Гліколіз

Гліколіз глюкози в еритроцитах, 2,3-БФГ і ефект Бора [ правити | правити код ]
Ембріональний гемоглобін має низьку спорідненість до 2,3-БФГ [ правити | правити код ]
2.3-БФГ і висотна адаптація [ правити | правити код ]
Ензимопатії гликолитического шляху в еритроцитах [ правити | правити код ]
Номенклатура альдолаза [ правити | правити код ]
Взаємозв'язок гліколізу і аеробних реакцій [ правити | правити код ]

Гліколіз - процес розпаду однієї молекули глюкози з виділенням енергії, достатньої для "зарядки" двох молекул АТФ , Протікає в саркоплазме під впливом 10 спеціальних ферментів.

C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ = 2C3H6O3 + 2АТФ + 2H2O.

Гліколіз може протікати без споживання кисню (такі процеси називаються анаеробними) і зі споживанням кисню (аеробний гліколіз) здатний швидко відновлювати запаси АТФ в м'язі.

при заняттях бодібілдингом і високоінтенсивних вправах відбувається гліколіз, з утворенням молочної кислоти .

Під час динамічних навантажень, таких як біг, плавання і т.п., відбувається аеробний гліколіз.

Аеробний гліколіз відбувається в мітохондріях під впливом спеціальних ферментів і вимагає витрат кисню, а відповідно і часу на його доставку. Окислення відбувається в кілька етапів, спочатку йде гліколіз, але утворилися в ході проміжного етапу цієї реакції дві молекули пірувату перетворюються на молекули молочної кислоти, а проникають в мітохондрії, де окислюються в циклі Кребса до вуглекислого газу СО2 і води Н2О і дають енергію для виробництва ще 38 молекул АТФ. Сумарне рівняння реакції окислення глюкози виглядає так:

C6H12O6 + 6O2 + 38АДФ + 38H3PO4 = 6CO2 + 44H2O + 38АТФ

Розпад глюкози по аеробному шляху (аеробний гліколіз) дає енергію для відновлення 38 молекул АТФ. Аеробне окислення в 19 разів ефективніше анаеробного гліколізу.

Детальний опис в статті: Енергозабезпечення м'язової діяльності

Гліколіз глюкози в еритроцитах, 2,3-БФГ і ефект Бора [ правити | правити код ]

Еритроцити транспортують велику кількість кисню, яким постачають всі органи людини. За іронією долі самі вони не можуть використовувати цей кисень. Джерелом енергії для еритроцитів служить глюкоза, при окисленні якої в ході анаеробного гліколізу в еритроцитах утворюється АТФ (рис. 18.1). Аеробне окислення глюкози в еритроцитах неможливо, так як в них відсутні мітохондрії і разом з ними все ферменти циклу Кребса. Крім того, в них відсутні також ферменти, необхідні для окислення жирних кислот і використання кетонових тіл.

Функція еритроцитів - транспорт кисню до всіх органів і тканин організму. Гемоглобін еритроцитів міцно зв'язується з киснем, утворюючи оксигемоглобін. Однак в периферичних тканинах еритроцити повинні віддати цей кисень іншим клітинам. Це здійснюється завдяки явищу, відомому під назвою ефекту Бора. Ефект Бора створюється завдяки двом факторам: протонам і 2,3-бісфосфогліцерату (рис. 18.2).

Протони витісняють кисень з оксигемоглобіну

Працюючих м'язів необхідний АТФ, і тому в них інтенсивно функціонує цикл Кребса. У циклі Кребса утворюється діоксид вуглецю, який проникає в еритроцити і реагує з водою, утворюючи вугільну кислоту (цю реакцію каталізує карбоангидраза). Вугільна кислота мимовільно дисоціює, утворюючи бікарбонат і протон, що призводить до місцевого зростанню концентрації протонів (Н +), тобто зниження pH. Протони вивільняють кисень з гемоглобіну, і кисень дифундує з еритроцитів в периферичні тканини. Тут він зв'язується з миоглобином і переносить кисень в дихальний ланцюг, де він використовується для синтезу АТФ шляхом окисного фосфорилювання.

Вивільнення кисню в периферичних тканинах: 2,3-бісфосфогліцерат (2,3-БФГ) стабілізує структуру дезоксигемоглобина. Крім протонів, в створенні ефекту Бора бере участь 2,3-бісфосфогліцерат (2.3-БФГ) (рис. 18.2). У медичній літературі поширене й іншу назву цієї речовини - 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ). 2.3-БФГ утворюється в анаеробних умовах в еритроцитах. Процес утворення 2,3-БФГ відбувається в додаткової реакції гліколізу, що отримала назву

2,3-БФГ-шунта (шунт Рапопорта-Люберінга) (рис. 18.2). У периферичних тканинах молекула 2,3-БФГ зв'язується з дезоксигемоглобином і стабілізує його структуру, не дозволяючи йому захоплювати кисень від сусідньої молекули оксигемоглобина.

Зв'язування гемоглобіну з киснем в легенях. Еритроцити переносять дезоксигемоглобін і пов'язаний з ним СО2 в легені. Оскільки в легенях має місце високий парціальний тиск кисню, він витісняє С02 з гемоглобіну, і С02 виходить з легких при видиху. Кисень зв'язується з гемоглобіном, утворюючи оксигемоглобін, 2,3-БФГ витісняється, і еритроцити переносять до периферичних тканин наступну порцію кисню.

Ембріональний гемоглобін має низьку спорідненість до 2,3-БФГ [ правити | правити код ]

Гемоглобін - тетрамер. що складається з двох альфа-ланцюгів і двох бета-ланцюгів. Фетальний гемоглобін має іншу будову: він складається з двох а-ланцюгів і двох у-ланцюгів. У порівнянні з нормальним гемоглобіном дорослої людини, фетальний гемоглобін має більш низьку спорідненість до 2,3-БФГ. Це означає, що спорідненість до кисню у фетального гемоглобіну вище, ніж у гемоглобіну материнського організму. Завдяки цьому відбувається транспорт кисню від материнського організму до азолу.

2.3-БФГ і висотна адаптація [ правити | правити код ]

Припустимо, що якийсь житель низин вирішив провести відпустку в горах. У перші дні відпустки навіть незначні фізичні навантаження викличуть у нього втома і задишку. Але за кілька днів відбудеться адаптація до високогір'я - в еритроцитах підвищиться концентрація 2,3-БФГ. Завдяки цьому тканини стануть отримувати кисень в достатній кількості. незважаючи на те що його концентрація в розрідженому гірському повітрі невисока. Підвищення концентрації 2,3-БФГ - відповідна реакція організму на брак кисню

У осіб, що палять концентрація 2,3-БФГ в еритроцитах вище, ніж у некурящих. Так організм компенсує знижене внаслідок постійного впливу чадного газу забезпечення тканин киснем. Компенсаторне підвищення рівня 2.3-БФГ також часто спостерігається у хворих на хронічні анемії, обструктивними захворюваннями легень, при вроджених вадах серця і муковісцидоз.

Ензимопатії гликолитического шляху в еритроцитах [ правити | правити код ]

У рідкісних випадках через вродженої недостатності гликолитических ферментів в еритроцитах розвивається спадкова несфероцітарние гемолітична анемія. Це захворювання може бути вельми важким, оскільки в еритроцитах гліколіз - єдиний шлях синтезу і АТФ і 2,3-БФГ.

Порушення гликолитического ферментативного апарату можуть по-різному позначатися на метаболізмі 2.3-БФГ (рис. 18.2). Якщо порушення розташоване проксимально по відношенню до 2.3-БФГ-шунту (наприклад, при недостатності гексокінази, фосфоглюкоізомерази або альдолази А), рівень 2,3-БФГ буде знижений, так як буде знижена інтенсивність синтезу його попередників. Якщо ж порушення розташоване після 2.3-БФГ-шунта (наприклад, недостатність піруваткінази). концентрація 2.3-БФГ в еритроцитах буде підвищена.

Крім того, у ряду хворих була виявлена недостатність біфункціонального ферменту шунта - БФГ-мутази / 2,3-БФГ-фосфагази. У таких хворих концентрація 2.3-БФГ була низькою.

Номенклатура альдолаза [ правити | правити код ]

Щоб учень не плутав різні терміни, необхідно розібратися в номенклатурі альдолаза. Альдолаза (повна назва - фруктозо-1,6-бісфосфат-атьдолаза) по офіційній номенклатурі називається D-глицеральдегид-З-фосфатліазой (КФ 4.1.2.13). Вона виконує три функції:

каталізує реакцію конденсації дігідрокснацетон-фосфату і глицеральдегид-З-фосфату. Продукт цієї реакції - фруктозо-1,6-бісфосфат;

каталізує розщеплення фруктозо-1,6-бісфосфат на лігілроксіацетонфосфат і мінеральдегід-3-фосфат;

каталізує розщеплення інших, структурно близьких фосфатів цукрів. Так. альдолаза каталізує розщеплення фруктозо-1-фосфату на дігідроксіацетонфосфат і глицеральдегид (примітка: раніше фермент, який виконує цю функцію, називали кетозом-1-фосфат-альдолазой. КФ 4.1.2.7).

У тварин виявлено три форми альдолази.

Альдолаза А. Міститься в еритроцитах і м'язах. При спадкової гемолітичної анемії в крові міститься дефектна форма альдолази А.

Альдолаза В. Недостатність альдолази В призводить до спадкової непереносимості фруктози. Альдолаза У присутній в печінці, нирках і тонкому кишечнику.

Альдолаза С. Міститься в головному мозку.

Взаємозв'язок гліколізу і аеробних реакцій [ правити | правити код ]

два способи оцінки аеробних можливостей організму (пряма оцінка показника максимального стійкого стану по лактату і непряма оцінка аеробно-анаеробного переходу) засновані на класичній теорії активації гліколізу, запропонованої А. Хіллом. В основу цієї теорії лягла гіпотеза про те, що активація гліколізу в м'язовому волокні запускається при зниженні аеробного ресинтезу АТФ . Основною причиною зниження аеробного ресинтезу АТФ має бути неадекватне постачання клітини киснем, тобто фактично зниження внутрішньоклітинного парціального тиску кисню до критичного рівня (0,1-0,5 мм рт. ст.), нижче якого нормальне функціонування мітохондрій неможливо. Прямо перевірити це припущення виявилося методично досить складно.

Відносно недавно з'явилися дослідження, в яких in situ було виміряно внутрішньом'язове парціальний тиск кисню, пов'язаного з миоглобином, під час максимального тесту з зростаючим навантаженням в т. Gracilis у собаки методом кріомікроспектроскопіі. Середнє парціальний тиск кисню, пов'язаного з миоглобином, при роботі на рівні МПК значно вище критичного і становить 5,5 мм рт. ст., при цьому не вдається виявити зв'язок між ПК м'язом або середнім парціальним тиском кисню в волокні і концентрацією лактату в м'язі або сумарним виходом лактату з м'язи.

Схожі результати отримані при вимірюванні внутрішньом'язового парціального тиску кисню під час максимального тесту з зростаючій навантаженням (50-100% від пікового ПК) у тренованих велосипедистів в умовах in vivo при розгинанні ноги в колінному суглобі. Дослідники отримали досить несподіваний результат. Виявилося, що парціальний тиск кисню в миоглобине не змінюється протягом усього тесту з зростаючим навантаженням (50-100% від пікового ПК) аж до відмови від роботи. Середнє парціальний тиск кисню, пов'язаного з миоглобином, становить 3,1 мм рт. ст. Цікаво, при роботі в гіпоксичних умовах (F, 02-0,12) парціальний тиск кисню, пов'язаного з миоглобином, виявляється достовірно нижче, ніж в нормоксіі і становить 2,1 мм рт. ст. Воно також не змінюється у всьому діапазоні навантажень (50 ~ 100% від пікового ПК). При цьому споживання кисню тканинами робочої ноги, виміряний за допомогою прямого методу (по Фіку), лінійно зростає аж до відмови від роботи, як в гіпоксичних, так і в нормоксіческой умовах.

Таким чином, навіть при гіпоксії під час максимального навантаження парціальний тиск кисню в миоглобине не падає нижче критичного рівня. Однак при цьому спостерігається збільшення швидкості сумарного виходу лактату з робочого м'яза, виміряний за допомогою прямого методу. Причому робота в умовах гіпоксії приводила до значно більш інтенсивному виходу лактату (щодо нормованої потужності роботи), ніж робота в нормоксіческой умовах. На підставі цих даних можна зробити висновок про те, що парціальний напруга кисню в активній м'язовій клітці не є ключовим фактором, що активує гліколіз. У той же час досліди з гіпоксією дають підставу вважати, що парціальний тиск кисню в цитоплазмі може модулювати активність гліколізу. Збільшення сумарного виходу лактату з м'язи, як у умовах нормоксіі, так і в умовах гіпоксії, регулюється, головним чином, активацією симпатоадреналової системи . Це підтверджується подібною динамікою концентрації адреналіну в артеріальній крові і сумарного виходу лактату з робочого м'яза. Вплив симпатоадреналової системи на гліколіз підтверджується і рядом інших робіт, в яких досліджували зміни концентрації катехоламінів під час навантаження, а також дослідами із застосуванням бета-блокаторів.

Серед інших можливих кандидатів на роль активаторів гліколізу виділяють: АДФ, АМФ, неорганічний фосфат, ставлення креатин / фосфокреатин і цитоплазматический окислювально-відновлювальний потенціал (НАДН + / НАД +).