтеза.

Возможно обращение гликолиза благодаря обратимости действия большинства его ферментов. Необратимы лишь реакции фосфорилирования глюкозы и фруктозы, а также реакция образования пирувата из ФЕП. Первые две реакции, катализируемые гексо- и фруктокиназами, могут быть обращены с помощью других ферментов — фосфатаз, которые осуществляют дефосфорилирование. Обходной путь превращения пирувата в фосфоенолпируват сложнее. Он идет через оксалоацетат, который образуется из пирувата в митохондриях. После прохождения через мембрану митохондрий пируват карбоксилируется пируваткарбоксилазой (ПДК) до оксалоацетата, который восстанавливается НАД-зависимой митохондриальной МДГ до мала-та. Последний переносится в цитоплазму, где вновь превращается в оксалоацетат цитоплазматической НАД-зависимой МДГ. В цитоплазме возможно и прямое превращение пирувата в малат (восстановительное карбоксилирование), но вклад этого процесса невелик. Далее оксалоацетат под действием ФЕП-карбоксикиназы и с участием АТФ декарбоксилируется и образуется ФЕП. Реакции обращения гликолиза включены в процесс образования глюкозы из неуглеводиых предшественников, т. е. глюконеогенез. Обращение гликолиза и глюконео-генез упрощаются при участии ФФн-ФФК в обратимой реакции образования фруктозобисфосфата.

Значение

Гликолиз — катаболический путь исключительной важности. Он обеспечивает энергией клеточные реакции, в том числе и синтез белка. Промежуточные продукты гликолиза используются при синтезе жиров. Пируват также может быть использован для синтеза аланина, аспартата и других соединений. Благодаря гликолизу производительность митохондрий и доступность кислорода не ограничивают мощность мышц при кратковременных предельных нагрузках.

Таким образом, гликолиз выполняет две фундаментальные функции: окисление гексоз для генерации АТФ, восстановителей, пирувата и синтез гексоз из низкомолекулярных соединений в процессе энергозависимого глюконеогенеза.

Энергетический выход. При окислении одной молекулы глюкозы образуются две молекулы ПВК. При этом за счет первого и второго субстратного фосфорилирования, т. е. фос-форилирования, происходящего непосредственно в субстрате в результате внутримолекулярных перестроек, образуются четыре молекулы АТФ. Однако две молекулы АТФ тратятся на фосфорилирование глюкозы и фруктозо-б-фосфата. Поэтому чистый выход гликолитического субстратного фосфорилирования составляют две молекулы АТФ. При использовании в качестве субстрата сахарозы и при участии в гликолизе ФФн-ФФК энергетический выход увеличивается вдвое, так как АТФ-ФФК заменяется ФФд-ФФК и затрат АТФ на образование глюкозо-1-фосфата в инвертазной реакции и на активирование фруктозо-6-фосфата не происходит.

Помимо того, в реакции окисления ФГА до ФГК на каждую из фосфотриоз восстанавливается по одной молекуле НАДН. Окисление же каждой молекулы НАДН в ЭТЦ митохондрий сопряжено с синтезом трех молекул АТФ. В расчете на две триозы, т. е. на исходную молекулу гексозы это составляет шесть молекул АТФ. Следовательно, в целом энергетический выход гликолиза равен восьми (или 10) молекулам АТФ. Поскольку свободная энергия гидролиза одной молекулы АТФ в клетке составляет 41, 868 кДж/моль (10 ккал), восемь (или 10) молекул АТФ дают 335 (или 419) кДж/моль (80-100 ккал).