Гліколіз

Схема гліколізу
Ферменты: 1 — Гексакіназа 2 — Глюкоза-6-фасфатізамераза 3 — 6-Фосфафруктакіназа 4 — Фруктозадыфасфатальдалаза 5 — Трыёзафасфатізамераза 6 — Гліцэральдэгід-3-фасфатдэгідрагеназа 7 — Фосфагліцэраткіназа 8 — Фосфагліцэратмутаза 9 — Eналаза 10 — Піруваткіназа

Гліко́ліз (фруктоза-1,6-дыфасфатны шлях, або шлях Эмбдэна-Меергофа-Парнаса) — працэс анаэробнага шматэтапнага ператварэння гексоз у піруват, у ходзе якога клеткай назапашваецца энергія.

Агульныя звесткі

Вядома прынамсі сем розных шляхоў катабалізму глюкозы ў клетках мікраарганізмаў, сярод якіх найбольш эканамічным з'яўляецца і часцей за астатнія выкарыстоўваецца гліколіз. Гэты амаль універсальны працэс назапашвання метабалічнай энергіі выяўлены ў 1897 г. братамі Бухнерамі. Слова «гліколіз» паходзіць ад грэчаскіх каранёў: грэч. γλυκός, glykos — цукар і грэч. λύσης, lysis — раствараць, што дакладна азначае расшчапленне цукроў ці глікагену.

Глікалітычны шлях засваення гексоз характэрны для большасці мікраарганізмаў, у тым ліку дражджэй і мноства бактэрый. Пра інтэнсіўнасць гліколізу можна меркаваць па колькасці ключавога прамежкавага прадукту — фруктоза-1,6-дыфасфату. Менавіта гэтае злучэнне адрознівае глікалітычны шлях катабалізму глюкозы ад іншых катабалітных шляхоў.

Рэакцыі глікалітычнага шляху адбываюцца ў цытазолі. Усе прамежкавыя прадукты гліколізу знаходзядца ў фасфарыліраванай форме. Агульны энергетычны эфект гэтага працэсу — 2 малекулы АТР на 1 малекулу зброджанай глюкозы. Механізм назапашвання энергіі ў гліколізе — субстратнае фасфарыліраванне. Глікалітычны працэс пакладзены ў аснову большасці браджэнняў, і піруват — канчатковы прадукт гліколізу — ператвараецца ў ходзе гэтых браджэнняў у шэраг метабалітаў: этанол, малочную кіслату, вуглякіслы газ, мурашыную кіслату і інш.

Глікалітычны шлях

Ператварэнне глюкозы ў піруват патрабуе ўдзелу 10 ферментаў і складаецца з наступных стадый: падрыхтоўка да разрыву ланцуга (рэакцыі 1-3), разрыў ланцуга і ўтварэнне глідэральдэгід-3-фасфату (рэакцыі 4, 5), першае субстратнае фасфарыліраванне (рэакцыі 6, 7), другое субстратнае фасфарыліраванне (рэакцыі 8-10). На схеме праілюстраваны глікалітычны працэс катабалізму глюкозы. Ён пачынаецца з фасфарыліравання глюкозы (актывацыя малекулы) з удзелам АТР (донар фасфарыльнай групы), у ходзе якога ўтвараецца глюкоза-6-фасфат. Гэтую рэакцыю (1) каталізуе гексакіназа. У наступнай рэакцыі (2) глюкоза-6-фасфат ізамерызуецца ў фруктоза-6-фасфат (фермент глюкозафасфатізамераза), пасля чаго фруктоза-6-фасфат яшчэ раз фасфарыліруецца (3) за кошт ATP з утварэннем фруктоза-1,6-дыфасфату (фермент фосфафруктакіназа).

На другім этапе ключавы прамежкавы прадукт гліколізу — фруктозадыфасфат — расшчапляецца на два трыёзафасфаты з удзелам фермету фруктозадыфасфатальдалазы (4). Дыгідроксіацэтонфасфат (DGAP) і гліцэральдэгід-3-фасфат (GATF), якія ўтвараюцца ў гэтай рэакцыі, уяўляюць сабой ізамеры і лёгка пераходзяць адзін у другі з удзелам ферменту трыёзафасфатізамеразы (5). Аднак напрамак гэтай рэакцыі зрушаны направа, паколькі альдэгід увесь час выводзіцца з рэакцыі. Гліцэральдэгід-З-фасфат служыць субстратам першага субстратнага фасфарыліравання.

Ha пералічаных вышэй этапах гліколізу энергія не назапашвалася, а толькі расходавалася. Далей ідуць рэакцыі, у якіх энергія выдзяляецца і назапашваецца ў форме ATP. Адной з такіх рэакцый з'яўляецца акісленне гліцэральдэгід-3-фасфату (6), якое каталізуецца ферментам гліцэральдэгід-3-фасфатдэгідрагеназай. Гэты фермент выкарыстоўвае NAD⁺ у якасці каферменту і характарызуецца высокай колькасцю сульфгідрыльных груп (SH-груп). Акісленне пачынаецца са звязвання гліцэральдэгід-3-фасфату з SH-групай ферменту — утвараецца субстрат-ферментны комплекс. Далей фермент каталізуе перанос вадароду з субстрату на NAD⁺, і адноўлены кафермент (NADH) аддзяляецца. Дэгідрыраванне з'яўляецца акісляльнай рэакцыяй, якая дае энергію: узнікае комплекс фермету з ацыльным астаткам (тыёэфір), багаты энергіяй.

Потым ажыццяўляецца фасфароліз — перанос астатку гліцэральдэгід-3-фасфату сумесна з макраэргічнай сувяззю на фосфарную кіслату, што прыводзіць да ўтварэння 1,3-дыфосфагліцэрынавай кіслаты і зыходнай формы ферменту. 1,3-дыфосфагліцэрат уяўляе сабой змешаны ангідрыд фосфарнай і карбонавай кіслот і мае высокі патэнцыял пераносу фасфатнай групы. Багатая энергіяй фасфатная група пераносіцца з 1,3-дыфосфагліцэрату на ADP з утварэннем АТР і З-фосфагліцэрату. Гэтую рэакцыю (7) каталізуе фермент фосфагліцэраткіназа.

Апошні этап гліколізу — другое субстратнае фасфарыліраванне — пачынаецца з унутрымалекулярнай перабудовы, у ходзе якой 3-фосфагліцэрат перетвараецца ў 2-фосфагліцэрат (8). Рэакцыю каталізуе фосфагліцэратмутаза. 2-Фосфагліцэрат падвяргаецца рэакцыі дэгідратацыі (9) з удзелам ферменту еналазы. У выніку гэтай рэакцыі ўтвараецца фосфаенолпіруват, у якога патэнцыял пераносу фасфатнай групы значна павышаецца. Адшчапленне вады суправаджаецца пераразмеркаваннем энергіі ўнутры малекулы, і фасфатная сувязь у 2 атама вугляроду ператвараецца з нізка- ў высокаэнергетычную (абазначана на схеме хвалістай лініяй). Апошняя рэакцыя гліколізу (10) — утварэнне пірувату з адначасовым атрыманнем АТР. Гэта другое субстратнае фасфарыліраванне, якое каталізуецца ферментам піруваткіназай.

Значэнне

Глікалітычны шлях, як адзін з катабалітных працэсаў, грае ў клетцы падвойную ролю: прыводзіць да генерыравання энергіі ў выглядзе АТР і пастаўляе будаўнічыя блокі для рэакцый біясінтэзу. Акрамя таго, у гліколізе назапашваецца NADH, які можа таксама выкарыстоўвацца ў біясінтэзе, ці паступаць у дыхальны ланцуг.

Рэгуляцыя гліколізу

Хуткасць ператварэння глюкозы ў піруват рэгулюецца такім чынам, каб выканаць два асноўных патрабаванні: забяспечыць клетку энэргіяй і будаўнічымі блокамі. Найбольш важным рэгулятарным кампанентам з'яўляецца ключавы фермент глікалітычнага шляху — фосфафруктакіназа. Гэты тэтрамерны бялок інгібіруецца высокімі канцэнтрацыямі АТР, якія зніжаюць яго роднасць з фруктоза-6-фасфатам. Акрамя таго, фосфафруктакіназа інгібіруецца цытратам — раннім прамежкавым прадуктам цыкла трыкарбонавых кіслот (ЦТК). Актывацыя фосфафруктакіназы ажыццяўляецца ADP і фасфатам. Такім чынам, фосфафруктакіназа найбольш актыўная, калі ў клетцы мала АТР і будаўнічых блокаў.

Энэргетычны баланс гліколізу

Глікалітычнае расшчапленне 1 малекулы глюкозы прыводзіць да ўтварэння 4 малекул АТР, з якіх 2 расходуюцца на ўтварэнне фруктозадыфасфату. Акрамя таго, у гэтым працэсе назапашваюцца 2 малекулы NADH. Агульны баланс гліколізу выглядае наступным чынам: на 1 малекулу глюкозы назапашваюцца 2 малекулы АТР, 2 малекулы NADH і ўтвараюцца 2 малекулы пірувату.

У Сеціве

• Гліколіз Архівавана 22 сакавіка 2013. (англ.)

Літаратура

• Біяхімія і малекулярная біялогія: Тэорыя і метады: Вучэбны дапаможнік / Н. А. Бялясава, М. В. Грыц. — Мн.: БДТУ, 2002. — 93с.