Какие соединения являются продуктами аэробного и анаэробного гликолиза
Содержание статьи
Общие реакции аэробного и анаэробного гликолиза
Катаболизм глюкозы. Гликолиз.
Катаболизм глюкозы в клетке может проходить как в аэробных, так и в анаэробных условиях, его основная функция — это синтез АТФ.
В аэробных условиях глюкоза окисляется до СО2 и Н2О. Суммарное уравнение:
С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2+ 6Н2О + 2880 кДж/моль.
Этот процесс включает несколько стадий:
1. Аэробный гликолиз — процесс окисления глюкозы до 2 молекул ПВК, с образованием 2 молекул АТФ и 2 молекул НАДН2;
2. Превращение 2 молекул ПВК в 2 молекулы ацетил-КоА с выделением 2 молекул СО2 и образованием 2 молекул НАДН2;
3. Окисление 2 молекул ацетил-КоА в ЦТК с выделением 4 молекул СО2, образованием 2 молекул ГТФ (дают 2 АТФ), 6 молекул НАДН2 и 2 молекул ФАДН2;
4. Реакции окисления 6 молекулами О2 10 (8) молекул НАДН2, 2 (4) молекул ФАДН2 с выделением 6 молекул Н2О и синтезом 34 (32) молекул АТФ в дыхательной цепи окислительного фосфорилирования.
В результате аэробного окисления глюкозы образуется 38 (36) молекул АТФ, из них: 4 АТФ в реакциях субстратного фосфорилирования, 34 (32) АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования. Если свободную энергию полного распада глюкозы 2880 кДж/моль сравнить с энергией гидролиза высокоэнергетических связей 38 моль АТФ (38 моль АТФ * 50 кДж на моль АТФ = 1900 кДж), то КПД аэробного окисления составит 65%.
Катаболизм глюкозы без кислорода идет в анаэробном гликолизе и ПФШ (ПФП). В ходе анаэробного гликолиза происходит окисления молекулы глюкозы до 2 молекул молочной кислоты с образованием 2 молекул АТФ. В анаэробных условиях гликолиз является единственным источником энергии. Суммарное уравнение: С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О.
Гликолиз – главный путь катаболизма глюкозы (фруктозы и галактозы). Все его реакции протекают в цитозоле.
Аэробный гликолиз — это процесс окисления глюкозы до ПВК, протекающий в присутствии О2.
Анаэробный гликолиз – это процесс окисления глюкозы до лактата, протекающий в отсутствии О2.
Анаэробный гликолиз отличается от аэробного только наличием последней 11 реакции, первые 10 реакций у них общие.
В любом гликолизе можно выделить 2 этапа. 1 этап подготовительный, в нем затрачивается 2 молекулы АТФ. Глюкоза фосфорилируется и расщепляется на 2 фосфотриозы. 2 этап, сопряжён с синтезом АТФ. На этом этапе фосфотриозы превращаются в ПВК. Энергия этого этапа используется для синтеза 10 молекул АТФ в аэробных условиях или 4 молекул АТФ в анаэробных условиях.
1. Гексокиназа (гексокиназа II, АТФ: гексозо-6-фосфотрансфераза) в мышцах фосфорилирует в основном глюкозу, меньше – фруктозу и галактозу. Кm<0,1 ммоль/л. Ингибитор глюкозо-6-ф, АТФ. Активатор адреналин. Индуктор инсулин.
Глюкокиназа (гексокиназа IV, АТФ: глюкозо-6-фосфотрансфераза) фосфорилирует глюкозу. Кm — 10 ммоль/л, активна в печени, почках. Не ингибируется глюкозо-6-ф. Индуктор инсулин. Гексокиназы осуществляют фосфорилирование гексоз.
2. Фосфогексозоизомераза (глюкозо-6ф-фруктозо-6ф-изомераза) осуществляет альдо-кетоизомеризацию открытых форм гексоз.
3. Фосфофруктокиназа 1 (АТФ: фруктозо-6ф-1-фосфотрансфераза) осуществляет фосфорилирование фруктозы-6ф. Реакция необратима и самая медленная из всех реакций гликолиза, определяет скорость всего гликолиза. Активируется: АМФ, фруктозо-2,6-дф (мощный активатор, образуется с участием фосфофруктокиназы 2 из фруктозы-6ф), фруктозо-6-ф, Фн. Ингибируется: глюкагоном, АТФ, НАДН2, цитратом, жирными кислотами, кетоновыми телами. Индуктор реакции инсулин.
4. Альдолаза А (фруктозо-1,6-ф: ДАФ-лиаза). Альдолазы действуют на открытые формы гексоз, имеют 4 субъединицы, образуют несколько изоформ. В большинстве тканей содержится Альдолаза А. В печени и почках – Альдолаза В.
5. Фосфотриозоизомераза (ДАФ-ФГА-изомераза).
6. 3-ФГА дегидрогеназа (3-ФГА: НАД+ оксидоредуктаза (фосфорилирующая)) состоит из 4 субъединиц. Катализирует образование макроэргической связи в 1,3-ФГК и восстановление НАДН2, которые используются в аэробных условиях для синтеза 8 (6) молекул АТФ.
7. Фосфоглицераткиназа (АТФ: 3ФГК-1-фосфотрансфераза). Осуществляет субстратное фосфорилирование АДФ с образованием АТФ.
В следующих реакциях низкоэнергетический фосфоэфир переходит в высокоэнергетический фосфат.
8. Фосфоглицератмутаза (3-ФГК-2-ФГК-изомераза) осуществляет перенос фосфатного остатка в ФГК из положения 3 положение 2.
9. Енолаза (2-ФГК: гидро-лиаза) отщепляет от 2-ФГК молекулу воды и образует высокоэнергетическую связь у фосфора. Ингибируется ионами F-.
10. Пируваткиназа (АТФ: ПВК-2-фосфотрансфераза) осуществляет субстратное фосфорилирование АДФ с образованием АТФ. Активируется фруктозо-1,6-дф, глюкозой. Ингибируется АТФ, НАДН2, глюкагоном, адреналином, аланином, жирными кислотами, Ацетил-КоА. Индуктор: инсулин, фруктоза.
Образующаяся енольная форма ПВК затем неферментативно переходит в более термодинамически стабильную кетоформу. Данная реакция является последней для аэробного гликолиза.
Дальнейший катаболизм 2 молекул ПВК и использование 2 восстановленных НАДН2 зависит от наличия кислорода.
В аэробных условиях ПВК и водороды с НАДН2 транспортируются в матрикс митохондрий.
Источник
Процесс гликолиза его реакции, аэробный и анаэробный (Таблица, схема)
Гликолиз — процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты, не является мембранозависимым процессом. Он происходит в цитоплазме. Однако ферменты гликолиза связаны со структурами цитоскелета. Суть гликолиза состоит в том, что молекула глюкозы (C6h22O6) без участия кислорода распадается на две молекулы пировиноградной кислоты (СН3СОСООН). При этом окисление идет за счет отщепления от молекулы глюкозы четырех атомов водорода, связывающихся со сложным органическим веществом НАД с получением двух молекул НАД•Н. Выделяющаяся при этом энергия запасается (40% от общего количества) в виде макроэргических связей двух молекул АТФ. 60% энергии выделяется в виде тепла. При последующем окислении НАД•Н получается еще 6 молекул АТФ. Таким образом, полный энергетический выход гликолиза в анаэробных условиях составляет 8 молекул АТФ.
На схеме в рамках обозначены исходные субстраты и конечные продукты гликолиза, цифрами в скобках — число молекул.
Для распада и частичного окисления молекулы глюкозы требуется протекание 11 сложных последовательных реакций.
Реакции гликолиза
Ход реакций
Ферменты, Активаторы, ингибиторы
Подготовительная стадия гликолиза
Стадия активации глюкозы проходит в 5 реакций, в ходе которых 1 молекула гексозы (глюкозы) расщепляется на 2 молекулы триоз-глицеральдегидфосфата
1. Необратимая реакция фосфорилирования глюкозы
Процесс гликолиза начинается с фосфорилирования глюкозы за счет АТФ — первая реакция. Это первая пусковая реакция гликолиза. Ее результатом является глюкозо-6-фосфат, имеющий отрицательный заряд. В гликолизе может участвовать не только глюкоза, но и другие гексозы (фруктоза), но в результате фосфорилирования и активации все равно образуется глюкозо-6-фосфат.
фермент: гексокиназа
Активаторы: АДФ, Н3РO4.
Ингибиторы: глюкозо-6-Ф, фосфоенолпируват.
2. Обратимая реакция изомеризации глюкозо-6-фосфата
Во второй реакции происходит изомеризация (внутримолекулярные перестройки) глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат.
фермент: глюкозо-6-фосфатизомераза
3. Необратимая реакция фосфорилирования фруктозо-6-фосфата (ключевая стадия гликолиза)
В третьей реакции происходит фосфорилирование (присоединение остатка ортофосфорной кислоты) фруктозо-6-фосфата с образованием фруктозо-1,6-дифосфата. При этом затрачивается еще одна молекула АТФ (уже вторая) — это вторая пусковая реакция гликолиза. Она идет в присутствии Mg2+ и является необратимой, так как сопровождается масштабным уменьшением свободной энергии.
фермент: фосфофруктокиназа
Активаторы: АДФ, АМФ, Н3РO4, К+.
Ингибиторы: АТФ, цитрат, НАДН.
4. Обратимая реакция дихотомического расщепления фруктозо-1,6-дифосфата
В четвертой реакции гликолиза происходит расщепление фруктозо-1,6-дифосфата на две молекулы глицеральдегид-3-фосфата.
фермент: алъдолаза
5. Обратимая реакция изомеризации дигидроксиацетона-3-фосфат в глицеральдегид-3-фосфат
В пятой реакции происходит изомеризация полученных триозофосфатов. На этом заканчивается первая стадия гликолиза.
фермент: триозофосфатизомераза
Стадия генерации АТФ
Проходит в 6 реакций (или 5), в ходе которых энергия окислительных реакций трансформируется в химическую энергию АТФ (субстратное фосфорилирование).
6. Окисление глицеральдегид-3-фосфата до 1,3-дифосфоглицерата (реакция гликолитической оксиредукции)
В шестой реакции происходит окисление альдегидной группы до карбоксильной. Выделившийся Н+ акцептируется NAD, который восстанавливается до NADH. Освобождающаяся энергия затрачивается для образования высокоэнергетической связи 1,3-бифосфоглицерата (1,3-бифосфоглицериновая кислота).
фермент: глицералъдегид-3-фосфат-дегидрогеназа
7. Субстратное фосфорилирование АДФ (7)
В седьмой реакции фосфорильная группа 1,3-бифосфоглицерата переносится на ADP, в результате чего образуется АТР (напоминаем, что следует иметь в виду две параллельные цепи реакций, с участием двух молекул триоз, образовавшихся из одной молекулы гексозы, следовательно, синтезируется не одна, а две молекулы АТР).
фермент: фосфоглицераткиназа
8. Реакция изомеризации 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат
В восьмой реакции гликолиза происходит перенос фосфатной группы с третьего атома углерода на второй. В результате образуется 2-фосфоглицерат (2-фосфоглицериновая кислота).
9. Реакция енолизации
Девятая реакция сопровождается внутримолекулярными окислительно-восстановительными процессами, в результате которых образуется фосфоенолпируват (фосфоенолпировиноградная кислота) с высокоэнергетической связью во втором атоме углерода и отщепляется молекула воды
фермент: енолаза
10. Реакция субстратного фосфорилирования
В ходе десятой реакции фосфорильная группа переносится на ADP. При этом синтезируется АТР и пируват (пировиноградная кислота). Эта реакция также необратима, поскольку высокоэкзергонична.
фермент: пируваткиназа
11. Реакция обратимого восстановления пировиноградной кислоты до молочной кислоты (в анаэробных условиях)
Если после гликолиза следует аэробное расщепление, пируват мигрирует в матрикс митохондрий, где, взаимодействуя с коэнзимом-А, участвует в образовании ацетил-СоА. В анаэробных условиях пируват при участии NADH восстанавливается до лактата (молочной кислоты), который при этом является конечным продуктом гликолиза. Затем в аэробных условиях лактат может обратно превратиться в пируват и окислиться в митохондриях.
фермент: лактатдегидрогеназа
1. Биология для поступающих в вузы / Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский. — 2008.
2. Биология в таблицах и схемах / Спб. — 2004.
3. Биохимия в схемах и таблицах / И. В. Семак — Минск — 2011.
Источник
Аэробный и анаэробный гликолиз 2021
Аэробный и анаэробный гликолиз
Аэробный и анаэробный гликолиз являются популярными в настоящее время. Они имеют основополагающее значение для объяснения того, как организм разрушает пищу и превращает ее в энергию. Можно также услышать эти термины, упомянутые фитнес-баффами; аэробные и анаэробные упражнения важны для улучшения здоровья и благополучия. В научном выражении гликолиз включает в себя десять стадий, в течение которых моносахариды, такие как галактоза, фруктоза и глюкоза, превращаются в промежуточные вещества для подготовки к аэробному или анаэробному гликолизу.
Первый тип гликолиза, который был обнаружен, называется дорогой Эмбден-Мейерхоф-Парнас, или путь ЭМП, и считается наиболее распространенным путем, используемым организмами. Существуют также альтернативные пути, такие как путь Entner-Doudoroff. В условиях неспециалиста различные организмы используют аэробный и анаэробный гликолиз для преобразования пищи в энергию. Существуют два основных различия между этими двумя типами процессов.
Гликолиз через аэробный гликолиз происходит, когда атомы кислорода и водорода соединяются вместе для разрушения глюкозы и облегчают обмен энергией. С другой стороны, анаэробный гликолиз возникает, когда глюкоза разрушается без присутствия кислорода. Анаэробный гликолиз используется мышцами, когда кислород истощается во время тренировки, и полученная молочная кислота затем удаляется из мышечных клеток и направляется в печень, которая превращает ее обратно в глюкозу. Первое различие между аэробным и анаэробным гликолизом связано с наличием или отсутствием кислорода. Если присутствует кислород, то процесс называется аэробным; в противном случае, без кислорода, процесс становится анаэробным.
Второе различие связано с побочными продуктами каждого процесса. Аэробный гликолиз содержит углекислый газ и воду в качестве побочных продуктов, тогда как анаэробный гликолиз изгоняет побочные продукты, такие как этиловый спирт, в растениях и молочную кислоту у животных; поэтому анаэробный гликолиз иногда называют образованием молочной кислоты. Человеческое тело может разлагать глюкозу тремя способами во время тренировки. Первый — через аэробный гликолиз, второй — через систему фосфокреатина, а третий — через анаэробный гликолиз.
Аэробный гликолиз сначала используют при любой активности, при этом система фосфокреатина помогает во время деятельности, продолжающейся не более тридцати секунд. Анаэробный гликолиз начинается во время активности, которая длится долгое время — это помогает мышцам тела сжигать энергию. Однако анаэробные упражнения не должны использоваться часто, поскольку это может привести к накоплению молочной кислоты в организме, избыток которой приводит к судорогам в теле. Аэробные упражнения по-прежнему являются основным способом обучения тела адаптации к любому стрессу; он укрепляет дыхательную систему организма, уменьшает артериальное давление и эффективно сжигает жир. С другой стороны, анаэробные упражнения помогают наращивать мышечную массу и позволяют организму сжигать увеличенное количество калорий, даже находясь в состоянии покоя. Для достижения наилучших результатов, как аэробные, так и анаэробные упражнения должны быть включены в фитнес-схемы, чтобы поддерживать работоспособность организма.
Резюме
- Аэробный и анаэробный гликолиз — это два способа, с помощью которых организмы разрушают глюкозу и превращают ее в пируват. Целью процесса гликолиза является преобразование пищи в энергию.
- Первое различие между аэробным и анаэробным гликолизом заключается в отсутствии или наличии кислорода. Если присутствует кислород, процесс называется аэробным, если он отсутствует, то процесс является анаэробным.
- Второе различие связано с побочными продуктами процесса. Аэробный гликолиз содержит углекислый газ и воду в качестве побочных продуктов, тогда как анаэробный гликолиз имеет разные побочные продукты в растениях у животных: этиловый спирт в растениях и молочную кислоту у животных.
- Человеческое тело использует как аэробный, так и анаэробный гликолиз во время физических упражнений. Для достижения идеальной физической формы тела необходим баланс аэробных и анаэробных упражнений.
Источник
Аэробный и анаэробный гликолиз
Анаэробный гликолиз – ферментативный процесс, включающий последовательное преобразование виноградного сахара для получения энергии. Реакция строится на обратимом превращении пируватов в лактат посредством катализа лактатдегидрогеназой. С ее помощью органы человека используют аденозинтрифосфат для получения сил во время тренинга. Содержание этого компонента удваивается и удерживается на таком уровне около 20 секунд, что позволяет успешно закончить подход. Основная особенность происходящей реакции заключается в отсутствии участия O и побочном образовании лактата.
Аэробный гликолиз – это схожее явление, в ходе которого также происходит разложение глюкозы с получением АДФ, обеспечивающее обмен энергии в организме. В отличие от предыдущей разновидности получения ресурсов реакция протекает с атомами кислорода и водорода. В результате побочных компонентов образуется углекислый газ и вода.
В обоих случаях энергетический выброс дает силы человеку справиться с физической нагрузкой в течение определенного времени.
Описанная система обмена веществ основывается на циркуляции декстрозы в крови и гликогена, который хранится в мышцах и печени. За счет изменения конфигурации молекул происходит выделение АТФ. В результате таких преобразований осуществляются разные процессы, многие из которых не только высвобождают энергию, но и потребляют ее.
Аэробный и анаэробный гликолиз связаны с определенными энзимами, чувствительными к кислотно-щелочному балансу. Во время физических действий выделяется молочная кислота, одновременно запускающая образование ресурсов в организме и усталость. То, какое состояние будет преобладать, зависит от характера тренинга:
аэробика – продолжительность упражнений до 30 секунд;
анаэробика – длительное силовое напряжение.
Недостаток тренировок второго типа заключается в отсутствии возможности заниматься часто. В противном случае объем лактата в теле превысит допустимую норму, что повлечет упадок сил или судороги.
Нагрузки первого типа лучше подходят для развития выносливости. Они помогают в борьбе с лишним весом, укрепляют легкие, снижают артериальное давление. Такие упражнения относятся к кардиотренировкам, развивающим устойчивость к стрессам. Но для набора мышечной массы больше подходят силовые виды спорта. Их преимущество заключается в том, что даже в состоянии покоя сжигается большое количество калорий.
Анаэробный гликолиз и аэробный, отличия которых достаточно существенны, должны присутствовать в жизнедеятельности любого человека. Поэтому в спорте используются как кардио, так и силовые упражнения. Первые необходимы для обеспечения организма O , жиросжигания, похудения. Они гарантируют размеренное и продолжительное воздействие и включают:
катание на коньках, роликах, лыжах;
использование специальных тренажеров (беговая дорожка, велотренажер, степпер).
При регулярном занятии перечисленными видами спорта снижается риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. Сердечная мышца укрепляется достаточно, чтобы выдержать силовые действия. Благодаря этому анаэробный гликолиз, реакции которого требуют сильного физического напряжения, не нанесет вреда внутренним органам. Он строится на так называемых «безкислородных» нагрузках (кратковременность, интенсивность, высокие силовые затраты). В данную категорию входят:
В ходе тренинга потребляется минимум кислорода, поэтому основной запас энергии высвобождается из мышечных волокон. Регулярные занятия развивают мускулатуру, силовые показатели, укрепляют опорно-двигательный аппарат. Преимущество заключается в долговременном эффекте, сохраняющемся в течение 36 часов с момента занятия в спортзале. Ускоренный метаболизм продолжает воздействовать на организм, усиленно сжигая калории и снижая процент жировых отложений.
АнП – важное понятие в тренировках на выносливость, предполагающее «порог» интенсивности в одном занятии. Он представляет собой норму, при которой лактат в крови превышает показатель его нейтрализации. Анаэробный гликолиз происходит в мышцах и других тканях, затрагивая работу внутренних органов. Поэтому определить АнП можно при помощи ЧСС. Задача осуществляется путем выполнения кардионагрузок на большие дистанции или посредством подсчета в лабораторных условиях.
При высоких нагрузках количество молочной кислоты повышается, и организм прикладывает усилия, чтобы понизить этот показатель. Если АнП превысит допустимый уровень, самочувствие атлета ухудшится, и он не сможет продолжать заниматься. Чтобы предотвратить описанный исход, необходимо тренироваться, отслеживая собственный порог.
Для самостоятельного расчета АнП подходит бег. Задача осуществляется по следующей схеме:
пробежите дистанцию в среднем темпе в течение 30 минут;
через 10 минут с начала старта замеряйте пульс;
повторите процедуру по окончании пробежки;
суммируйте оба показателя;
разделите полученное число на 2.
Результат – анаэробный порог. Чтобы его не превысить, необходимо заниматься на 85% от допустимого максимума. Для этого рекомендуется отслеживать пульс в ходе тренировки.
Чтобы повысить эффективность данной системы, необходимо воспользоваться специальной тренировочной программой. При правильном подходе содержание глюкозы и гликогена увеличится, за счет чего усилится выработка энергии, позволяющая дольше заниматься. Для формирования привычки к более высокому уровню молочной кислоты и наработки выносливости, следует:
тренироваться со средней и высокой интенсивностью;
использовать веса, с которым можно сделать 8-15 повторений в одном сете;
отдыхать между подходами 30-60 секунд.
Большой объем, умеренные веса и короткие перерывы повысят выработку лактата. При регулярных занятиях тело адаптируется к высокому показателю данного вещества, выполнять упражнения станет легче, утомляемость снизится. Активируется работа энергетической системы, усиливающей выработку ресурсов, используемых для выполнения силовых упражнений.
Для улучшения гликогенолиза изобретено спортивное питание, ускоряющее синтез компонентов, принимающих в нем участие. Пищевые добавки позволяют организму вырабатывать больше виноградного сахара и гликогена, за счет чего сроки восстановления сокращаются. Но описанная особенность распространяется не на всех людей. Если человек испытывает нехватку разных компонентов, спортивное питание улучшит гликогенолиз. В противном случае разница в энергетическом балансе незаметна.
Переработка глюкозы в энергию в клетках состоит из трех стадий:
Подготовительный гликолиз аэробный. На этом этапе декстроза расщепляется и преобразуется в пируват.
Тканевое дыхание. Необходимые питательные вещества вырабатываются по митохондриальной цепи переноса электронов.
Всего из одной молекулы глюкозы возникает 38 молекул АТФ. Участие кислорода в реакции тормозит процесс. Но его отсутствие не принесет вреда, поскольку гликогенолиз рассчитан на короткие интенсивные нагрузки. При активном дыхании в клетках происходит переключение на более экономичный вариант получения ресурсов.
Большинство людей не знает, где протекает анаэробный этап гликолиза. Данное явление происходит в цитоплазме клеток, но для результативного тренинга это не имеет значения точно так же, как и то, какие продукты и ферменты выделяются. Главное для атлета – придерживаться основных рекомендаций, обеспечивающих эффективную тренировку и восстановление.
чередуйте силовые с кардио;
не занимайтесь дольше 30-40 минут, чтобы уровень гормона стресса не превысил норму;
распределите «кислородные» и «безкислородные» занятия по разным дням;
делайте разминку, чтобы мышечные ткани лучше воспринимали поступление молочной кислоты;
давайте время телу восстановиться (1-3 дня в зависимости от интенсивности тренировки).
Не забывайте о режиме сна, здоровом питании, отсутствии вредных привычек. Перечисленные факторы создадут условия для хорошей работы внутренних органов, благодаря чему обменные процессы будут протекать быстрее и эффективнее. Периодизированная программа обеспечит результативную гипертрофию. Также учитывайте состояние здоровья. Нарушение метаболизма негативно сказывается на энергетическом обмене в клетках и гликогенолизе. Поэтому предварительный расчет АнП и медицинский осмотр – обязательны. При обнаружении проблем со здоровьем интенсивность нагрузок необходимо снизить, иначе будет нарушен не только метаболизм, но и работа внутренних органов.
Другие материалы по теме:
Причины и симптомы выброса адреналина в крови
Как норадреналин и адреналин влияют на поведение
Как снизить уровень сахара в крови?
Источник