11. Восстановление пирувата до лактата (только при отсутствии кислорода)
Важная роль пирувата в катаболизме углеводов определяется тем, что это соединение лежит в точке пересечения различных катаболических путей.
При аэробных условиях в животных тканях продуктом гликолиза является пируват, a НАДН, образовавшийся в ходе окисления глицеральдегид-3-фосфата, реокисляется (т. е. снова превращается в NAD + ) за счет молекулярного кислорода (в дыхательной цепи)
Иначе обстоит дело в анаэробных условиях(например, в напряжённо работающих скелетных мышцах или в клетках молочнокислых бактерий). В этих условиях образовавшийся при гликолизе НАДН реокисляется НЕ за счет кислорода (который отсутствует), а за счет пирувата, восстанавливающегося при этом в лактат при действии ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ.
ТО ЕСТЬ, при анаэробных условиях, НАДН, который мы образовали в шестой реакции гликолиза, используется в одиннадцатой реакции
для восстановления пирувата до лактата. При этом образуется НАД, и он образуется не просто так, он возвращается в шестую реакцию.
Таким образом, клетке не нужны дополнительные источники НАД и дополнительные способы уборки НАДН. Процесс поддерживается самостоятельно.
Получается цикл, так ведь?
Процесс циклического восстановления и окисления НАД в реакциях анаэробного окисления глюкозы получил название гликолитическая
оксидоредукция.
В присутствии же кислорода (аэробных условиях), гликолитической оксидоредукции не происходит, НАДН отдаёт свои атомы водорода на челночные системы, о которых мы позже поболтаем
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
За всю цепь гликолиза у нас есть: |
|
|
|
|
Первая – превращение глюкозы в |
2 реакции, требующие АТФ |
глюкозо-6-фосфат (гексокиназа) |
|
Третья – превращение фруктозо-6- |
|
фосфата в фруктозо-1,6-дифосфат |
|
(фосфофруктокиназа) |
2 реакции, образующие АТФ |
Седьмая – превращение 1,3- |
Они же реакции субстратного |
фосфоглицерата в 3-фосфоглицерат |
фосфорилирования |
(фосфоглицераткиназа) |
|
Десятая – превращение |
|
фосфоенолпируват в пируват |
|
(пируваткиназа) |
1 реакция с участием НАД и |
Шестая – глицеральдегид-3- |
восстановлением его до НАДН |
фосфат в 1,3-дифосфоглицерат |
|
(глицеральдегид-3- |
|
фосфатдегидрогеназа) |
|
|
1 реакция с использованием |
Одиннадцатая – восстановление |
НАДН и его окислением до НАД |
пирувата до лактата |
(анаэробн.) |
(лактатдегидрогеназа) |
|
|
Summary:
Гликолиз является одним из центральных метаболических путей у большинства организмов
С гликолизом сопряжён синтез АТФ
В продуктах гликолиза сохраняется ещё много свободной энергии
В ходе гликолиза образуются фосфорилированные промежуточные продукты
Первая стадия гликолиза завершается расщеплением углеродного скелета глюкозы
На второй стадии гликолиза запасается энергия
Итого:
Тратим на гликолиз – 2 молекулы АТФ
(первый этап)
Получаем из гликолиза – 4 молекулы АТФ,
по 2 из каждого 3-глицеральдегид-фосфат
Общий выход: 2 молекулы АТФ
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
Поддержи
АНАЭРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ. СУДЬБА ПРОДУКТОВ ГЛИКОЛИЗА В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ И ГЛИКОГЕНА В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ
Мы знаем, что в аэробном процессе пировиноградная кислота превращается в ацетил-SКоА (реакции пируватдегидрогеназы) и далее сгорает в реакциях цикла трикарбоновых кислот до СО2 (реакции ЦТК).
В анаэробном процессе пировиноградная кислота превращается не в АцетилSКоА, а восстанавливается до молочной кислоты (лактата).
Фермент : ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗА
Лактат является метаболическим тупиком и далее ни во что не превращается, единственная возможность утилизовать лактат – это окислить его обратно в пируват. В микробиологии анаэробный гликолиз называют молочнокислым брожением.
То есть это уже изученная нами одиннадцатая реакция гликолиза.
И хоть мы не извлекаем из этого процесса АТФ, при анаэробном гликолизе какаято часть энергии, заключенной в молекуле глюкозы, все же извлекается. Этой энергии достаточно для того, чтобы обеспечить суммарный выход двуэнергх молекул АТР в расчете на каждую расщепленную молекулу глюкозы.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ АНАЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ:
(мы его уже считали, конечно, но чтобы наверняка…)
|
Первый этап |
|
-1 АТФ |
-1 АТФ |
|
|||
|
гликолиза |
|
|
|
|
|
|
|
|
(первая реакция) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Первый этап |
|
|
-1 АТФ |
|
-1 АТФ |
|
|
|
гликолиза |
|
|
|
|
|
|
|
|
(третья реакция) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Второй этап |
|
+1 НАДН |
+2,5 АТФ |
На втором этапе мы всё умножаем на два! Кто помнит, |
|||
|
гликолиза |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
почему, тот молодец. Кто забыл, пусть вспомнит. |
||
|
(Шестая реакция) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Второй этап |
|
|
+1 АТФ |
|
+1 АТФ |
|
(Из одного НАДН можно получить 2,5 АТФ) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
гликолиза |
|
|
|
|
|
|
Итого: -2 + 2х(2,5 + 1 + 1 - 2,5) = 2 АТФ |
|
(Седьмая реакция) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Второй этап |
|
+1 АТФ |
+1 АТФ |
|
|||
|
гликолиза |
|
|
|
|
|
|
|
|
(Десятая реакция) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Второй этап |
|
|
-1 НАДН |
|
- 2,5 АТФ |
|
|
|
гликолиза |
|
|
|
|
|
|
|
|
(Одиннадцатая |
|
|
|
|
|
|
|
|
реакция) |
|
|
|
|
|
|
|
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
СУДЬБА ПРОДУКТОВ ГЛИКОЛИЗА В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ. ГЛИЦЕРОЛФОСФАТНАЯ И МАЛАТАСПАРТАТНАЯ ЧЕЛНОЧНЫЕ СИСТЕМЫ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ВЫХОД АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ.
Если в клетке присутствует кислород, то НАДН из гликолиза направляется в митохондрию через челночную систему. В митохондрии НАДН подвергается окислительному фосфорилированию, как мы помним, из одного НАДН мы можем получить
2,5 АТФ.
Вспоминай путь, который мы же прошли:
В аэробных условиях, пируват, образовавшийся в гликолизе, благодаря пируватдегидрогеназному комплексу (ну помнишь там был такой из трёх субъединиц, ТДФ, липоевая кислота, всё такое) превратился в ацетил-SКоА. При этом мы образовали одну молекулу НАДН.
Куда дальше должен попасть НАДН? Правильно, в митохондрию! Он должен попасть на первый комплекс дыхательной цепи, чтобы отдать свои электроны и синтезировать АТФ.
Но есть проблема. НАДН сам по себе не может проникнуть через мембрану митохондрии, для него просто нет транспортёра. Поэтому наш организм придумал очень крутую штуку – челночную систему.
Челночные системы – это системы, принимающие атомы водорода от НАДН в цитоплазме и отдающие их в матрикс митохондрии.
Существуют два основных челнока:
1)Глицеролфосфатный челнок
2)Малат-аспартатный челнок
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
ГЛИЦЕРОЛФОСФАТНЫЙ ЧЕЛНОК
В цитоплазме метаболиты гликолиза – диоксиацетонфосфат и НАДН - образуют глицерол-3-фосфат при помощи фермента ГЛИЦЕРИН-3- ФОСФАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ.
Глицерол-3-фосфат, в отличии от НАДН, может проникнуть через мембрану митохондрии и попасть внутрь.
Внутри митохондрии глицерол-3-фосфат снова подвергается действию того же фермента – ГЛИЦЕРОЛ-3-ФОСФАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ, только уже её митохондриальной изоформе, которая в качестве кофермента использует на НАДН, а ФАД, восстанавливая его до ФАДН2 и получая диоксиацентонфосфат.
ФАДН2 идёт в дыхательную цепь переноса электронов. Мы получили то, что хотели.
(Фермент митохондриальная глицерол-3-фосфатдегидрогеназа располагается на внешней стороне внутренней мембраны митохондрии)
В цитозоли диоксиацетон-фосфат снова подхватывает НАДН и цитозольной глицерол-3-фосфатдегидрогеназой и цикл
повторяется.
Говоря простым языком, глицерол-3-фосфат является своего рода посредником. Если мы не можем перенести НАДН из цитоплазмы в митохондрию напрямую, то мы воспользуемся именно глицерол-3-фосфатом, который спокойно может пройти через мембрану и, благодаря своему ферменту, глицерол-3-фосфатдегидрогеназе, синтезировать ФАДН2.
Таким образом, в результате действий челнока цитозольный НАДН как бы "превращается" в митохондриальный ФАДН2.
Где представлен? Этот челнок активен в печени, в белых скелетных мышцах и в бурой жировой ткани. Однако в гепатоците в состоянии покоя и после еды часть глицерол-3 фосфата в митохондрию не пойдет, а будет использоваться в цитозоле для синтеза фосфолипидов и триацилглицеролов.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
МАЛАТ-АСПАРТАТНЫЙ ЧЕЛНОК
Тут схема посложнее, но принцип, поверь мне, тот же.
В цитоплазме постоянно протекают реакции трансаминирования АСПАРТАТА и превращения его в оксалоацетат при помощи фермента аминотрансферазы.
Если фермент аминотрансфераза, то значит, переносится аминогруппа. В данном случае аминогруппа с аспартата переносится на α-кетоглутарат, который превращается в глутамат. Эти два вещества играют важную роль в транспорте веществ через митохондриальную мембрану.
Образовавшийся оксалоацетат под действием цитозольного фермента МАЛАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ, который использует в качестве кофермента НАДН (что для нас ключевой момент) превращается в МАЛАТ.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
Малат уже имеет свой белок переносчик в митохондриальной мембране и спокойно проникает в матрикс антипортом с α-кетоглутаратом.
Т.е. этот белок переносчик работает следующим образом: мы из цитозоли транспортируем малат, а из митохондрии - α-кетоглутарат.
В матриксе малат при действии уже митохондриальной малатдегидрогеназы
снова превращается в оксалоацетат.
!!! При этом НАД, находящийся в матриксе, принимает на себя атом водорода и восстанавливается до НАДН. Мы снова получили то, что хотели – НАДН, который может спокойно пойти в дыхательную цепь переноса электронов.
Так как оксалоацетат у нас не может покинуть митохондрию из-за отсутствия специфического переносчика, он снова подвергается действию аминотрансферазы и превращается в аспартат. То есть аминотрансфераза «повесила» на оксалоацетат аминогруппу, создав аспартат. Аминогруппу она взяла от глутамата, который превратился в α-кетоглутарат.
Аспартат уже может покинуть митохондрию, опять же, антипортом, в обмен на глутамат из цитозоли.
Таким образом, через такую сложную челночную систему, мы превратили НАДН, полученный в реакциях гликолиза в цитозоли, в митохондриальный НАДН, который может пойти в дыхательную цепь.
Закрепим:
Для чего нам нужны челноки? Для переноса НАДН, синтезированного в гликолизе, в митохондрию, чтобы они могли пойти в дыхательную цепь, т.к. напрямую НАДН не может проникнуть через мембрану митохондрии.
В чём суть их работы? Через систему «посредников» они превращают цитозольный НАДН в митохондриальный НАДН (малат-аспартатный челнок) либо в ФАДН2 (глицерол-3-фосфатный челнок).
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ВЫХОД АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ
Снова эти цифры…
1 этап гликолиза |
- 1 АТФ |
- 1 АТФ |
|
|
|
|
|
1 этап гликолиза |
-1 АТФ |
-1 АТФ |
|
|
|
|
|
2 этап гликолиза |
+1 |
НАДН |
+2,5 АТФ |
|
|
|
|
2 этап гликолиза |
+1 |
АТФ |
+1 АТФ |
|
|
|
|
2 этап гликолиза |
+1 |
АТФ |
+1 АТФ |
|
|
|
|
Пируватдегидрогеназа |
+1 |
НАДН |
+2,5 АТФ |
|
|
|
|
ЦТК |
+3 НАДН |
+7,5 АТФ |
|
|
|
|
|
ЦТК |
+1 |
ФАДН2 |
+1,5 АТФ |
|
|
|
|
ЦТК |
+1 |
ГТФ |
+1 АТФ |
|
|
|
|
В аэробных условиях НАДН из гликолиза направляется в митохондрию (челночные системы), на процессы окислительного фосфорилирования, и там его окисление приносит дивиденды в виде 2,5 молей АТФ.
Образовавшийся в гликолизе пируват в аэробных условиях превращается в пируватдегидрогеназном комплексе в ацетил-S-КоА, при этом образуется 1 молекула НАДН.
Ацетил-SКоА вовлекается в ЦТК и, окисляясь, дает 3 молекулы НАДН, 1 молекулу ФАДН2, 1 молекулу ГТФ. Молекулы НАДН и ФАДН2 движутся в дыхательную цепь, где при их окислении в сумме образуется 9 молекул АТФ. В целом при сгорании одной ацетогруппы в ЦТК образуется 10 молекул АТФ.
Напомню, что начиная со второго этапа гликолиза мы всё УМНОЖАЕМ НА ДВА, потому что у нас образовалось 2 глицеральдегид-3-фосфата, следовательно, два пирувата, два ацетил-SКоА. Расчёт в таблице – на одну молекулу, но в формуле мы умножим всё на два.
ИТОГО МЫ ПОЛУЧАЕМ:
-2 + 2 х ( 2,5+1+1+2,5+7,5+1,5+1) = 32 АТФ
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412