ЭТАПЫ АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ. СУММАРНОЕ УРАВНЕНИЕ АЭРОБНОГО РАСПАДА ГЛЮКОЗЫ. ПРЕИМУЩЕСТВА АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ. ЭФФЕКТ ПАСТЕРА.
Мы уже это знаем, при аэробном окислении глюкозы этапы:
1)Гликолиз
a.Подготовительный (где мы теряем 2 АТФ)
b.Этап синтеза АТФ
2)Реакции пирувадегидрогеназы - синтез из пирувата ацетил-SКоа
3)Сгорание в ЦТК до CO2
ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ:
Преимущества аэробного окисления очевидны – синтез огромного количества АТФ, целых 32 штуки из одной молекулы глюкозы. В процессах анаэробного метаболизма полное окисление органики до СО2 и Н2О невозможно, так как для этого нет достаточно хорошего окислителя. Поэтому в результате анаэробных процессов катаболизма — брожений — всегда получаются какие-то недоокисленные органические продукты (молочная кислота, масляная кислота, этиловый спирт и т.д.). Наличие же в окружающей среде кислорода позволяет разорвать все С-С-связи в органическом субстрате, окислить его до СО2 и Н2О и получить максимальное количество энергии.
В присутствии кислорода НАДН не отдаёт атомы водорода на продукты гликолиза, как это происходит при брожении. Вместо этого имеет место дальнейшее окисление пировиноградной кислоты до СО2 и Н2О (полное окисление органики). При этом выделяется гораздо больше энергии, чем в процессе анаэробного (бескислородного) окисления. Так происходит потому, что молекулярный кислород является хорошим окислителем, поэтому в реакциях кислородного окисления выделяется много энергии.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
ЭФФЕКТ ПАСТЕРА - это снижение потребления глюкозы и прекращение продукции молочной кислоты клеткой в присутствии кислорода.
Происходит это из-за конкуренции между двумя ферментными комплексами – пируватдегидрогеназой, превращаюшей пируват в ацетилSКоА, и лактатдегидрогеназой, превращающей пируват в лактат.
У пируватдегидрогеназы сродство к пирувату гораздо выше и в обычных аэробных условиях она окисляет большую часть пировиноградной кислоты.
Как только поступление кислорода уменьшается (анемии, нарушение кровообращения, спазм сосудов, тромбозы и т.п.) происходит следующее:
внутримитохондриальные процессы дыхания не идут и НАДН
в дыхательной цепи не окисляется.
моментально накапливающийся в митохондриях НАДН тормозит цикл трикарбоновых кислот, из-за аллостерической регуляции.
ацетил-S-КоА не входит в ЦТК и вместе с НАДН ингибирует пируватдегидрогеназу.
В этой ситуации пировиноградной кислоте не остается ничего иного как превращаться в молочную.
При наличии кислорода ингибирование пируватдегидрогеназы прекращается и она, обладая большим сродством к пирувату, выигрывает конкуренцию.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
Дополнительный интересный материал.
Отличной иллюстрацией к сказанному служит чувствительность миокарда и нейронов к недостатку кислорода:
Роль лактатдегидрогеназы в клетке
Внорме работу клеток нервной системы и миокарда при аэробных условиях обеспечивает большое количество митохондрий и поступление из крови субстратов для окисления – глюкозы, кетоновых тел, жирных кислот (только для миокарда), лактата, превращегося в пируват.
Воснове высокой чувствительности этих органов к отсутствию кислорода лежит отличие изоферментов лактатдегидрогеназы друг от друга. Рассмотрим это на примере ЛДГ-1 и ЛДГ-5.
Сердечный изофермент ЛДГ-1, обладая высоким сродством к молочной кислоте, переводит ее в пировиноградную, "стремясь" поднять концентрацию пирувата с целью его включения в цикл трикарбоновых кислот (только в аэробных условиях) и получения энергии для сокращения миокардиоцита. Поэтому миокард не образует лактат, но зато может использовать его для получения энергии, захватывая из крови, но только в аэробных условиях. Аналогично лактат используется нервной системой.
При нехватке кислорода свойства изофермента ЛДГ-1 не изменятся, он по-прежнему будет сдвигать реакцию в сторону продукции пировиноградной кислоты (на схеме "справа-налево"). Однако без кислорода "сгореть" в ЦТК пируват не может и выйти из клетки тоже не может, т.к. клеточные мембраны непроницаемы для него. Являясь кислотой, он закисляет цитозоль, изменяя активность ферментов и, возможно, как-то еще проявляет токсичность. Таким образом, происходят необратимые повреждения кардиомиоцита и нейрона – развивается инфаркт миокарда. или ишемический инсульт.
В тоже время изофермент скелетной мышцы ЛДГ-5 обладает высоким сродством к пирувату, при отсутствии кислорода в клетке быстро и эффективно превращает его в молочную кислоту, обратная же реакция практически не идет. Закисление саркоплазмы снижает работоспособность миоцита. Мышца, хоть и не в состоянии работать в таких условиях, все-таки сохраняет жизнеспособность. Но в клетке молочная кислота не накапливается – она легко проходит через клеточные мембраны и быстро удаляется из мышцы. После "отключки" скелетная мышца вновь становится работоспособной через несколько минут.
Таким образом, в анаэробных условиях сильнее всего будут страдать сердечная мышца и нервная система, что, собственно говоря, и наблюдается в медицинской практике.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
Мемный перерыв
htthttps://sun9-4
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ. ЛОКАЛИЗАЦИЯ, СУБСТРАТЫ, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ И ФЕРМЕНТЫ.
Небольшое вступление…
До сих пор мы знакомились с тем, как главные типы питательных веществ - углеводы, жирные кислоты и аминокислоты,- расщепляясь, включаются по сходящимся катаболическим путям в цикл лимонной кислоты, чтобы передать свои богатые энергией электроны в дыхательную цепь. Перемещаясь по дыхательной цепи к кислороду, эти электроны поставляют энергию для синтеза АТФ. Теперь нам предстоит рассмотреть анаболические пути. На этих путях химическая энергия в форме АТФ и НАДН используется для синтеза клеточных компонентов из простых предшественников.
Катаболизм и анаболизм протекают одновременно; при этом поддерживается динамическое стационарное состояние, так что расщепление клеточных компонентов, обеспечивающее клетки энергией, уравновешивается биосинтетическими процессами, которые создают и поддерживают в живых клетках присущую им упорядоченность.
Здесь уместно вспомнить некоторые организационные принципы биосинтеза:
1.Пути биосинтеза и пути катаболизма расщепления тех или иных биомолекул, как правило, не идентичны. Эти пути могут включать какую-нибудь общую обратимую реакцию или даже несколько таких реакций, но у них всегда имеется хотя бы одна ферментативная стадия, по которой они различаются.
2.Биосинтетические пути и соответствующие им катаболические пути контролируются разными регуляторными
ферментами.
3.Требующие затраты энергии биосинтетические процессы обязательно сопряжены с поставляющим энергию расщеплением АТФ, вследствие чего весь процесс в целом является практически необратимым, точно так же как в целом необратим катаболизм.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
Первый анаболический путь, который мы с вами рассмотрим, это путь ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА – центрального биологического пути, который в животных тканях приводит к образованию различных углеводов из неуглеводных предшественников.
У всех высших животных биосинтез глюкозы – абсолютно необратимый процесс, потому что она служит единственным или главным источников топлива для нервной системы (в том числе для мозга), а так же для почек, семенников, эритроцитов и для всех тканей эмбриона.
Важными предшественниками D-глюкозы являются лактат, пируват, глицерол, большинство аминокислот(кроме кетогенных лейцина и лизина) и промежуточные продукты цикла лимонной кислоты.
Кроме получения глюкозы, глюконеогенез обеспечивает и уборку лактата, постоянно образуемого в эритроцитах или при мышечной работе, и глицерола, являющегося продуктом липолиза в жировой ткани
Из неуглеводных предшественников образуются так же и другие важные углеводы – гликопротеины, дисахариды, прочие моносахариды. Особенно важное значение имеет биосинтез гликогена, протекающий в печени и мышцах. Как мы помним, гликоген – это резервуар глюкозы.
Глюконеогенез протекает у животных главным образом в печени и значительно менее интенсивно – в корковом веществе почек.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
ПУТЬ ГЛЮКОНЕОЗЕНЕЗА.
Казалось бы, если мы синтезируем из глюкозы пируват там, лактат, почему бы нам просто не пройтись по этой цепочке гликолиза, которую мы уже знаем, в обратном направлении? Не всё так просто.
Гликолиз и глюконеогенез не идентичны, хотя и включают ряд общих этапов.
Семь ферментативных реакций гликолиза свойственны также и глюконеогенезу, все они легко обратимы. Однако мы помним, что в гликолизе были три необратимые реакции, которые по этой причине не могут использоваться в глюконеогенезе. Поэтому глюконеогенез как бы обходит эти этапы. У него есть свои собственные реакции с другими ферментами.
Таким образом, и гликолиз, и глюконеогенез – процессы необратимые. Более того, эти процессы регулируются независимо друг от друга, т.е. их регуляция осуществляется через те ферментативные этапы, которые не являются общими для двух путей, те самые «обходные» реакции глюконеогенеза и необратимые реакции гликолиза.
Как известно, в гликолизе существуют три необратимые реакции: пируваткиназная (десятая), фосфофруктокиназная (третья) и гексокиназная (первая). В этих реакциях происходит высвобождение энергии для синтеза АТФ. Поэтому в обратном процессе возникают энергетические барьеры, которые клетка обходит с помощью дополнительных реакций.
Глюконеогенез включает все обратимые реакции гликолиза, и особые обходные пути, т.е. он не полностью повторяет реакции окисления глюкозы. Его реакции способны идти во всех тканях, кроме последней глюкозо-6-фосфатазной реакции, которая идет только в печени и почках. Поэтому, строго говоря, глюконеогенез идет только в этих двух органах.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
I обходной путь
Превращение пирувата в фосфоенолпируват
Итак вспоминаем, последняя реакция гликолиза – образование пирувата из фосфоенолпирувата.
Соответственно, обратная реакция должна быть первой реакцией глюконеогенеза.
НО мы не можем преобразовать пируват в фосфоенолпируват просто присоединив к нему АТФ. Вместо этого фосфорилирования пирувата достигается обходным путём.
Первый этап этого обходного пути катализируется митохондриальной пируваткарбоксилазой – ферментом, содержащим биотин, катализирующий образование оксалоацетата из пирувата – основной анаплеротической(пополняющей) реакции Цикла Кребса.
Второй этап – оксалоацетат, образовавшийся в митохондрии из пирувата, восстанавливается за счёт
НАДН в МАЛАТ под действием малатдегидрогеназы. Ничего не напоминает?))
Мы помним даже не знаю откуда)0)0 что малат, в отличии от оксалоацетата, может спокойно покидать митохондрию антипортом и поступать в цитоплазму.
Здесь, в цитоплазме, он окисляется под действием НАД-зависимой малатдегидрогеназы с образованием оксалоацетата, только теперь уже внемитохондриального.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
Получается, что так как мы не могли перенести оксалоацетат из митохондрии в цитоплазму, мы одной реакцией превратили его в малат, который может проникать через митохондриальную мембрану, и когда уже он попал в цитоплазму, снова превратили его в оксалоацете.
Повернуть малатдегидрогеназную реакцию ЦТК вспять позволяет избыток НАДН в митохондриях. НАДН поступает из β-окисления жирных кислот, активируемого в гепатоците при голодании.
Третий этап – на образовавшийся оксалоацет действует фосфоенолпируваткарбоксилаза, требующая ионы Mg2+. Продуктом реакции является фосфоенолпируват, а источником фосфата – ГТФ.
ИТАК, на образование фосфоенолпирувата из пирувата мы потратили энергию двух макроэргических соединений – 1 АТФ и 1
ГТФ.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412
II обходной путь
Превращение фруктозо-1,6-дифосфата в фруктозо-6-фосфат.
Здесь принимает участие фермент
фруктозодифосфатаза, которая катализирует практически необратимый гидролиз фруктозо-1,6- дифосфата с отщеплением фосфатной группы в положении 1, что приводит к образование фруктозо-6-
фосфата.
Этот фермент есть в почках, печени, поперечно-полосатых мышцах. Таким образом, эти ткани способны синтезировать фруктозо-6-фосфат и глюкозо-6-фосфат.
III обходной путь
Образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата
Это последняя реакция глюконеогенеза – синтез глюкозы из глюкозо- 6-фосфата. Это осуществляет глюкозо-6-фосфатаза, катализирующая эту необратимую гидролитическую реакцию.
Это Mg2+ зависимый фермент, обнаруживающийся в той фракции клеток
печени, которая содержит эндоплазматический ретикулум.
ВАЖНО: глюкозо-6-фосфатаза отсутствует в таких тканях как мозг и мышцы, так что они не поставляют в кровь свободную глюкозу.
Поддержи меня: 5469 3900 1275 3412