Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их. 1. Энергетический обмен проходит в два этапа. 2. Первый этап — подготовительный

Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их. 1. Энергетический обмен проходит в два этапа. 2. Первый этап — подготовительный — происходит в пищеварительной системе. 3. На втором этапе при бескислородном расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 1 молекула АТФ. 4. Бескислородное ферментативное расщепление глюкозы называют гликолизом. 5. Суммарно в процессе клеточного дыхания в результате расцепления одной молекулы глюкозы образуется 42 молекулы АТФ.

Учебник Курсы Книги Тесты Вопросы Личный кабинет

Учебник Курсы Книги Тесты Вопросы

Личный кабинет

Задание ЕГЭ по биологии
Линия заданий —

24
Наслаждайтесь интересным учебником и решайте десятки тестов на Studarium,
мы всегда рады вам! =)

1635. Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их.
1. Энергетический обмен проходит в два этапа. 2. Первый этап — подготовительный — происходит в пищеварительной системе. 3. На втором этапе при бескислородном расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 1 молекула АТФ. 4. Бескислородное ферментативное расщепление глюкозы называют гликолизом. 5. Суммарно в процессе клеточного дыхания в результате расцепления одной молекулы глюкозы образуется 42 молекулы АТФ.

Ошибки допущены в предложениях 1, 3, 5:

1) 1 — Энергетический обмен проходит в три этапа (подготовительный, анаэробный и аэробный)
2) 3 — На втором этапе при бескислородном расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ.
3) 5 — Суммарно в процессе клеточного дыхания в результате расцепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ (2 АТФ на бескислородном этапе + 36 АТФ на кислородном этапе)

P. S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉
При обращении указывайте id этого вопроса — 1635.

P.S. Мы нашли статью, которая относится к данной теме, изучите ее — Энергетический обмен 😉

P.S.S. Для вас готово следующее случайное задание. Мы сами не знаем, но вас ждет что-то интересное!

Механизм повреждения энергетического обмена при гипоксии и возможные пути его коррекции фумаратсодержащими растворами

Л.В. Слепнева, Г.А. Хмылова

ФГБУ «Российский НИИ гематологи трансфузиологии ФМБА», г. Санкт-Петербург

 

Трансфузиология №2, 2013

Резюме

Статья посвящена вопросам механизма действия препаратов, влияющих на процессы энергообразования в организме. Показаны пути коррекции нарушений энергетического обмена и преимущества фумаратсодержащих инфузионных растворов.

Ключевые слова: гипоксия, цикл Кребса, сукцинат, фумарат, фумаратсодержащие инфузионные растворы, мафусол, полиоксифумарин, конфумин.

В настоящее время нарушения энергетического обмена рассматриваются как один из ведущих патологических процессов, приводящих к необратимым последствиям и гибели организма, что обусловливает исключительную важность рассматриваемой проблемы. Коррекция или устранение энергодефицита является обязательным компонентом в лечении большинства патологических состояний, и в связи с этим, понимание механизма действия препаратов, способных влиять на различные звенья энергообмена, для практикующих врачей приобретают особую ценность.

Жизнедеятельность организма с многообразием всех физиологических функций и биохимических процессов возможна лишь при условии его постоянного энергообеспечения. В настоящее время имеется значительный экспериментальный и клинический материал, свидетельствующий о том, что различные экстремальные воздействия на организм (тяжелая кровопотеря, ожог, травма, сердечная недостаточность, острое отравление и др.

) вызывают однотипные повреждения в клеточной системе энергообразования. Это явление обусловлено тем, что результирующим эффектом различных по своей природе экстремальных факторов является развитие острого кислородного голодания тканей. Дефицит кислорода — акцептора электронов в митохондриальной дыхательной цепи, приводит к глубокому подавлению биоэнергетической функции митохондрий. Выходит из строя основная энергетическая система клетки, энергопродукция клетками резко снижается, и, как следствие, нарушается течение многочисленных энергозависимых процессов в организме [2, 6, 11, 13, 24, 34, 36, 37, 43].

Недостаточность систем энергообразования в клетке составляет существенный элемент патогенеза многих заболеваний. По мнению ряда авторов, поддержание жизни в экстремальных условиях возможно до тех пор, пока дефицит энергии не достигнет критических величин. Истощение клеточных энергетических резервов ниже допустимого уровня сопровождается развитием в клетке необратимых процессов и гибелью организма.

Прежде чем перейти к рассмотрению вопросов, связанных с нарушением энергетического обмена в клетке при патологических состояниях и его коррекции применением различных лекарственных средств, кратко остановимся на описании процессов энергообразования в нормально функционирующей клетке [16, 41].

На рис. 1 схематически представлен сложный процесс распада питательных веществ, который обеспечивает ступенчатое постепенное освобождение энергии и аккумуляцию ее в виде макроэргической фосфатной связи аденозинтрифосфата (АТФ).

Распад сложных питательных веществ на более простые является необходимым условием для дальнейшего использования их в клетке в качестве источников энергии и пластического материала. В катаболизме основных питательных веществ (углеводов, белков и жиров) можно выделить три основные стадии.

На первой стадии крупные молекулы под влиянием сложных ферментативных систем расщепляются на более простые. В результате действия этих ферментативных систем углеводы расщепляются до гексоз и пентоз, липиды – до глицерина и жирных кислот, из белков образуется около 20-ти аминокислот.

На второй стадии происходит дальнейшее расщепление образовавшихся соединений. Из 20-ти различных аминокислот образуется лишь несколько конечных продуктов, а именно, ацетил-коэнзим А, α-кетоглютаровая и щавелевоуксусная кислоты.

Жирные кислоты в процессе β-окисления превращаются в ацетил-КоА. Гексозы под действием ферментативных систем гликолиза расцепляются до пировиноградной кислоты, которая затем в процессе окислительного декарбоксилирования превращается также в ацетил-КоА.

Гликолиз является тем механизмом, посредством которого многие организмы получают химическую энергию из глюкозы и других субстратов в отсутствие молекулярного кислорода. У большинства аэробных организмов процесс гликолиза является предварительной ступенью для дальнейшего окисления продуктов брожения кислородом в процессе дыхания.

Метаболиты, образовавшиеся на второй стадии распада питательных веществ (ацетил-КоА, α-кето-глютаровая, щавелевоуксусная кислоты) вступают в третью стадию, которая для них является общей и на которой они в конечном итоге окисляются до СО2 и Н2О.

Третья стадия – стадия терминального окисления питательных веществ, во время которой освобождается основная масса энергии, осуществляется в митохондриях через цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) и митохондриальную дыхательную цепь. ЦТК – общий конечный путь окислительного катаболизма всех видов клеточного топлива в аэробных условиях. В этом цикле под действием специфических дегидрогеназ протекают процессы дегидрирования субстратов, восстановительные эквиваленты от которых (протоны и электроны) поступают на митохондриальную дыхательную цепь. Дегидрирование – отщепление молекул Н2 от интермедиатов цикла Кребса происходит, в основном, при помощи дегидрогеназ, простетической группой которых является никотинамидаденин-динуклеотид (НАД), и лишь дегидрирование янтарной кислоты осуществляется ФАД-зависимой дегидрогеназой (сукцинатдегидрогеназой).

Дыхательная цепь, состоящая из серии переносчиков электронов, передает восстановительные эквиваленты конечному акцептору электронов – молекулярному кислороду.

Дыхательная цепь – это полиферментная система, локализованная во внутренней мембране митохондрий, основными компонентами которой являются НАД-зависимые дегидрогеназы, флавопротеиды и цитохромы (рис. 1).

Сопряженно с транспортом электронов протекает процесс окислительного фосфорилирования, в котором значительная часть свободной энергии электронов, передаваемых редокс-цепью на кислород, аккумулируется и трансформируется в специфическую макроэргическую связь АТФ. Таким образом, необходимая для нужд организма энергия образуется благодаря функционированию взаимосвязанных процессов гликолиза и дыхания. В процессе гликолиза высвобождается лишь незначительная часть той химической энергии, которая потенциально может быть извлечена из молекулы глюкозы. Полное окисление глюкозы до СО2 и Н 2О, осуществляемое в процессе дыхания, приводит к синтезу значительно большего количества макроэргов. При окислении одной молекулы глюкозы в гликолитическом цикле образуется 2 молекулы АТФ, тогда как дальнейшее расщепление продуктов гликолиза в цикле Кребса сопровождается синтезом 38 молекул АТФ. Таким образом, митохондриальная дыхательная цепь является основным местом приложения и утилизации кислорода в клетке.

При дефиците кислорода – конечного акцептора электронов в редокс-цепи митохондрий – отмечается выраженная гиперредукция всех компонентов терминального звена окисления. Прекращаются транспорт электронов по дыхательной цепи и сопряженный с ним процесс образования макроэнергических фосфатов. Известно, что в условиях нормоксии НАД-звено дыхательной цепи митохондрий принимает восстановительные эквиваленты из различных источников:

1. от субстратов цикла Кребса при участии специфических дегидрогеназ;

2. оксиацил-КоА-дегидрогеназы поставляютионы водорода на НАД- звено при окислении жирных кислот;

3. сложная система пируват-дегидрогеназы, отщепляя ионы водорода в реакциях окислительного декарбоксилирования, передает их на НАД-звено редокс-цепи;

4. внемитохондриальный НАД-Н, образованный в центральной реакции гликолитической оксидоредукции, также отдает свои протоны на митохондриальную дыхательную цепь (рис. 1).

Мощный поток восстановительных эквивалентов в условиях кислородной недостаточности не может реализоваться из-за гипервосстановленности НАД-зависимого участка дыхательной цепи. Выключается из функционирования основная энергетическая система клетки, резко снижается продукция АТФ.

В анаэробных условиях клетка стремится восполнить энергетический дефицит за счёт активации гликолиза. Несмотря на то, что при анаэробном гликолизе продуцируется почти в 20 раз меньше АТФ, чем при полном сгорании глюкозы в цикле Кребса, потенциальная скорость процесса в основном может обеспечить энергозатраты организма. Однако для осуществления гликолитических реакций необходим постоянный приток окисленной формы НАД, который при нормоксии обеспечивается работой специфических челночных механизмов. Гликолитический НАД-Н проникает через митохондриальные мембраны посредством функционирования α-глицерофосфатного, β-оксибутиратного и других механизмов переноса восстановительных эквивалентов.

Оксибутиратный и глицерофосфатные шунты являются основными конкурентами лактатдегидрогеназного механизма окисления гликолитического НАД-Н, деятельность которого при нормальной концентрации кислорода в клетке подавлена более активными вышеназванными механизмами.

При нарушении электронтранспортной функции редокс-цепи и гиперредукции ее НАД-звена клетка вынуждена изыскивать другие пути реокисления цитоплазматического НАД-Н. В условиях острой гипоксии конечный продукт гликолиза – пируват – не подвергается декарбоксилированию и не вовлекается в цикл Кребса, а, принимая восстановительные эквиваленты от цитоплазматического НАД-Н, превращается в лактат с освобождением новых порций окисленной формы НАД (рис. 2).

Активация лактатдегидрогеназного механизма поставки НАД для гликолиза в конечном итоге приводит к истощению запасов гликогена и тканевому ацидозу вследствие накопления кислых продуктов метаболизма (лактата, пирувата, оксибутирата, глицерофосфата и др.). Избыточные концентрации конечного субстрата анаэробного гликолиза – лактата – тормозят последнюю реакцию гликолитического цикла.

Регенерация НАД прекращается, и, именно, дефицит пиридиннуклеотида останавливает гликолиз и анаэробную продукцию АТФ. Клеточный ацидоз способствует нарушению проницаемости мембран, вплоть до разрушения лизосом. В цитоплазму поступают аутолитические ферменты. Развивается процесс аутолиза клеток, сопровождающийся повреждением тканей и органов. В организме формируются необратимые изменения.

Таким образом, степень повреждения митохондриального метаболизма в условиях тяжелой кислородной недостаточности определяет тяжесть многих патологических состояний. Накопленный опыт лечения шока и кровопотери показывает, что существующие инфузионнотрансфузионные среды, проявляя лечебное действие в стадиях легкой и средней тяжести, оказываются недостаточными на поздних стадиях процесса. Особенности течения поздних стадий геморрагического шока связывают главным образом с генерализованными нарушениями метаболизма и возникающими в результате этого расстройствами энергообмена.

В связи с этим применение совместно с кровезаменителями препаратов, способных повысить энергетический потенциал клетки в условиях гипоксии, рассматривается как один из путей повышения эффективности инфузионной терапии гиповолемических состояний.

В ликвидации энергетического дефицита большое значение придается антигипоксантам. К настоящему времени не выработано единого общепринятого определения антигипоксантов и их классификации, так как в ответ на гипоксическое воздействие вовлекаются самые разные системы организма. Препараты биоэнергетического действия можно разделить на несколько групп.

К первой группе следует отнести препараты, являющиеся источником энергетического сырья (глюкоза, сорбит, АТФ, фосфорилированные гексозы и др.). Использование их показано при патологических состояниях, сопровождающихся истощением энергетических ресурсов в клетке. Включение в состав противошоковых кровезаменителей 5-10% глюкозы или фосфорилированных гексоз [1, 42] для поддержания гликолиза в клетках не позволяет существенно повысить эффективность инфузионной терапии из-за неизбежно возникающего накопления кислых продуктов метаболизма и дефицита окисленной формы пиридиннуклеотида (НАД). Отсюда понятно, что введение таких субстратов окисления, как глюкоза или гексозы, при гипоксии целесообразно лишь с препаратами, ускоряющими утилизацию лактата. Таким свойством обладают соединения группы гутимина. В эксперименте показан антигипоксический эффект гутимина и амтизола при геморрагическом шоке [8].  

Ко второй группе препаратов можно отнести средства, которые, не являясь энергетически богатыми соединениями, способны активно воздействовать на энергетический обмен посредством коррекции отдельных звеньев многоступенчатого процесса аккумуляции энергии в клетке. Данные о нарушении транспорта электронов в дыхательной цепи митохондрий при шоке и кровопотери [28] являются теоретической предпосылкой для применения антигипоксантов с электрон-акцепторными свойствами. В литературе имеются довольно обширные сведения о применении естественных и искусственных антигипоксантов – переносчиков электронов. К числу первых относится цитохром С, который, как известно, является одним из компонентов дыхательной цепи митохондрий и служит мобильным переносчиком электронов. Играя важную роль в энергетическом метаболизме клетки, цитохром С показал высокую лечебную эффективность в клинической практике при терапии шока, кровопотери и постишемической гипоксии [12, 32].

Разработке и исследованию искусственных переносчиков электронов посвящено значительное количество работ. Эти соединения способны модифицировать дыхательную цепь митохондрий так, чтобы осуществлять «сброс» восстановительных эквивалентов непосредственно на кислород, минуя заблокированные участки дыхательной цепи. К числу таких веществ относится ряд соединений из класса хинонов (ортопарабензохиноны, нафтохиноны, гексогидрохиноны). Высокий редокс-потенциал этих препаратов определяет их способность к транспорту электронов [30]. При проведении экспериментов на животных многие из этих соединений оказались токсичными, что не позволило рекомендовать их в качестве лечебных средств. Из всех средств, формирующих искус- ственные редокс-системы, в медицинскую практику внедрен препарат «Гипоксен», представляющий собой синтетический полихинон [9].

Известно, что антигипоксанты группы хинонов осуществляют перенос электронов с НАД-Н звена на кислород, минуя все 3 пункта фосфорилирования в дыхательной цепи и, следовательно, устранение дефицита энергии при введении этих препаратов может происходить лишь за счет активации гликолитической выработки АТФ. Однако для полноценного проявления антигипоксических свойств этих соединений необходим акцептор электронов – кислород. Наибольший интерес для включения в состав новых комплексных кровезаменителей представляют, так называемые, истинные антигипоксанты или антигипоксанты прямого действия, непосредственно влияющие на митохондриальный метаболизм при гипоксии.

Согласно теоретическим предпосылкам, одна из возможностей поддержания биоэнергетики клетки может быть реализована посредством стимуляции адаптационных механизмов к гипоксии, работающих на последних этапах цикла Кребса. Из всех субстратов цикла Кребса только влияние сукцината на энергетический обмен подробно изучено в эксперименте на животных.

Исследование механизма действия сукцината при гипоксических состояниях проведено в работах М.Н. Кондрашовой с соавторами [5, 6]. Исследователи считают, что в условиях гипоксии сукцинат, не являясь НАД-зависимым субстратом, «монополизирует» дыхательную цепь и активно в ней окисляется. Высокая скорость реакции окисления сукцината, поставляющей 2 молекулы АТФ, позволяет компенсировать выработку 3-х молекул АТФ, образующихся при окислении НАД-зависимых субстратов. Однако в условиях прогрессирующей гипоксии дефицит кислорода, лимитирующий скорость окисления всех субстратов, снижает ценность сукцината и ставит его в один ряд с другими субстратами окисления. Поэтому применение сукцината в качестве антигипоксанта должно быть особенно эффективно в комплексе с препаратами, улучшающими кислородообеспечение организма. Преимущественное использование сукцината – естественная защита клетки против гипоксии. При этом пополнение фонда субстрата может происходить за счет реакций цикла Кребса, идущих как в прямом, так и в обратном направлениях (рис. 3).

При обратном течении реакций имеющийся запас малата по мере необходимости превращается в фумарат, который восстанавливается в сукцинат. Восстановление фумарата сопровождается выработкой АТФ, и поэтому реакции обращения в системе «малат-фумарат-сукцинат» способны поддерживать окислительное фосфорилирование даже при аноксии.

В условиях же гипоксии инверсивные превращения фумарата выполняют роль триггера, который, в зависимости от концентрации кислорода регулирует течение конечных реакций цикла Кребса в прямом либо в обратном направлениях, и эти реакции сопровождаются синтезом АТФ. Механизм инверсивных превращений фумарата в цикле Кребса объясняет эффективность применения фумаратсодержащих инфузионных сред, таких как кристаллоидный раствор – мафусол, коллоидный кровезаменитель – полиоксифумарин и концентрированный раствор фумарата натрия – конфумин. Эти препараты разработаны и основательно изучены в Российском НИИ гематологии и трансфузиологии. Лечебная эффективность была изучена на моделях геморрагического и ожогового шока, а также при экспериментальном перитоните [17–20, 23, 25,45]. Оценку эффективности инфузионных растворов определяли по совокупности показателей системной гемодинамики, кислородного режима, кислотно-основного состояния (КОС), перекисного окисления липидов и митохондриального метаболизма в печени и сердце животных. Полярографическое исследование митохондрий, выделенных из печени и сердца животных, леченных фумаратсодержащими растворами, свидетельствовало о полном восстановлении энергопродуцирующих функций этих органелл. Следует отметить, что летальность животных в контрольной группе (тяжелый шок) составляло 100%, при лечении мафусолом или полиоксифумарином – 17–20%.

Результаты исследования митохондриального метаболизма позволяют предположить, что парентеральное введение фумарата индуцирует суперкомпенсацию адаптационного механизма к гипоксии, функционирующих на последних этапах цикла Кребса. Фумарат в системе «малат-фумарат-сукцинат» способен поддерживать синтез АТФ как в аэробных, так и в анаэробных условиях. При дефиците кислорода фумарат, восстанавливаясь ФАД∙Н2-группой сукцинатдегидрогеазой, превращается в сукцинат и освобождает новые порции окисленной формы ФАД. Принимая восстановительные эквиваленты от НАД-Н, ФАД способствует снятию гипервосстановленности НАД звена дыхательной цепи и синтезу АТФ в бескислородной среде. При поступлении кислорода в клетку сукцинат, синтезируемый из фумарата, монополизирует дыхательную цепь и, активно окисляясь в ней, продуцирует АТФ (рис. 3). К тому же, образование в этих реакциях окисленной формы НАД запускает также и механизм гликолитической продукции АТФ. Поддержание энергетического потенциала клетки при инфузия фумарата способствует удлинению периода обратимых изменений в организме и предотвращает развитие «необратимости» при патологических состояниях, отягощенных глубокой гипоксией.

Парентеральное введение фумаратсодержащих растворов наряду с восстановлением биоэнергетики клетки, сопровождается «мягким» ощелачивающим действием препаратов на кислотно-основное состояние крови при ацидозе. Это действие обусловлено тем, что такие органические соли, как фумарат-, ацетат-, лактат-, сукцинат- и малат натрия являются соединениями, образованными сильным основанием (NaOH) и слабой кислотой. При гидролизе подобных солей в кровеносном русле освобождается соответствующая кислота и NaOH, который расходуется на нейтрализацию кислых продуктов метаболизма. Реакция гидролиза смещена вправо, так как постоянно происходит потребление продукта гидролитической реакции – NaOH (рис. 4).

Следует отметить, что вышеназванные соли оказывают мягкое ощелачивающие действие по сравнению с бикарбонатом натрия, широко используемым в клинической практике для ликвидации ацидоза. Реакция гидролиза NaHСО3 протекает значительно быстрее, так как в ходе реакции удаляются оба ее продукта: NaOH расходуется на нейтрализацию метаболитов, а второй продукт реакции – угольная кислота, нестоек и разлагается на Н2О и СО2. Образованная в избыточном количестве щелочь может способствовать развитию алкалоза, что имеет место в клинических условиях при передозировке бикарбоната натрия.

Все вышеперечисленные соли входят в состав различных инфузионных растворов (мафусол, полиоксифумарин, конфумин, лактасол, Рингер-лактат, ацесоль, реамберин, стерофундин и др.). Однако оказывая ощелачивающее действие при ацидозе, далеко не все эти препараты способны поддержать энергетический обмен при гипоксии. Восстановление показателей КОС «химическим путем» является недостаточным для успешной терапии шока.

Следует к тому же учитывать, что при гидролизе лактата натрия выделяется молочная кислота, которая в сумме с эндогенной молочной кислотой, возникающей в больших концентрациях при гипоксии, могут способствовать подавлению реакций гликолиза, что, в свою очередь, вызывает снижение продукции гликолитической АТФ. Существуют также исследования, указывающие, что лактат может вызвать интерстициальный отек головного мозга и повышать агрегацию тромбоцитов и эритроцитов [14, 39, 44]. Лактатсодержащие инфузионные растворы нельзя использовать при печеночной недостаточности [35, 38, 40], а также в случаях шока, сопровождающегося гиперлактатемией или лактатным ацидозом [33].

Ацетат натрия, в отличие от лактата, не проявляет токсического действия при тяжелом шоке. Однако утилизация уксусной кислоты, образованной при гидролизе ацетата натрия, в условиях кислородной недостаточности затруднена вследствие постгипоксического дефекта в функционировании митохондриальной дыхательной цепи. Лечебное действие фумарата натрия в сравнении с лактатом и ацетатом представляется более физиологичным, так как при его введении наряду с ощелачивающим эффектом проявляется и его влияние на восстановление процессов генерации энергии в митохондриях, а, следовательно, устраняется причина возникновения метаболического ацидоза.

Сукцинатсодержащие растворы, в частности «Реамберин», способствуют поддержанию энергетического обмена, однако, в условиях острого дефицита кислорода подавляется окисление сукцината и существенно снижается его энергопродуцирующая функция. Окисление малата в цикле Кребса осуществляется НАД-зависимой малатдегидрогеназой, и эта реакция тормозится из-за гипервосстановленности НАД-звена редокс-цепи митохондрий при гипоксии. Следовательно, в этих условиях субстрат не способен повысить энергетический потенциал клетки. К тому же, в инфузионном малатсодержащем растворе «Стерофундин» концентрация малата очень низкая, чтобы обеспечить достаточную продукцию АТФ. В условиях гипоксии повышение концентрации малата могло бы создать условия для обращения реакций в цикле Кребса с увеличением фонда фумарата, способного принимать восстановительные эквиваленты (Н2) и синтезировать АТФ. Однако концентрация малата в стерофундине (5 ммоль/л) незначительна для запуска реакций в цикле Кребса в обратном направлении.

Фумаратсодержащие растворы (мафусол, полиоксифумарин) содержат высокие концентрации фумарата (86 ммоль/л), обеспечивающие как выработку АТФ, так и накопление сукцината, который активно окисляется при поступлении кислорода. Введение субстратов в организм при гипоксии показано еще и вследствие того, что кислородная недостаточность сопровождается значительным субстратным голодом клетки. Препараты «Мафусол» и «Полиоксифумарин» с высокой концентрацией фумарата и возможностью инфузий больших объемов этих растворов без побочных эффектов являются высокоэффективными средствами терапии шока различного генеза. Это подтверждено клинически. Так, кристаллоидный кровезаменитель «Мафусол» разрешен к медицинскому применению уже более 20 лет и широко используется в разных областях медицины (хирургия, неврология, кардиология, реаниматология, педиатрия, акушерство и гинекология, комбустиология, токсикология и др. ) [3, 15, 22, 27, 29, 31]. Отличительной особенностью этого препарата является то, что его можно переливать в больших количествах, не только внутривенно, но и внутриартериально, а также в смеси для заполнения контура АИК при открытых операциях на сердце. Ни один из существующих сейчас на фармацевтическом рынке инфузионных антигипоксических препаратов не обладает этими свойствами. Полифункциональный коллоидный плазмозаменитель «Полиоксифумарин» с 1999 года успешно применяется у взрослых и детей в клинической практике гиповолемических состояний различной степени тяжести [10, 21, 22]. Аналогов ему нет ни в России, ни зарубежом.

Применение концентрированного раствора фумарата натрия (препарата «Конфумин») в качестве антигипоксического компонента в схемах инфузионно-трансфузионной терапии существенно увеличивает уровень субстратов окисления в кровеносном русле и позволяет повысить лечебную эффективность общепринятых в клинической практике плазмозаменителей [3, 4, 22, 25-27]. Конфумин разрешен к широкому медицинскому применению у взрослых, промышленный выпуск препарата освоен в ОАО «Фирма Медполимер».

Биохимия, Анаэробный гликолиз — StatPearls

Эрика А. Мелконян; Марк П. Шури.

Информация об авторе и организациях

Последнее обновление: 8 августа 2022 г.

Введение

В процессе гликолиза одна молекула глюкозы расщепляется с образованием двух молекул пирувата. В зависимости от микроклеточной среды (в частности, наличия кислорода, потребности в энергии и наличия или отсутствия митохондрий) пируват имеет несколько разных судеб:

В клетках, содержащих митохондрии, пируват может вступать в цикл лимонной кислоты в митохондриальном матриксе и подвергаться окислительному фосфорилированию . Удачно названное из-за его зависимости от кислорода как конечного акцептора электронов, окислительное фосфорилирование не может происходить в отсутствие кислорода. Более того, поскольку ферменты как цикла лимонной кислоты, так и цепи переноса электронов находятся внутри митохондрий, клетки, лишенные митохондрий (например, эритроциты), не могут полагаться на окислительное фосфорилирование для производства энергии.

В эритроцитах и ​​тканях, лишенных кислорода, пируват остается в цитоплазме и превращается в лактат, процесс, называемый анаэробным гликолизом . Эта конечная реакция обеспечивает регенерацию NAD+, кофактора, который должен быть доступен в достаточно высоких внутриклеточных концентрациях, чтобы более ранние реакции гликолиза оставались благоприятными. Однако по сравнению с окислительным фосфорилированием анаэробный гликолиз значительно менее эффективен, обеспечивая чистое производство только 2 АТФ на молекулу глюкозы (по сравнению с 32 АТФ на молекулу глюкозы, образующихся во время окислительного фосфорилирования).[1]

Основы

Гликолиз — это процесс, при котором глюкоза расщепляется в цитоплазме клетки с образованием пирувата. В аэробных условиях пируват может диффундировать в митохондрии, где он вступает в цикл лимонной кислоты и образует восстанавливающие эквиваленты в форме НАДН и ФАДч3. Эти восстанавливающие эквиваленты затем входят в цепь переноса электронов, что приводит к производству 32 АТФ на молекулу глюкозы. Поскольку цепь переноса электронов требует кислорода в качестве конечного акцептора электронов, неадекватная оксигенация тканей ингибирует процесс окислительного фосфорилирования.

В анаэробных условиях у пирувата другая судьба. Вместо проникновения в митохондрии цитозольный фермент лактатдегидрогеназа превращает пируват в лактат. Хотя лактат сам по себе не используется клеткой в ​​качестве прямого источника энергии, эта реакция также позволяет регенерировать НАД+ из НАДН. НАД+ является окисляющим кофактором, необходимым для поддержания потока глюкозы посредством гликолиза. Гликолиз производит 2 АТФ на молекулу глюкозы и, таким образом, обеспечивает прямое средство производства энергии в отсутствие кислорода. Этот процесс расщепления глюкозы в отсутствие кислорода удачно назван 9.0013 анаэробный гликолиз .[1]

Кроме того, клетки, не содержащие митохондрий (например, эритроциты), не могут осуществлять окислительное фосфорилирование.[2] Ферменты цикла лимонной кислоты находятся в митохондриальном матриксе, а ферменты электрон-транспортной цепи встроены во внутреннюю митохондриальную мембрану. Следовательно, эти клетки полагаются на анаэробный гликолиз для производства АТФ независимо от концентрации кислорода.

Вопросы, вызывающие озабоченность

По сравнению с окислительным фосфорилированием, которое максимизирует энергетический потенциал одной молекулы глюкозы (приблизительно 32 молекулы АТФ на 1 молекулу глюкозы), гликолиз является неэффективным средством производства энергии. Гликолиз производит только две чистые молекулы АТФ на 1 молекулу глюкозы. Однако в клетках, лишенных митохондрий и/или адекватного снабжения кислородом, гликолиз является единственным процессом, посредством которого такие клетки могут производить АТФ из глюкозы. Кроме того, в максимально сокращенных скелетных мышцах гликолиз является быстрым и относительно эффективным средством достижения краткосрочных энергетических целей.

Функция

Анаэробный гликолиз служит средством производства энергии в клетках, которые не могут производить достаточное количество энергии посредством окислительного фосфорилирования. В плохо насыщенных кислородом тканях гликолиз производит 2 АТФ за счет отвода пирувата от митохондрий и посредством реакции лактатдегидрогеназы. В быстро сокращающихся клетках скелетных мышц с потребностью в энергии, превышающей ту, которая может быть произведена только за счет окислительного фосфорилирования, анаэробный гликолиз позволяет более быстро производить АТФ. (Гликолиз происходит примерно в 100 раз быстрее, чем окислительное фосфорилирование.) В клетках, полностью лишенных митохондрий, пируват не может подвергаться окислительному фосфорилированию независимо от уровня кислорода.

Зрелые эритроциты не содержат митохондрий и, таким образом, производство АТФ зависит исключительно от анаэробного гликолиза.[2] Другие ткани, такие как роговица и хрусталик глаза и внутренний мозговой слой почки, плохо васкуляризированы и в значительной степени зависят от анаэробного гликолиза, несмотря на присутствие митохондрий.

Механизм

Этапы гликолиза следующие:

  1. Глюкоза фосфорилируется гексокиназой с образованием глюкозо-6-фосфата. Для этого шага требуется одна молекула АТФ.

  2. Глюкозо-6-фосфат изомеризуется фосфоглюкозоизомеразой с образованием фруктозо-6-фосфата.

  3. Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется фосфофруктокиназой с образованием фруктозо-1,6-бисфосфата. Для этого шага требуется одна молекула АТФ.

  4. Фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две отдельные молекулы сахара, дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид-3-фосфат, с помощью альдолазы .

  5. Молекула дигидроксиацетонфосфата изомеризуется триозофосфатизомеразой с образованием второго глицеральдегид-3-фосфата.

  6. Глицеральдегид-3-фосфат фосфорилируется глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой с образованием 1,3-бисфосфоглицерата. Этот шаг требует NAD+ в качестве кофактора.

  7. 1,3-бисфосфоглицерат превращается в 3-фосфоглицерат с помощью фосфоглицераткиназы . Этот этап включает перенос молекулы фосфата на АДФ с образованием 1 молекулы АТФ.

  8. 3-фосфоглицерат перегруппировывается с образованием 2-фосфоглицерата под действием фермента фосфоглицератмутазы .

  9. 2-фосфоглицерат дегидратируется с образованием фосфоенолпирувата под действием фермента енолазы .

  10. Фосфоенолпируват превращается в пируват с помощью пируваткиназы . Этот этап включает перенос молекулы фосфата на АДФ с образованием 1 молекулы АТФ.

Микроокружение клетки определяет судьбу пирувата после первых десяти стадий гликолиза. Если в клетке отсутствуют митохондрии, она плохо насыщается кислородом или потребность в энергии быстро увеличивается, превышая скорость, с которой окислительное фосфорилирование может обеспечить достаточное количество АТФ, пируват может быть преобразован в лактат с помощью фермента 9.0013 лактатдегидрогеназа. [1] Этот этап включает окисление НАДН до НАД+, что позволяет продолжить гликолиз посредством реакции глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (этап № 6, см. выше).

Тестирование

Молочная кислота, конечный продукт анаэробного гликолиза, обычно измеряется в условиях стационара. Поскольку анаэробный гликолиз преобладает, когда ткани плохо оксигенированы или перфузированы, уровни молочной кислоты полезны при лечении тяжелого сепсиса, шока, кровопотери, анемии или сердечной недостаточности. Гиперлактатемия и лактоацидоз указывают на неэффективный сердечный выброс и связаны с повышенной заболеваемостью и смертностью.[6][7][8]

Клиническое значение

  1. Молочная кислота в сыворотке: Уровни молочной кислоты увеличиваются, когда потребность в кислороде превышает поступление/доставку кислорода, например, при анемии, сердечной недостаточности, тяжелой инфекции (сепсисе) и шоке. Измерения молочной кислоты полезны для диагностики и направления лечения таких состояний.[6][7][8]

  2. Анаэробные упражнения:  В периоды высокоинтенсивных упражнений, когда потребность в кислороде превышает его поступление, производство АТФ в мышцах зависит от анаэробного гликолиза. Хотя при окислительном фосфорилировании образуется примерно в 15 раз больше АТФ, чем при гликолизе, скорость гликолиза примерно в 100 раз выше [3].

  3. Эффект Варбурга : Одним из отличительных признаков рака является переход от аэробного к анаэробному метаболизму, наблюдаемый в опухолевых клетках, известный как  Эффект Варбурга . По мере роста опухоли они расширяются за пределы возможностей местного кровоснабжения. Чтобы бороться с неадекватной тканевой перфузией и оксигенацией, раковые клетки отказываются от окислительного метаболизма и вместо этого в значительной степени полагаются на анаэробный гликолиз.[9]

  4. Фибромиалгия: Фибромиалгия — это хроническое болевое состояние, характеризующееся диффузными болезненными точками на теле при отсутствии патологических диагностических тестов. Некоторые исследования выявили увеличение выработки пирувата и лактата у людей с фибромиалгией по сравнению со здоровыми людьми, а также снижение выработки АТФ. Субъекты с фибромиалгией также экспрессировали лактатдегидрогеназу в более низких концентрациях.[10][11]

Контрольные вопросы

  • Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.

  • Прокомментируйте эту статью.

Рисунок

Анаэробный гликолиз. Изображение предоставлено O.Chaigasame

Ссылки

1.

Granchi C, Bertini S, Macchia M, Minutolo F. Ингибиторы изоформ лактатдегидрогеназы и их терапевтический потенциал. Курр Мед Хим. 2010;17(7):672-97. [PubMed: 20088761]

2.

Минаками С., Йошикава Х. Исследования гликолиза эритроцитов. II. Изменения свободной энергии и скорость лимитирующих стадий гликолиза эритроцитов. Дж Биохим. 1966 февраля; 59(2):139-44. [PubMed: 4223318]

3.

Peek CB, Levine DC, Cedernaes J, Taguchi A, Kobayashi Y, Tsai SJ, Bonar NA, McNulty MR, Ramsey KM, Bass J. Взаимодействие циркадных часов с HIF1α опосредует оксигенность Метаболизм и анаэробный гликолиз в скелетных мышцах. Клеточный метаб. 2017 10 января; 25 (1): 86-92. [Бесплатная статья PMC: PMC5226863] [PubMed: 27773696]

4.

Чабра М., Праусниц Дж.М., Радке С.Дж. Моделирование метаболизма роговицы и транспорта кислорода при ношении контактных линз. Optom Vis Sci. 2009 г.Май; 86 (5): 454-66. [PubMed: 19357551]

5.

Чен Ю, Фрай до н.э., Лейтон АТ. Моделирование метаболизма глюкозы и продукции лактата в почках. Математические бионауки. 2017 июль; 289: 116-129. [Бесплатная статья PMC: PMC5533195] [PubMed: 28495544]

6.

Suetrong B, Walley KR. Молочнокислый ацидоз при сепсисе: это не все анаэробы: значение для диагностики и лечения. Грудь. 2016 Январь; 149 (1): 252-61. [PubMed: 26378980]

7.

Ди Мауро FM, Шеффлер ГЛ. Измерение уровня лактата в месте оказания медицинской помощи. Топ-компаньон Аним Мед. 2016 март;31(1):35-43. [PubMed: 27451047]

8.

Перонне Ф., Агиланиу Б. [Физиологическое значение и интерпретация концентрации лактата в плазме и pH в клинических нагрузочных тестах]. Преподобный Мал Респир. 2014 июнь;31(6):525-51. [PubMed: 25012038]

9.

Шварц Л., Супуран КТ, Альфарук К.О. Эффект Варбурга и признаки рака. Противораковые агенты Med Chem. 2017;17(2):164-170. [В паблике: 27804847]

10.

Вызвана ли фибромиалгия нарушением гликолиза? Nutr Rev. 1994 г., июль; 52 (7): 248–50. [PubMed: 80]

11.

Эйзингер Дж., Плантамура А., Аяву Т. Нарушения гликолиза при фибромиалгии. J Am Coll Nutr. 1994 апр; 13 (2): 144-8. [PubMed: 8006296]

Биохимия, гликолиз — StatPearls — Книжная полка NCBI

Рахил Чаудри; Мэтью Варакалло.

Информация об авторе и принадлежности

Последнее обновление: 15 августа 2022 г.

Введение

Гликолиз — это метаболический путь и анаэробный источник энергии, который появился почти у всех типов организмов. Другое название этого процесса — путь Эмбдена-Мейергофа, в честь основных участников его открытия и понимания. Хотя он не требует кислорода, отсюда его назначение в анаэробном дыхании, он также является первым шагом в клеточном дыхании. Этот процесс включает в себя окисление молекул глюкозы, самого важного органического топлива в растениях, микробах и животных. Большинство клеток предпочитают глюкозу (хотя есть и исключения, например уксуснокислые бактерии, которые предпочитают этанол). При гликолизе расходуются 2 молекулы АТФ, образуя 4 АТФ, 2 НАДН и 2 пирувата на молекулу глюкозы. Пируват можно использовать в цикле лимонной кислоты или служить предшественником для других реакций.[2][3][4]

Основы

Гликолиз в конечном итоге расщепляет глюкозу на две молекулы пирувата. Можно думать о гликолизе как о двух фазах, происходящих в цитозоле клеток. Первая фаза является фазой «инвестиций» из-за использования двух молекул АТФ, а вторая — фазой «окупаемости». Все эти реакции катализируются собственным ферментом, при этом фосфофруктокиназа является наиболее важной для регуляции, поскольку она контролирует скорость гликолиза.

Гликолиз происходит как в аэробных, так и в анаэробных состояниях. В аэробных условиях пируват входит в цикл лимонной кислоты и подвергается окислительному фосфорилированию, что приводит к чистому производству 32 молекул АТФ. В анаэробных условиях пируват превращается в лактат посредством анаэробного гликолиза. Анаэробное дыхание приводит к производству 2 молекул АТФ.[5] Глюкоза — это гексозный сахар, то есть моносахарид с шестью атомами углерода и шестью атомами кислорода. Первый углерод имеет присоединенную альдегидную группу, а остальные пять атомов углерода имеют по одной гидроксильной группе. Во время гликолиза глюкоза в конечном итоге распадается на пируват и энергию; всего в процессе образуется 2 АТФ (глюкоза + 2 НАД+ + 2 АДФ + 2 Pi —> 2 пируват + 2 НАДН + 2 Н+ + 2 АТФ + 2 ч3О). Гидроксильные группы обеспечивают возможность фосфорилирования. Специфической формой глюкозы, используемой в гликолизе, является глюкозо-6-фосфат.

Сотовый уровень

Гликолиз происходит в цитозоле клеток. В аэробных условиях пируват, полученный из глюкозы, поступает в митохондрии, где подвергается окислительному фосфорилированию. Анаэробные условия приводят к тому, что пируват остается в цитоплазме и превращается в лактат ферментом лактатдегидрогеназой.

Молекулярный уровень

Глюкоза сначала превращается в глюкозо-6-фосфат под действием гексокиназы или глюкокиназы с использованием АТФ и фосфатной группы. Глюкокиназа является подтипом гексокиназы, обнаруженной у людей. Глюкокиназа имеет пониженное сродство к глюкозе и обнаруживается только в поджелудочной железе и печени, тогда как гексокиназа присутствует во всех клетках. Затем глюкозо-6-фосфат превращается в изомер фруктозо-6-фосфата с помощью фосфоглюкозоизомеразы. Затем фосфофруктозокиназа производит фруктозо-1,6-бисфосфат, используя другую молекулу АТФ. Дигидроксиацетонфосфат (ДГАФ) и глицеральдегид-3-фосфат затем создаются из фруктозо-1,6-бисфосфата с помощью фруктозобисфосфатальдолазы. DHAP будет преобразован в глицеральдегид-3-фосфат с помощью триозофосфатизомеразы, где теперь две молекулы глицеральдегид-3-фосфата продолжат движение по тому же пути. Глицеральдегид-3-фосфат окисляется в экзергонической реакции в 1,3-бисфосфоглицерат, восстанавливая молекулу НАД+ до НАДН и Н+. 1,3-бисфосфоглицерат затем превратится в 3-фосфоглицерат с помощью фосфоглицераткиназы, наряду с образованием первой молекулы АТФ в результате гликолиза. Затем 3-фосфоглицерат с помощью фосфоглицератмутазы преобразуется в 2-фосфоглицерат. С высвобождением одной молекулы Н3О энолаза будет производить фосфоенолпируват (ФЕП) из 2-фосфоглицерата. Из-за нестабильного состояния PEP пируваткиназа будет способствовать потере фосфатной группы для создания второй АТФ в гликолизе. Таким образом, PEP затем будет преобразовываться в пируват.[6][7][8]

Функция

Гликолиз происходит в цитозоле клетки. Это метаболический путь, который создает АТФ без использования кислорода, но может происходить в присутствии кислорода. В клетках, которые используют аэробное дыхание в качестве основного источника энергии, пируват, образующийся в этом пути, может использоваться в цикле лимонной кислоты и подвергаться окислительному фосфорилированию, чтобы подвергнуться окислению до углекислого газа и воды. Даже если клетки в основном используют окислительное фосфорилирование, гликолиз может служить аварийным запасным источником энергии или этапом подготовки перед окислительным фосфорилированием. В сильно окислительных тканях, таких как сердце, производство пирувата необходимо для синтеза ацетил-КоА и синтеза L-малата. Он служит предшественником многих молекул, таких как лактат, аланин и оксалоацетат.[8]

Молочнокислому брожению предшествует гликолиз; пируват, полученный в первом процессе, служит предпосылкой для лактата, полученного во втором процессе. Ферментация молочной кислоты является основным источником АТФ в тканях животных с низкими метаболическими потребностями и небольшим количеством митохондрий или их отсутствием. В эритроцитах молочнокислое брожение является единственным источником АТФ, поскольку в них отсутствуют митохондрии, а зрелые эритроциты мало нуждаются в АТФ. Другой частью тела, которая полностью или почти полностью зависит от анаэробного гликолиза, является хрусталик глаза, который лишен митохондрий, поскольку их присутствие привело бы к рассеянию света.

Хотя скелетные мышцы предпочитают катализировать глюкозу в углекислый газ и воду во время тяжелых упражнений, когда кислорода недостаточно, мышцы одновременно подвергаются анаэробному гликолизу и окислительному фосфорилированию.[8]

Постановление

Глюкоза

Количество глюкозы, доступной для процесса, регулирует гликолиз, который становится доступным главным образом двумя путями: регуляцией обратного захвата глюкозы или регуляцией распада гликогена. Транспортеры глюкозы (GLUT) переносят глюкозу снаружи клетки внутрь. Клетки, содержащие ГЛЮТ, могут увеличить количество ГЛЮТ в клеточной плазматической мембране из внутриклеточного матрикса, тем самым увеличивая поглощение глюкозы и запас глюкозы, доступной для гликолиза. Существует пять типов GLUT. GLUT1 присутствует в эритроцитах, гематоэнцефалическом барьере и гематоплацентарном барьере. GLUT2 находится в печени, бета-клетках поджелудочной железы, почках и желудочно-кишечном тракте. GLUT3 присутствует в нейронах. GLUT4 содержится в адипоцитах, сердце и скелетных мышцах. GLUT5 специфически транспортирует фруктозу в клетки. Другой формой регуляции является расщепление гликогена. Клетки могут запасать дополнительную глюкозу в виде гликогена, когда уровень глюкозы в клеточной плазме высок. И наоборот, при низком уровне гликоген может снова превращаться в глюкозу. Два фермента контролируют расщепление гликогена: гликогенфосфорилаза и гликогенсинтаза. Ферменты могут регулироваться через петли обратной связи глюкозы или глюкозо-1-фосфата, или посредством аллостерической регуляции метаболитами, или посредством контроля фосфорилирования/дефосфорилирования.[8]

Аллостерические регуляторы и кислород

Как описано выше, многие ферменты участвуют в гликолитическом пути, превращая один промежуточный продукт в другой. Контроль этих ферментов, таких как гексокиназа, фосфофруктокиназа, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа и пируваткиназа, может регулировать гликолиз. Количество доступного кислорода также может регулировать гликолиз. «Эффект Пастера» описывает, как доступность кислорода снижает эффект гликолиза, а снижение доступности приводит к ускорению гликолиза, по крайней мере, вначале. Механизмы, ответственные за этот эффект, включают аллостерические регуляторы гликолиза (такие ферменты, как гексокиназа). «Эффект Пастера», по-видимому, в основном возникает в тканях с высокой митохондриальной емкостью, таких как миоциты или гепатоциты. Тем не менее, этот эффект не является универсальным в окислительных тканях, таких как клетки поджелудочной железы.[8]

Ферментная индукция

Другим механизмом контроля скорости гликолиза является транскрипционный контроль гликолитических ферментов. Изменение концентрации ключевых ферментов позволяет клетке изменяться и адаптироваться к изменениям гормонального статуса. Например, повышение уровня глюкозы и инсулина может повысить активность гексокиназы и пируваткиназы, тем самым увеличивая выработку пирувата.[8]

ПФК-1

Фруктоза 2,6-бисфосфат является аллостерическим регулятором PFK-1. Высокий уровень фруктозо-2,6-бисфосфата повышает активность PFK-1. Его продукция происходит под действием фосфофруктокиназы-2 (ПФК-2). PFK-2 обладает как киназной, так и фосфорилазной активностью и может преобразовывать фруктозо-6-фосфаты в фруктозо-2,6-бисфосфат и наоборот. Инсулин дефосфорилирует PFK-2, активируя его киназную активность, которая увеличивает фруктозо-2,6-бисфосфат и впоследствии активирует PFK-1. Глюкагон также может фосфорилировать PFK-2, который активирует фосфатазу, превращая фруктозо-2,6-бисфосфат обратно в фруктозо-6-фосфат. Эта реакция снижает уровень фруктозо-2,6-бисфосфата и снижает активность PFK-1.[8]

Механизм

Фазы гликолиза

Гликолиз состоит из двух фаз: фазы инвестиций и фазы отдачи. Инвестиционная фаза — это когда есть энергия, когда вкладывается АТФ, а фаза отдачи — это когда происходит чистое создание молекул АТФ и НАДН. Всего на фазе инвестиций проходит 2 АТФ, при этом производство 4 АТФ приводит к фазе выплат; таким образом, всего имеется 2 АТФ. Этапы создания нового АТФ называются фосфорилированием на уровне субстрата.[8]

Инвестиционная фаза

В этой фазе к глюкозе добавляются два фосфата. Гликолиз начинается с того, что гексокиназа фосфорилирует глюкозу в глюкозо-6-фосфат (G6P). На этом этапе происходит первая передача фосфатной группы и происходит потребление первой АТФ. Кроме того, это необратимый шаг. Это фосфорилирование захватывает молекулу глюкозы в клетке, потому что она не может легко пройти через клеточную мембрану. Оттуда фосфоглюкозоизомераза изомеризует G6P во фруктозо-6-фосфат (F6P). Затем фосфофруктокиназа (PFK-1) добавляет второй фосфат. PFK-1 использует вторую АТФ и фосфорилирует F6P до фруктозо-1,6-бисфосфата. Этот этап также является необратимым и является этапом, ограничивающим скорость. На следующем этапе фруктозо-1,6-бисфосфат подвергается лизису на две молекулы, которые являются субстратами для фруктозо-бисфосфатальдолазы для превращения его в дигидроксиацетонфосфат (ДГАФ) и глицеральдегид-3-фосфат (Г3Ф). DHAP превращается в G3P триозофосфатизомеразой. DHAP и G3p находятся в равновесии друг с другом, то есть они трансформируются туда и обратно.[8]

Фаза выплаты

Важно помнить, что в начале этой фазы на каждую глюкозу приходится два трехуглеродных сахара. Фермент глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа метаболизирует G3P в 1,3-дифосфоглицерат путем восстановления NAD+ в NADH. Затем 1,3-дифосфоглицерат теряет фосфатную группу через фосфоглицераткиназу, образуя 3-фосфоглицерат и создавая АТФ посредством фосфорилирования на уровне субстрата. В этот момент образуется 2 АТФ, по одному из каждой трехуглеродной молекулы. 3-фосфоглицерат превращается в 2-фосфоглицерат под действием фосфоглицератмутазы, а затем энолаза превращает 2-фосфоглицерат в фосфоенолпируват (ФЕП). На последнем этапе пируваткиназа превращает ФЕП в пируват и фосфорилирует АДФ в АТФ путем фосфорилирования на уровне субстрата, создавая таким образом еще два АТФ. Этот шаг также необратим. В целом, на 1 молекулу глюкозы поступает 2 АТФ, а на выходе 4 АТФ, 2 НАДН и 2 молекулы пирувата. [8]

В клетках НАДН должен рециркулировать обратно в НАД+, чтобы обеспечить продолжение гликолиза. В отсутствие NAD+ фаза отдачи остановится, что приведет к резервному копированию гликолиза. В аэробных клетках НАДН превращается обратно в НАД+ путем окислительного фосфорилирования. В аэробных клетках это происходит путем ферментации. Существует два типа брожения: молочнокислое и спиртовое брожение.[8]

Клиническое значение

Дефицит пируваткиназы является аутосомно-рецессивной мутацией, вызывающей гемолитическую анемию. Неспособность образовывать АТФ вызывает повреждение клеток. Клетки набухают и поглощаются селезенкой, вызывая спленомегалию. Признаки и симптомы включают желтуху, желтуху, повышенный билирубин и спленомегалию.[9]][10][11]

Отравление мышьяком также препятствует синтезу АТФ, поскольку мышьяк заменяет фосфат на стадиях гликолиза.[12]

Контрольные вопросы

  • Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.

  • Комментарий к этой статье.

Рисунок

Анаэробный гликолиз. Изображение предоставлено О. Чайгасаме

Ссылки

1.

Акрам М. Мини-обзор по гликолизу и раку. J Рак образования. 2013 сен; 28 (3): 454-7. [В паблике: 23728993]

2.

Матчинский Ф.М., Уилсон Д.Ф. Центральная роль глюкокиназы в гомеостазе глюкозы: взгляд через 50 лет после демонстрации присутствия фермента в островках Лангерганса. Фронт Физиол. 2019;10:148. [Статья бесплатно PMC: PMC6435959] [PubMed: 30949058]

3.

Jin L, Zhou Y. Решающая роль пентозофосфатного пути в злокачественных опухолях. Онкол Летт. 2019 май;17(5):4213-4221. [Бесплатная статья PMC: PMC6444344] [PubMed: 30944616]

4.

Liu Y, Zhang Z, Wang J, Chen C, Tang X, Zhu J, Liu J. Метаболическое перепрограммирование приводит к аномальному гликолизу при раке желудка: обзор. Onco нацеливается на Ther. 2019;12:1195-1204. [Статья бесплатно PMC: PMC6389007] [PubMed: 30863087]

5.

Granchi C, Bertini S, Macchia M, Minutolo F. Ингибиторы изоформ лактатдегидрогеназы и их терапевтические возможности. Курр Мед Хим. 2010;17(7):672-97. [PubMed: 20088761]

6.

Xiong Y, Lei QY, Zhao S, Guan KL. Регуляция гликолиза и глюконеогенеза путем ацетилирования PKM и PEPCK. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 2011;76:285-9. [Статья бесплатно PMC: PMC4876600] [PubMed: 22096030]

7.

Малайс В.Дж., Чжан И., Сенер А. Направление фермент-фермент на ранних этапах гликолиза в островках поджелудочной железы крысы. Эндокринный. 2004 г., июль; 24 (2): 105-9. [PubMed: 15347834]

8.

Lenzen S. Свежий взгляд на регуляцию гликолиза и глюкокиназы: история и текущее состояние. Дж. Биол. Хим. 2014 02 мая; 289(18):12189-94. [Бесплатная статья PMC: PMC4007419] [PubMed: 24637025]

9.

Ren Y, Shen HM.