Екатерина Владиславовна Неборак
Диалог с изучающим углеводы
В седьмой реакции происходит расщепление макроэргической связи и передача богатой энергией фосфатной группы в положении С-1 на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицериновой кислоты (3-фосфоглицерата). Эта реакция, катализируемая фосфоглицераткиназой, представляет процесс окисления, сопряжённый с фосфорилированием АДФ на уровне субстрата.
49. Что такое субстратное фосфорилирование?
Образование АТФ за счет макроэргических соединений называется субстратным фосфорилированием. Пример: 7-я и 10-я реакции гликолиза.
50. Как можно охарактеризовать субстратное фосфорилирование?
Если макроэргическая связь образуется в момент непосредственного окисления субстрата, а затем передается на фосфатный остаток, участвующий в синтезе АТФ, то такое окисление называется окислением, сопряженным с фосфорилированием АДФ на уровне субстрата или субстратным фосфорилированием.
51. Назовите пример реакции с субстратным фосфорилированием.
Эта реакция, катализируемая фосфоглицераткиназой, представляет процесс окисления, сопряжённый с фосфорилированием АДФ на уровне субстрата.
52. Как протекает восьмая реакция гликолиза?
В следующей реакции гликолиза происходит внутримолекулярный перенос фосфатной группы. 3-Фосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту (2-фосфоглицерат) при участии фосфоглицеромутазы.
53. Что происходит в девятой реакции гликолиза?
В результате дегидратации 2-фосфоглицерата в последующей реакции гликолиза образуется фосфоенолпируват. Образование фосфоенолпирувата катализируется енолазой, которая активируется Mg2+ или Mn2+. Фосфатная связь при С-2 фосфоенолпирувата является высокоэнергетической.
54. Как протекает десятая реакция гликолиза?
В десятой реакции происходит разрыв высокоэнергетической связи и перенос фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ с образованием АТФ (субстратное фосфорилирование). Реакция катализируется пируваткиназой, активируемой ионами Mg2+, К+.
55. Что происходит в одиннадцатой реакции гликолиза?
В одиннадцатой реакции происходит восстановление пирувата в лактат. Реакцию катализирует лактатдегидрогеназа (ЛДГ) с помощью кофермента НАДН(Н+), образованного в шестой реакции.
56. Какой процесс называется гликолитической оксидоредукцией?
НАД+ играет роль промежуточного переносчика водорода от глицеральдегид-3-фосфата (6-я реакция) на пируват (11-я реакция), при этом он участвует в циклическом процессе. Этот процесс называется гликолитической оксидоредукцией. Благодаря гликолитической оксидоредукции осуществляется поддержание в клетке гликолиза.
57. Как выглядит последовательность протекающих реакций при гликолизе, и какие ферменты участвуют в этих реакциях?
58. В чём заключается биологическое значение гликолиза?
Биологическое значение гликолиза заключается в образовании АТФ в результате окисления глюкозы. В процессе гликолиза образуются промежуточные метаболиты, необходимые для синтеза необходимых клетке веществ, липидов и аминокислот.
РЕГУЛЯЦИЯ ГЛИКОЛИЗА
59. Какие ферменты являются ключевыми в регуляции гликолиза?
Регуляция гликолиза осуществляется благодаря контролю активности ключевых ферментов: фосфофруктокиназы, гексокиназы и пируваткиназы.
60. Какова роль фосфофруктокиназы в регуляции гликолиза?
Фосфофруктокиназа является ключевым ферментом гликолиза. Являясь аллостерическим ферментом, фосфофруктокиназа ингибируется высокими концентрациями АТФ и активируется АМФ. Фермент наиболее активен, когда клетке необходима энергия АТФ, и отношение АТФ/АМФ является низким. Аллостерическим ингибитором фосфофруктокиназы является цитрат, поступающий в цитоплазму из митохондрий, если подавляется цикл Кребса. Активность фосфофруктокиназы максимально подавляется при высоком содержании в клетке АТФ и цитрата.
61. Как осуществляется регуляция гликолиза, контролируя активность гексокиназы и пируваткиназы?
Гексокиназа ингибируется глюкозо-6-фосфатом, который накапливается, когда фосфофруктокиназа неактивна. Глюкозо-6-фосфат одновременно является продуктом реакции гексокиназы и её аллостерическим ингибитором. АТФ является аллостерическим ингибитором пируваткиназы, поэтому, повышение его содержания в клетке блокирует превращение фосфоенолпирувата в пируват.
ГЛИКОГЕНОЛИЗ
62. Какой процесс называется анаэробным гликогенолизом?
Процесс анаэробного (в отсутствии О2) распада гликогена до молочной кислоты называется анаэробным гликогенолизом.
63. Как осуществляется гликогенолиз?
На схеме представлен процесс гликогенолиза:
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ГЛИКОЛИЗА И ГЛИКОГЕНОЛИЗА
64. Какой энергетический эффект/итог гликолиза и гликогенолиза?
Энергетический итог анаэробного окисления глюкозы и гликогена легко подсчитать согласно реакциям, представленным на схеме:
ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФОСФОРОЛИТИЧЕСКОГО РАСПАДА ГЛИКОГЕНА
65. Под влиянием каких факторов осуществляется фосфоролитический распад гликогена?
Фосфоролитический распад гликогена (гликогенолиз) до глюкозо-l-фосфата активируется гормонами, адреналином и глюкагоном. Эти гормоны активируют внутриклеточные ферменты, осуществляющие гликогенолиз, по аденилатциклазному механизму. Образующийся аденилатциклазой цАМФ является аллостерическим активатором протеинкиназы А, которая активирует киназу гликогенфосфорилазы. Под действием киназы гликогенфосфорилазы активируется гликогенфосфорилаза, расщепляющая гликоген до глюкозы-1-фосфата.
66. Какое влияние оказывает адреналин и глюкагон в распаде гликогена?
Адреналин и глюкагон связываются со своими рецепторами на плазматической мембране клетки, активируя аденилатциклазу, которая образует из АТФ цАМФ. Последовательность происходящих реакций под действием адреналина и глюкагона представлена на схеме:
67. Какую реакцию катализирует активная аденилатциклаза?
Аденилатциклаза из АТФ образует цАМФ, аллостерический активатор протеинкиназы А. В отсутствие цАМФ протеинкиназа А неактивна.
68. Какова роль активной протеинкиназы А?
Активная протеинкиназа А активирует киназу фосфорилазы b, которая из неактивной формы переходит в активную, киназу фосфорилазы a.
69. Какова дальнейшая роль киназы фосфорилазы a?
Активная киназа фосфорилазы a катализирует реакцию активации гликоген фосфорилазы b в фосфорилазу a, согласно схеме:
Фосфорилаза b состоит из двух субъединиц (димер), а активная фосфорилаза a является тетрамером. Для фосфорилирования фосфорилазы b необходимо 4 молекулы АТФ.
70. Какую реакцию катализирует фосфорилаза a на заключительном этапе распада гликогена?
Фосфорилаза a катализирует реакцию распада гликогена до глюкозо-1-фосфата. Повышение содержания адреналина в крови приводит к освобождению глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата, превращающегося под действием фосфоглюкомутазы в глюкозо-6-фосфат, согласно схеме:
71. Как происходит образование свободной глюкозы?
Образование свободной глюкозы из глюкозо-6-фосфата в печени происходит при участии глюкозо-6-фосфатазы, катализирующей гидролитическое отщепление фосфата, как указано на схеме:
Свободная глюкоза может легко выходить из клеток печени в кровь, поддерживая нормальный уровень глюкозы в крови.
72. Глюкозо-6-фосфатаза содержится в клетках мышечной ткани?
Глюкозо-6-фосфатаза содержится в клетках печени, в мышечной ткани она практически отсутствует.
73. Может ли глюкозо-6-фосфат включаться в гликолиз?
Образовавшийся глюкозо-6-фосфат может включаться в гликолиз, превращаясь во фруктозо-6-фосфат.
74. Существует ли кроме гликолиза и гликогенолиза ещё вариант анаэробного распада углеводов?
Помимо гликогенолиза и гликолиза существует еще один вариант анаэробного распада углеводов, спиртовое брожение, которое осуществляется только микроорганизмами.
БИОСИНТЕЗ ГЛЮКОЗЫ – ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ
75. Какой процесс называют глюконеогенезом?
Синтез глюкозы из неуглеводных продуктов называется глюконеогенезом.
76. Какие соединения могут служить предшественниками глюкозы?
Основными неуглеводными предшественниками глюкозы служат лактат, пируват, оксалоацетат, гликогенные аминокислоты, глицерол.
77. В каком органе наиболее интенсивно протекает глюконеогенез?
Глюконеогенез наиболее интенсивно происходит в печени. В меньшей степени этот процесс протекает в корковом слое почек, в скелетной и сердечной мышцах.
78. Как можно представить синтез глюкозы из лактата и пирувата?
Стадии синтеза глюкозы из лактата и пирувата, представляющие обратный путь гликолиза, показаны на рисунке. Большинство стадий гликолиза являются обратимыми, кроме трёх реакций, катализируемых гексокиназой (1), фосфофруктокиназой (3) и пируваткиназой (10).
79. Назовите стадии глюконеогенеза, которые при синтезе глюкозы из пирувата и лактата считают «обходными», то есть, необратимыми.
10 – Превращение пирувата в фосфоенолпируват.
3 – Превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат.
1 – Образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата.
80. Где происходит превращение пирувата в фосфоенолпируват?
Чтобы обойти необратимую десятую реакцию гликолиза, превращение пирувата в фосфоенолпируват, для этого необходимо несколько стадий. Первая стадия проходит в матриксе митохондрии, вторая – в цитозоле клетки.
81. Как происходит превращение пирувата в фосфоенолпируват?
На первой стадии в митохондрии пируваткарбоксилаза катализирует реакцию образования оксалоацетата с затратой АТФ и использованием СО2, как представлено на схеме:
82. Проницаема ли мембрана митохондрий для оксалоацетата?
Мембрана митохондрий не проницаема для оксалоацетата, поэтому, он не может выйти из митохондрии в цитозоль. Поэтому, оксалоацетат восстанавливается в малат малатдегидрогеназой (МДГ), использующей НАДН(Н+). Для малата есть в мембране митохондрий переносчик, и он легко проникает через митохондриальную мембрану в цитозоль. В цитозоле малат окисляется МДГ обратно в оксалоацетат, восстанавливая НАД+ в НАДН(Н+).
83. Где протекает реакция превращения оксалоацетата в фосфоенолпируват?
Образовавшийся оксалоацетат превращается в фосфоенолпируват в цитозоле клетки под действием фосфоенолпируваткарбоксикиназы, использующей ГТФ, как источник фосфата.
84. Как можно обойти необратимую реакцию превращения фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат?
Последующие реакции обратного пути гликолиза обратимы до образования фрукто-зо-1,6-бисфосфата. Для того, чтобы обойти третью необратимую реакцию гликолиза, для глюконеогенеза необходима фруктозобисфосфатаза, катализирующая реакцию, указанную на схеме:
85. Может ли происходить образование глюкозы в тканях человека и животных из ацетил-коА?
Образование глюкозы в тканях человека и животных из ацетил-КоА невозможно, так как ацетил-КоА не может превращаться в пировиноградную кислоту. В организме ацетил-КоА образуется при окислении жирных кислот, поэтому, атомы углерода жирных кислот не могут использоваться для глюконеогенеза.