Глава 2. Гликолиз

Гликолиз представляет собой один из сложных линейных метаболических процессов, в результате которого расщепляется молекула глюкозы и образуются две молекулы пирувата (пировиноградной кислоты), и, одновременно, синтезируется АТФ. Гликолиз является первым, а в анаэробных условиях основным этапом на пути использования глюкозы и других углеводов для обеспечения биоэнергетических потребностей живых организмов. Кроме того, на промежуточных стадиях гликолиза образуются трёхуглеродные фрагменты, используемые для биосинтеза ряда веществ.

Название «гликолиз» происходит от греч. γλυκός, glykos – сладкий и греч. λύσης, lysis – растворение.

Гликолиз является одним из центральных путей метаболизма у организмов, которые стоят на разных этапах эволюционного развития (микроорганизмов, растительных и животных организмов).

Гликолиз происходит в две стадии.

На первой стадии гликолиза происходит активация молекулы глюкозы (фосфорилирование) за счёт гидролиза двух молекул АТФ и расщепление шестиуглеродной молекулы на две трикарбоновые молекулы.

1. Фермент гексокиназа (hexokinase (HK)) фосфорилирует глюкозу в глюкозо-6- фосфат (glucose-6-phosphate (G6P)), используя первую молекулу АТФ.

2. Фермент фосфоглюкоизомераза (phosphoglucoseisomerase (PGI) (phosphohexoseisomerase)) изомеризует глюкозо-6-фосфат в фруктозо-6-фосфат (fructose-6-phosphate (F6P)).

3. Фермент фосфофруктокиназа (phosphofructokinase (PFK)) фосфорилирует фруктозо-6-фосфат в фруктозо-1,6-бисфосфат (fructose-1,6-bisphosphate (FBP)), используя вторую молекулу АТФ.

4. Шестиуглеродная молекула фруктозо-1,6-бисфосфата расщепляется ферментом альдолаза (aldolase) на две трёхуглеродные молекулы: альдозу глицеральдегид-3-фосфат (glyceraldehyde 3-phosphate (GAP)) и кетозуди- гидроксиацетон фосфат (dihydroxyacetonephosphate (DHAP)).

5. Фермент триозофосфатизомераза (triosephosphateisomerase (TIM)) изомери- зует друг в друга дигидроксиацетон фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.

На второй стадии гликолиза происходит выделение энергии, накопленной на первой стадии, и аккумуляция её в форме синтезированных в процессе субстратного фосфорилирования четырёх молекулах АТФ и в виде двух молекул восстановленного кофермента НАДН.

6. Пиридинзависимый фермент глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа (glycer- aldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH)), используя НАД+ в качестве кофермента, окисляет глицеральдегид-3-фосфат до 1,3‐бисфосфоглицерата (1,3-bisphosphoglycerate (1,3-BPG)), который является макроэргом. Окисление двух молекул глицеральдегид-3-фосфата сопровождается восстановлением двух молекул кофермента НАДН.

7. В реакции субстратного фосфорилирования фермент фосфоглицераткиназа (phospho-glyceratekinase (PGK)) переносит макроэргическую фосфатную группу с 1,3‐бисфосфоглицерата на АДФ и образует АТФ и 3-фосфоглицерат (3-phosphoglycerate (3PG)).

8. Фермент фосфоглицератмутаза (phosphoglyceratemutase (PGM)) изомеризует 3-фосфоглицерат в 2-фосфоглицерат (2-phosphoglycerate (2PG)).

9. Фермент енолаза (enolase) отщепляет молекулу воды от 2-фосфоглицерата и образует фосфоенолпируват (phosphoenolpyruvate (PEP)) – сложный эфир фосфорной кислоты и енольной формы пирувата, который является макроэргическим фосфатом.

10. В реакции субстратного фосфорилирования фермент пируваткиназа (pyruvatekinase (PK)) переносит фосфатную группу с фосфоенолпирувата на АДФ и образует вторую молекулу АТФ и пируват (pyruvate).

Таким образом, во время второй стадии гликолиза, происходит выделение энергии, которая запасается в АТФ и восстановленном НАДН.

В результате превращений двух молекул глицеральдегид-3-фосфата, образовавшихся из одной молекулы глюкозы, синтезируется четыре молекулы АТФ и две молекулы восстановленного НАДН.

Гликолиз происходит в цитоплазме клеток. Именно здесь находятся ферменты, катализирующие отдельные его реакции. По современным представлениям гликолитические ферменты объединены в единый функциональный комплекс – метаболон, который прикрепляется к элементам цитоскелета.

Вся последовательность реакций гликолиза может быть сведена к следующему балансовому уравнению:

Глюкоза + 2АДФ + 2Рi + 2НАД+ = 2пируват + 2НАДН + 2H+ + 2АТФ + 2Н2О.