В анаэробных условиях образуемый в шестой, ГАФ-дегидрогеназной реакции, НАДН используется
в последней реакции для восстановления пирувата до лактата. Образуемый таким образом НАД опять возвращается в шестую реакцию.
В аэробных условиях НАДН отдает свои атомы водорода на челночные систе-
мы(см ниже)для их передачи в дыхательную цепь митохондрий.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ
На подготовительном этапе
на активацию глюкозы затра-
чивается2молекулы АТФ,ка-ждая из которых оказывается
на триозе – глицеральдегид-
фосфате и диоксиацетонфос-фате. В следующий второй
этап входит только глицераль-
дегидфосфат, но его уже две молекулы, каждая из которых
окисляется до пирувата с об-
Разованием 2-х молекул АТФ
в реакциях субстратного фос-
форилирования. Таким обра-
зом, суммируя, получаем, что
на пути от глюкозы до пирувата
в чистом виде образуется 2
молекулы АТФ.
Однако надо иметь в виду
и глицеральдегидфосфат-
дегидрогеназную реакцию, из которой выходит НАДН. Если
условия анаэробные, то он
используется в лактатдегидро-геназной реакции – окисляется
для образования лактата и в
получении АТФ не участвует.
Если же имеется кислород
– НАДН направляется в мито-хондрию, на процессы окисли-
тельного фосфорилирования, и
там его окисление приносит дивиденды в форме АТФ.
ЭФФЕКТ ПАСТЕРА
Эффект Пастера – это снижение потребления глюкозы и прекращение продукции молочной кислоты клеткой в присутствии кислорода.
Луи Пастер, занимавшийся вопросами виноделия, наблюдал подобный фено-мен при производстве вина. Забегая вперед, отметим, что спиртовое броже-ние весьма похоже на гликолиз, только вместо молочной кислоты из пирува-та образуется спирт.
Биохимический механизм эффекта Пастера заключается в конкуренции между
пируватдегидрогеназой,превращающей пируват в ацетил-S-КоА,илактатдегид-
рогеназой,превращающей пируват в лактат.При отсутствии кислорода внутрими-тохондриальные процессы дыхания не идут, цикл трикарбоновых кислот тормозится
и накапливающийся ацетил-S-КоА ингибирует ПВК-дегидрогеназу. В этой ситуации
пировиноградной кислоте не остается ничего иного как превращаться в молочную. При наличии кислорода ингибирование ПВК-дегидрогеназы прекращается и она, об-
ладая большим сродством к пирувату, выигрывает конкуренцию.
Важно то, что пировиноградная кислота является для клетки токсичным
веществом, и клетке необходимо избавиться от нее каким угодно образом. Так как через мембраны она не проходит, то обезвреживание достигается
превращением пирувата 1) в лактат; 2) в ацетил-S-КоА; 3) в аланин (см "Ала-нинаминотрансфераза"), 4) в оксалоацетат.
Иллюстрацией к сказанному служит от-личие изоферментов лактатдегидроге-наз (ЛДГ) друг от друга. Сердечный
изофермент ЛДГ-1 обладает высоким сродством к молочной кислоте и "стре-
мится" поднять концентрацию пирува-та с целью его включения в ЦТК и полу-чения энергии для деятельности мио-
карда. Большое количество митохонд-
рий и поступление сюда лактата из других органов обеспечивает работу сердца при аэробных условиях. При не-хватке кислорода свойства ЛДГ-1 не из-
менятся, он по-прежнему будет сдвигать реакцию в сторону продукции пиро-
виноградной кислоты. Изофермент скелетной мышцы ЛДГ -5 обладает высо-ким сродством к пирувату, при отсутствии кислорода в клетке быстро и эффективно превращает его в лактат, легко проникающий сквозь мембраны. Таким образом, в анаэробных условиях сильнее будет страдать сердечная мышца, что, собственно говоря, и наблюдается в медицинской практике.
ЧЕЛНОЧНЫЕ СИС-ТЕМЫ
Челночные системы –
механизм доставки обра-
зованных в гликолизе ио-
нов Н+ (в составе НАДН)
из цитозоля в митохонд-рию.
Так как сама молекула
НАДН через мембрану не проходит, природа поза-
ботилась о том, чтобы
создать системы, прини-
мающие этот водород в цитоплазме и отдающие его в матриксе митохонд-рий.
Определены две основные челночные системы – глицеролфосфатная и малат-
аспартатная.
Глицеролфосфатный челнокактивен в печени и в быстрых мышечных волок-нах. Его ключевыми ферментами являются изоферменты глицерол-3-фосфат-
дегидрогеназы, цитоплазматический и митохондриальный. Они отличаются своими
коферментами: у цитоплазматической формы – НАД, у митохондриальной – ФАД. Метаболиты гликолиза – диоксиацетонфосфат и НАДН образуют глицерол-3-
фосфат, поступающий в матрикс митохондрий, где он окисляется с образованием
ФАДН 2. Далее ФАДН2 направляется в дыхательную цепь и используется для полу-чения энергии.
Малат-аспартатный челнокболее сложен:постоянно идущие в цитоплазме ре-
акции трансаминирования аспартата поставляют оксалоацетат, который под дейст-вием цитозольного пула малатдегидрогеназы восстанавливается до яблочной ки-
слоты. Последняя антипортом с α-кетоглутаратом проникает в митохондрии и, явля-
ясь метаболитом ЦТК, окисляется в оксалоацетат с образованием НАДН. Так как
мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, то он аминируется до ас-
парагиновой кислоты, которая в обмен на глутамат выходит в цитозоль.
ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ
Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата. глицерола, метаболитов цикла Кребса, аминокислот. Все аминокислоты,
кроме кетогенных лейцина и лизина, способны участвовать в синтезе глюкозы. Неко-
торые из них – глюкогенные – полностью включаются в молекулу глюкозы, некото-рые – смешанные – частично.
В организме всегда существует потребность в глюкозе:
• для эритроцитов глюкоза является единственным источником энергии,
• нервная ткань потребляет 120 г глюкозы в сутки, притом эта величина не за-висит от интенсивности ее работы. Только в экстремальных ситуациях (дли-
тельное голодание) она способна получать энергию из неуглеводных источ-
ников,
• глюкоза играет весомую роль для поддержания необходимых концентраций
метаболитов цикла трикарбоновых кислот (в первую очередь оксалоацета-
та).
Таким образом, при определенных ситуациях – при низком содержании углево-
дов в пище, голодании, длительной физической работе – организм должен иметь
возможность получить глюкозу. Это достигается процессом глюконеогенеза. Кроме получения глюкозы, глюконеогенез обеспечивает и уборку "шлаков" – лак-
тата, образованного при мышечной работе и в эритроцитах, и глицерола, являюще-
гося продуктом липолиза в жировой ткани.
Глюконеогенез лишь отчасти повторяет реакции окисления глюкозы. Как указы-
валось ранее, в гликолизе существуют три необратимые стадии: пируваткиназная
(десятая), фосфофруктокиназная (третья) и гексокиназная (первая). На этих стадиях существуют энергетические барьеры, которые обходятся с помощью специальных реакций.