Аэробное окисление пирувата (окислительное декарбоксилирование пировиноградной кты). А. Аэробное и анаэробное окисление глюкозы Биологическое окисление углеводов

Анаэробное окисление углеводов происходит в клетках, органах и тканях без участия кислорода. Если процесс начинается с превращения глюкозы и заканчивается образованием молочной кислоты, то он называется анаэробным гликолизом, если начинается с превращения гликогена – гликогенолизом.

Гликолиз

На 1-й стадии гликолиза (рис. 7) происходит фосфорилирование глюкозы под действием фермента гексокиназы в присутствии АТФ и ионов Mg 2+ с образованием глюкозо-6-фосфата (Г-6-Ф), который на 2-й стадии превращается во фруктозо-6-фосфат (Ф-6-Ф). Эту реакцию катализирует глюкозофосфатизомераза . В ходе 3-й стадии осуществляется фосфорилирование фруктозо-6-фосфата, в результате чего образуется фруктозо-1,6-дифосфат (Ф-1,6-Ф). Катализ данной реакции обеспечивает в присутствии ионов Mg 2+ и АТФ фосфофруктокиназа .

На 4-й стадии Ф-1,6-Ф под действием альдолазы расщепляется на 2 фосфотриозы - глицеральдегид-3-фосфат (ГА-3-Ф) и дигидроксиацетонфосфат (ДАФ).

ДАФ под действием триозофосфатизомеразы превращается в ГА-3-Ф. Таким образом, из одной молекулы глюкозы мы получаем 2 молекулы ГА-3-Ф.

ГА-3-Ф в присутствии глицеральдегидфосфатдегидрогеназы , кофермента НАД + и фосфорной кислоты окисляется с образованием 1,3-дифосфоглицерата (1,3-ДФГ) и НАДН(Н +). Энергия, высвобождающаяся в этой реакции аккумулируется в макроэргической связи 1,3-ДФГ, который далее превращается в 3-фосфоглицерат под действием фосфоглицераткиназы . Этот процесс сопряжен с фосфорилированием АДФ (образуется АТФ на уровне субстратного фосфорилирования ).

3-ФГ при участии фосфоглицератмутазы превращается в 2-фосфоглицерат (2-ФГ), который подвергается дегидратации в присутствии енолазы и ионов Mg 2+ . В результате образуется фосфоенолпируват (ФЕП), содержащий макроэргическую связь. ФЕП под действием пируваткиназы при наличии ионов Mg 2+ превращается в енольную форму пирувата . Этот процесс сопряжен с синтезом АТФ на уровне субстратного фосфорилирования. Енольная форма пирувата таутомеризуется в кетонную форму.

На заключительной стадии гликолиза происходит восстановление пирувата до L -лактата в присутствии НАДН(Н +) и фермента лактатдегидрогеназы . Образующийся в этой реакции кофермент НАД + в дальнейшем используется в реакции окисления ГА-3-Ф.

Таким образом конечными продуктами гликолиза являются 2 молекулы L-лактата и 2 молекулы АТФ в расчете на 1 молекулу глюкозы.

Регуляция гликолиза осуществляется на уровне фосфофруктокиназной реакции. Фермент ингибируется высоким содержанием АТФ и цитрата. Аллостерическими активаторами фосфофруктокиназы являются АМФ, АДФ, Ф-6-Ф.

Гликогенолиз

Гликоген представляет собой разветвленный полисахарид, состоящий из остатков -D-глюкозы, связанных между собой в линейных участках молекулы -1,4-гликозидными связями, а в точках ветвления -1,6-гликозидными связями.

Под действием гликогенфосфорилазы происходит отщепление одного глюкозного остатка в линейных участках с переносом его на молекулу фосфорной кислоты, в результате чего образуется глюкозо-1-фосфат (Г-1-Ф). Гликогенфосфорилаза работает до тех пор, пока до ближайшей точки ветвления не останется 4 остатка глюкозы, затем в работу включается фермент олигосахаридтрансфераза , переносящий фрагмент из 3-х глюкозных остатков на соседнюю ветвь, таким образом, в точке ветвления остается один глюкозный остаток. Он отщепляется гидролитическим путем с помощью -1,6-гликозидазы в виде свободной молекулы глюкозы и вновь создаются условия для работы гликогенфосфорилазы в линейной цепи.

Продукт глигогенфосфорилазной реакции Г-1-Ф далее под действием фосфоглюкомутазы превращается в Г-6-Ф , который вовлекается в гликолитический путь (рис. 8).

Рис. 8. Схема распада гликогена в мышцах и печени.

Конечные продукты гликогенолиза – 2 молекулы L-лактата и 3 молекулы АТФ в расчете на 1 молекулу глюкозы.

энергетическая . Анаэробное окисление – источник АТФ для биосинтетических процессов (идущих с поглощением энергии), для процессов мышечного сокращения и активного транспорта. В эритроцитах, не имеющих митохондрий, а следовательно и ферментов ЦТК, потребность в АТФ удовлетворяется только за счет анаэробного распада углеводов. Гликолиз дает 2 молекулы АТФ (табл. 1), а гликогенолиз - 3 АТФ в расчете на 1 молекулу глюкозы.

Таблица 1

Энергетический баланс гликолиза

Энергетический баланс гликогенолиза составляет 3 молекулы АТФ в расчете на 1 молекулу глюкозы (+ 4 АТФ на уровне субстратного фосфорилирования в тех же реакциях, что и при гликолизе и – 1 АТФ в фосфофруктокиназной реакции: Ф-6-Ф  Ф-1,6-Ф).

Эффективность использования энергии при гликолизе и гликогенолизе составляет 35 – 40 %, остальные 60 – 65 % рассеиваются в виде тепла. Таким образом, с энергетической точки зрения анаэробное окисление углеводов неэффективно, однако физиологическое его значение велико, так как организм может выполнять свои функции в условиях недостаточного снабжения кислородом;

- анаболическая (промежуточные продукты используются для биосинтетических процессов, например, ДАФ – для образования липидов, пируват – для синтеза некоторых аминокислот);

- регуляторная (1,3-ДФГ превращается в организме в 2,3-ДФГ, регулирующий сродство гемоглобина к кислороду. Чем выше уровень 2,3-ДФГ, тем ниже сродство и наоборот).

Аэробное окисление углеводов

Аэробный гликолиз протекает по тем же этапам, что и анаэробный до образования пирувата. В аэробных условиях пируват в митохондриях подвергается окислительному декарбоксилированию под действием мультиферментного пируватдегидрогеназного комплекса:

 КоА-SH, НАД + О

С = О НАДН(Н +) + СО 2 + СН 3 – С // S -КоА

 Е 1 -ТПФ, Е 2 -ЛК, Е 3 -ФАД

Е 1 – пируватдегидрогеназа (связана с тиаминпирофосфатом)

Е 2 – дигидролипоилтрансацетилаза (соединена с липоевой кислотой)

Е 3 – дигидролипоилдегидрогеназа (кофермент – флавинадениндинуклеотид)

Активность пируватдегидрогеназного комплекса ингибируется при высоких соотношениях АТФАДФ; ацетил-КоАКоА-SH; и НАДН(Н +)НАД + .

НАДН(Н +) поступает в дыхательную цепь, где его водород окисляется до воды, ацетил-КоА – в ЦТК, в котором он окисляется с образованием СО 2 и восстановленных коферментов НАДН(Н +) и ФАДН 2 , водород которых в дыхательной цепи окисляется до воды и этот процесс сопряжен с синтезом АТФ.

Таким образом конечными продуктами аэробного окисления углеводов являются СО 2 , Н 2 О и АТФ. Выход АТФ при окислении глюкозы в аэробных условиях составляет 38 молекл АТФ (табл. 2).

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ЭТТ

« Аэробное окисление углеводов. Биологическое окисление и восстановление»

МИНСК, 2008

Аэробное окисление углеводов - основной путь образования энергии для организма. Непрямой - дихотомический и прямой - апотомический.

Прямой путь распада глюкозы – пентозный цикл – приводит к образованию пентоз и накоплению НАДФН 2 . Пентозный цикл характеризуется последовательным отщеплением от молекул глюкозы каждого из ее 6 атомов углерода с образованием в течение одного цикла по 1 молекуле углекислого газа и воды. Распад всей молекулы глюкозы происходит в течение 6 повторяющихся циклов.

Значение пентозофосфатного цикла окисления углеводов в обмене веществ велико:

1. Он поставляет восстановленный НАДФ, необходимый для биосинтеза жирных кислот, холестерина и т.д. За счет пентозного цикла на 50% покрывается потребность организма в НАДФН 2 .

2. Поставка пентозофосфатов для синтеза нуклеиновых кислот и многих коферментов.

Реакции пентозного цикла протекают в цитоплазме клетки.

При ряде патологических состояний удельный вес пентозного пути окисления глюкозы возрастает.

Непрямой путь – распад глюкозы до углекислого газа и воды с образованием 36 молекул АТФ.

1. Распад глюкозы или гликогена до пировиноградной кислоты

2. Превращение пировиноградной кислоты в ацетил- КоА

Окисление ацетил-КоА в цикле Кребса до углекислого газа и воды

С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 ® 6 СО 2 + 6 Н 2 О + 686 ккал

В случае аэробного превращения пировиноградная кислота подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил- КоА, который затем окисляется до углекислого газа и воды.

Окисление пирувата до ацетил-КоА, катализируется пируватдегидрогеназной системой и протекает в несколько стадий. Суммарно реакция:

Пируват + НАДН + НS-КоА ® ацетил- КоА+ НАДН 2 + СО 2 реакция практически необратима

Полное окисление ацетил-КоА происходит в цикле трикарбоновых кислот или цикле Кребса. Этот процесс протекает в митохондриях.

Цикл состоит из 8 последовательных реакций:

В этом цикле, молекула, содержащая 2 атома углерода (уксусная кислота в форме ацетил-КоА) реагирует с молекулой щавелевоуксусной кислоты, в результате чего образуется соединение с 6 атомами углерода – лимонная кислота. В процессе дегидрирования, декарбоксилирования и подготовительной реакции лимонная кислота вновь превращается в щавелевоуксусную кислоту, которая легко соединяется с другой молекулой ацетил- КоА.

1) ацетил-КоА + оксалоацетат (ЩУК) ®лимонная кислота

цитратсинтаза

2) лимонная кислота® изолимонная кислота

аконитатгидратаза

3)изолимонная к-та+НАД®a-кетоглутаровая к-та+НАДН 2 + СО 2

изоцитратдегидрогеназа

4)a-кетоглутаровая к-та+НS-КоА+НАД®сукцинилSКоА+НАДН 2 + СО 2

5) сукцинил-КоА+ГДФ+Фн®янтарная кислота+ГТФ+НS-КоА

сукцинил КоА синтетаза

6) янтарная кислота+ФАД®фумаровая кислота+ФАДН 2

сукцинатдегидрогеназа

7) фумаровая кислота+ Н 2 О® L яблочная кислота

фумаратгидратаза

8) малат+ НАД®оксалоацетат+ НАДН 2

малатдегидрогеназа

Итого при расщеплении в тканях молекулы глюкозы синтезируется 36 молекул АТФ. Несомненно, это в энергетическом отношении более эффективный процесс чем гликолиз.

Цикл Кребса – общий конечный путь, которым завершается обмен углеводов, жирных кислот и аминокислот. Все эти вещества включаются в цикл Кребса на том или другом этапе. Далее происходит биологическое окисление или тканевое дыхание, главной особенностью которого является то, что оно протекает постепенно, через многочисленные ферментативные стадии. Этот процесс происходит в митохондриях, клеточных органеллах, в которых сосредоточено большое количество ферментов. В процессе участвуют пиридинзависимые дегидрогеназы, флавинзависимые дегидрогеназы, цитохромы, коэнзим Q – убихинон, белки, содержащие негеминовое железо.

Интенсивность дыхания управляется соотношением АТФ/АДФ. Чем меньше это отношение, тем интенсивнее идет дыхание, обеспечивая выработку АТФ.

Также цикл лимонной кислоты является в клетке главным источником двуокиси углерода для реакций карбоксилирования, с которых начинается синтез жирных кислот и глюконеогенез. Та же двуокись углерода поставляет углерод для мочевины и некоторых звеньев пуриновых и пиримидиновых колец.

Взаимосвязь между процессами углеводного и азотистого обмена также достигаются посредством промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты.

Существует несколько путей, по которым промежуточные продукты цикла лимонной кислоты включаются в процесс липогенеза. Расщепление цитрата приводит к образованию ацетил-КоА, играющего роль предшественника в биосинтезе жирных кислот.

Изоцитрат и малат обеспечивают образование НАДФ, который расходуется в последующих восстановительных этапах синтеза жиров.

Роль ключевого фактора, определяющего превращение НАДН играет состояние адениннуклеотидов. Высокое содержание АДФ и низкое АТФ свидетельствует о малом запасе энергии. При этом НАДН вовлекается в реакции дыхательной цепи, усиливая сопряженные с запасанием энергии процессы окислительного фосфорилирования. Обратное явление наблюдается при низком содержании АДФ и высоком АТФ. Ограничивая работу системы переноса электронов, они способствуют использованию НАДН в других восстановительных реакциях, таких как синтез глутамата и глюконеогенез.

Биологическое окисление и восстановление.

Клеточным дыханием называют совокупность протекающих в каждой клетке ферментативных процессов, в результате которых молекулы углеводов, жирных кислот и аминокислот расщепляются в конечном счете до углекислоты и воды, а освобождающаяся биологически полезная энергия запасается клеткой и затем используется. Многие ферменты, катализирующие эти реакции, находятся в стенках и кристах митохондрий.

Известно, что на все проявления жизни - рост, движение, раздражимость, самовоспроизведение - клетка должна затрачивать энергию. Все живые клетки получают биологически полезную энергию за счет ферментативных реакций, в ходе которых электроны переходят с одного энергетического уровня на другой. Для большинства организмов конечным акцептором электронов служит кислород, который реагируя с электронами и ионами ионами водорода образует молекулу воды. Передача электронов кислороду происходит при участии заключенной в митохондриях ферментной системы - системы переноса электронов. АТФ служит “энергетической валютой” клетки и используется во всех реакциях обмена, требующих затраты энергии. Богатые энергией молекулы не перемещаются свободно из одной клетки в другую, а образуются в том месте. где они должны быть использованы. Например, макроэргические связи АТФ, служащие источником энергии для реакций, связанных с мышечным сокращением, образуются в самих мышечных клетках.

Процесс, в котором атомы или молекулы теряют электроны (е -) называют окислением, а обратный процесс - добавление (присоединение) электронов к атому или молекуле - восстановлением.

Простым примером окисления и восстановления служит обратимая реакция - Fe 2+ ®Fe 3+ + e -

Реакция идущая вправо - окисление, отнятие электрона

Влево - восстановление (присоединение электрона)

Все окислительные реакции (при которых происходит отнятие электрона) должны сопровождаться восстановлением - реакцией в которой электроны захватываются какой-нибудь другой молекулой, т.к. они не существуют в свободном состоянии.

Передача электронов через систему переноса электронов происходит путем ряда последовательных реакций окисления-восстановления, которые в совокупности носят название биологического окисления. Если при этом энергия потока электронов накапливается в форме макроэргических фосфатных связей (~Ф), то процесс называется окислительным фосфорилированием. Специфические соединения, которые образуют систему переноса электронов и которые попеременно окисляются и восстанавливаются, называются цитохромами. Каждый из цитохромов представляет собой белковую молекулу, к которой присоединена химическая группировка, называемая гемом, в центре гема находится атом железа, который попеременно окисляется и восстанавливается, отдавая или принимая один электрон.

Все реакции биологического окисления происходят с участием ферментов, причем каждый фермент строго специфичен и катализирует либо окисление, либо восстановление вполне определенных химических соединений.

Еще один компонент системы переноса электронов - убихинон или кофермент Q, способен присоединять или отдавать электроны.

Митохондрии содержатся в цитоплазме клетки и представляют собой микроскопические палочковидные или иной формы образования, количество которых в одной клетке составляет сотни или тысячи.

Что же представляют собой митохондрии, каково их строение? Внутреннее пространство митохондрий окружено двумя непрерывными мембранами, причем наружная мембрана гладкая, а внутренняя образует многочисленные складки или кристы. Внутримитохондриальное пространство, ограниченное внутренней мембраной, заполнено так называемым матриксом, который примерно на 50% состоит из белка и имеет очень тонкую структуру. В митохондриях сосредоточено большое количество ферментов. Наружная мембрана митохондрий не содержит ни одного из компонентов цепи дыхательных катализаторов. Исходя из ферментного набора наружной мембраны, пока трудно ответить на вопрос, в чем состоит ее назначение. Возможно она играет роль перегородки, отделяющей внутреннюю, рабочую часть митохондрии от всего остального пространства клетки. С внутренней мембраной связаны ферменты дыхательной цепи. Матрикс содержит ряд ферментов цикла Кребса.

Аэробное окисление углеводов - основной путь образования энергии для организма. Непрямой - дихотомический и прямой - апотомический.

Прямой путь распада глюкозы - пентозный цикл - приводит к образованию пентоз и накоплению НАДФН 2 . Пентозный цикл характеризуется последовательным отщеплением от молекул глюкозы каждого из ее 6 атомов углерода с образованием в течение одного цикла по 1 молекуле углекислого газа и воды. Распад всей молекулы глюкозы происходит в течение 6 повторяющихся циклов.

Значение пентозофосфатного цикла окисления углеводов в обмене веществ велико:

2. Поставка пентозофосфатов для синтеза нуклеиновых кислот и многих коферментов.

Реакции пентозного цикла протекают в цитоплазме клетки.

При ряде патологических состояний удельный вес пентозного пути окисления глюкозы возрастает.

Непрямой путь - распад глюкозы до углекислого газа и воды с образованием 36 молекул АТФ.

1. Распад глюкозы или гликогена до пировиноградной кислоты

2. Превращение пировиноградной кислоты в ацетил- КоА

Окисление ацетил-КоА в цикле Кребса до углекислого газа и воды

С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 6 СО 2 + 6 Н 2 О + 686 ккал

Пируват + НАДН + НS-КоА ацетил- КоА+ НАДН 2 + СО 2 реакция практически необратима

Цикл состоит из 8 последовательных реакций:

В этом цикле, молекула, содержащая 2 атома углерода (уксусная кислота в форме ацетил-КоА) реагирует с молекулой щавелевоуксусной кислоты, в результате чего образуется соединение с 6 атомами углерода - лимонная кислота. В процессе дегидрирования, декарбоксилирования и подготовительной реакции лимонная кислота вновь превращается в щавелевоуксусную кислоту, которая легко соединяется с другой молекулой ацетил- КоА.

1) ацетил-КоА + оксалоацетат (ЩУК) лимонная кислота

цитратсинтаза

2) лимонная кислота изолимонная кислота

аконитатгидратаза

3)изолимонная к-та+НАД-кетоглутаровая к-та+НАДН 2 + СО 2

изоцитратдегидрогеназа

4)-кетоглутаровая к-та+НS-КоА+НАДсукцинилSКоА+НАДН 2 + СО 2

5) сукцинил-КоА+ГДФ+Фнянтарная кислота+ГТФ+НS-КоА

сукцинил КоА синтетаза

6) янтарная кислота+ФАДфумаровая кислота+ФАДН 2

сукцинатдегидрогеназа

7) фумаровая кислота+ Н 2 О L яблочная кислота

фумаратгидратаза

8) малат+ НАДоксалоацетат+ НАДН 2

малатдегидрогеназа

Цикл Кребса - общий конечный путь, которым завершается обмен углеводов, жирных кислот и аминокислот. Все эти вещества включаются в цикл Кребса на том или другом этапе. Далее происходит биологическое окисление или тканевое дыхание, главной особенностью которого является то, что оно протекает постепенно, через многочисленные ферментативные стадии. Этот процесс происходит в митохондриях, клеточных органеллах, в которых сосредоточено большое количество ферментов. В процессе участвуют пиридинзависимые дегидрогеназы, флавинзависимые дегидрогеназы, цитохромы, коэнзим Q - убихинон, белки, содержащие негеминовое железо.

На первом этапе глюкоза расщепляется на 2 триозы:

Таким образом, на первом этапе гликолиза на активирование глюкозы затрачивается 2 молекулы АТФ и образуется 2 молекулы 3-фософоглицеринового альдегида.

На второй стадии окисляются 2 молекулы 3-фосфоглицеринового альдегида до двух молекул молочной кислоты.

Значение лактатдегидрогеназной реакции (ЛДГ) заключается в том, чтобы в безкислородных условиях окислить НАДН 2 в НАД и сделать возможным протекание дегидрогеназной реакции 3-фосфоглицеринового альдегида.

Суммарное уравнение гликолиза:

глюкоза + 2АДФ + 2Н 3 РО 4 → 2лактат + 2АТФ + 2Н 2 О

Гликолиз протекает в цитозоле. Его регуляцию осуществляют ключевые ферменты –фософофруктокиназа, пируваткиназа . Эти ферменты активируются АДФ и НАД, угнетаются АТФ и НАДН 2 .

Энергетическая эффективность анаэробного гликолиза сводится к разнице между числом израсходованных и образовавшихся молекул АТФ. Расходуется 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы в гексокиназной реакции и фосфофруктокиназной реакции. Образуется 2 молекулы АТФ на одну молекулу триозы (1/2 глюкозы) в глицерокиназной реакции и пируваткиназной реакции. На молекулу глюкозы (2 триозы) образуется соответственно 4 молекулы АТФ. Общий баланс: 4 АТФ – 2 АТФ = 2 АТФ. 2 молекулы АТФ аккумулируют в себе ≈ 20 ккал, что составляет около 3% от энергии полного окисления глюкозы (686 ккал).

Несмотря на сравнительно невысокую энергетическую эффективность анаэробного гликолиза, он имеет важное биологическое значение, состоящее в том, что это единственный способ образования энергии в безкислородных условиях. В условиях дефицита кислорода он обеспечивает выполнение интенсивной мышечной работы в начальный период физической нагрузки.

В тканях плода анаэробный гликолиз очень активен в условиях дефицита кислорода. Он остаётся активным в период новорожденности , постепенно сменяясь на аэробное окисление.

Дальнейшее превращение молочной кислоты

При интенсивном поступлении кислорода в аэробных условиях молочная кислота превращается в ПВК и через ацетил КоА включается в цикл Кребса, давая энергию.
Молочная кислота транспортируется из мышц в печень, где используется на синтез глюкозы – цикл Р. Кори.

Цикл Кори

При больших концентрациях молочной кислоты в тканях для предотвращения закисления (ацидоза) она может выделяться через почки и потовые железы.

Аэробное окисление глюкозы

Аэробное окисление глюкозы включает 3 стадии:

1 стадия протекает в цитозоле, заключается в образовании пировиноградной кислоты:

Глюкоза → 2 ПВК + 2 АТФ + 2 НАДН 2 ;

2 cтадия протекает в митохондриях:

2 ПВК → 2 ацетил - КоА + 2 НАДН 2 ;

3 стадия протекает внутри митохондрий:

2 ацетил - КоА → 2 ЦТК.

В силу того, что 2 молекулы НАДН 2 на первом этапе образуются в цитозоле, а окисляться они могут только в митохондриальной дыхательной цепи, необходим перенос водорода от НАДН 2 цитозоля во внутримитохондриальные цепи переноса электронов. Митохондрии непроницаемы для НАДН 2 , поэтому для переноса водорода из цитозоля в митохондрии существуют специальные челночные механизмы. Их суть отражена на схеме, где Х окисленная форма переносчика водорода, а ХН 2 – его восстановленная форма:

В зависимости от того, какие вещества участвуют в переносе водорода через митохондриальную мембрану, различают несколько челночных механизмов.

Глицерофосфатный челночный механизм, в котором происходит потеря двух молекул АТФ, т.к. вместо двух молекул НАДН 2 (потенциально 6 молекул АТФ) образуется 2 молекулы ФАДН 2 (реально 4 молекулы АТФ).

Малатный челночный механизм работает на вынос водорода из митохондриального матрикса:

Энергетическая эффективность аэробного окисления.

глюкоза → 2 ПВК + 2 АТФ + 2 НАДН 2 (→8 АТФ).
2 ПВК→ 2 ацетил КоА + 2 НАДН 2 (→6 АТФ).
2 ацетил КоА → 2 ЦТК (12*2 = 24 АТФ).

Итого возможно образование 38 молекул АТФ, из которых необходимо вычесть 2 молекулы АТФ, теряемые в глицерофосфатном челночном механизме. Таким образом, образуется 36 АТФ .

36 АТФ (около 360 ккал) составляют от 686 ккал. 50-60% - это энергетическая эффективность аэробного окисления глюкозы, что в двадцать раз выше, чем эффективность анаэробного окисления глюкозы. Поэтому в тканях при поступлении кислорода анаэробный путь блокируется, и это явление называется эффектом Пастера . У новорожденных аэробный путь начинает активироваться в первые 2-3 месяца жизни.

6.5. 2. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез)

Глюконеогенез - это путь синтеза глюкозы в организме из неуглеводных веществ, который способен длительно поддерживать уровень глюкозы при отсутствии углеводов в пищевом рационе. Исходными веществами для него являются молочная кислота, ПВК, аминокислоты, глицерин. Наиболее активно глюконеогенез протекает в печени и почках. Этот процесс внутриклеточно локализован частично в цитозоле, частично в митохондриях. В целом глюконеогенез является процессом обратным гликолизу.

В гликолизе имеются три необратимых стадии, катализируемых ферментами:

· пируваткиназа;

· фосфофруктокиназа;

· гексокиназа.

Поэтому в глюконеогенезе вместо этих ферментов имеются специфические ферменты, которые осуществляют «обход» этих необратимых стадий:

пируваткарбоксилаза и карбоксикиназа («обходят» пируваткиназу);
фруктозо-6-фосфатаза («обходит» фосфофруктокиназу);
глюкозо-6-фосфатаза («обходит» гексокиназу).

Глюкозо-6-фосфат под действием глюкозо-6-фосфатазы переходит в глюкозу, которая выходит из гепатоцитов в кровь.

Ключевыми ферментами для глюконеогенеза являются пируваткарбоксилаза и фруктозо-1,6-дифосфатаза . Активатором для них являются АТФ (на синтез одной молекулы глюкозы необходимо 6 молекул АТФ).

Таким образом, высокая концентрация АТФ в клетках активирует глюконеогенез, требующий затраты энергии и в то же время ингибирует гликолиз (на стадии фосфофруктокиназы), ведущий к образованию АТФ. Данное положение иллюстрирует приведенный ниже график.

Витамин Н

В глюконеогенезе участвует витамин Н (биотин, антисеборейный витамин), который по химической природе представляет собой серосодержащий гетероцикл с остатками валериановой кислоты. Он широко распространён в животных и растительных продуктах (печень, желток). Суточная потребность в нём составляет 0,2 мг. Авитаминоз проявляется дерматитом, поражением ногтей, увеличением или уменьшением образования кожного жира (себорея). Биологическая роль витамин Н:

участвует в реакциях карбоксилирования;
участвует в реакциях транскарбоксилирования;
участвует в обмене пуриновых оснований, некоторых аминокислот.

Глюконеогенез активен в последние месяцы внутриутробного развития. После рождения ребёнка активность процесса возрастает, начиная с третьего месяца жизни.