Десять реакций, которые превращают одну молекулу глюкозы в две молекулы пирувата — с чистой прибылью в 2 ATP и 2 NADH. Универсальный путь: работает в каждой клетке, с кислородом и без.
Одна про экономику процесса, другая — про азарт. Обе про одно: сначала вложить, потом забрать больше.
Это сборочная линия наоборот: глюкозу тут не собирают, а разбирают. Сначала цех кладёт в станок 2 монеты (2 ATP), чтобы «завести» молекулу и сделать её нестабильной. Потом разрезает её пополам — и на второй половине пути каждая половинка приносит по 2 монеты. Итого выложили 2, получили 4 — в кассе остаётся +2 ATP.
Сначала платишь фишку (1 ATP), чтобы сесть за стол — и тебе сдают пару тузов (глюкозо-6-фосфат). Платишь ещё фишку, чтобы разбить пару на две руки — молекула распадается надвое. Дальше обе руки выигрывают: одна отбивает ставку, вторая — чистая прибыль. А так как выигрыш здесь всегда — клетка сидит за этим столом день и ночь.
По мотивам New Under The Sun BlogСначала баланс ATP уходит в минус (вложение), затем резко растёт (отдача). Форма «галочки» — суть гликолиза.
Глюкоза растворима в воде и сама сквозь мембрану не пройдёт. Её проводит белок-переносчик GLUT — и работает он в обе стороны (может и вынести глюкозу наружу).
GLUT1–3 работают «от самой глюкозы» — инсулин им не нужен. А GLUT4 особенный: инсулин выводит его на мембрану, поэтому мышцы и жир забирают глюкозу только «по команде» инсулина — вот почему при диабете сахар в крови высокий, а в клетку не попадает. ◆ для запоминания«BBB — Kids Lips are Pink, Mother Father»: GLUT1 = Blood / Baby / BBB; GLUT2 = Kidney / Liver / Pancreas; GLUT3 = Placenta / Neuron / Kidney; GLUT4 = Muscle / Fat.
Три реакции необратимы и служат «кранами» регуляции — они помечены. Остальные легко идут в обе стороны.
Необратимо. Фосфат как цепь приковывает глюкозу к клетке: заряженная молекула уже не выскочит наружу через мембрану. Заодно это держит уровень свободной глюкозы низким — и она продолжает втекать внутрь. Какой именно фермент — ◆ ферментВ большинстве тканей (мышцы и др.) — гексокиназа: у неё высокое сродство к глюкозе, работает даже при низком сахаре. В печени — глюкокиназа: включается только при высоком сахаре (после еды), чтобы печень запасала излишки. Обе сажают фосфат на 6-й углерод..
◆ простыми словамиМолекула остаётся той же по составу, но в ней переставляют одну химическую группу (из альдегидной формы в кетонную). Новая форма удобнее для следующего шага — тут появится место для второго фосфата. — молекулу слегка перекладывают внутри, состав прежний. В новой форме удобнее посадить второй фосфат.
Необратимо · главный регулятор. Ключевая точка всего пути: ATP тормозит фермент, а АМФ (сигнал «энергии мало») и ◆ связь с путямиОткуда берётся: его делает отдельный фермент ФФК-2 из фруктозо-6-фосфата. Сам он в гликолизе не участвует — это сигнал сытости. Когда клетка сыта (высокий инсулин), его много, и он говорит ФФК-1: «топлива вдоволь — разгоняйся». При голоде (глюкагон) он исчезает, гликолиз тормозится и уступает место обратному пути — глюконеогенезу. — разгоняют. Кстати, приставка ◆ про название«бис-фосфат» — два фосфата на разных углеродах, через промежуток (тут на C1 и C6). Если бы фосфаты стояли рядом, было бы «би-фосфат». Отсюда фруктозо-1,6-бисфосфат. в названии продукта — не опечатка.
Молекулу разрезают пополам на две трёхуглеродные: дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид-3-фосфат.
Только Г3Ф идёт дальше, поэтому ДГАФ превращают в него. Теперь у нас 2 × Г3Ф — всё дальше считаем ×2.
Тут с молекулы срывают водороды — это и есть окисление. Освободившуюся энергию клетка ловит сразу. Часть идёт на ◆ на пальцахNAD⁺ — маленький «грузовик» для водородов. На шаге 6 гликолиз грузит на него водороды, и он становится NADH. Гружёные грузовики едут разгружаться в дыхательную цепь: из их груза там делают ATP. Но разгрузка идёт только с кислородом. Без кислорода девать их некуда, а когда все грузовики гружёные, шаг 6 встаёт вместе со всем гликолизом. Тогда клетка сбрасывает груз прямо на пируват (получается лактат), и грузовик снова пустой, готов работать.: его грузят водородами, и он становится NADH. А заодно к молекуле цепляют ещё один фосфат прямо из среды (его зовут Pi).
Первый возврат ATP. Молекула сама отдаёт свой фосфат прямо на АДФ, и получается ATP — это зовут ◆ на пальцахATP тут делается напрямую: готовый «заряженный» фосфат перескакивает с молекулы прямо на АДФ, без всякого кислорода и мембран. У этого способа есть противоположность — окислительное фосфорилирование в дыхательной цепи, где ATP крутит турбину ATP-синтазы. В гликолизе так добывают ATP на шагах 7 и 10..
Фосфат переносят с 3-го на 2-й углерод — подготовка к образованию высокоэнергетической связи.
Отщепление воды создаёт ФЕП — соединение с самой «богатой» фосфатной связью в клетке.
Необратимо. Второй возврат ATP и финальный продукт — пируват. Дальше его судьба зависит от кислорода.
Пируват — не конец, а перекрёсток. Куда он свернёт, решает кислород.
Полное «дожигание»: с одной глюкозы в сумме выходит ~30–32 ATP. Основной путь для клеток с митохондриями.
Быстрый аварийный выход. Главное — он возвращает NAD⁺, чтобы гликолиз не встал. Так живут эритроциты и мышца на спринте.
Помни: вторая фаза идёт дважды (две триозы), поэтому её доходы удваиваются.
Главный «кран» — ФФК-1 (шаг 3). Он слушает, сыта клетка или голодна, через сигнал фруктозо-2,6-бисфосфата.
У зрелых эритроцитов нет митохондрий — гликолиз до лактата их единственный источник ATP. Дефицит пируваткиназы (шаг 10) → хроническая гемолитическая анемия.
Опухолевые клетки гонят глюкозу через гликолиз даже при достатке кислорода. Именно поэтому они «светятся» на ◆ в клиникеПозитронно-эмиссионная томография — снимок, показывающий, где в теле активнее всего потребляют глюкозу. Пациенту вводят меченую глюкозу (¹⁸F-ФДГ); опухоли с их жадным гликолизом накапливают её и ярко светятся на снимке. с меченой глюкозой (¹⁸F-ФДГ).
При нехватке кислорода пируват → лактат (лактатдегидрогеназа). Это регенерирует NAD⁺, чтобы гликолиз не встал — ценой закисления и роста лактата в крови.
Скорость всего пути задаёт шаг 3 — работает как автоматика на электростанции: энергии в клетке много (много ATP) — станцию приглушают; энергии мало (много АМФ) — разгоняют. Так путь сам подстраивается под нужды клетки.
Аналогия из Advances in Physiology EducationЛактат из мышц и эритроцитов уносится с кровью в печень, где превращается обратно в глюкозу (глюконеогенез) и снова уходит в кровоток. Так тело «отдаёт долг» по молочной кислоте.
Высокий ЛДГ = много пирувата уходит в лактат = тканям не хватает кислорода. Растёт при инфаркте миокарда, ишемии, некрозе кишки; вместе с ним — ◆ в клиникеМолочная кислота закисляет кровь — pH падает. В анализах это видно как увеличенный анионный провал (anion gap): накопление «невидимых» кислотных анионов..
Ответь про себя, потом раскрой — сходится ли.
Фосфорилирование добавляет заряд, и глюкозо-6-фосфат уже не может выйти обратно через мембрану (нет переносчика для заряженной формы). Плюс это удерживает концентрацию свободной глюкозы низкой, поддерживая её приток внутрь.
Их вложили в первой фазе: по одному ATP на шагах 1 и 3. Фаза 2 приносит 4 ATP (по 2 на шагах 7 и 10, так как триоз две), минус 2 вложенных = чистые +2 ATP.
Дело в NAD⁺ — вспомни «грузовик» для водородов. На шаге 6 гликолиз загружает его до отказа (получается NADH). Грузовиков в клетке немного. Если все загрузятся и не разгрузятся, шаг 6 встанет, а с ним и весь гликолиз. Обычно NADH разгружается в дыхательной цепи, но там нужен кислород. Без кислорода клетка идёт на хитрость: сбрасывает водороды на пируват, и тот становится лактатом. Грузовик снова пустеет (опять NAD⁺) и готов возить. Сам лактат тут не цель — важно освободить NAD⁺, иначе гликолиз заглохнет.
Прочитай вопрос и подумай сам. Потом открывай по одному шагу, будто рядом сидит преподаватель и спрашивает «а почему?».
Мальчик 5 лет. Приступы потери сознания натощак, потливость, бледность — и легчает после еды. «Кукольное» лицо с пухлыми щеками, тонкие ручки, большой живот, увеличена печень. Глюкоза 2,2 ммоль/л, триглицериды и лактат высокие.
Карточки подстраиваются под тебя: «легко» отодвигает повтор дальше, «снова» возвращает скоро. Прогресс хранится прямо в браузере.