Гликолиз. Что такое гликолиз?

Глико́лиз ферментативный процесс анаэробного негидролитического расщепления углеводов (главным образом глюкозы) в клетках человека и животных, сопровождающийся синтезом аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), основного аккумулятора химической энергии в клетке, и заканчивающийся образованием молочной кислоты (лактата).

У растений и микроорганизмов процессами, аналогичными , являются различные виды брожения (Брожение). Г. является наиболее важным анаэробным путем распада углеводов (Углеводы), играющим значительную роль в обмене веществ и энергии (Обмен веществ и энергии).

В условиях недостаточности кислорода единственным процессом, поставляющим энергию для осуществления физиологических функций организма, оказывается Г., а в аэробных условиях Г. представляет первую стадию окислительного превращения глюкозы (Глюкоза) и других углеводов до конечных продуктов их распада — СО2 и Н2О (см. Дыхание тканевое). Интенсивный Г.

происходит в скелетных мышцах, где он обеспечивает возможность развития максимальной активности мышечного сокращения в анаэробных условиях, а также в печени, сердце, головном мозге. Реакции Г. протекают в цитозоле.

Глико́лиз (фосфотриозный путь, или шунт Эмбдена — Мейерхофа, или путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса) — ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ.

Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной кислоты (пирувата), гликолиз в анаэробных условиях ведёт к образованию молочной кислоты (лактата).

Гликолиз является основным путём катаболизма глюкозы в организме животных.

Гликолитический путь представляет собой 10 последовательных реакций, каждая из которых катализируется отдельным ферментом.

Процесс гликолиза условно можно разделить на два этапа. Первый этап, протекающий с расходом энергии 2 молекул АТФ, заключается в расщеплении молекулы глюкозы на 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата.

На втором этапе происходит НАД-зависимое окисление глицеральдегид-3-фосфата, сопровождающееся синтезом АТФ.

Сам по себе гликолиз является полностью анаэробным процессом, то есть не требует для протекания реакций присутствия кислорода.

Гликолиз — один из древнейших метаболических процессов, известный почти у всех живых организмов. Предположительно гликолиз появился более 3,5 млрд лет назад у первичных прокариотов.

Локализация

В клетках эукариотических организмов десять ферментов, катализирующих распад глюкозы до ПВК, находятся в цитозоле, все остальные ферменты, имеющие отношение к энергетическому обмену, — в митохондриях и хлоропластах.

Поступление глюкозы в клетку осуществляется двумя путями: натрий-зависимый симпорт (преимущественно для энтероцитов и эпителия почечных канальцев) и облегчённая диффузия глюкозы с помощью белков-переносчиков. Работа этих белков-транспортёров контролируется гормонами и, в первую очередь, инсулином.

Сильнее всего инсулин стимулирует транспорт глюкозы в мышцах и жировой ткани.

• Результат
• Результатом гликолиза является превращение одной молекулы глюкозы в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК) и образование двух восстановительных эквивалентов в виде кофермента НАД∙H.
• Полное уравнение гликолиза имеет вид:
• Глюкоза + 2НАД+ + 2АДФ + 2Фн = 2НАД∙Н + 2ПВК + 2АТФ + 2H2O + 2Н+.
• При отсутствии или недостатке в клетке кислорода пировиноградная кислота подвергается восстановлению до молочной кислоты, тогда общее уравнение гликолиза будет таким:
• Глюкоза + 2АДФ + 2Фн = 2лактат + 2АТФ + 2H2O.
• Таким образом, при анаэробном расщеплении одной молекулы глюкозы суммарный чистый выход АТФ составляет две молекулы, полученные в реакциях субстратного фосфорилирования АДФ.

У аэробных организмов конечные продукты гликолиза подвергаются дальнейшим превращениям в биохимических циклах, относящихся к клеточному дыханию.

В итоге после полного окисления всех метаболитов одной молекулы глюкозы на последнем этапе клеточного дыхания — окислительном фосфорилировании, происходящем на митохондриальной дыхательной цепи в присутствии кислорода, — дополнительно синтезируются ещё 34 или 36 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы.

Путь

Первой реакцией гликолиза является фосфорилирование молекулы глюкозы, происходящее при участии тканеспецефичного фермента гексокиназы с затратой энергии 1 молекулы АТФ; образуется активная форма глюкозы — глюкозо-6-фосфат (Г-6-Ф):

Для протекания реакции необходимо наличие в среде ионов Mg2+, с которым комплексно связывается молекула АТФ. Эта реакция необратима и является первой ключевой реакцией гликолиза.

Фосфорилирование глюкозы преследует две цели: во-первых, из-за того что плазматическая мембрана, проницаемая для нейтральной молекулы глюкозы, не пропускает отрицательно заряженные молекулы Г-6-Ф, фосфорилированная глюкоза оказывается запертой внутри клетки.

Во-вторых, при фосфорилировании глюкоза переводится в активную форму, способную участвовать в биохимических реакциях и включаться в метаболические циклы. Фосфорилирование глюкозы — это единственная реакция в организме, в которой глюкоза участвует как таковая.

Печёночный изофермент гексокиназы — глюкокиназа — имеет важное значение в регуляции уровня глюкозы в крови.

В следующей реакции (2) ферментом фосфоглюкоизомеразой Г-6-Ф превращается во фруктозо-6-фосфат (Ф-6-Ф):

Энергия для этой реакции не требуется, и реакция является полностью обратимой. На данном этапе в процесс гликолиза может также включаться путём фосфорилирования и фруктоза.

Далее почти сразу друг за другом следуют две реакции: необратимое фосфорилирование фруктозо-6-фосфата (3) и обратимое альдольное расщепление образовавшегося фруктозо-1,6-бифосфата (Ф-1,6-бФ) на две триозы (4).

Фосфорилирование Ф-6-Ф осуществляется фосфофруктокиназой с затратой энергии ещё одной молекулы АТФ; это вторая ключевая реакция гликолиза, её регуляция определяет интенсивность гликолиза в целом.

Альдольное расщепление Ф-1,6-бФ происходит под действием альдолазы фруктозо-1,6-бифосфата:

В результате четвёртой реакции образуются дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид-3-фосфат, причём первый почти сразу под действием фосфотриозоизомеразы переходит во второй (5), который и участвует в дальнейших превращениях:

Далее с 1,3-дифосфоглицерата, содержащего макроэргическую связь в 1 положении, ферментом фосфоглицераткиназой на молекулу АДФ переносится остаток фосфорной кислоты (реакция 7) — образуется молекула АТФ:

Это первая реакция субстратного фосфорилирования.

С этого момента процесс расщепления глюкозы перестаёт быть убыточным в энергетическом плане, так как энергетические затраты первого этапа оказываются компенсированными: синтезируются 2 молекулы АТФ (по одной на каждый 1,3-дифосфоглицерат) вместо двух потраченных в реакциях 1 и 3.

Для протекания данной реакции требуется присутствие в цитозоле АДФ, то есть при избытке в клетке АТФ (и недостатке АДФ) её скорость снижается. Поскольку АТФ, не подвергающийся метаболизму, в клетке не депонируется а просто разрушается, то эта реакция является важным регулятором гликолиза.

Затем последовательно: фосфоглицеролмутаза образует 2-фосфоглицерат (8):

Енолаза образует фосфоенолпируват (9):

И наконец происходит вторая реакция субстратного фосфорилирования АДФ с образованием енольной формы пирувата и АТФ (10):

Реакция протекает под действием пируваткиназы. Это последняя ключевая реакция гликолиза. Изомеризация енольной формы пирувата в пируват происходит неферментативно.

1. С момента образования Ф-1,6-бФ с выделением энергии протекают только реакции 7 и 10, в которых и происходит к субстратное фосфорилирование АДФ.
2. Дальнейшее развитие
3. Окончательная судьба пирувата и НАД∙H, образованных в процессе гликолиза зависит от организма и условий внутри клетки, в особенности от наличия или отсутствия кислорода или других акцепторов электронов.

У анаэробных организмов пируват и НАД∙H далее подвергаются брожению. При молочнокислом брожении, например, у бактерий пируват под действием фермента лактатдегидрогеназы восстанавливается в молочную кислоту. У дрожжей сходным процессом является спиртовое брожение, где конечными продуктами будут этанол и углекислый газ. Известно также маслянокислое и лимоннокислое брожение.

• Маслянокислое брожение:
• глюкоза → масляная кислота + 2 CO2 + 2 H2O.
• Спиртовое брожение:
• глюкоза → 2 этанол + 2 CO2.
• Лимоннокислое брожение:
• глюкоза → лимонная кислота + 2 H2O.
• Брожение имеет важное значение в пищевой промышленности.
• У аэробов пируват как правило попадает в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса), а НАД∙H в итоге окисляется кислородом на дыхательной цепи в митохондриях в процессе окислительного фосфорилирования.
• Несмотря на то, что метаболизм человека преимущественно аэробный, в интенсивно работающих скелетных мышцах наблюдается анаэробное окисление. В условиях ограниченного доступа кислорода пируват превращается в молочную кислоту, как происходит при молочнокислом брожении у многих микроорганизмов:
• ПВК + НАД∙Н + H+ → лактат + НАД+.
• Боли в мышцах, возникающие через некоторое время после непривычной интенсивной физической нагрузки, связаны с накоплением в них молочной кислоты.

Образование молочной кислоты является тупиковой ветвью метаболизма, но не является конечным продуктом обмена веществ. Под действием лактатдегидрогеназы молочная кислота окисляется снова, образуя пируват, который и участвует в дальнейших превращениях.

Катаболизм и биоэнергетика

Глава 1 | Метаболизм азотистых оснований

Глава 2 | Биосинтез макромолекул

Речь пойдет о распаде макромолекул — преимущественно липидов и сахаров — до мономеров и воды с пеплом. А также обо всем, что с этими путями связано (а связано очень много). Тема важная. Тема интересная.

Порою ее понимание дает ответы на ряд вопросов и вскрывает тайны происхождения ужасных картин, которые ты можешь наблюдать в стационаре и в жизни, дает адекватное понимание диететики и в целом делает тебя адекватнее.

В этот раз ты узнаешь, как и почему вафли со сгущенкой и шоколадом не сделают тебя сладкой конфеткой, а приведут к отложению ненужного жира в боках. Как выживает мозг, когда у тебя пять пар.

А если серьезно, то осилив этот раздел, ты поймешь, почему бессмысленна безуглеводная диета, почему развивается ацидоз и к каким последствиям это может привести. Мы коснемся базы, необходимой для понимания множества клинических проблем. Отрывки, объясняющие процессы распада углеводов и липидов, местами могут показаться нудными; если знаешь их, пропусти (только попробуй).

Взгляни на эту красоту. На это настоящее чудо биохимии, на одну из самых активных молекул нашего организма. По количеству реакций, в которых она фигурирует, можно поначалу подумать, что наша жизнь есть способ существования глюкозы [1].

Мы имеем дело гидроксиальдегидом на основе шести атомов углерода и имеющим пять гидроксильных групп. Это делает глюкозу чрезвычайно водолюбивой и открывает просторы для биохимического синтеза. В нашем организме функционирует D-форма глюкозы, и только такая форма способна участвовать в ферментативных реакциях.

О пищевых источниках глюкозы тебе хорошо известно. Это различные овощи и фрукты, оциллококцинум, сладости, пряности и прочее. Гораздо интереснее, что с ней происходит при приеме через рот [3].

Глюкоза попадает в организм в виде полимеров — крахмала, целлюлозы, гликогена. Но не из всех них можно с одинаковой эффективностью вылущить глюкозу.

Крахмал и гликоген начинает расщепляться ещё в ротовой полости благодаря α‎-амилазе из слюнных желез.

Происходит разрушение α‎-1,4-гликозидных связей (связей между первым атомом углерода одной молекулы и четвертым атомом соседней молекулы углевода). К слову, в организме расщепляются только такие связи.

Процесс продолжается в кишечнике (просвете двенадцатиперстной кишки), где под действием α‎-амилазы поджелудочной железы происходит образование углеводных мономеров и димеров. В качестве мономеров не обязательно получается только глюкоза. Это может быть и фруктоза, и галактоза, но, как мы увидим дальше, все они имеют одинаковую судьбу. Далее начинается их абсорбция [1, 3].

В абсорбции молекул моносахаров в кишечнике важную роль играет вторичный активный транспорт. 

Здесь все максимально просто. Глюкоза (как и другие мономеры) нагло использует натрий. Увидев в нем внутренний потенциал в виде электрохимического градиента, она заманивает его на специальный белковый переносчик в мембране энтероцита. Тут то она и берет его в оборот, заставляя оборачиваться вокруг своей оси еще и белок-переносчик.

Это происходит в результате изменения его конформации — взаимной пространственной ориентации компонентов этой большой молекулы. В итоге и глюкоза, и натрий оказываются внутри клетки. Поскольку натрий двигается по своему градиенту, освобождаясь от белка-переносчика, он выделяет малое количество энергии.

Но этого количества достаточно, чтобы глюкоза расплатилась с переносчиком за такси через клеточную мембрану и спокойно ушла вглубь энтероцита. Увидев большой город в виде цитоплазмы энтероцита, глюкоза имеет два пути: остаться здесь (потом расскажу, что произойдет) или же двигаться дальше к своей мечте, для чего она прыгает в кровь.

И тут начинаются высокие материи [2].

Существует гомеостатический механизм, обеспечивающий поддержание физиологического уровня глюкозы в крови, и он сложнее, чем кажется на первый взгляд. Главным его компонентом и сигналом, — хэдлайнером — является глюкоза. А один из основных датчиков — «подчиняющихся» элементов этой игры — В-клетки поджелудочной железы. С них и начнем [1–3, 4].

Шаг 1. Попадание глюкозы в клетку. В-клетки поджелудочной активно экспрессируют ГЛЮТ2 — переносчик глюкозы. Попадая в В-клетки, глюкоза подвергается фосфорилированию (активации): 

Данная реакция необходима по нескольким причинам:

• Глюкозо-6-фосфат (Г6Ф) — это активная форма глюкозы, необходимая для осуществления реакций в клетке с ее участием.
• Образование Г6Ф нужно для постоянного притока глюкозы в клетку. (Глюкоза и Г6Ф — разные молекулы, что имеет значение для диффузии глюкозы в клетку и поддержания концентрационного градиента.)

В печени и В-клетках поджелудочной железы работает гексокиназа 4, или глюкокиназа. Этот фермент характеризуется тем, что не ингибируется конечным продуктом реакции — Г6Ф. Это значит, что образование Г6Ф будет пропорциональным количеству глюкозы. Отсюда вытекают и иные особенности, о которых мы скажем позже. Примечательно, что образование Г6Ф невозможно без магния [2].

Попадая в В-клетки, Г6Ф вовлекается в гликолиз и активно включается в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК). Чуть позже мы разберем их более детально. Главное, на что здесь надо обратить внимание, — это результат ЦТК в В-клетках.

Ты наверняка где-то слышал о том, что ЦТК сопряжен с митохондриальным дыханием, то есть с синтезом АТФ — главного источника энергии в клетки.

При резком повышении глюкозы в В-клетке растет интенсивность ЦТК, что приводит к повышению концентрации АТФ и увеличению соотношения АТФ/АДФ [4].

Шаг 2. Секреция инсулина. Сдвиг соотношения АТФ/АДФ снижает активность мембранных калиевых каналов (тем самым их закрывая). Эти каналы очень интересны в силу наличия в них множества рецепторных мишеней (см. далее) [2, 4].

В результате возникает деполяризация мембраны. Это становится пинком для открытия кальциевых каналов L-типа. Кальций, универсальный посредник экзоцитоза, индуцирует экзоцитоз и здесь: повышение его концентрации истерически провоцирует выброс инсулина.

Резюмируя, проследим цепь реакций: попадание глюкозы в кровь ???? попадание глюкозы в В-клетки поджелудочной железы ???? интенсификация ЦТК и рост АТФ ???? аллостерическое ингибирование калиевых каналов молекулами АТФ ???? деполяризация мембраны???? рост концентрации кальция в клетке (его выход из внутриклеточных депо) ???? экзоцитоз инсулина [4]. 

Шаг 2.1. Другой регуляторный механизм. Секреция инсулина зависит и от концентрации в В-клетках цАМФ. цАМФ участвует в фосфорилировании белков, ответственных за секрецию инсулина (иными словами, чем больше цАМФ в клетке, тем активнее белки-участники экзоцитоза и тем выше секреция инсулина).

Это относительно новые данные: не удивляйся, что их нет в библиотечных учебниках. Зато теперь ты знаешь, что секреция инсулина может усиливаться через изменение концентрации цАМФ. А увеличивается она при действии кишечных гормонов на В-клетки. К ним относится инкретины.

Они воздействуют на свои рецепторы, что приводит к увеличению содержания цАМФ [4].

Инкретины — класс гормонов, продукция которых организмом начинается после приема пищи и которые являются стимуляторами секреции инсулина. К инкретинам относятся пептидные гормоны: глюкозозависимый инсулинотропный полипептид (ГИП) и энтероглюкагон (он же — глюкагоноподобный пептид-1; ГПП-1).

Инкретины вырабатываются в кишечнике в ответ на прием пищи. До 70 % секреции инсулина после приема пищи у здоровых людей обусловлено именно эффектом инкретинов. У больных сахарным диабетом 2-го типа этот эффект значительно снижен.

Куда стекает кровь от кишечника? Надеюсь, для тебя не будет открытием, что в воротную вену печени — в эту биохимическую лабораторию, которая способна не только эффективно перерабатывать этанол и ибупрофен при месячных, но и осуществлять кучу других функций.

Одной из них является контроль уровня глюкозы в крови путем высвобождения глюкозы из гликогена. Впрочем, печень не единственная, кто получает лакомый кусок. Глюкозы обычно хватает на все клетки. А вот что с ней происходит дальше, мы сейчас и посмотрим [3, 4].

Попадая в клетку, как мы и обсуждали ранее, глюкоза претерпевает превращение в Г6Ф. Это делает ее молекулой легкого поведения, которая вступает в самые разные, подчас поражающие своей извращенностью, реакции [1].

Первая группа реакций — синтетические:

• Глюкоза — субстрат пентозофосфатного пути —источника рибозо-5-фосфата (для синтеза нуклеотидов) и НАДФН (восстановительного эквивалента, участвующего в целой серии синтетических реакций)
• Сахара могут быть элементом гликокаликса и частью некоторых поверхностных рецепторов в клетке. В процесс синтеза таких рецепторов глюкоза вписывается уже будучи производной самой себя — например, N-ацетилсиаловой кислотой. Сиаловая кислота включается в процесс на стадии посттрансляционной модификации протеинов (когда к белку в комплексе Гольджи после трансляции на рибосомах присоединяется небелковый компонент). Пример таких рецепторов — вирусные рецепторы (рецепторы к нейраминидазе вируса гриппа). Это тот самый рецептор клеток мерцательного эпителия дыхательных путей, который позволяет вирусу гриппа проникать в клетку и реализовать свой пролиферативный потенциал.
• Синтез в печени и мышцах гликогена — запасающей формы глюкозы. Данный процесс осуществляется следующим образом [1, 4];

Здесь присутствует знакомый нам по предыдущей лекции УДФ-глюкуронид (УДФ-ГЛК) (глава 1). Примечательно, что исходным субстратом для синтеза этого кофермента служит сама глюкоза (глюкоза ???? рибозо-1-фосфат ???? УТФ ???? УДФ ???? УДФ-глюкоза). Все переплетено [1]…

Вторая группа реакций — катаболические.

Но основное предназначение глюкозы — светить другим, сгорая самой. Получается это у нее неплохо, поэтому мы получаем просто нескончаемый поток энергии. Поговорим, как это происходит.

• Схема проста, смысл — тоже: из одной молекулы глюкозы должно получиться две молекулы пировиноградной кислоты. Это ты знаешь еще с пятого класса своей коррекционной школы:
• Глюкоза???? 2 ПВК + 2 АТФ
• Гликолиз включает в себя два этапа [1, 3]: 

Реакции просты для запоминания (просто прописывай их в перерывах между отработками), дам пару комментариев.

• Фосфофруктокиназная реакция здесь — главная реакция. Она является лимитирующей, и ее скорость определяет скорость гликолиза. Это настолько важная реакция, что на нее даже расходуется АТФ.
• Первый этап заканчивается раздроблением сахара на два триуглеродных (С3) фрагмента: глицеральдегид-3-фосфат и дифосфоглицерат. Они взаимно превращаются друг в друга. 95 % продуктов реакции составляет глицеральдегид.

По мере истощения пула кетона дифосфоглицерата глицеральдегид любезно и по-джентельменски превращается в указанное соединение.

Глицеральдегид-3-фосфат служит мостиком между углеводным и липидным обменом, а также мостиком к твоим бокам. Глицеральдегид — субстрат для синтеза глицерола, а тот — для синтеза триацилглицеридов — основной запасающей формы жиров. Так что возьми с полки еще одну шоколадку и продолжаем [1–3]. 

Для экзамена тебе нужно знать, в каких реакциях образуются АТФ и НАДН, а в каких они используется, и при каких обстоятельствах. Взгляни, всмотрись в схему и перепиши ее пару раз.

Интересен фермент енолаза. В клетках нервной ткани и диффузной нейроэндокринной системы обнаружили ее особую форму — нейро-специфическую енолазу (НСЕ).

Существуют работы, где НСЕ пытались оценить как онкомаркер для мелкоклеточного рака легкого, несмотря на то, что НСЕ не является строго специфичной для данного заболевания.

Также были попытки использовать ее для оценки повреждения ЦНС при черепно-мозговой травме.

Фосфоенолпируват — один из промежуточных соединений глюконеогенеза — синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников через ПВК. После фосфоенолпирувата глюконеогенез становится повторением реакции гликолиза, только в обратном направлении (за исключением фосфофруктокиназной реакции — она неповторима и незаменима).

Гликолиз бывает аэробным — осуществляемым в присутствии кислорода и способствующим образованию ПВК. А может быть анаэробным — физиологическим (в эритроцитах, в скелетных мышцах после работы) и патологическим (гипоксия различного генеза).

Разница в исходе гликолиза следующая. Если есть кислород, гликолиз закончится на образовании пировиноградной кислоты, которая станет ацетил-КоА и даст много-много энергии.

А если у нас гипоксия, то будет работать лактатдегидрогеназа, и из ПВК получится лактат (молочная кислота).

Этот фермент имеет колоссальное значение, а реакция важна с точки зрения развития многих патологических процессов. 

Мы коснемся промежуточного этапа на пути к образованию конечных метаболитов и к твоему отчислению. Здесь мы имеем дело с пируватдегидрогеназным комплексом. Это конгломерат пяти ферментов, которые последовательно превращают ПВК в ацетил-КоА — субстрат для цикла Кребса (ЦТК) [1–3]. 

Сможешь ли ты это выучить? Мне все равно, я лишь хочу акцентировать внимание на том, что здесь активно участвует тиамин (В1).

Сладкоежкам и алкоголикам рекомендуют получать дополнительную дотацию витамина В1 в силу того, что при указанных поведенческих особенностях биоэнергетика может несколько страдать: в первом случае часть глюкозы уйдет в бока, а во втором — глюкоза в принципе не нужна для ЦТК (и тоже уйдет в бока, если ты выпиваешь в прикуску с чем-то сладким и жирным). (Уровень доказательности — мнение отдельных экспертов).

И мы подошли к самому главному и любимому всеми студентами (даже троечниками) — к циклу трикарбоновых кислот.

Его суть проста: пока ацетил-КоА сгорает в серии реакций, в некоторых из них высвобождаются восстановительные эквиваленты — 2 НАДН и ФАДН2. Они являются донорами электронов для электрон-транспортной цепи.

Электрон-транспортная цепь, в свою очередь, служит базой формирования энергии АТФ. Не надо говорить на экзамене, что смысл ЦТК — сжечь ацетил-КоА до воды и углекислоты. Углекислота — это побочный продукт ЦТК.

Но имеющий для клинической практики важное значение.

▶ Читать по теме: Цикл трикарбоновых кислот (доступно в PDF) 

Также хочу акцентировать внимание на том, что ЦТК является множественным по значению циклом: здесь можно найти молекулы, активно участвующие в различных анаболических процессах. (Например, сукцинат служит субстратом для синтеза гема; ацетил-КоА — для синтеза жирных кислот, кетоновых тел и холестерола; α‎-кетоглутарат — для синтеза глутамата и реакций трансаминирования [1–3]).

Энергетический обмен

Обмен веществ (метаболизм) складывается из процессов расщепления и синтеза — диссимиляции и ассимиляции, постоянно протекающих в организме. Чтобы жизнь продолжалась, количество поступающей энергии должно превышать (или как минимум равняться) количеству расходуемой энергии, поэтому диссимиляция и ассимиляция поддерживают определенный баланс друг с другом.

Энергетический обмен (диссимиляция — от лат. dissimilis ‒ несходный) — обратная ассимиляции сторона обмена веществ, совокупность реакций, которые приводят к высвобождению энергии химических связей. Это реакции расщепления жиров, белков, углеводов, нуклеиновых кислот до простых веществ.

Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).

Обсудим этапы энергетического обмена более подробно:

• Подготовительный этап

Подготовительный этап осуществляется ферментами в ЖКТ. В результате действия ферментов сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть которой рассеивается в виде тепла. Под действием ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, сложные углеводы — до простых сахаров.

• Бескислородный этап (анаэробный) — гликолиз

Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.

• Кислородный этап (аэробный)

Этот этап доступен только для аэробов — организмов, живущих в кислородной среде. Из каждой молекулы ПВК, образовавшейся на этапе гликолиза, синтезируется 18 молекул АТФ — в сумме с двух ПВК выход составляет 36 молекул АТФ. Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап). Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.

Атф — аденозинтрифосфорная кислота

Трудно переоценить роль в клетке АТФ — универсального источника энергии. Молекула АТФ состоит из азотистого основания — аденина, углевода — рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Между остатками фосфорной кислоты находятся макроэргические связи — ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением большого количества энергии. Их принято обозначать типографическим знаком тильда «∽».

АТФ гидролизуется до АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а затем и до АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Гидролиз АТФ сопровождается выделением энергии (E) на каждом этапе и может быть представлен такой схемой:

• АТФ + H2O = АДФ + H3PO4 + E
• АДФ + H2O = АМФ + H3PO4 + E
• АМФ + H2O = аденин + рибоза + H3PO4 + E

Пластический обмен

АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.

В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.

Гликолиз в мышечных волокнах

Дается определение одного из анаэробных путей ресинтеза АТФ в мышечных волокнах – гликолиза. Описаны количественные критерии гликолиза в мышечных волокнах : максимальная мощность, время развертывания, время работы с максимальной мощностью. Дается характеристика ключевым ферментам гликолиза, протекающего в мышечных волокнах: фосфорилазе и фосфофруктокиназе.

Определение

Под гликолизом понимается процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (Н.И.Волков с соавт. 2000).

Однако, как указывает С.С. Михайлов (2009) основной углевод мышечных волокон — гликоген. Свободная глюкоза в саркоплазме содержится в очень малой концентрации — имеются лишь ее следы. Поэтому в мышечных волокнах гликолиз протекает в виде распада гликогена. А.

Дж. Мак-Комас (2001) по этому поводу пишет так:  «Хотя мышечные волокна способны окислять глюкозу, поступающую из кровотока через интерстициальную жидкость, во время сокращений основное количество окисляемой глюкозы обеспечивается гидролизом гликогена«. С. 231.

Гликолиз, протекающий в мышечных волокнах (гликолитический ресинтез АТФ, лактатный ресинтез АТФ) – анаэробный распад  гликогена мышц до молочной кислоты (лактата).

Источником энергии, необходимой для ресинтеза АТФ является мышечный гликоген, который находится в саркоплазме мышечных волокон. Концентрация гликогена в саркоплазме составляет 0,5-2% от массы мышцы (С.С. Михайлов, 2009). Также может быть использована глюкоза, поступающая из крови (Н.И. Волков с соавт., 2000), рис.1.

Рис. 1. Процесс гликолиза (Дж. Уилмор, Д.Л. Костилл, 1997)

Гликолиз – основной механизм энергообеспечения при работе субмаксимальной мощности длительностью 2-3 мин. Поэтому видами спорта, в которых гликолиз является основным механизмом обеспечения являются: бег на 800 – 1500 м; бег на коньках на 1500 м; плавание на 200 м и др.

Ключевыми ферментами гликолиза являются: фосфорилаза и фосфофруктокиназа.  Эти ферменты регулируют скорость протекания гликолиза.

Количественные критерии гликолиза в мышечных волокнах

Максимальная мощность

Максимальная мощность гликолиза составляет 750-850 кал/мин кг. Этот показатель в два раза превышает мощность тканевого дыхания.

Высокие значения максимальной мощности объясняются большим количеством гликогена, содержащегося в мышечных волокнах, наличием механизмов активации ключевых ферментов гликолиза, благодаря которым скорость гликолиза возрастает в 2000 раз, отсутствием потребности в кислороде.

Время развертывания гликолиза

Время развертывания гликолиза составляет 20-30 с. Достаточно небольшое время развертывания гликолиза объясняется тем, что все участники этой реакции, а именно гликоген и ключевые ферменты находятся в саркоплазме.

Кроме того, ключевой фермент гликолиза – фосфорилаза, активируется стрессовым гормоном адреналином, который выделяется в кровь непосредственно перед началом физической нагрузки.

Также фермент фосфорилаза активируется ионами кальция, концентрация которых в саркоплазме повышается более чем в 1000 раз при развитии потенциала действия.

Время работы с максимальной мощностью

Время работы с максимальной мощностью гликолиза составляет всего 2-3 минуты. Это связано с тем, что, во-первых, гликолиз протекает с высокой скоростью, что приводит к быстрому исчерпанию гликогена мышц.

Во-вторых, в процессе гликолиза в саркоплазме повышается концентрация молочной кислоты,  которая быстро диссоциирует. В результате в мышечных волокнах накапливается лактат и протоны водорода.

В-третьих, в настоящее время установлено, что основным поставщиком протонов водорода является гидролиз АТФ , а не гликолиз, как думали раньше. Эта реакция при работе субмаксимальной мощности протекает очень активно.

Накопление протонов водорода в результате гидролиза АТФ и гликолиза вызывает сдвиг рН саркоплазмы  в кислую сторону и снижает активность ключевых ферментов гликолиза. При значении рН саркоплазмы равном 6,4 расщепление гликогена прекращается. Это вызывает резкое снижение уровня АТФ и развитие утомления (Н.И. Волков с соавт., 2000).

В покое до физической нагрузки концентрация лактата в крови составляет 1-2 ммоль/л. После физической нагрузки субмаксимальной мощности концентрация лактата в крови резко возрастает и может достигать 18-20 ммоль/л.

Если физическая активность продолжается более 20 минут, запасы гликогена в мышечных волокнах истощаются. Основным источником АТФ  в мышцах  становится  окисление жирных кислот в митохондриях мышечных волокон. Именно по этой причине считается, что для профилактики борьбы с ожирением нужны длительные циклические нагрузки аэробного характера.

Экономичность гликолиза

Гликолиз характеризуется низкой экономичностью. Распад до молочной кислоты одного остатка глюкозы дает только три молекулы АТФ, в то время как при аэробном окислении гликогена до воды и углекислого газа образуется 39 молекул АТФ в расчете на один остаток глюкозы.

Следует отметить, что гликолиз активно протекает в мышечных волокнах IIА и IIB типа.

Литература

1. Мак-Комас, А. Дж. Скелетные мышцы.- Киев: Олимпийская литература, 2001.- 407 с.
2. Михайлов, С. С. Спортивная биохимия. – М.: Советский спорт, 2009.– 348 с.
3. Самсонова, А. В. Гипертрофия скелетных мышц человека: Учеб. пособие. 5-е изд. /А.В. Самсонова. – СПб: Кинетика, 2018.

   – 159 с.

4. Самсонова, А. В. Гормоны и гипертрофия скелетных мышц человека: Учеб. пособие. – СПб: Кинетика, 2019.– 204 c.: ил.
5. Уилмор Дж., Костилл Д. Л. Физиология спорта и двигательной активности.- Киев: Олимпийская литература, 1997.- 504 с.

С уважением, А.В.

Самсонова

Бескислородное окисление глюкозы включает два этапа

В анаэробном процессе пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты (лактата), поэтому в микробиологии анаэробный гликолиз называют молочнокислым брожением. Лактат далее ни во что не превращается, единственная возможность утилизовать лактат – это окислить его обратно в пируват.

Многие клетки организма способны к анаэробному окислению глюкозы. Для эритроцитов он является единственным источником энергии.

Клетки скелетной мускулатуры за счет бескислородного расщепления глюкозы способны выполнять мощную, быструю, интенсивную работу, как, например, бег на короткие дистанции, напряжение в силовых видах спорта.

Вне физических нагрузок бескислородное окисление глюкозы в клетках усиливается при гипоксии – при различного рода анемиях, при нарушении кровообращения в тканях независимо от причины.

Гликолиз

Анаэробное превращение глюкозы локализуется в цитозоле и включает два этапа из 11 ферментативных реакций.

Первый этап гликолиза

Первый этап гликолиза – подготовительный, здесь происходит затрата энергии АТФ, активация глюкозы и образование из нее триозофосфатов.

Первая реакция гликолиза сводится к превращению глюкозы в реакционно-способное соединение за счет фосфорилирования 6-го, не включенного в кольцо, атома углерода. Эта реакция является первой в любом превращении глюкозы, катализируется гексокиназой.

Вторая реакция необходима для выведения еще одного атома углерода из кольца для его последующего фосфорилирования (фермент глюкозофосфат-изомераза). В результате образуется фруктозо-6-фосфат.

Третья реакция – фермент фосфофруктокиназа фосфорилирует фруктозо-6-фосфат с образованием почти симметричной молекулы фруктозо-1,6-дифосфата. Эта реакция является главной в регуляции скорости гликолиза.

В четвертой реакции фруктозо-1,6-дифосфат разрезается пополам фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазой с образованием двух фосфорилированных триоз-изомеров – альдозы глицеральдегида (ГАФ) и кетозы диоксиацетона (ДАФ).

Пятая реакция подготовительного этапа – переход глицеральдегидфосфата и диоксиацетонфосфата друг в друга при участии триозофосфатизомеразы. Равновесие реакции сдвинуто в пользу диоксиацетонфосфата, его доля составляет 97%, доля глицеральдегидфосфата – 3%. Эта реакция, при всей ее простоте, определяет дальнейшую судьбу глюкозы:

• при нехватке энергии в клетке и активации окисления глюкозы диоксиацетонфосфат превращается в глицеральдегидфосфат, который далее окисляется на втором этапе гликолиза,
• при достаточном количестве АТФ, наоборот, глицеральдегидфосфат изомеризуется в диоксиацетонфосфат, и последний отправляется на синтез глицеррол-3-фосфата для образования фосфатидной кислоты и далее тривцилглицеролов.

 Второй этап гликолиза

Второй этап гликолиза – это освобождение энергии, содержащейся в глицеральдегидфосфате, и запасание ее в форме АТФ.

Шестая реакция гликолиза (фермент глицеральдегидфосфат-дегидрогеназа) – окисление глицеральдегидфосфата до кислоты и присоединение к ней фосфорной кислоты приводит к образованию макроэргического соединения 1,3-дифосфоглицериновой кислоты и НАДН.

В седьмой реакции (фермент фосфоглицераткиназа) энергия фосфоэфирной связи, заключенная в 1,3-дифосфоглицерате тратится на образование АТФ.

Реакция получила дополнительное название – реакция субстратного фосфорилирования, что уточняет источник энергии для получения макроэргической связи в АТФ (от субстрата реакции) в отличие от окислительного фосфорилирования (использование энергии электрохимического градиента ионов водорода на мембране митохондрий).

• Восьмая реакция – синтезированный в предыдущей реакции 3-фосфоглицерат под влиянием фосфоглицератмутазы изомеризуется в 2-фосфоглицерат.
• Девятая реакция – фермент енолаза отрывает молекулу воды от 2-фосфоглицериновой кислоты и приводит к образованию макроэргической фосфоэфирной связи в составе фосфоенолпирувата.
• Десятая реакция гликолиза – еще одна реакция субстратного фосфорилирования – заключается в переносе пируваткиназой макроэргического фосфата с фосфоенолпирувата на АДФ с образованием пировиноградной кислоты и АТФ.

Последняя реакция бескислородного окисления глюкозы, одиннадцатая – образование молочной кислоты из пирувата под действием лактатдегидрогеназы. Важно то, что эта реакция осуществляется только в анаэробных условиях. Эта реакция необходима клетке, так как НАДН, образующийся в 6-й реакции, в отсутствие кислорода не может окисляться в митохондриях.

У плода и детей первых месяцев жизни преобладает анаэробный распад глюкозы, в связи с чем концентрация молочной кислоты в крови у них выше чем у взрослых.

При наличии кислорода пировиноградная кислота переходит в митохондрию и превращается в ацетил-S-КоА.

ГЛИКО́ЛИЗ

Авторы: А. Е. Медведев

ГЛИКО́ЛИЗ (от греч. γλυϰύς – слад­кий и …лиз), фер­мен­та­тив­ный про­цесс ана­эроб­но­го (про­те­каю­ще­го без уча­стия ки­сло­ро­да) рас­ще­п­ле­ния глю­ко­зы, со­про­во­ж­даю­щий­ся на­ко­п­ле­ни­ем энер­гии, за­па­сае­мой в ви­де аде­но­зин­три­фос­фа­та (АТФ).

Ши­ро­ко рас­про­стра­нён в при­ро­де, иг­ра­ет важ­ную роль в ме­та­бо­лиз­ме жи­вых ор­га­низ­мов. Г. ле­жит в ос­но­ве разл. ви­дов бро­же­ния. У об­ли­гат­ных ана­эроб­ных мик­ро­ор­га­низ­мов, а так­же в не­ко­то­рых клет­ках жи­вот­ных и че­ло­ве­ка (напр., зре­лые эрит­ро­ци­ты мле­ко­пи­таю­щих) Г.

 – един­ст­вен­ный про­цесс, по­став­ляю­щий энер­гию. В аэроб­ных ус­ло­ви­ях у боль­шин­ст­ва ор­га­низ­мов Г. пред­ше­ст­ву­ет окис­ли­тель­но­му рас­па­ду ор­га­нич. со­еди­не­ний до СО2 и Н2О. У выс­ших жи­вот­ных Г.

ин­тен­сив­но про­те­ка­ет в ске­лет­ных мыш­цах, пе­че­ни, серд­це, эрит­ро­ци­тах, спер­ма­то­зои­дах, бы­ст­ро де­ля­щих­ся (в т. ч. опу­хо­ле­вых) клет­ках. Фер­мен­ты Г. ло­ка­ли­зо­ва­ны в рас­тво­ри­мой час­ти ци­то­плаз­мы кле­ток.

Пол­ная де­таль­ная рас­шиф­ров­ка отд. ре­ак­ций Г. бы­ла осу­ще­ст­в­ле­на гл. обр. бла­го­да­ря ра­бо­там немецких био­хи­ми­ков Г. Эм­бде­на, О. Мей­ер­го­фа, О. Вар­бур­га, К. Ной­бер­га, а так­же Я. О. Пар­на­са и К. Ко­ри (1930–37). Ино­гда Г. на­зы­ва­ют «пу­тём Эм­бде­на – Мей­ер­го­фа – Пар­на­са».

Ус­лов­но в про­цес­се Г. вы­де­ля­ют две ста­дии. На пер­вой (под­го­то­ви­тель­ной) сна­ча­ла про­ис­хо­дит фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние глю­ко­зы (ре­ак­ция 1), ка­та­ли­зи­руе­мое фер­мен­том гек­со­ки­на­зой (ино­гда глю­ко­ки­на­зой) и тре­бую­щее за­тра­ты энер­гии мо­ле­ку­лы АТФ (см. схе­му).

Об­ра­зо­вав­ший­ся глю­ко­зо-6-фос­фат при уча­стии фер­мен­та фос­фог­лю­кои­зо­ме­ра­зы пре­вра­ща­ет­ся (2) во фрук­то­зо-6-фос­фат, ко­то­рый в свою оче­редь фос­фо­ри­ли­ру­ет­ся (для это­го тре­бу­ет­ся ещё од­на мо­ле­ку­ла АТФ) с по­мо­щью фос­фоф­рук­то­ки­на­зы-1 (3) с об­ра­зо­ва­ни­ем фрук­то­зо-1,6-ди­фос­фа­та.

По­след­ний с по­мо­щью фрук­то­зо-1,6-ди­фос­фа­таль­до­ла­зы (4) рас­ще­п­ля­ет­ся до двух фос­фот­ри­оз: гли­це­р­аль­де­гид-3-фос­фа­та и ди­гид­рок­си­аце­тон­фос­фа­та. По­след­ний лег­ко изо­ме­ризу­ет­ся под дей­ст­ви­ем трио­зо­фос­фа­тизоме­ра­зы в гли­це­раль­де­гид-3-фос­фат (5). В даль­ней­шем ис­поль­зу­ет­ся толь­ко пер­вое со­еди­не­ние. Т. о.

, из од­ной мо­ле­ку­лы глю­ко­зы на пер­вой ста­дии Г. об­ра­зу­ют­ся две мо­ле­ку­лы гли­це­раль­де­гид-3-фос­фа­та и при этом ис­поль­зу­ет­ся энер­гия двух мо­ле­кул АТФ. На вто­рой – осн. ста­дии Г.

 – гли­цер­аль­де­гид-3-фос­фат пре­тер­пе­ва­ет се­рию по­сле­до­ва­тель­ных пре­вра­ще­ний, при­во­дя­щих к об­ра­зо­ва­нию пи­ро­ви­но­град­ной ки­сло­ты (ио­ни­зи­ро­ван­ная фор­му­ла – пи­ру­ват) и вы­деле­нию энер­гии, ак­ку­му­ли­ру­емой в ви­де АТФ.

Сна­ча­ла при уча­стии фер­мен­та гли­це­раль­де­гид-3-фос­фат­де­гид­ро­геназы (6), в при­сут­ст­вии ко­фер­мен­та ни­ко­ти­н­ами­да­де­нин­ди­нук­ле­о­ти­да (НАД), ко­то­рый уча­ст­ву­ет в окис­ле­нии аль­де­гид­ной груп­пы, пе­ре­хо­дя при этом в вос­ста­нов­лен­ную фор­му (НАДН), и не­ор­га­ни­че­ско­го фос­фа­та (Фн) про­ис­хо­дит пре­вра­ще­ние гли­це­раль­де­гид-3-фос­фа­та в вы­со­ко­энер­ге­ти­че­ское со­еди­не­ние – 1,3-ди-фос­фог­ли­це­рат. За­тем в ре­ак­ции т. н. суб­страт­но­го фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния, ко­то­рую осу­ще­ст­в­ля­ет фер­мент фос­фог­ли­це­рат­ки­на­за (7), про­ис­хо­дит пе­ре­нос фос­фо­риль­ной груп­пы с 1,3-ди­фос­фо­гли­це­ра­та на аде­но­зин­ди­фос­фат (АДФ) с об­ра­зо­ва­ни­ем АТФ. Дру­гой про­дукт этой ре­ак­ции – 3-фос­фог­ли­це­рат при уча­стии фер­мен­та фос­фог­ли­це­рат­му­та­зы (8) под­вер­га­ет­ся изо­ме­ри­за­ции в 2-фос­фог­ли­це­рат. По­сле это­го в ре­зуль­та­те реакции от­ще­п­ле­ния мо­ле­ку­лы во­ды, ко­то­рую осу­ще­ст­в­ля­ет фер­мент ено­ла­за (9), про­ис­хо­дит об­ра­зо­ва­ние фос­фо­енол­пи­ру­ва­та и в про­цес­се ещё од­ной ре­ак­ции суб­страт­но­го фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния, ко­то­рую ка­та­ли­зи­ру­ет фер­мент пи­ру­ват­ки­на­за (10), фос­фо­риль­ная груп­па фос­фое­нол­пи­ру­ва­та пе­ре­но­сит­ся на АДФ с об­ра­зо­ва­ни­ем оче­ред­ной мо­ле­ку­лы АТФ. Сле­до­ва­тель­но, за вы­че­том за­тра­чен­ных на под­го­то­ви­тель­ной ста­дии двух мо­ле­кул АТФ в ко­неч­ном ито­ге при рас­па­де глю­ко­зы об­ра­зу­ют­ся две мо­ле­ку­лы АТФ.

Даль­ней­шая судь­ба об­ра­зо­вав­ше­го­ся пи­ру­ва­та и НАДН оп­ре­де­ля­ет­ся осо­бен­но­стя­ми ме­та­бо­лиз­ма кон­крет­ных ти­пов кле­ток и их обес­пе­чен­но­стью ки­сло­ро­дом. В аэроб­ных ус­ло­ви­ях пи­ру­ват и вос­ста­нов­лен­ные эк­ви­ва­лен­ты от НАДН (гид­рид-ион) по­сту­па­ют в ми­то­хон­д­рии, где про­ис­хо­дит пре­вра­ще­ние пи­ру­ва­та в аце­тил-КоА (см.

 Ко­фер­мен­т А), ко­то­рый по­сту­па­ет в три­кар­бо­но­вых ки­слот цикл. В от­сут­ст­вии ки­сло­ро­да НАДН ис­поль­зу­ет­ся на вос­ста­нов­ле­ние пи­ру­ва­та в лак­тат (ио­ни­зи­ро­ван­ная фор­ма мо­лоч­ной ки­сло­ты). Это не­об­хо­ди­мо для по­лу­че­ния НАД, без ко­то­ро­го не­воз­мож­но про­те­ка­ние гли­це­раль­де­гид-3-фос­фат­де­гид­ро­геназной ре­ак­ции, а зна­чит и все­го Г.

В мо­лоч­но­кис­лых бак­те­ри­ях, а так­же в бе­лых мыш­цах (обед­нён­ных ми­то­хон­д­рия­ми по срав­не­нию с крас­ны­ми мыш­ца­ми) лак­тат яв­ля­ет­ся ко­неч­ным про­дук­том Г. У дрож­жей пи­ру­ват пре­вра­ща­ет­ся в эта­нол (спир­то­вое бро­же­ние). Др. гек­со­зы (га­лак­то­за, ман­но­за, фрук­то­за), пен­то­зы и гли­це­рин мо­гут вклю­чать­ся в Г. на раз­ных его ста­ди­ях (напр.

, ста­дии 2, 3, 5). По­став­щи­ком ос­тат­ков глю­ко­зы для нужд Г. у жи­вот­ных мо­жет так­же слу­жить гли­ко­ген (в этом слу­чае про­цесс на­зы­ва­ют гли­ко­ге­но­ли­зом, он наи­бо­лее ин­тен­сив­но про­те­ка­ет в мыш­цах), а у рас­те­ний – крах­мал, ос­тат­ки глю­ко­зы ко­то­рых во­вле­ка­ют­ся в Г.

бла­го­да­ря дей­ст­вию фер­мен­тов, при­во­дя­щих к об­ра­зо­ва­нию сна­ча­ла глю­ко­зо-1-фос­фа­та, а за­тем глю­ко­зо-6-фос­фа­та. В при­сут­ст­вии ки­сло­ро­да ско­рость Г. сни­жа­ет­ся в свя­зи с на­ча­лом про­цес­са ды­ха­ния (эф­фект Пас­те­ра), ко­то­рое обес­пе­чи­ва­ет бо­лее эф­фек­тив­ный ме­ха­низм об­ра­зо­ва­ния бо­га­тых энер­ги­ей свя­зей.

В опу­хо­ле­вых клет­ках, безъ­я­дер­ных эрит­ро­ци­тах, эм­брио­наль­ных и не­ко­то­рых дру­гих тка­нях эф­фект Па­сте­ра ос­лаб­лен или от­сут­ству­ет вов­се (т. н. аэроб­ный Г.).

Все ре­ак­ции Г., за ис­клю­че­ни­ем 1, 3 и 10-й, об­ра­ти­мы. Фер­мен­ты, ка­та­ли­зи­рую­щие эти три ре­ак­ции, яв­ля­ют­ся объ­ек­та­ми слож­ной ре­гу­ля­ции. Ско­рость Г. ли­ми­ти­ру­ет фос­фоф­рук­то­ки­на­за-1.

Этот фер­мент ак­ти­ви­ру­ют фрук­то­зо-2,6-ди­фос­фат, АДФ и аде­но­зин­мо­но­фос­фат (АМФ), а ин­ги­би­ру­ют АТФ и цит­рат (ио­ни­зи­ро­ван­ная фор­ма ли­мон­ной ки­сло­ты). АТФ по­дав­ля­ет так­же ак­тив­ность гек­со­ки­на­зы и пи­ру­ват­ки­на­зы. Об­ра­зо­ва­ние мощ­но­го ак­ти­ва­то­ра Г.

 – фрук­то­зо-2,6-ди­фос­фа­та – из фрук­то­зо-6-фос­фа­та осу­ще­ст­в­ля­ет осо­бый фер­мент фос­фоф­рук­то­ки­на­за-2.

Гор­мо­ны ад­ре­на­лин и глю­ка­гон че­рез сис­те­му внут­ри­кле­точ­ной сиг­на­ли­за­ции, вклю­чаю­щую об­ра­зо­ва­ние цик­ли­че­ско­го 3’,5’-аде­но­зин­мо­но­фос­фа­та (цАМФ) и ак­ти­ва­цию фер­мен­та про­те­ин­ки­на­зы, вы­зы­ва­ют фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние и инак­ти­ва­цию пи­ру­ват­ки­на­зы в пе­че­ни, но не в мыш­цах. Та­кая тка­нес­пе­ци­фич­ная ре­гу­ля­ция не­об­хо­ди­ма для эф­фек­тив­но­го про­те­ка­ния глю­ко­не­о­ге­не­за в пе­че­ни.

Ус­та­нов­ле­но, что не­ко­то­рым фер­мен­там Г. свой­ст­вен ряд функ­ций, не свя­зан­ных с этим про­цес­сом. Напр., гли­цер­аль­де­гид-3-фос­фат­де­гид­ро­геназа мо­жет пе­ре­но­сить­ся в яд­ро и уча­ст­во­вать в ин­дук­ции апоп­то­за, ак­ти­ви­руя про­цес­сы транс­крип­ции.