Гликолитическая оксидоредукция. Гликолиз, гликогенолиз. Обращение гликолиза

       В условиях мышечной работы максимальной интенсивности в клетки скелетной мускулатуры не успевает поступать кислород. Поэтому в такой физиологической ситуации распад углеводов временно протекает в анаэробных условиях. В условиях дефицита кислорода временно блокируется работа дыхательных цепей, а, значит, и II-го, и III-го этапов аэробного распада углеводов. Молекулам НАДН₂ и ФАДН₂, образующимся в окислительных реакциях, некуда отдавать свой водород, так как не работают дыхательные цепи в митохондриях и челночные механизмы. Теперь рассмотрим, как все это сказывается на протекании реакций I-го, цитоплазматического этапа распада углеводов.

Дефицит кислорода в клетке не мешает протеканию первых реакций I-го этапа аэробного пути распада углеводов до стадии образования фосфоглицеринового альдегида. При окислении ФГА происходит восстановление НАД до НАДН₂. НАДН₂ затем должен передать водород по системе транспортных челночных механизмов на митохондриальные дыхательные цепи. Но в отсутствие кислорода в клетке не работают ни дыхательные цепи, ни челночные механизмы, а НАД - это кофермент, запасы которого в цитоплазме невелики. После того, как весь НАД превратится в НАДН₂, новые молекулы ФГА не могут окисляться до фосфоглицериновой кислоты, и тогда все последующие реакции 1-го этапа аэробного пути распада углеводов должны прекратиться. Но этого не происходит. В цитоплазме хорошим акцептором водорода является ПВК - конечный продукт I-го этапа. Так возникает сопряжение между двумя реакциями, которое называется ГЛИКОЛИТИЧЕСКАЯ ОКСИДОРЕДУКЦИЯ:

Рисунок ХХ. Гликолитическая оксидоредукция

Как видно из рисунка, НАДН₂, образующийся при окислении ФГА, используется для восстановления пирувата в лактат (молочную кислоту). Реакции гликолитической оксидоредукции полностью обратимы. В отсутствие кислорода сколько НАДН₂ образуется на 6-й стадии, столько же НАДН₂ и отдает свой водород на ПВК.

Поэтому в анаэробных условиях (при отсутствии кислорода) конечным продуктом распада глюкозы (гликогена) является ЛАКТАТ, а сам процесс называется гликолизом.

ГЛИКОЛИЗ (ГЛИКОГЕНОЛИЗ) – это процесс распада глюкозы (гликогена) до лактата в анаэробных условиях.

В состоянии покоя, наступающего после интенсивной мышечной работы, в клетку начинает поступать кислород. Это приводит к запуску митохондриальных дыхательных цепей. Запускаются окислительное декарбоксилирование пирувата, ЦТК и челночный механизм переноса водорода в митохондрии, а, значит, возобновляется и аэробный путь распада углеводов распада глюкозы (гликогена). При этом процесс гликолиза тормозится автоматически. Торможение гликолиза поступившим в клетку кислородом называется ЭФФЕКТОМ ПАСТЕРА по имени ученого, открывшего это явление.

В раковых клетках такого эффекта не наблюдается. В них одновременно могут протекать сразу два процесса: и аэробный путь распада углеводов, и гликолиз. Отсутствие эффекта Пастера в тканях, пораженных злокачественными опухолями, называется ЭФФЕКТОМ КРЭБТРИ.

СУДЬБА ЛАКТАТА, ОБРАЗОВАВШЕГОСЯ ПРИ ГЛИКОЛИЗЕ

       Часть молекул лактата, накопившихся в ходе гликолиза поступает в кровь, затем – в мочу, и выводится из организма. Оставшаяся молочная кислота при поступлении кислорода в клетку начинает постепенно превращаться обратно в ПВК. Часть этого пирувата окисляется во втором и третьем этапах аэробного пути распада углеводов. АТФ, образующаяся при этом, используется для синтеза из оставшегося количества пирувата глюкозы или гликогена (в условиях покоя). Процесс синтеза глюкозы или гликогена из лактата называется ОБРАЩЕНИЕМ ГЛИКОЛИЗА.

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ

       Некоторые промежуточные метаболиты аэробного пути распада углеводов могут образоваться из веществ других классов (не из углеводов): например, из аминокислот, липидов.

       Приведем пример. ПВК может получиться в ходе реакции трансаминирования из аминокислоты аланина:

Рисунок ХХ. Образование пирувата из аланина.

       После этого протекают все те же обратные реакции от пирувата до глюкозы (гликогена), как и при обращении гликолиза. Но поскольку пируват в данном случае имеет неуглеводное происхождение, то и процесс синтеза углеводов здесь называется по-другому: глюконеогенез.

       ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ - это образование углеводов (например, глюкозы или гликогена) из веществ, имеющих неуглеводное происхождение.

Ключевым ферментом глюконеогенеза является пируваткарбоксилаза. В обычных условиях этот фермент малоактивен, но сильно активируется даже при небольшом накоплении АцетилКоА в цитоплазме. Тогда обходной обратный путь 10-й стадии и весь процесс синтеза углеводов из ПВК может протекать быстрее, чем их распад.