Биологическая химия - часть 81

В т о р о й  р е а к ц и е й гликолиза является превращение глюкозо-6-фос-

фата под действием фермента глюкозо-6-фосфат-изомеразы во фруктозо-6-

фосфат:

Эта реакция протекает легко в обоих направлениях, и для нее не

требуется каких-либо кофакторов.

Т р е т ь я  р е а к ц и я катализируется ферментом фосфофруктокиназой;

образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй

молекулы АТФ:

Данная реакция аналогично гексокиназной практически необратима,

протекает в присутствии ионов магния и является наиболее медленно

текущей реакцией гликолиза. Фактически эта реакция определяет скорость

гликолиза в целом.

Фосфофруктокиназа относится к числу аллостерических ферментов. Она

ингибируется АТФ и стимулируется АМФ *. При значительных величинах

отношения АТФ/АМФ активность фосфофруктокиназы угнетается и глико-

лиз замедляется. Напротив, при снижении этого коэффициента интенсив-

ность гликолиза повышается. Так, в неработающей мышце активность

фосфофруктокиназы низкая, а концентрация АТФ относительно высокая.

Во время работы мышцы происходит интенсивное потребление АТФ

и активность фосфофруктокиназы повышается, что приводит к усилению

процесса гликолиза.

Ч е т в е р т у ю  р е а к ц и ю гликолиза катализирует фермент альдолаза.

Под влиянием этого фермента фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две

фосфотриозы:

* Активность фосфофруктокиназы ингибируется также цитратом. Показано, что при

диабете, голодании и некоторых других состояниях, когда интенсивно используются жиры как

источник энергии, в клетках тканей содержание цитрата может возрастать в несколько раз.

В этих условиях происходит резкое торможение активности фосфофруктокиназы цитратом.

329

Глюкозо-6-фосфат

Глюкозо-6-фосфат-

изомераза

Фруктозо-6-фосфат

Фруктозо-6-фосфат

6-Фосфофруктокиназа

Фруктозо-1,6-бисфосфат

АТФ

АДФ

Эта реакция обратима. В зависимости от температуры равновесие

устанавливается на различном уровне. При повышении температуры реак-

ция сдвигается в сторону большего образования триозофосфатов (дигидро-

ксиацетонфосфата и глицеральдегид-3-фосфата) *.

П я т а я  р е а к ц и я – это реакция изомеризации триозофосфатов. Ката-

лизируется ферментом триозофосфатизомеразой:

Равновесие данной изомеразной реакции сдвинуто в сторону дигид-

роксиацетонфосфата: 95% дигидроксиацетонфосфата и около 5% глице-

ральдегид-3-фосфата. В последующие реакции гликолиза может непосред-

ственно включаться только один из двух образующихся триозофосфатов,

а именно глицеральдегид-3-фосфат. Вследствие этого по мере потребления

в ходе дальнейших превращений альдегидной формы фосфотриозы ди-

гидроксиацетонфосфат превращается в глицеральдегид-3-фосфат.

Образованием глицеральдегид-3-фосфата как бы завершается первая

стадия гликолиза. Вторая стадия – наиболее сложная и важная. Она вклю-

чает окислительно-восстановительную реакцию (реакция гликолитической

оксидоредукции), сопряженную с субстратным фосфорилированием, в про-

цессе которого образуется АТФ.

В результате шестой  р е а к ц и и глицеральдегид-3-фосфат в присутст-

вии фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы, кофермента НАД и

неорганического фосфата подвергается своеобразному окислению с обра-

зованием 1,3-бисфосфоглицериновой кислоты ** и восстановленной формы

НАД (НАДН). Эта реакция блокируется йод- или бромацетатом, протекает

в несколько этапов:

* Животные ткани содержат по меньшей мере три различные альдолазы, характерные для

мышцы, печени и мозга соответственно. Все альдолазы расщепляют фруктозо-1,6-бисфосфат

до диоксиацетонфосфата и глицеральдегид-3-фосфата и могут катализировать обратную

конденсацию диоксиацетонфосфата с различными оксиальдегидами, хотя и с неодинаковой

скоростью.

** Глицеральдегид-3-фосфат - последний углевод в цепи превращений глюкозы. Даль-

нейшим превращениям подвергаются органические кислоты, которые находятся в диссоцииро-

ванной форме, поэтому наряду с названием свободных кислот используют также название их

анионов, например 3-фосфоглицерат, пируват и др.

330

Фруктозо-1,6-бисфосфат

Альдолаза

Диоксиацетон-

фосфат

Глицеральде-

гид-3-фосфат

Диоксиацетон-

фосфат

Триозофосфатизо-

мераза

Глицеральдегид-

3-фосфат

1,3-Бисфосфоглицерат представляет собой высокоэнергетическое соеди-

нение (макроэргическая связь условно обозначена знаком «тильда» ~).

Механизм действия глицеральдегидфосфатдегидрогеназы сводится к сле-

дующему: в присутствии неорганического фосфата НАД

+

 выступает как

акцептор водорода, отщепляющегося от глицеральдегид-3-фосфата. В про-

цессе образования НАДН глицеральдегид-3-фосфат связывается с молеку-

лой фермента за счет SH-групп последнего. Образовавшаяся связь богата

энергией, но она непрочная и расщепляется под влиянием неорганического

фосфата, при этом образуется 1,3-бисфосфоглицериновая кислота.

С е д ь м а я  р е а к ц и я катализируется фосфоглицераткиназой, при этом

происходит передача богатого энергией фосфатного остатка (фосфатной

группы в положении 1) на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфогли-

цериновой кислоты (3-фосфоглицерат):

Таким образом, благодаря действию двух ферментов (глицеральде-

гидфосфатдегидрогеназы и фосфоглицераткиназы) энергия, высвобождаю-

щаяся при окислении альдегидной группы глицеральдегид-3-фосфата до

карбоксильной группы, запасается в форме энергии АТФ. В отличие от

окислительного фосфорилирования образование АТФ из высокоэнерге-

тических соединений называется субстратным фосфорилированием.

В о с ь м а я  р е а к ц и я сопровождается внутримолекулярным переносом

оставшейся фосфатной группы, и 3-фосфоглицериновая кислота превра-

щается в 2-фосфоглицериновую кислоту (2-фосфоглицерат).

Реакция легкообратима, протекает в присутствии ионов Mg

2 +

. Кофак-

тором фермента является также 2,3-бисфосфоглицериновая кислота ана-

логично тому, как в фосфоглюкомутазной реакции роль кофактора вы-

полняет глюкозо-1,6-бисфосфат:

331

Глицеральдегид-

-3-фосфат

Глицеральдегид-

фосфатдегидрогеназа

1,3-Бисфосфоглицерат

1,3-Бисфосфоглицерат

Мg

2+

Фосфоглицераткиназа

3-Фосфоглицерат

+ НАД

+

 + Н

3

РO

4

+

 НАДН + Н

+

+АДФ

+

 АТФ

Д е в я т а я  р е а к ц и я катализируется ферментом енолазой, при этом

2-фосфоглицериновая кислота в результате отщепления молекулы воды

переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту (фосфоенолпируват),

а фосфатная связь в положении 2 становится высокоэргической:

Енолаза активируется двухвалентными катионами Mg

2+

 или Мn

2+

и ингибируется фторидом.

Д е с я т а я  р е а к ц и я характеризуется разрывом высокоэргической связи

и переносом фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ (субстрат-

ное фосфорилирование). Катализируется ферментом пируваткиназой:

Для действия пируваткиназы необходимы ионы Mg

2+

, а также одно-

валентные катионы щелочных металлов (К

+

 или др.). Внутри клетки

реакция является практически необратимой.

В результате  о д и н н а д ц а т о й  р е а к ц и и происходит восстановление

пировиноградной кислоты и образуется молочная кислота. Реакция проте-

кает при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента НАДН,

образовавшегося в шестой реакции:

Последовательность протекающих при гликолизе реакций представлена

на

 рис. 10.3.

332

3-Фосфоглицерат

Фосфоглицеромутаза

2-Фосфоглицерат

2-Фосфоглицерат

Енолаза

Фосфоенолпируват

Фосфоенолпируват

Mg

2+

Пируваткиназа

Пируват

Пируват

Лактатдегидрогеназа

Лактат

(молочная кислота)

–

H

2

O

+H

2

O

+ АДФ

+

 АТФ

+

 НАДН+Н

+

+ НАД

+