Выход АТФ при аэробном гликолизе

На образование фруктозо-1,6-бисфосфата из одной молекулы глюкозы требуется 2 молекулы АТФ (реакции 1 и 3 на рис. 7−33). Реакции, связанные с синтезом АТФ, происходят после распада глюкозы на 2 молекулы фосфотриозы, т. е. на втором этапе гликолиза. На этом этапе происходят 2 реакции субстратного фосфорилирования и синтезируются 2 молекулы АТФ (реакции 7 и 10). Кроме того, одна молекула глицеральдегид-3-фосфата дегидрируется (реакция 6), a NADH передаёт водород в митохондриальную ЦПЭ, где синтезируется 3 молекулы АТФ путём окислительного фосфорилирования. В данном случае количество АТФ (3 или 2) зависит от типа челночной системы. Следовательно, окисление до пирувата одной молекулы глицеральдегид-3-фосфата сопряжено с синтезом 5 молекул АТФ. Учитывая, что из глюкозы образуются 2 молекулы фосфотриозы, полученную величину нужно умножить на 2 и затем вычесть 2 молекулы АТФ, затраченные на первом этапе. Таким образом, выход АТФ при аэробном гликолизе составляет (5Ч2) — 2 = 8 АТФ.

ГЛЮТ-1 (эритроцитарный тип) — первый клонированный белок-транспортер. Ген, кодирующий этот белок, расположен на I-й хромосоме. ГЛЮТ-1 экспрессируется во многих тканях и клетках: эритроцитах, плаценте, почках, толстой кишке. По данным K. Kaestner и соавт. (1991), синтез ГЛЮТ-1 и ГЛЮТ-4 в адипоцитах транскрипционно регулируется цАМФ реципрокным способом. Наряду с этим экспрессия ГЛЮТ-1 в мышцах стимулируется угнетением N-связанного гликозилирования [Maher F., Harrison L., 1991].

ГЛЮТ-2 (печеночный тип) синтезируется только в печени, почках, тонкой кишке (базолатеральная мембрана) и панкреатических b-клетках. Молекула ГЛЮТ-2 включает 524 аминокислотных остатка. Ген, кодирующий этот белок, локализуется на 3-й хромосоме. Изменение количества или структурной формы ГЛЮТ-2 вызывает снижение чувствительности b-клеток к глюкозе. Это происходит при сахарном диабете II типа, когда наблюдается индукция экспрессии ГЛЮТ-2 в проксимальных канальцах почек, причем количество ГЛЮТ-2 мРНК увеличивается в 6,5 раза, а количество ГЛЮТ-1 мРНК уменьшается до 72% от нормы [J.H. Dominguez и соавт., 1991].

ГЛЮТ-3 (мозговой тип) экспрессируется во многих тканях: мозге, плаценте, почках, скелетных мышцах плода (уровень этого белка в скелетных мышцах взрослого человека низкий). Молекула ГЛЮТ-3 состоит из 496 аминокислотных остатков. Ген, кодирующий этот белок, расположен на 12-й хромосоме.

ГЛЮТ-4 (мышечно-жировой тип) содержится в тканях, где транспорт глюкозы быстро и значительно увеличивается после воздействия инсулина: скелетной белой и красной мышцах, белой и коричневой жировой клетчатке, мышце сердца. Молекула белка состоит из 509 аминокислотных остатков. Ген, кодирующий ГЛЮТ-4, локализуется на 17-й хромосоме. Основной причиной клеточной резистентности к инсулину при ожирении и инсулиннезависимом диабете (ИНЗД), по данным W. Garvey и соавт. (1991), является претрансляционное угнетение синтеза ГЛЮТ-4, однако его содержание в мышечных волокнах I и II типа у больных ИНЗД при ожирении и нарушении толерантности к глюкозе одинаково. Резистентность мышц этих больных к инсулину, вероятно, связана не с уменьшением количества ГЛЮТ-4, а с изменением их функциональной активности или нарушением транслокации.

ГЛЮТ-5 (кишечный тип) находится в тонкой кишке, почках, скелетных мышцах и жировой ткани. Молекула этого белка состоит из 501 аминокислотного остатка. Ген, кодирующий синтез белка, расположен на 1-й хромосоме.

Идентифицировано 2 класса транспортеров глюкозы: Na+ глюкозный ко-транспортер и пять изоформ собственных транспортеров глюкозы. Na+глюкозный ко-транспортер, или симпортер, экспрессируется специальными эпителиальными реснитчатыми клетками тонкой кишки и проксимального отдела канальцев почек.

Второй класс переносчиков глюкозы представлен собственными транспортерами глюкозы — мембранными белками, находящимися на поверхности всех клеток. Транспортеры глюкозы осуществляют транспорт глюкозы не только в клетку, но и из клетки. Транспортеры 2 го класса участвуют и во внутриклеточном перемещении глюкозы.

Молочная кислота в организме человека образуется при распаде глюкозы. Глюкоза — это основное топливо для мышц при физической нагрузке. Когда расщепляется глюкоза в клетке образуется АТФ (аденозинтрифосфат), который обеспечивает большинство химических реакций в организме. Накапливание большого количества молочной кислоты в мышцах приводит к болевым ощущениям, общей слабости, даже к повышенной температуре.

При любой физической нагрузке задействованы наши мышцы, чтобы мышцы правильно выполняли свои биохимические функции им требуется поглощать определенное количество кислорода. С помощью кислорода мышцы поплняют запас энергии, восстанавливая АТФ. Чем интенсивнее сокращаются мышцы, тем больше им нужно кислорода.

Особеенность человеческого организма в том, что при интенсивной физической нагрузке, блокируется доступ кислорода. Местный кровоток замедляется, а в следствие замедляется и поступлении кислорода, получается, что мышцы нуждаются в кислороде, но в то же время ограничивают кровоток и уменьшают приток кислорода.

Несмотря на это нагрузка на мышцы продолжается и организм ищет новые источники энергии, в результате производится АТФ без кислорода, в анаэробном режиме. Гликоген, содержащийся в мышцах помогает производить энергию без доступа кислорода, но в результате такого получения энергии образуются местные выделения, которые и называют молочной кислотой. Два основных компонента молочной кислоты — водород и анион лактата.

Распад гликогена или его мобилизация происходят в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между приёмами пищи, кроме того, этот процесс в печени и мышцах ускоряется во время физической работы. Распад гликогена происходит путём последовательного отщепления остатков глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата. Гликозидная связь расщепляется с использованием неорганического фосфата, поэтому процесс называется фосфоролизом, а фермент гликогенфосфорилазой.

Гипергликемия — это нарушение углеводного обмена, которое характеризуется содержанием глюкозы в крови выше нормы (3,3 — 5,5 ммоль/л) и появлением ряда симптомов. Это состояние развивается при патологии многих органов, но особенно часто при сахарном диабете.