Катаболизм глюкозы. Аэробный, анаэробный гликолиз.

Гликолиз – процесс окисления глюкозы в результате которого происходит расщепление глюкозы с образование 2 молекул пирувата (аэробный гликолиз) или 2 молекул лактата (анаэробный гликолиз). Аэробный и анаэробный гликолитический путь начинается с фосфорилирования глюкозы. Во многих тканях эту реакцию катализирует гексокиназа (К_м< 0, 1мМоль/л), а в печени эту реакцию может катализировать и глюкокиназа (К_м< 12мМоль/л). Образование глюкозо-6-фосфата - своеобразная «ловушка» для глюкозы.

В аэробном и анаэробном гликолизе можно выделить 2 стадии.

На стадии а) глюкоза распадается с образованием 2 фосфотриоз (фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон). Эти реакции протекают потреблением двух молекул АТФ.

Стадия б) аэробного гликолиза - обеспечивает окисление фосфотриоз до пировиноградной ки­слоты и образование АТФ по механизму субстратного фосфорилирования. В ходе реакций происходит дегидрирование различных метаболитов и восстановление НАД и НАДФ до НАДН₂. Кислород используется клетками (митохондриями) значительно позже — на стадии окисления НАДН₂ в цепи биологического окисления. Это приводит к образованию АТФ по механизму окислительного фосфорилирования. Все этапы гликолитического пути окисления глюкозы происходят в цитозоле. Мембрана митохондрий не проницаема для водорода. Водород транспортируется в митохондрии с помощью челночного механизма. Существует два вида челночных механизмов:

1) глицеро-фосфатный челночный механизм (функционирует в клетках скелетных мышц и гепатоцитах печени).

2) малат-аспартатный челночный механизм (функционирует в клетках сердечных мышц)

Обе челночные системы существенно отличаются по количеству синтезируемого АТФ. В первой системе соотношение Р/О=2, т.к водород вводится в ЦПЭ на уровне КоQ. Вторая система энергетически более эффективна, т.к. передает водород в ЦПЭ через митохондриальный НАД и соотношение Р/О=3.

Стадия в анаэробного гликолиза отличается от аэробного тем, что НАДН₂ (восстановленный кофактор фермента глицерофосфатдегидрогеназы) окисляется не кислородом, а за счет переноса водорода ферментом лактатдегидрогеназой на пировиноградную кислоту с образованием лактата. Движущей силой анаэробного гликолиза является гликолитическая оксидоредукция. Гликолитическая оксидоредукция обеспечивает возможность продолжения гликолиза и образования энергии при недостаточном поступлении кислорода к органам и тканям по механизму только субстратного фосфорилирования. Значение реакции восстановления пирувата заключается не в образовании лактата, а в том, что данная реакция обеспечивает регенерацию НАД. Анаэробный распад глюкозы происходит в мышцах в первые минуты работы, в эритроцитах, в которых нет митохондрий, а также в различных органах при недостаточном снабжении их кислородом (гипоксия). При достаточном поступлении О₂ происходит подавление анаэробного гликолиза, концентрация лактата снижается, а окисление глюкозы переключается на более энергетически выгодный аэробный путь окисления.

Пируват, образовавшийся в аэробном гликолизе окисляется в общем пути катаболизма – в процессе окислительного декарбоксилирования, а полученный ацетил-КоА окисляется в цикле трикарбоновых кислот.