Гликолиз

Гликолиз

Глюкоза попадает в клетку с помощью личного канала-переносчика (GLUT, для лучшего понимания - метаболизм углеводов первая часть), но этот ГЛЮТ может и впускать и выпускать глюкозу из клетки, поэтому для того, чтобы предотвратить побег нашей новоприбывшей глюкозы - мы можем нацепить на нее фосфатную группу (PO4-, фосфатная группа заряжена отрицательно, и таким образом глюкоза с фосфатом не будет способна убежать из клетки. Во-первых, потому-что она будет немного модифицирована и не будет идеальным "субстратом" для ГЛЮТ, а во-вторых, клеточная мембрана неохотно выпускает отрицательно заряженные вещества) Фермент который цепляет фосфат может быть разным в зависимости от ткани - есть 4 фермента - Гексокиназа I, II, III, IV. Особенной является только Гексокиназа IV, ее еще называют Глюкокиназой, так как этот фермент можно найти только в печени и поджелудочной железе (немного подробнее будет описано в регуляции), а все остальные Гексокиназы можно найти везде.
Итак, имеем реакцию:
1)Глюкоза + АТФ (под действием гексокиназы, коферментом которого является Mg2+) ----->Глюкоза-6-фосфат.
Важным является то, что эта реакция не обратная, то есть, этот фермент не может превратить Глюкозу-6-фосфат обратно в Глюкозу.
Далее смотрите внимательно, потому-что некоторые реакции обратные.(обозначены так - <----->).

2)Следующим шагом будет преобразование Глюкозы-6-фосфат в Фруктозу-6-фосфат с помощью фермента Фосфоглюкомутазы Глюкоза-6-фосфат (под действием Фосфоглюкомутазы) <-----> Фруктоза-6-фосфат.

3)Следующим шагом будет добавление еще одного фосфата к нашей Фруктозы-6-фосфат с помощью фермента Фосфофруктокиназа Фруктоза-6-фосфат + АТФ (под действием фосфофруктокиназы)-----> Фруктоза-1,6-бифосфат.
Так, можно сказать что мы закончили "подготовительный" этап гликолиза, в результате имеем Фруктозу-1,6-бифосфат.

4)Теперь нам нужно разделить нашу Фруктозу-1,6-P (фосфат) на две молекулы - Дигидроацетонфосфат и Глицеральдегид-3-фосфат с помощью фермента Альдолазы.
Фруктоза-1,6-P (под действием Альдолазы) <-----> Дигидроацетонфосфат + Глицеральдегид-3-фосфат.

Интересным является то, что работать мы будем только с Глицеральдегидом-3-P, потому-что только он способен дальше идти по реакции гликолиза, а Дигидроацетонфосфат перейдет в Глицеральдегид-3-P с помощью фермента Триоза-фосфат-изомераза.Поэтому можно так сказать, что в результате распада Глюкозы-1,6P получаем две молекулы Глицеральдегид-3-P.

Продолжаем, Глицеральдегид-3-P под действием фермента Глицеральдегид-3-P дегидрогеназа (GA3PDH) превращается в 1,3-бифосфоглицерат, при этом фосфатная группа заменяет водород в молекуле Глицеральдегида, и вот этот водород служит как восстановитель для молекулы NAD+, но атом водорода имеет один протон и один электрон, поэтому мы получим NADH/H+ (один электрон пойдет на восстановление NAD+, а один протон просто останется в цитоплазме).Реакция:
6)Глицеральдегид-1,3-P + АТФ(под действием фермента Глицеральдегид фосфат дегидрогеназа) <-----> 1,3-бифосфоглицерат + NADH/H+.

7)Далее, 1,3-бифосфоглицерат под действием фермента Фосфоглицерат киназы теряет одну фосфатную группу, которая переходит на АДФ, получается АТФ:
1,3-бифосфоглицерат + АДФ(под действием фермента Фосфоглицерат киназы) <-----> 3-фосфоглицерат + АТФ.

8)Далее, фермент Фосфоглицерат мутаза перебрасывает фосфат из 3-го положения во 2-е:
3-фосфоглицерат(под действием фермента Фосфоглицерат мутазы) <-----> 2-фосфоглицерат.

9)Далее, 2-фосфоглицерат с помощью фермента Энолазы переходит в Фосфоэнолпируват:
2-фосфоглицерат (под действием Энолазы, кофактором которой является Mg2+)<-----> Фосфоэнолпируват.

10)Последний шаг, фермент Пируват киназа отщепляет фосфат от Фосфоэнолпирувата, переносит его на АДФ, образуется АТФ:
Фосфоэнолпируват+АДФ (под действием Пируват киназы) -----> Пируват+АТФ.
Таким образом, за счет того, что у нас формально образуется 2 молекулы Глицеральдегида-3-P, мы можем сказать, что эти реакции проходят дважды.В результате имеем:
1)4 молекулы АТФ всего ( за два цикла "второго" этапа гликолиза), а использовали мы две молекулы в самом начале.Поэтому имеем 2 "чистых" молекул АТФ. 2)2 молекулы NADH/H+, которые потом понадобятся в Электрон-Транспортной-Цепи.

Регуляция гликолиза

Ну что же, не будем здесь рассматривать регуляцию экспрессии ГЛЮТ переносчиков, об этом будет отдельно.
Если мы говорим о Гексокиназе I, II, III, то в основном имеется в виду мышечная ткань, так как там этих ферментов очень много. Этот фермент может регулироваться аллостерично (когда какое-то вещество является регулятором), например, глюкоза стимулирует работу этого фермента, а продукт труда этого фермента - глюкоза-6-фосфат наоборот, ингибирует. Ну,нужно понять,что если будет большое количество какого-то промежуточного элемента гликолиза ,большое количество АТФ , цитрата(промежуточное в цикле Кребса), то гликолиз остановится(зачем делать что-то,если оно просто накапливается,в организме должен быть круговорот).
Сначала обсудим глюкагон и другие гормоны,которые вызывают гипергликемию(адреналин,кортизол,стероиды) , когда они связываются с соответствующим рецептом на клеточной мембране - происходит множество реакций,в результате чего активируется Протеинкиназа А , которая цепляет фосфат на Гексокиназу,в результате чего она переходит в неактивную форму и перемещается в ядро клетки.
Инсулин является мощным положительным регулятором этого фермента, когда он связывается с рецептором на клеточной мембране, то происходит множество реакций (будет отдельная статья), и в результате активируется Протеин фосфатаза 1, которая противоположно к ПротеинКиназы А забирает фосфат из фермента, и Гексокиназа теперь выходит из ядра и приступает к работе.
Также, аллостерическими регуляторами являются большая концентрация АМФ в клетке - стимулирует работу фермента, большая концентрация АТФ - наоборот, ингибирует.
Что же касается Глюкокиназы,то она немного другая - она не ингибируется Глюкозой-6-Фосфатом, для работы этого фермента нужна БОЛЬШАЯ концентрация глюкозы, но как эта концентрация набирается, то она начинает перерабатывать глюкозу с невероятной скоростью.
Теперь переходим к наиболее веселой и немного запутанной части всего этого действа.
Здесь откуда-то появляются ферменты, которые называются Фосфофруктокиназа II и Фруктоза-2,6-бифосфатаза.Первый цепляет фосфат к Фруктозы-6-фосфат во второе положение, а последний его убирает. Все дело в том,что Фруктоза-2,6-бифосфат (которая образует в результате работы Фосфофруктокиназы II) является положительным аллостерическим регулятором Фосфофруктокиназы I, соответственно,если Фосфофруктокиназа II "пашет" как проклятая, то будет много Фруктозы-2,6-P, и Фосфофруктокиназа I также начинает действовать. Также стоит уточнить, что Фосфофруктокиназа II и Фруктоза-2,6-Бифосфатаза является комплексом, то есть, связаны между собой.
Теперь как это все регулируется:
Уже знакомая нам ПротеинКиназа А, которая появляется в результате действия глюкагона или других гормонов, цепляет Фосфат на этот комплекс ферментов, в результате чего активизируется Фруктоза-2,6-Бифосфатаза, и начинает разрушать Фруктозу-2,6-P, а маленькое количество этой фруктозы ингибирует Фосфофруктокиназу I, в результате чего гликолиз останавливается. С инсулином и ПротеинФосфатазой все наоборот - фосфат из этого комплекса убирается, и активизируется Фосфофруктокиназа ІІ, которая продуцирует Фруктозу-2,6-P, что стимулирует гликолиз.
Последний необратимый шаг - Пируват Киназа.Тут все просто:стимулирует - ПротеинФосфатаза и Фруктоза-1,6-P.Ингибитор:АТФ, Ацетил-Коа, ПротеинКиназа А.