Глюкоза – наш бензин. Она горит внутри нас и крутит наши моторы. Мотором, напоминаю, является цикл Кребса. Для работы цикла необходим кислород, но иногда возникают ситуации, когда кислорода нет или его очень мало. Типичный пример – твоя первая тренировка после двух лет сидения за компьютером. Кровоснабжение нетренированных мышц чуть менее, чем никакое. Внезапное интенсивное поднятие гантелей вызывает бурный гликолиз – расщепление глюкозы для получения энергии. Кислорода явно не хватает и продукты гликолиза, доходя до неработающего цикла Кребса, накапливаются в мышцах, вызывая дичайшую боль на утро после тренировки (хотя, тут имеет место и механическое повреждение мышцы тоже).
Если продолжить аналогию с бензиновым двигателем, то можно представить, что во время работы двигателя резко ограничивается поступления воздуха. Бензин при этом сгорает не полностью, а из выхлопной трубы вылетают чёрные клубы копоти, которая оседает и внутри двигателя. Эта копоть – продукты гликолиза, а именно молочная кислота, она же лактат.
Рассмотрим процесс гликолиза более подробно, начиная с глюкозы. Процесс включает два этапа. Первый этап тратит энергию, второй этап даёт энергию. Потому что, чтобы покататься, нужно и саночки возить. Это как бензиновый двигатель не запустить без затрат энергии аккумулятора.
Задача первого этапа – превратить глюкозу в глицеральдегид-фосфат, из которого уже можно получить энергию. Первый этап состоит из 5 реакций.
Первую реакцию ты уже должен хорошо усвоить – это активация глюкозы гексокиназой. Даже показывать её не буду опять.
В глюкозе шестой атом углерода выведен за кольцо, поэтому он и фосфорилируется. Чтобы прицепить ещё один фосфат, надо вывести за кольцо ещё один атом углерода. Вторая реакция – изомеризация глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат.
Теперь у нас есть ещё и первый атом углерода. Можем насаживать фосфат. Третья реакция – фосфорилирование. Два фосфата на молекуле необходимо, потому что из неё получится в итоге две молекулы с тремя углеродами, и нужно, чтобы обе молекулы имели фосфат. Фосфорилирование сейчас выполняет фермент фосфофруктокиназа. Запомни этот фермент, потому что он главный во всём гликолизе. Препод может так и задать вопрос: «Какой фермент самый важный в гликолизе?». Дело в том, что именно он ограничивает гликолиз. Точнее, организм с помощью этого фермента управляет скоростью гликолиза. В ходе третьей реакции получается фруктозо-1,6-бифосфат.
Четвёртая реакция – разрубание бифосфата на две молекулы. Альдолаза выступает в роли циркулярной пилы.
Две получившиеся молекулы свободно превращаются друг в друга, но нам нужен именно глицероальдегид-фосфат. И это пятая реакция. Фермент триозофосфатизомераза.
На самом деле, эти две молекулы являются биохимической развилкой. Левая молекула даст тебе энергию для утренней пробежки, а правая молекула уходит на синтез жира и даст энергию попозже, потому что сейчас ты лежишь под одеялком. Регулятором реакции является АТФ, если его много, то реакция смещается вправо.
Мы выбираем утреннюю пробежку и начинаем второй этап гликолиза.
Шестая по счёту реакция – окисление глицеральдегидфосфата (левой молекулы). Параллельно с этим происходит присоединение ещё одного фосфата. При этом восстанавливается молекула НАД, то есть, начался процесс производства энергии. Фермент шестой реакции – глицеральдегидфосфатдегидрогеназа. Этим словом можно отключать бдительность простых смертных.
Теперь у нас есть суперактивная молекула с двумя фосфатами.
В седьмой реакции фермент фосфоглицераткиназа забирает обратно фосфат, но оставляет кислород. В ходе реакции образуется АТФ, а сама реакция называется субстратным фосфорилированием.
Восьмая реакция – изомеризация. Фосфат переносится на второй атом углерода ферментом фосфоглицератмутазой.
Девятая реакция – отнятие воды у 2-фосфоглицерата. При этом образуется двойная связь в молекуле. А молекулы с двойными связями более охотно вступают в связи.
Фосфоенолпируват с радостью отдаёт фосфат, образуя АТФ и это десятая реакция.
Теперь мы имеем пируват, который может спокойно встроиться в цикл Кребса через образование ацетил-КоА и полностью сгореть. Но что делать, если кислорода нет и цикл Кребса не работает?
А нихуя. НАДН2, который получился в ходе гликолиза, не может дать энергию без кислорода, но скопилось его уже дохуя и девать его куда-то надо. Поэтому НАДН2 восстанавливает пируват до лактата, превращая двойную связь в одинарную. Лактат – мусор. Всё, что он делает в клетке – мешает жить. Получившийся НАД+ восстанавливается в шестой реакции обратно до НАДН2, производство безотходное. Поэтому лактат может накапливаться до тех пор, пока тебя не разорвёт нахуй или пока не закончится глюкоза. Как только появляется кислород, лактат окисляется обратно до пирувата и поступает в цикл Кребса.
Превратиться в ацетил-КоА пирувату помогает пируватдегидрогеназный комплекс. Он включает аж три фермента, которые ещё и отнимают карбоксильную группу.
После гликолиза очень рекомендую отдохнуть и переварить всю информацию за чашечкой тёмного пива. Потому что дальше будет очередной пиздец. А вот и он, кстати!