2 3 дифосфоглицератный шунт в эритроците

В. 2,3–дифосфоглицератный шунт

2 3 дифосфоглицератный шунт в эритроците

Кроме традиционного ПФШ, у гликолиза эритроцитов многих млекопитающих есть свой специфический шунт – 2,3–дифосфоглицератный.

В эритроцитах присутствует дифосфоглицератмутаза, которая активируется дефицитом кислорода и катализирует превращение 1,3–ФГК в 2,3–ФГК в обход фосфоглицераткиназной реакции гликолиза. В условиях гипоксии до 20% глюкозы идет по этому пути.

Образующаяся 2,3–ФГК уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, что способствует переходу кислорода из гемоглобина в ткани.

Далее 2,3–ФГК под действием 2,3–дифосфоглицератфосфатазы(принято считать, что этой активностью обладает фосфоглицератмутаза) превращается в 3–ФГК, которая возвращается в реакции гликолиза.

При 2,3–дифосфоглицератном шунте в гликолизе не синтезируется АТФ, а свободная энергия 1,3–ФГК, рассеивается в форме теплоты. В этом может заключаться определённое преимущество, поскольку даже в тех случаях, когда потребности в АТФ минимальны, гликолиз может продолжаться.

5. Энергетический обмен в эритроцитах

Образующаяся в анаэробном гликолизе АТФ используется для функционирования транспортных АТФаз, работы цитоскелета и синтеза некоторых веществ. За 1 час все эритроциты крови потребляют 0,7г глюкозы.

Генетический дефект любого фермента гли­колиза приводит к уменьшению образования АТФ, в результате падает актив­ность Na+,К+-АТФ-азы, повышается осмоти­ческое давление, может возникнуть осмотический шок и гемолиз.

Для оценки эффективности работы транспортных систем определяют осмотическую резистентность эритроцитов. Осмотическая резистентность эритроцитов в свежей крови в норме составляет 0,20-0,40% NaCl.

Обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах

Высокое содержание О2 в эритроцитах является причиной образования большого количества его активных форм. Постоянным источником активных форм кислорода в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина в метгемоглобин: 1). Hb (Fe2+) ® Met Hb (Fe3+) +e- 2). e- + O2 → О2

Также СРО в эритроците стимулируют различные окислители – нитраты, сульфаниламиды, противомалярийное лекарство примахин.

Образующиеся активные формы кислорода запускают реакции СРО, которые приводят к разрушению липидов, белков, углеводов и др. органических молекул, являются причиной старения и гибели эритроцита.

Для сдерживания СРО в эритроците функционирует ферментативная антиоксидантная система. Для ее работы необходим глутатион и НАДФН2.

Супероксиддисмутаза (Cu2+ и Zn2+) превращает супероксидные анионы в перекись водорода: 2О2 + 2H+ → H2O2+ O2

Каталаза – геминовый фермент, разрушает перекись водорода до воды и кислорода: 2Н2О2 → H2O+ O2

Глутатионпероксидаза (селен) при окислении глутатиона разрушает перекись водорода и гидроперекиси липидов до воды:

Н2О2 + 2 GSH → 2 Н2О + G-S-S-G.

Глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион с участием НАДФН2:

GS-SG + НАДФН2 → 2 GSH + НАДФ+.

Недостаток в эритроцитах восстановленного глутатиона и НАДФН2 приводит к снижению АОА, активации ПОЛ и может стать причиной гемолитической анемии. Различные окислители – нитраты, сульфаниламиды, противомалярийное лекарство примахин, усиливают гемолиз эритроцитов.

Дефицит восстановленного глутатиона может быть обусловлен действием токсических веществ, например ионами тяжелых металлов или наследственным недостатком глутатионредуктазы.

Дефицит НАДФН2 возникает при наследственной недостаточности (аутосомно-рецессивный тип) первого фермента ПФШ глюкозо–6–фосфатдегидрогеназы. Не менее 100 млн человек являются носителями около 3000 генетических дефек­тов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.

Для оценки эффективности работы антиоксидантных систем определяют перекисную резистентность эритроцитов.

Обмен метгемоглобина

В течение суток до 3% гемоглобина может спонтанно окисляться в метгемоглобин:

Hb (Fe2+) ® Met Hb (Fe3+) +e-

Восстановление метгемоглобина до гемоглобина осуществляет метгемоглобинредуктазная система. Она состоит из цитохрома b5 и цитохром b5 редуктазы (флавопротеин), донором водорода служит НАДН2, образующийся в гликолизе.

1). Цитохром b5 восстанавливает Fe3+ метгемоглобина в Fe2+ гемоглобина:

MetHb(Fe3+) + цитb5 восст → Hb(Fe2+) + цит b5 окисл

2). Окисленный Цитохром b5 восстанавливается цитохром b5 редуктазой:

цит b5 окисл + НАДН2 → цитb5 восст + НАД+

Восстановление метгемоглобина может осуществляться также неферментативным путём, например, за счёт витамина В12, аскорбиновой кислоты или глутатиона.

У здорового человека концентрация метгемоглобина в крови не превышает 1%.

Генетический дефект ферментов гли­колиза и метгемоглобинредуктазной системы приводит к накоп­лению метгемоглобина и увеличению образо­вания активных форм кислорода.

Активные формы кислорода вызывают образование дисульфидных мостиков между протомерами метгемоглобина, что приводит к их агрегации с образованием телец Хайнца.

Последние способствуют разрушению эритроцитов при попадании их в мелкие капилляры. Накопление метгемоглобина в крови из-за нарушения транспорта кислорода ведет к гипоксии.

Строение гема

Гем – это порфирин, в центре которого находиться Fe2+. Fe2+ включается в молекулу порфирина с помощью 2 ковалентных и 2 координационных связей. В зависимости от заместителей различают несколько типов порфиринов: протопорфирины, этиопорфирины, мезопорфирины и копропорфирины. В основе порфиринов находится порфин, который представляет собой конденсированную систему из 4 пирролов, соединенных между собой метиленовыми мостиками (-СН=). Молекула гема имеет плоское строение. При окислении железа, гем превращается в гематин (Fe3+).

Использование гема

Гем является простатической группой многих белков: гемоглобина, миоглобина, цитохромов митохондриальной ЦПЭ, цитохрома Р450, ферментов каталазы, пероксидазы, цитохромоксидазы, триптофанпироллазы. Наибольшее количество гема содержат эритроциты, заполненные гемоглобином, мышечные клетки, имеющие миоглобин, и клетки печени, содержащие цитохром Р450.

Гемы разных белков могут содержать разные типы порфиринов. В геме гемоглобина находится протопорфирин IX, в состав цитохромоксидазы входит формилпорфирин и т.д.

Синтез гема

Гем синтезируется во всех тканях, но с наибольшей скоростью в костном мозге и печени. В костном мозге гем необходим для синтеза гемоглобина, в гепатоцитах — для образования цитохрома Р450.

1). Аминолевулинат-синтаза, пиридоксальзависимый фермент, в матриксе митохондрий катализирует образование 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК) из глицина и суцинил-КоА. Суцинил-КоА поступает из ЦТК. Реакцию ингибирует и репрессирует гем.

В ретикулоцитах реакцию индуцирует железо (через железосвязывающий белок и железочувствительный элемент (IRE)). Дефицит пиридоксальфосфата снижает активность аминолевулинатсинтазы. Стероидные гормоны и некоторые лекарства (барбитураты, диклофенак, сульфаниламиды), инсектициды, канцерогенные вещества являются индукторами аминолевулинатсинтазы.

Это связано с возрастанием потребления гема системой цитохрома Р450, который участвует в метаболизме этих соединений в печени.

Из митохондрий 5-аминолевулиновая кислота поступает в цитоплазму.

2). Порфобилиноген-синтаза (Аминолевулинатдегидратаза) цитоплазматический Zn-содержащий фермент, соединяет 2 молекулы 5-аминолевулиновой кислоты в молекулу порфобилиногена. Реакцию ингибирует гем и ионы свинца. Поэтому, при отравлении свинцом в крови и моче повышается концентрация 5-АЛК.

3). Порфобилиногендезаминаза в цитоплазме дезаминирует (-4NH4+) 4 молекулы порфобилиногена в молекулу гидроксиметилбилана.

4). Уропорфириноген III косинтаза в цитоплазме дегидрирует гидроксиметилбилан в молекулу уропорфириногена III. Гидроксиметилбилан может также неферментативно превращаться в уропорфириноген I, который декарбоксилируется в копропорфириноген I.

5). Уропорфириногендекарбоксилаза декарбоксилирует (-4СО2) в цитоплазме уропорфириноген III до копропорфириногена III. Из цитоплазмы копропорфириноген III опять поступает в митохондрии.

6). Копропорфриноген III оксидаза в митохондриях декарбоксилирует (+ О2, -2СО2) копропорфириноген III в протопорфириноген IX.

7. Протопорфириногеноксидаза в митохондриях окисляет (-6Н+) протопорфириноген IX в протопорфирин IX.

8). Феррохелатаза в митохондриях встраивает Fe2+ в молекулу протопорфирина IX с образованием гема. Источником железа для синтеза гема служит ферритин.

Источник: https://megaobuchalka.ru/4/2334.html

Обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах

2 3 дифосфоглицератный шунт в эритроците

Высокое содержание О2 в эритроцитах является причиной образования большого количества активных форм кислорода. Постоянным источником активных форм кислорода в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина в метгемоглобин: 1). Hb (Fe2+) ® Met Hb (Fe3+) +e- 2). e- + O2 → О2

Также СРО в эритроците стимулируют различные окислители – нитраты, сульфаниламиды, противомалярийное лекарство примахин.

Образующиеся активные формы кислорода запускают реакции СРО, которые приводят к разрушению липидов, белков, углеводов и др. органических молекул и являются причиной старения и гемолиза эритроцита.

Для сдерживания СРО в эритроците функционирует ферментативная антиоксидантная система. Для ее работы необходим глутатион и НАДФН2.

Супероксиддисмутаза (Cu2+ и Zn2+) превращает супероксидные анионы в перекись водорода: 2О2 + 2H+ → H2O2+ O2

Каталаза – геминовый фермент, разрушает перекись водорода до воды и кислорода: 2Н2О2 → H2O+ O2

Глутатионпероксидаза (селен) при окислении глутатиона разрушает перекись водорода и гидроперекиси липидов до воды:

Н2О2 + 2 GSH → 2 Н2О + G-S-S-G.

Глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион с участием НАДФН2:

GS-SG + НАДФН2 → 2 GSH + НАДФ+.

Недостаток глутатиона и НАДФН2 в эритроцитах приводит к снижению АОА, активации ПОЛ и может стать причиной гемолитической анемии. Различные окислители – нитраты, сульфаниламиды, противомалярийное лекарство примахин, усиливают гемолиз эритроцитов.

Дефицитглутатиона может быть обусловлен действием токсических веществ, например ионами тяжелых металлов или наследственным недостатком глутатионредуктазы.

Дефицит НАДФН2 возникает при наследственной недостаточности (аутосомно-рецессивный тип) первого фермента ПФШ глюкозо–6–фосфатдегидрогеназы. Не менее 100 млн человек являются носителями около 3000 генетических дефек­тов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.

Для оценки эффективности работы антиоксидантных систем определяют перекисную резистентность эритроцитов.

Обмен метгемоглобина

В течение суток до 3% гемоглобина может спонтанно окисляться в метгемоглобин:

Hb (Fe2+) ® Met Hb (Fe3+) +e-

Восстановление метгемоглобина до гемоглобина осуществляет метгемоглобинредуктазная система. Она состоит из цитохрома b5 и цитохром b5 редуктазы (флавопротеин), донором водорода служит НАДН2, образующийся в гликолизе.

1). Цитохром b5 восстанавливает Fe3+ метгемоглобина в Fe2+ гемоглобина:

MetHb(Fe3+) + цитb5 восст → Hb(Fe2+) + цит b5 окисл

2). Окисленный Цитохром b5 восстанавливается цитохром b5 редуктазой:

цит b5 окисл + НАДН2 → цитb5 восст + НАД+

Восстановление метгемоглобина может осуществляться также неферментативным путём, например, за счёт витамина В12, аскорбиновой кислоты или глутатиона.

У здорового человека концентрация метгемоглобина в крови не превышает 1%.

Генетический дефект ферментов гли­колиза и метгемоглобинредуктазной системы приводит к накоп­лению метгемоглобина и увеличению образо­вания активных форм кислорода.

Активные формы кислорода вызывают образование дисульфидных мостиков между протомерами метгемоглобина, что приводит к их агрегации с образованием телец Хайнца.

Последние способствуют разрушению эритроцитов при попадании их в мелкие капилляры. Накопление метгемоглобина в крови из-за нарушения транспорта кислорода ведет к гипоксии.

Дифосфоглицератный шунт

Кроме традиционного ПФШ, у гликолиза эритроцитов многих млекопитающих есть свой специфический шунт – 2,3–дифосфоглицератный.

В эритроцитах имеется дифосфоглицератмутаза, которая позволяет обходить в гликолизе фосфоглицераткиназную реакцию. Дифосфоглицератмутаза катализирует превращение 1,3–ФГК в 2,3–ФГК. Ее стимулирует дефицит кислорода.

В условиях гипоксии до 20% глюкозы идет по этому пути. Образующаяся 2,3–ФГК встраивается в молекулу гемоглобина и аллостерически уменьшает его сродство к кислороду.

Кривая диссоциации оксигемоглобина смещается вправо, что способствует переходу кислорода из оксигемоглобина в ткани.

Под действием 2,3–дифосфоглицератфосфатазы (принято считать, что этой активностью обладает фосфоглицератмутаза) 2,3–ФГК превращается в 3–ФГК, которая возвращается в реакции гликолиза.

При 2,3–дифосфоглицератном шунте в гликолизе не синтезируется АТФ, а свободная энергия 1,3–ФГК, рассеивается в форме теплоты. В этом может заключаться определённое преимущество, поскольку даже в тех случаях, когда потребности в АТФ минимальны, гликолиз может продолжаться.

Образование эритроцитов

Эритроциты, так же как и другие клетки крови, образуются из полипотентных стволовых клеток костного мозга. Стволовая клетка превращается в эритроцит за две недели.

Размножение и превращение начальной клет­ки эритроидного ряда в унипотентную стиму­лирует ростовой фактор интерлейкин-3 (цитокин), который синтезируется Т-лимфоцитами и клетками костного мозга.

Дальнейшую пролиферацию и дифференцировку унипотентной клетки эритроидного ряда регулирует гормон эритропоэтин, который синтезируется в почках. Образование эритропоэтина в почках стимулирует недостаток кислорода. Хроническая почечная недоста­точность подавляет образова­ние эритропоэтина, что ведет к развитию анемии.

На стадии эритробласта происходят интенсивный синтез гемог­лобина, конденсация хроматина, уменьшение размера ядра и его удаление.

Образующийся ретикулоцит ещё содержит глобиновую мРНК и активно синтезирует гемоглобин.

Циркули­рующие в крови ретикулоциты лишаются ри­босом, ЭР, митохондрий и в течение двух суток превращаются в эритроциты.

Стволовая кроветворная клетка

(предшественница всех форменных элементов крови)

Полипотентная клетка-предшественница миелопоэза

(может дифференцироваться в любую клетку миелоидного ряда: эритроцит, эозинофил, базофил, нейтрофил, моноцит, тромбоцит)

Взрывообразующая единица эритроидного ряда

(начальная клетка, вступившая на путь эритролоэза, отделена от конечной стадии дифференцировки 12 делениями)

Интерлейкин-3 →↓

Унипотентная клетка-предшественник эритроцитов

(клетка, способная дифференцироваться только в одном направлении)

Эритропоэтин →↓

Проэритробласт и эритробласт

Ретикулоцит

Эритроцит

Количество эритроцитов

Организм взрослого человека содержит около 25*1012 эритроцитов.

Концентрация эритроцитов у мужчины составляет 3,9*1012 – 5,5*1012 /л, у женщины – 3,7*1012 – 4,9*1012/л.

Более высокое содержание эритроцитов у мужчин обусловлено стимулирующим эритропоэз влиянием андрогенов. Женские половые гормоны, наоборот тормозят эритропоэз.

Увеличение числа эритроцитов называют эритроцитозом (эритремией), а уменьшение – эритропенией (анемией). Они бывают абсолютными и относительными.

Абсолютный эритроцитоз (увеличение числа эритроцитов в организме) – наблюдается при снижении барометрического давления (на высокогорье), у больных с хроническими заболеваниями лёгких и сердца вследствие гипоксии, которая стимулирует эритропэз.

Относительный эритроцитоз (увеличение числа эритроцитов в единице объёма крови без увеличения их общего количества в организме) – наблюдается при сгущении крови (при обильном потении, ожогах, холере и дизентерии). Он возникает также при тяжёлой мышечной работе вследствие выброса эритроцитов из кровяного депо.

Абсолютная эритропения развивается вследствие пониженного образования, усиленного разрушения эритроцитов или после кровопотери.

Относительная эритропения возникает при разжижении крови за счёт быстрого увеличения жидкости в кровотоке.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник: https://megalektsii.ru/s3266t2.html

Отдельные реакции гликолиза, их термодинамические характеристики. Образование 2,3-дифосфоглицерата в шунте Рапопорта-Люберинга

2 3 дифосфоглицератный шунт в эритроците

⇐ Предыдущая35363738394041424344Следующая ⇒

Процесс гликолиза катализируется одиннадцатью ферментами, большинство из которых выделено в гомогенном, кристаллическом или высокоочищенном виде и свойства которых достаточно известны.

Первой ферментативной реакцией гликолиза является фосфорилирование, т.е. перенос остатка ортофосфата на глюкозу за счет ATP. Реакция катализируется ферментом гексокиназой:

Образование глюкозо-6-фосфата в гексокиназной реакции сопровождается освобождением значительного количества свободной энергии системы и может считаться практически необратимым процессом.

Наиболее важным свойством гексокиназы является ее ингибирование глюкозо-6-фосфатом, который служит одновременно и продуктом реакции, и аллостерическим ингибитором.

Гексокиназа имеет высокое сродство (низкую Кm) к своему субстрату – глюкозе; ее функция состоит в том, чтобы обеспечить захват тканью глюкозы даже при низких концентрациях последней в крови.

Фосфорилируя практически всю поступающую в клетку глюкозу, гексокиназа поддерживает значительный градиент концентрации глюкозы между кровью и внутриклеточной средой.

Фермент действует как на α-, так и на b-аномеры глюкозы; он фосфорилирует также и другие гексозы (в частности, D-фруктозы, D-маннозы и т.д.), но со значительно меньшей скоростью.

В печени кроме гексокиназы существует фермент глюкокиназа, который катализирует фосфорилирование только D-глюкозы. В мышечной ткани этот фермент отсутствует.

Функция глюкокиназы состоит в «захватывании» глюкозы из кровотока после приема пищи (когда концентрация глюкозы в крови повышается).

В отличие от гексокиназы она имеет высокое значение Кm для глюкозы и эффективно функционирует при концентрации глюкозы в крови выше 100 мг/100 мл. Глюкокиназа специфична только к глюкозе.

Глюкозо-6-фосфат занимает важное положение в области стыковки ряда метаболических путей (гликолиз, глюконеогенез, пентозофосфатный путь, гликогенез и гликогенолиз).

Второй реакцией гликолиза является превращение глюкозо-6-фосфата под действием фермента глюкозо-6-фосфат-изомеразы во фруктозо-6-фосфат:

Эта реакция протекает легко в обоих направлениях, и для нее не требуется каких-либо кофакторов.

Третья реакция катализируется ферментом фосфофруктокиназой; образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй молекулы ATP:

Аналогично гексокиназной данная реакция практически необратима, протекает в присутствии ионов магния и является самой медленной реакцией гликолиза. Фактически эта реакция определяет скорость гликолиза в целом.

Фосфофруктокиназа относится к числу аллостерических ферментов. Она ингибируется ATP и стимулируется АMP. При значительных величинах отношения ATP/АMP активность фосфофруктокиназы угнетается и гликолиз замедляется.

Напротив, при снижении этого коэффициента интенсивность гликолиза повышается. Так, в неработающей мышце активность фосфофруктокиназы низка, концентрация ATP относительно высокая.

Во время работы мышцы происходит интенсивное потребление ATP, активность фосфофруктокиназы повышается, что приводит к усилению процесса гликолиза.

Четвертую реакцию гликолиза катализирует фермент альдолаза. Под его влиянием фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две фосфотриозы:

Эта реакция обратима. В зависимости от температуры равновесие устанавливается на различном уровне. При повышении температуры реакция сдвигается в сторону большего образования триозофосфатов (дигидроксиацетонфосфата и глицеральдегид-3-фосфата).

Пятая реакция – это реакция изомеризации триозофосфатов. Она катализируется ферментом триозофосфатизомеразой:

Равновесие данной изомеразной реакции сдвинуто в сторону дигидроксиацетонфосфата: 95% дигидроксиацетонфосфата и около 5% глицеральдегид-3-фосфата.

В последующие реакции гликолиза может непосредственно включаться только один из двух образующихся триозофосфатов, а именно глицеральдегид-3-фосфат.

Вследствие этого в ходе дальнейших превращений альдегидной формы фосфотриозы дигидроксиацетонфосфат превращается в глицеральдегид-3-фосфат.

Образованием глицеральдегид-3-фосфата завершается первая стадия гликолиза. Вторая стадия – наиболее сложная и важная. Она включает окислительно-восстановительную реакцию (реакцию гликолитической оксидоредукции), сопряженную с субстратным фосфорилированием, в процессе которого образуется ATP.

В результате шестой реакции глицеральдегид-3-фосфат в присутствии фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы, кофермента NAD+ и неорганического фосфата подвергается своеобразному окислению с образованием 1,3-бисфосфоглицериновой кислоты и восстановленной формы NAD (NADH).

В структурном плане фермент состоит из четырех идентичных полипептидов, образующих тетрамер. Каждый полипептид содержит по четыре SH-группы, принадлежащие остаткам цистеина. Одна из них находится в активном центре фермента. Полагают, что она принимает участие в окислении глицеральдегид-3-фосфата.

Сначала субстрат соединяется с остатком цистеина дегидрогеназы, образуя тиополуацеталь, который окисляется в тиоловый эфир; атомы водорода, отщепленные при этом окислении, переносятся на связанный с ферментом NAD+. Образующийся NADH связан с ферментом менее прочно, чем NAD+, и поэтому легко замещается другой молекулой NAD+.

Реакция завершается фосфоролизом тиоэфирной связи с присоединением неорганического фосфата; при этом образуются 1,3-бисфосфоглицерат и свободный фермент с SH-группой:

Потенциальная энергия процесса окисления резервируется сначала в высокоэнергетической тиоэфирной связи, а после фосфоролиза – в фосфатной связи 1,3-бисфосфоглицерата, находящейся в положении 1.

1,3-Бисфосфоглицерат представляет собой высокоэнергетическое соединение (макроэргическая связь условно обозначена знаком «тильда» ~).

Механизм действия глицеральдегидфосфатдегидрогеназы сводится к следующему: в присутствии неорганического фосфата NAD+ выступает как акцептор водорода, отщепляющегося от глицеральдегид-3-фосфата. В процессе образования NADH глицеральдегид-3-фосфат связывается с молекулой фермента за счет SH-групп последнего.

Образовавшаяся связь богата энергией, но она непрочна и поэтому расщепляется под влиянием неорганического фосфата; при этом образуется 1,3-бисфосфоглицериновая кислота.

Седьмая реакция катализируется фосфоглицераткиназой; при этом происходит передача богатого энергией фосфатного остатка (фосфатной группы в положении 1) на ADP с образованием ATP и 3-фосфоглицериновой кислоты (3-фосфоглицерат):

Таким образом, благодаря действию двух ферментов (глицеральдегидфосфатдегидрогеназы и фосфоглицераткиназы) энергия, высвобождающаяся при окислении альдегидной группы глицеральдегид-3-фосфата до карбоксильной группы, запасается в форме энергии ATP. В отличие от окислительного фосфорилирования образование ATP из высокоэнергетических соединений называется субстратным фосфорилированием.

Важной отличительной особенностью гликолиза в эритроцитах является то, что 1,3-бифосфоглицерат может превращаться в 2,3-бифосфоглицерат, который является аллостерическим эффектором, понижающим сродство гемоглобина к кислороду (рис. 17.2). Открытый в 1950 г.

Рапопортом и Люберингом шунт находится под жестким контролем и снабжает эритроциты аллостерическим эффектором в таких количествах, которые диктуются метаболическим состоянием организма. При дефиците кислорода синтез 2,3-бифосфоглицерата усиливается. Эффектор связывается с четырьмя субъединицами тетрамера гемоглобина и уменьшает сродство к О2 в результате стабилизации дезоксиформы.

Это в свою очередь приводит к увеличению выхода кислорода из эритроцитов в ткани и улучшению снабжения клеток кислородом.

Восьмая реакция сопровождается внутримолекулярным переносом оставшейся фосфатной группы, и 3-фосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту (2-фосфоглицерат).

Реакция легкообратима, протекает в присутствии ионов Mg2+. Кофактором фермента является также 2,3-бисфосфоглицериновая кислота аналогично тому, как в фосфоглюкомутазной реакции роль кофактора выполняет глюкозо-1,6-бисфосфат:

Девятая реакция катализируется ферментом енолазой, при этом 2-фосфоглицериновая кислота в результате отщепления молекулы воды переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту (фосфоенолпируват), а фосфатная связь в положении 2 становится высокоэргической:

Енолаза активируется двухвалентными катионами Mg2+ или Мn2+ и ингибируется фторидом.

Рис. 17.2. Часть системы гликолиза эритроцитов, включающей реакцию обмена NAD-NADH и 2,3-бисфосфоглицератный цикл. Условные обозначения: Альд. – альдолаза, ФГК – фосфоглицераткиназа; ФГМ – фосфоглицератмутаза; ФГФ – фосфоглицератфосфатаза; ЛДГ – лактатдегидрогеназа; ТФИ – триозофосфатизомераза.

Десятая реакция характеризуется разрывом высокоэргической связи и переносом фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на ADP (субстратное фосфорилирование). Катализируется ферментом пируваткиназой:

Для действия пируваткиназы необходимы ионы Mg2+, а также одновалентные катионы щелочных металлов (К+ или др.). Внутри клетки реакция является практически необратимой.

В результате одиннадцатой реакции происходит восстановление пировиноградной кислоты и образование молочной кислоты. Реакция протекает при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента NADН, образовавшегося в шестой реакции:

Реакцией восстановления пирувата полностью завершается внутренний окислительно-восстановительный цикл гликолиза. NAD+ при этом играет роль промежуточного переносчика водорода от глицеральдегид-3-фосфата (6-я реакция) на пировиноградную кислоту (11-я реакция), при этом сам он регенерируется и вновь может участвовать в циклическом процессе, получившем название гликолитической оксидоредукции.

Биологическое значение процесса гликолиза заключается прежде всего в образовании богатых энергией фосфорных соединений. На первых стадиях гликолиза затрачивается две молекулы ATP (гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции).

На последующих образуются четыре молекулы ATP (фосфоглицераткиназная и пируваткиназная реакции). Таким образом, энергетическая эффективность гликолиза в анаэробных условиях составляет две молекулы ATP на одну молекулу глюкозы.

Термодинамические характеристики реакций гликолиза представлены в табл. 17.1.

Как отмечалось, основной реакцией, лимитирующей скорость гликолиза, является фосфофруктокиназная. Вторая реакция, лимитирующая скорость и регулирующая гликолиз, – гексокиназная реакция. Кроме того, контроль гликолиза осуществляется также лактатдегидрогеназы и ее изоферментами.

В тканях с аэробным метаболизмом (ткани сердца, почек и др.) преобладают изоферменты ЛДГ1 и ЛДГ2. Они ингибируются даже небольшими концентрациями пирувата, что препятствует образованию молочной кислоты и способствует более полному окислению пирувата (точнее, ацетил-СоА) в цикле трикарбоновых кислот.

В тканях человека, в значительной степени использующих энергию гликолиза (например, скелетные мышцы), главными изоферментами являются ЛДГ5 и ЛДГ4. Активность ЛДГ5 максимальна при тех концентрациях пирувата, которые ингибируют ЛДГ1. Преобладание изоферментов ЛДГ4 и ЛДГ5 обусловливает интенсивный анаэробный гликолиз с быстрым превращением пирувата в молочную кислоту.

Таблица 17.1

Термодинамические характеристики реакций гликолиза

№ реакции Реакция ΔG0’, кДж/моль
Глюкоза + ATP → Глюкозо-6-фосфат + ADP + Н+ -16,74
Глюкозо-6-фосфат ↔ Фруктозо-6-фосфат +1,67
Фруктозо-6-фосфат + ATP → Фруктозо-1,6-дифосфат + ADP + Н+ -14,23
Фруктозо-1,6-дифосфат → Глицеральдегид-3-фосфат + Диоксиацетонфосфат +23,85
Диоксиацетонфосфат ↔ Глицеральдегид-3-фосфат +7,53
Глицеральдегид-3-фосфат + NAD+Рii ↔ 1,3-Дифосфоглицерат + NADН + Н+ +6,28
1,3-Дифосфоглицерат + ADP ↔ 3-Фосфоглицерат + ATP -18,83
3-Фосфоглицерат ↔ 2-Фосфоглицерат +4,6
2-Фосфоглицерат ↔ Фосфоенолпируват + Н2О +1,67
Фосфоенолпируват + ADP + Н+ → Пируват + ATP -31,38

⇐ Предыдущая35363738394041424344Следующая ⇒

Дата добавления: 2016-11-02; просмотров: 1160 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Источник: https://lektsii.org/8-54299.html

CardioJurnal.Ru
Добавить комментарий