Гликолиз


Глико́лиз, или путь Эмбдена — Мейергофа — Парнаса[1] (от греч. γλυκός — сладкий и греч. λύσης — расщепление) — процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты. Гликолиз состоит из цепи последовательных ферментативных реакций и сопровождается запасанием энергии в форме АТФ и НАДH. Гликолиз является универсальным путём катаболизма глюкозы и одним из трёх (наряду с пентозофосфатным путём и путём Энтнера — Дудорова) путей окисления глюкозы, встречающихся в живых клетках. Реакция гликолиза в суммарном виде выглядит следующим образом:

Кислород не требуется для протекания гликолиза. В аэробных условиях пировиноградная кислота далее декарбоксилируется, соединяется с коферментом А и вовлекается в цикл Кребса. В анаэробных условиях (при гипоксии) пируват восстанавливается до молочной кислоты либо претерпевает дальнейшие превращения в ходе брожения[3][4].

Распад шестиуглеродного сахара глюкозы на две молекулы трёхуглеродного пирувата осуществляется в 10 стадий, первые 5 которых составляют подготовительный этап с затратой АТФ, а 5 последующих — этап, сопряжённый с образованием АТФ. Все сахара и их производные, образующиеся при гликолизе, являются D-изомерами. В ходе реакций гликолиза глюкоза сначала фосфорилируется по гидроксильной группе при шестом атоме углерода (C-6), давая глюкозо-6-фосфат (стадия 1). Глюкозо-6-фосфат затем изомеризуется в фруктозо-6-фосфат (стадия 2), который вновь фосфорилируется, на этот раз по гидроксильной группе при первом атоме углерода, при этом образуется фруктозо-1,6-бисфосфат (стадия 3). В ходе обеих этих реакций фосфорилирования донором фосфорильной группы является АТФ. Далее фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две трёхуглеродные молекулы — дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид-3-фосфат (стадия 4), эта стадия и дала название всему пути. Дигидроксиацетонфосфат изомеризуется в глицеральдегид-3-фосфат (стадия 5), так что к концу подготовительного этапа из глюкозы образуется 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата, которые в дальнейшем претерпевают одинаковые превращения. Изомеризация на стадии 2 необходима для дальнейшего фосфорилирования, а также разрыва связи С—С на стадии 4, как будет подробнее показано в дальнейшем. При этом в подготовительной стадии гликолиза расходуется 2 молекулы АТФ, что увеличивает свободную энергию промежуточных соединений пути[5].


Схема гликолиза
Ион магния «закрывает собой» часть отрицательного заряда фосфатных групп АТФ
Изменение свободной энергии (ΔG, кДж/моль) на каждой стадии гликолиза
Схема гликогенолиза
1 — фруктоза, 2 — фруктозо-1-фосфат, 3 — дигидроксиацетонфосфат, 4 — глицеральдегид, 5 — глицеральдегид-3-фосфат, FK — фруктокиназа, ALD-B — фруктозо-1-фосфатальдолаза, TPI — триозофосфатизомераза, TK — триозокиназа.
1 — галактоза, 2 — галактозо-1-фосфат, 3 — UDP-глюкоза, 4 — UDP-галактоза, 5 — глюкозо-1-фосфат, 6 — глюкозо-6-фосфат. GK — галактокиназа, GALT — галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза, UGE — UDP-глюкозо-4-эпимераза, PGM — фосфоглюкомутаза.
Маннозо-6-фосфат
Пространственная структура гексокиназы I типа
Пространственная структура фосфофруктокиназы-1
Образование фруктозо-2,6-бисфосфата (снизу) из фруктозо-6-фосфата (сверху)
Ксилулозо-5-фосфат
Пространственная структура пируваткиназы
Отто Мейергоф — один из первооткрывателей гликолиза
Артур Гарден