Источник энергии для синтеза АТФ

НАД*Н
На этапе переноса электронов высокоэнергетические электроны НАД-Н перемещаются по многоступенчатой цепи переносчиков, как по лестнице, идущей вниз. При переходе с высшей ступени на низшую электрон теряет энергию, которая используется для образования высокоэнергетической связи в АТФ. В цепи переноса электронов на каждую пару электронов, перенесенную от НАД*Н на O2, синтезируется 3 молекулы АТФ.

a-Глюкоза — необходимый компонент всех живых организмов — от вирусов до высших растений и позвоночных животных (включая человека); входит в состав различных соединений — от сахарозы,целлюлозы и крахмала до некоторых гликопротеидов и вирусной рибонуклеиновой кислоты. Для ряда бактерийглюкоза — единственный источник энергии. Глюкоза участвует во многих реакциях обмена веществ.

Содержание глюкозы в крови человека около 100 мг%, оно регулируется нейро-гуморальным путём (см. Углеводный обмен). Снижение содержания глюкозы (см. Гипогликемия) до 40 мг% вызывает резкое нарушение деятельности центральной нервной системы. Основные пути использования глюкозы в организме: анаэробные превращения, сопровождающиеся синтезом АТФ (см. Аденозинфосфорные кислоты) и заканчивающиеся образованием молочной кислоты (см. Гликолиз); синтез гликогена; аэробное окисление до глюконовой кислоты под действием ферментаглюкозооксидазы (процесс присущ некоторым микроорганизмам, использующим его для получения энергии, протекает с поглощением кислорода воздуха); превращения в пентозы и др. простые сахара (пентозофосфатный цикл). При полном ферментативном окислении глюкозы до CO₂ и H₂O выделяется энергия: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ® 6CO₂ + 6H₂O + 686 ккал/моль, значительная часть которой аккумулируется макроэргическими соединениями типа АТФ. Синтез глюкозы из неорганических компонентов представляет обратный процесс и осуществляется растениями и некоторыми бактериями, использующими энергию солнечного света (фотосинтез) и химических окислительныхреакций (хемосинтез).

В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала. Применяется в кондитерском производстве; как лечебное средство — в медицине.

Вопрос№37

Сахарный диабет характеризуется повышением уровня глюкозы в крови. У здоровых людей постоянная концентрация глюкозы в крови поддерживается за счет особого гормона, инсулина, вырабатываемого поджелудочной железой в ответ на повышение концентрации глюкозы в крови. Инсулин повышает чувствительность тканей организма по отношению к глюкозе и запускает биохимические механизмы ее утилизации. При сахарном диабете инсулиновый механизм регуляции уровня глюкозы не работает. Для сахарного диабета 1 типа, например, свойственно снижение общего количества инсулина, вырабатываемого поджелудочной железой, а при диабете 2 типа снижается чувствительность тканей по отношению к инсулину и потому даже в нормальных количествах он не способен снизить уровень глюкозы в крови. Такое нарушение метаболизма глюкозы чрезвычайно неблагоприятно для организма: с одной стороны ткани и органы начинают «голодать» так как без инсулина они не могут перерабатывать глюкозу, а с другой стороны неиспользованная глюкоза накапливается в крови, просачивается в стенки сосудов, накапливается в межклеточной среде. Ввиду того, что в нашем организме все типы обмена веществ взаимосвязаны, вскоре после нарушения метаболизма глюкозы (углеводов) выходят из строя метаболизм жиров и белков. Такое глобальное нарушение обмена веществ нарушает работу внутренних органов, кровеносных сосудов и нервов больного диабетом.

Вопрос№38

Фосфорилирование глюкозы

Эта реакция катализируется ферментом гексокиназой (в клеточных условиях гексокиназа неспособна осуществлять обратную реакцию). Он относится к группе киназ — ферментов, катализирующих перенос терминальной фосфорильной группы с ATP на акцептор — нуклеофил. В случае гексокиназы акцептором является гексоза, как правило, D-глюкоза, хотя в некоторых тканях гексокиназа также может катализировать фосфорилирование и других распространённых гексоз, например, D-фруктозы и D-маннозы^[8] (подробнее см. ниже).

Как и многим другим киназам, гексокиназе для активности необходимо присутствие ионов Mg²⁺, поскольку собственно субстратом для этого фермента является не ATP^4-, а комплекс MgATP^2-. Ион магния «закрывает собой» часть отрицательного заряда фосфатных групп ATP, делая терминальный атом фосфора более доступным для нуклеофильной атаки гидроксильной группой глюкозы. При связывании с глюкозой гексокиназа значительно изменяет конфигурацию, два её домена при связывании с ATP сближаются друг с другом на 8 Å. Такое сближение подводит связанный с ферментом ATP ближе к молекуле глюкозы, также с ним связанной, а также блокирует вход в активный центр воды из раствора, которая в противном случае гидролизовала бы фосфоангидридные связи в молекуле ATP. Как и другие 9 ферментов гликолиза, гексокиназа является растворимым цитозольным белком^[8].

Гексокиназа имеется у всех организмов^{[источник не указан 373 дня]}. Человеческий геном кодирует 4 различные гексокиназы (I—IV), которые катализируют одну и ту же реакцию (два и более фермента, катализирующие одну и ту же реакцию, но кодируемые разными генами, называются Изоферментами). Гексокиназа IV, также называемая глюкокиназой, присутствует в гепатоцитах и отличается от других гексокиназ некоторыми кинетическими и регуляторными свойствами и играет важную физиологическую роль^[8].