ГЛИКОЛИЗ

ГЛИКОЛИЗ (от греческого glykys — сладкий и ...лиз), путь Эмбдена — Мейергофа — Парнаса, ферментативный анаэробный процесс негидролитического распада углеводов (главным образом глюкозы) до молочной кислоты. Филогенетически наиболее древний путь расщепления глюкозы, широко распространён в природе и играет важную роль в обмене веществ живых организмов. Обеспечивает клетку энергией в условиях недостаточного снабжения кислородом (у облигатных анаэробов гликолиз — единственный процесс, поставляющий энергию), а в аэробных условиях гликолиз является стадией, предшествующей дыханию — окислительному распаду углеводов до CO₂ и H₂O. У высших животных, в том числе млекопитающих, гликолиз интенсивно происходит в скелетных мышцах, печени, сердце, эритроцитах, сперматозоидах, эмбриональных и других растущих (в т. ч. опухолевых) тканях. Ферменты гликолиза локализованы в растворимой части цитоплазмы клеток. Многим микроорганизмам свойствен идентичный гликолизу процесс гомоферментативного молочнокислого брожения. Большинство других типов сбраживания углеводов являются вариантами гликолиза. На первой стадии гликолиза (реакции 1–5) происходят превращения фосфорных эфиров сахаров, сопровождающиеся расходованием двух молекул АТФ на одну молекулу глюкозы. Образовавшийся фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется на две молекулы 3-фосфоглицеринового альдегида, окислительно-восстановительное превращения которого происходят на следующей стадии гликолиза и сопровождаются образованием АТФ. В процессе гликолитического оксидоредукции (реакции 6, 7) реализуется окисление 3-фосфоглицеринового альдегида до 3-фосфоглицериновой кислоты, сопряжённое с восстановлением НАД и фосфорилированием АДФ на уровне субстрата. В процессе последующего превращения 3-фосфоглицериновой кислоты в пировиноградную кислоту через стадию образования фосфоенолпирувата (реакции 8–10) образуется ещё одна молекула АТФ. При восстановлении пировиноградной кислоты за счёт восстановленного НАД возникает конечный продукт гликолиза — молочная кислота (реакция 11). Таким образом, при распаде одной молекулы глюкозы по гликолитическому пути образуется две молекулы молочной кислоты и две молекулы АТФ (с учётом АТФ, затраченной на первой стадии гликолиза). Гликолиз энергетически менее выгоден, чем дыхание, так как поставляет около 5% энергии, которая может быть получена при полном окислении глюкозы до CO₂ и H₂O. Кроме глюкозы в гликолиз могут вовлекаться другие гексозы (манноза, галактоза, фруктоза), пентозы и глицерин. Субстратом гликолиза у животных может также служить гликоген (в этом случае процесс называется гликогенолизом), а у растений — крахмал, глюкозные единицы которых вовлекаются в гликолиз благодаря действию гликоген фосфорилазы (реакция 12) или фосфорилазы крахмала и фосфоглюкомутазы (реакция 13). В процессе гликогенолиза (наиболее интенсивно протекает в мышцах) при распаде одной глюкозной единицы запасается три молекулы АТФ. Все реакции гликолиза, за исключением 1-й, 3-й и 10-й, обратимы; при образовании глюкозы из неуглеводных соединений реализуется обращение обратимых и «обход» необратимых реакций гликолиза. Ключевой стадией, лимитирующей скорость гликолиза, является реакция, катализируемая аллостерическим ферментом фосфофруктокиназой, активность которого стимулируется АМФ и АДФ и подавляется АТФ и лимонной кислотой. Важную роль в регуляции играют также другие ферменты гликолиза. В присутствии кислорода скорость гликолиза снижается в связи с началом дыхания (эффект Пастера), это обеспечивает более эффективный механизм образования богатых энергией связей. В опухолевых клетках, безъядерных эритроцитах, эмбриональных и некоторых других тканях обнаружен активный гликолиз в присутствии O₂ (т. н. аэробный гликолиз).

Реакции гликолиза, гликогенолиза и глюконеогенеза. Светлые стрелки — путь гликолиза, тёмные стрелки — путь глюконеогенеза. В рамках указаны субстраты гликолиза и глюконеогенеза. Реакции гликолиза катализируются ферментами: гексокиназой, или глюкокиназой (1), фосфоглюкоизомеразой (2), фосфофруктокиназой (3), альдолазой (4), триозофосфатизомеразой (5), глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (6), фосфоглицераткиназой (7), фосфоглицеромутазой (8), енолазой (9), пируваткиназой (10), лактатдегидрогеназой (11). Дополнительные реакции, обеспечивающие осуществление гликогенолиза, катализируются ферментами: фосфорилазой (12) и фосфоглюкомутазой (13). Реакции глюконеогенеза, идущие в «обход» необратимых (1,3, 10) реакций гликолиза, катализируются ферментами пируваткарбоксилазой (14), малатдегидрогеназой (15), фосфоенолпируваткарбоксикиназой (16), фруктозодифосфатазой (17), глюкозо-6-фосфатазой (18).