Просмотр кода страницы Гликолиз

'''Глико́лиз''', или '''путь Эмбдена — Мейергофа — Парнаса'''{{sfn|Нетрусов, Котова|2012|с=123}} (от {{lang-el|γλυκός}} — сладкий и {{lang-el|λύσης}} — расщепление) — процесс [[Окисление|окисления]] [[Глюкоза|глюкозы]], при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы [[пируват|пировиноградной кислоты]]. Гликолиз состоит из цепи последовательных [[фермент]]ативных реакций и сопровождается запасанием [[Энергия|энергии]] в форме [[Аденозинтрифосфат|АТФ]] и [[Никотинамидадениндинуклеотид|НАДH]]. Гликолиз является универсальным путём [[катаболизм]]а глюкозы и одним из трёх (наряду с [[Пентозофосфатный путь|пентозофосфатным путём]] и [[Путь Энтнера — Дудорова|путём Энтнера — Дудорова]]) путей окисления глюкозы, встречающихся в живых [[Клетка (биология)|клетках]]. Реакция гликолиза в суммарном виде выглядит следующим образом:

: Глюкоза + 2[[НАД]]<sup>+</sup> + 2[[АДФ]] + 2[[Фосфат|P<small>i</small>]] → 2 пируват + 2НАД*H + 2[[Водород|Н<sup>+</sup>]] + 2[[АТФ]] + 2[[Вода|Н<sub>2</sub>O]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=528, 530}}.

[[Кислород]] не требуется для протекания гликолиза. В [[аэроб]]ных условиях пировиноградная кислота далее [[Декарбоксилирование|декарбоксилируется]], соединяется с [[Кофермент А|коферментом А]] и вовлекается в [[цикл Кребса]]. В [[анаэроб]]ных условиях (при [[Гипоксия|гипоксии]]) пируват восстанавливается до [[Молочная кислота|молочной кислоты]] либо претерпевает дальнейшие превращения в ходе [[Брожение|брожения]]{{sfn|Campbell|2011|p=179}}{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=530}}.

== Общий обзор ==
[[Файл:Shema Glicozida.png|right|thumb|450px|Схема гликолиза]]
Распад шести[[углерод]]ного [[сахар]]а [[Глюкоза|глюкозы]] на две молекулы трёхуглеродного пирувата осуществляется в 10 стадий, первые 5 которых составляют ''подготовительный этап'' с затратой [[Аденозинтрифосфат|АТФ]], а 5 последующих — ''этап, сопряжённый с образованием АТФ''. Все сахара и их производные, образующиеся при гликолизе, являются [[D/L-номенклатура|D-изомерами]]. В ходе реакций гликолиза глюкоза сначала [[Фосфорилирование|фосфорилируется]] по [[Гидроксильная группа|гидроксильной группе]] при шестом атоме углерода (C-6), давая [[глюкозо-6-фосфат]] (''стадия 1''). Глюкозо-6-фосфат затем [[изомеризация|изомеризуется]] в [[фруктозо-6-фосфат]] (''стадия 2''), который вновь фосфорилируется, на этот раз по гидроксильной группе при первом атоме углерода, при этом образуется [[фруктозо-1,6-бисфосфат]] (''стадия 3''). В ходе обеих этих реакций фосфорилирования донором фосфорильной группы является АТФ. Далее фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две трёхуглеродные молекулы — [[дигидроксиацетонфосфат]] и [[глицеральдегид-3-фосфат]] (''стадия 4''), эта стадия и дала название всему пути. Дигидроксиацетонфосфат изомеризуется в глицеральдегид-3-фосфат (''стадия 5''), так что к концу подготовительного этапа из глюкозы образуется 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата, которые в дальнейшем претерпевают одинаковые превращения. Изомеризация на стадии 2 необходима для дальнейшего фосфорилирования, а также разрыва связи С—С на стадии 4, как будет подробнее показано в дальнейшем. При этом в подготовительной стадии гликолиза расходуется 2 молекулы АТФ, что увеличивает [[Энергия Гиббса|свободную энергию]] промежуточных соединений пути{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=528—530}}.

Энергетическую выгоду даёт второй этап гликолиза, сопряжёный с образованием АТФ. Каждая из двух молекул глицеральдегид-3-фосфата окисляется и фосфорилируется фосфорной кислотой (''а не АТФ''), образуя [[бисфосфоглицериновая кислота|1,3-бисфосфоглицериновую кислоту]] (''стадия 6''). Выделение энергии происходит при превращении двух молекул [[1,3-бисфосфоглицерат]]а в две молекулы пирувата (''стадии 7—10''), и большая часть этой энергии запасается при присоединении фосфатной группы к четырём молекулам АДФ с образованием четырёх молекул АТФ. Суммарный выход составляет 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы, поскольку 2 молекулы АТФ расходуются в подготовительном этапе. Кроме того, во втором этапе гликолиза часть энергии запасается при образовании двух молекул восстановленного НАДH на одну молекулу глюкозы{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=530}}.

Таким образом, гликолиз включает в себя химические перестройки следующего типа:
* расщепление шестиуглеродного скелета глюкозы на два трёхуглеродных пирувата;
* фосфорилирование АДФ до АТФ, осуществляемое при отрыве фосфата от соединений с высоким потенциалом переноса фосфата, образующихся при гликолизе (таким образом, АТФ при гликолизе образуется за счёт ''субстратного фосфорилирования'', в отличие от [[Окислительное фосфорилирование|окислительного фосфорилирования]] [[Дыхательная цепь переноса электронов|дыхательной цепи]], где АТФ образуется за счёт переноса электронов и [[протон]]ов по цепи переносчиков{{sfn|Северин|2011|с=264}});  
* перенос иона Н<sup>+</sup> к НАД<sup>+</sup> с образованием восстановленного НАДН{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=530}}.

Итак, суммарное уравнение гликолиза:

: Глюкоза + 2НАД<sup>+</sup> + 2АДФ + 2P<small>i</small> → 2 пируват + 2НАДH + 2Н<sup>+</sup> + 2АТФ + 2Н<sub>2</sub>O{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=528, 530}}.

== Значение фосфорилирования промежуточных соединений ==
Каждое из 9 промежуточных соединений на пути от глюкозы к пирувату содержат остатки [[Ортофосфорная кислота|ортофосфорной кислоты]]. По-видимому, фосфатные группы в этом случае выполняют следующие 3 функции:
* Поскольку в [[Клеточная мембрана|клеточной мембране]], как правило, отсутствуют [[Белок|белки]]-переносчики для фосфорилированных сахаров, фосфорилированные промежуточные соединения, а также глюкозо-6-фосфат не могут покинуть клетку. После первоначального фосфорилирования для удержания внутри клетки фосфорилированных соединений больше не нужно дополнительной энергии, несмотря на большую разницу между внутри- и внеклеточной концентрацией этих соединений.
* Фосфатные группы необходимы для хранения метаболической энергии. Энергия, которая потенциально может быть высвобождена при гидролизе {{нп5|Фосфоангидрид|фосфоангидридных|en|Phosphoanhydride}} [[Связь (химия)|связей]] (например, в АТФ), частично запасается при образовании [[Сложные эфиры|эфиров]] [[Ортофосфорная кислота|фосфорной кислоты]], например, глюкозо-6-фосфата. В дальнейшем высокоэнергетические соединения, содержащие фосфатную группу и образующиеся в ходе гликолиза ([[1,3-бисфосфоглицерат]] и [[фосфоенолпируват]]), выступают в качестве доноров фосфорильной группы при образовании АТФ из [[Аденозиндифосфат|АДФ]].
* Энергия связывания фосфатных групп с активными центрами ферментов снижает [[Энергия активации|энергию активации]] и увеличивает специфичность [[Ферменты|ферментативных]] реакций. Фосфатные группы АДФ, АТФ и промежуточных продуктов гликолиза образуют комплексы с [[ион]]ами [[Магний|Mg<sup>2+]]</sup>. Места связывания [[Субстрат (биохимия)|субстрата]] многих ферментов специфичны к этим комплексам. Для активности большинства ферментов гликолиза необходим Mg<sup>2+</sup>{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=531}}.

== Механизм ==
=== ''Этап 1'': подготовительный этап ===
На подготовительном этапе гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы расщепляется на два триозофосфата. При этом затрачиваются две молекулы АТФ{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=531}}. Подготовительный этап гликолиза включает 5 реакций, которые подробно описаны ниже.

==== ''Стадия 1'': фосфорилирование глюкозы ====
В первой реакции гликолиза происходит активация молекулы глюкозы путём её фосфорилирования по шестому атому углерода (С-6) с образованием ''глюкозо-6-фосфата'', при этом донором фосфорильной группы выступает АТФ{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=532}}:

[[Файл:Reaction-Glucose-Glucose-6P.png|center|344px]]

{| class="wikitable"
| ''Фермент'' || ''Кофактор'' || ''[[Энергия Гиббса|Изменение свободной энергии]]<br/> (ΔG′<sup>о</sup>, кДж/моль)''
|- 
| Гексокиназа || Mg<sup>2+</sup> || −16,7 
|- 
|}

Эта реакция катализируется ферментом ''[[Гексокиназа|гексокиназой]]'' (в клеточных условиях гексокиназа неспособна осуществлять обратную реакцию). Он относится к группе [[Киназы|киназ]] — ферментов, катализирующих перенос терминальной фосфорильной группы с АТФ 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-[[Фруктоза|фруктозы]] и D-[[Манноза|маннозы]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=532}} (подробнее см. ниже).
[[Файл:Комплекс MgАТФ 2-.png|мини|285x285пкс|Ион магния «закрывает собой» часть отрицательного заряда фосфатных групп АТФ]]
Как и многим другим киназам, гексокиназе для активности необходимо присутствие ионов Mg<sup>2+</sup>, поскольку собственно субстратом для этого фермента является не АТФ<sup>4-</sup>, а комплекс MgАТФ<sup>2-</sup>. Ион магния «закрывает собой» часть отрицательного [[Заряд (физика)|заряда]] фосфатных групп АТФ, делая терминальный атом фосфора более доступным для нуклеофильной атаки гидроксильной группой глюкозы. При связывании с глюкозой гексокиназа значительно изменяет конфигурацию, два её [[Домен белка|домена]] при связывании с АТФ сближаются друг с другом на 8 [[Ангстрем|Å]]. Такое сближение подводит связанный с ферментом АТФ ближе к молекуле глюкозы, также с ним связанной, а также блокирует вход в [[Активный центр фермента|активный центр]] воды из раствора, которая в противном случае [[гидролиз]]овала бы фосфоангидридные связи в молекуле АТФ. Как и другие 9 ферментов гликолиза, гексокиназа является растворимым [[цитозоль]]ным белком{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=532}}.

[[Человек|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 [[ген]]ами, называются [[изофермент]]ами). Гексокиназа IV, также называемая [[Глюкокиназа|глюкокиназой]], присутствует в [[гепатоцит]]ах и отличается от других гексокиназ некоторыми кинетическими и регуляторными свойствами и играет важную физиологическую роль{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=532}}.

==== ''Стадия 2'': изомеризация глюкозо-6-фосфата ====
Фермент ''[[фосфогексозоизомераза]]'', или ''[[фосфоглюкозоизомераза]]'' катализирует обратимую изомеризацию глюкозо-6-фосфата ([[альдозы]]) во ''фруктозо-6-фосфат'' ([[Кетозы|кетозу]]){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=532}}:

[[Файл:Reaction-Glucose-6P-Fructose-6P.png|center|344px]]

{| class="wikitable"
| ''Фермент'' || ''Кофактор'' || ''Изменение свободной энергии<br/> (ΔG′<sup>о</sup>, кДж/моль)'' 
|- 
| Фосфогексозоизомераза,<br/> или глюкозоизомераза || Mg<sup>2+</sup> || 1,7 
|- 
|}

Механизм этой реакции включает в себя образование промежуточного [[Енолы|енодиольного]] соединения. Эта реакция одинаково хорошо идёт в обоих направлениях, как и можно было предположить из её небольшого ΔG′<sup>о</sup>. Эта изомеризация играет ключевую роль для всех последующих превращений гликолиза, поскольку перестройка [[Карбонильная группа|карбонильной]] и гидроксильной групп при С-1 и С-2 необходима для следующих двух стадий. Для фосфорилирования, происходящего в следующей стадии, необходимо, чтобы при С-1 карбонильная группа была перестроена в гидроксильную, а для четвёртой стадии — разрыва связи между С-3 и С-4 — необходимо наличие карбонильной группы при С-2{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=532}}.

==== ''Стадия 3'': фосфорилирование фруктозо-6-фосфата ====
В третьей реакции гликолиза, протекающей с затратой АТФ, фермент ''[[фосфофруктокиназа-1]]'' катализирует перенос фосфорильной группы от АТФ на [[фруктозо-6-фосфат]] с образованием ''фруктозо-1,6-бисфосфата''{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=532}}:

[[Файл:Reaction-Fructose-6P-F26BP.png|center|355px]]

{| class="wikitable"
| ''Фермент'' || ''Кофактор'' || ''Изменение свободной энергии<br /> (ΔG′<sup>о</sup>, кДж/моль)''
|-
| Фосфофруктокиназа-1 || Mg<sup>2+</sup> || −14,2
|-
|}

В клеточных условиях фосфофруктокиназа не может осуществлять эту реакцию в обратном направлении, и эта реакция является первой реакцией, продукт которой (фруктозо-1,6-бисфосфат) участвует только в дальнейших реакциях гликолиза, потому что [[глюкозо-6-фосфат]] и [[фруктозо-6-фосфат]] могут участвовать и в других{{каких?}} процессах{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=533}}.

У некоторых, как правило анаэробных, бактерий и [[Протисты|протистов]] фосфофруктокиназа в качестве донора фосфорильной группы для образования фруктозо-1,6-бисфосфата использует [[пирофосфат|пирофосфорную кислоту]] (PP<sub>i</sub>), а не АТФ:

: Фруктозо-6-фосфат + PP<small>i</small> → фруктозо-1,6-бисфосфат + P<small>i</small>, ΔG′<sup>о</sup> = −2,9 кДж/моль, реакция идёт в присутствии Mg<sup>2+</sup>{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=533}}.

В растительных клетках имеется как АТФ-зависимая фосфофруктокиназа, так и [[пирофосфат-зависимая фосфофруктокиназа]] (реакция, катализируемая последней, обратима)<ref>{{Cite web|url =http://plantsinaction.science.uq.edu.au/edition1/?q=content/2-4-2-glycolytic-pathway|title =Plants in action / The glycolytic pathway|author =|date =|publisher =|access-date =2019-04-18|archive-url =https://web.archive.org/web/20180320224935/http://plantsinaction.science.uq.edu.au/edition1/?q=content%2F2-4-2-glycolytic-pathway|archive-date =2018-03-20|url-status =dead}}</ref>. Пирофосфат-зависимая фосфофруктокиназа локализована в цитозоле и активируется в условиях стресса, при дефиците АТФ (например, при [[Аноксия|аноксии]]) и [[фосфорное голодание|фосфорном голодании]]<ref>{{Cite web|url = http://5e.plantphys.net/article.php?ch=&id=124|title = Metabolic flexibility helps plants to survive stress|author = William C. Plaxton|date = |publisher = |access-date = 2014-08-15|archive-date = 2015-02-25|archive-url = https://web.archive.org/web/20150225003129/http://5e.plantphys.net/article.php?ch=&id=124|url-status = live}}</ref>.

Фосфофруктокиназа-1 регулируется [[Аллостерическая регуляция|аллостерически]]. Её активность увеличивается, когда клеточные запасы АТФ истощаются, а продукты распада АТФ (АДФ и [[АМФ]]) накапливаются. Напротив, при наличии достаточного количества АТФ и других{{каких?}} ресурсов её активность подавляется. У некоторых организмов [[фруктозо-2,6-бисфосфат]] является потенциальным аллостерическим регулятором фосфофруктокиназы 1. Косвенным образом активность этого фермента увеличивает также {{нп5|рибулозо-5-фосфат||en|Ribulose 5-phosphate}} (промежуточное соединение [[пентозофосфатный путь|пентозофосфатного пути]], другого пути окисления глюкозы){{sfn|Nelson, Cox|2008|p = 533}} (подробнее о регуляции ферментов гликолиза см. ниже).

==== ''Стадия 4'': расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата ====
Фермент ''фруктозо-1,6-бисфосфатальдолаза'', или просто ''[[альдолаза]]'', катализирует обратимую [[Альдольная конденсация|альдольную конденсацию]]. Фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на два различных триозофосфата: ''глицеральдегид-3-фосфат'' (альдозу) и ''дигидроксиацетонфосфат'' (кетозу){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=533}}:
 
[[Файл:Reaction-F16BP-DOAP-GA3P.png|center|416px]]

{| class="wikitable"
| ''Фермент'' || ''Кофактор'' || ''Изменение свободной энергии<br/> (ΔG′<sup>о</sup>, кДж/моль)'' 
|- 
| Альдолаза || || 23,8
|- 
|}

Существуют 2 класса альдолаз. Альдолазы класса I имеются у [[Животные|животных]] и [[Растения|растений]], их работа сопровождается образованием промежуточного [[Основание Шиффа|основания Шиффа]]. Альдолазы класса II имеются у [[Грибы|грибов]] и [[Бактерии|бактерий]], при их работе промежуточных оснований Шиффа не образуется. Вместо этого ион цинка в активном сайте фермента связывается с [[атом]]ом кислорода карбонильной группы при С-2. Ион [[Цинк|Zn<sup>2+</sup>]] [[Поляризация химической связи|поляризует]] карбонильную группу и стабилизирует енольное промежуточное соединение, образующееся при разрыве связи С—С{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=534}}.

Хотя [[Альдольная реакция|реакция, катализируемая альдолазой]], имеет положительную ΔG′<sup>о</sup> в направлении расщепления фруктозо-1,6-бисфосфата, при низких концентрациях реагентов, имеющихся в клетке, реальное изменение свободной энергии мало и альдолазная реакция обратима. В обратном направлении альдолазная реакция идёт при [[глюконеогенез]]е{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=534}}.

==== ''Стадия 5'': изомеризация триозофосфатов ====
Лишь один из двух продуктов альдолазной реакции — глицеральдегид-3-фосфат — может участвовать в дальнейших превращениях гликолиза. Другой продукт — [[дигидроксиацетонфосфат]] — быстро и обратимо переводится в глицеральдегид-3-фосфат ферментом ''{{нп5|Триозофосфатизомераза|триозофосфатизомеразой|en|Triosephosphate isomerase}}''{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=534}}:

[[Файл:Reaction-DOAP-GA3P.png|center|274px]]

{| class="wikitable"
| ''Фермент'' || ''Кофактор'' || ''Изменение свободной энергии<br/> (ΔG′<sup>о</sup>, кДж/моль)'' 
|- 
| Триозофосфатизомераза || || 7,5 
|- 
|}

Механизм этой реакции схож с механизмом реакции, катализируемой фосфогексозоизомеразой на стадии 2. Таким образом, обе «половины» глюкозы превращаются в глицеральдегид-3-фосфат{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=535}}. Эта реакция завершает подготовительный этап гликолиза. К его концу молекула глюкозы, фосфорилированная по С-1 и С-6, расщепляется на две молекулы глицеральдегид-3-фосфата{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=535}}.

=== ''Этап 2'': синтез АТФ ===
Второй этап гликолиза содержит стадии, в которых часть [[Химическая энергия|химической энергии]] молекулы глюкозы запасается в виде АТФ за счёт субстратного фосфорилирования АДФ, а также образования НАДH. Две молекулы глицеральдегид-3-фосфата, образовавшиеся в ходе подготовительного этапа гликолиза, во втором этапе подвергаются одинаковым превращениям. В конечном счёте каждая из них переводится в пируват, при этом образуется 4 молекулы АТФ. Однако суммарный выход АТФ в гликолизе составляет 2 молекулы, так как 2 молекулы АТФ расходуются в подготовительном этапе{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=535}}.
 
==== ''Стадия 6'': окисление глицеральдегид-3-фосфата ====
В первой реакции второго этапа гликолиза молекула глицеральдегид-3-фосфата окисляется и фосфорилируется в ''[[1,3-бисфосфоглицерат]]'', эта реакция катализируется ''{{нп5|Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа|глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой|en|Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase}}''{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=535}}:

[[Файл:Reaction-GA3P-13DPG.png|center|314px]]

{| class="wikitable"
| ''Фермент'' || ''Кофактор'' || ''Изменение свободной энергии<br /> (ΔG′<sup>о</sup>, кДж/моль)''
|-
| Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа || || 6,3
|-
|}

Это первая из двух энергозапасающих реакций, продукты которых в дальнейшем участвуют в образовании АТФ. Альдегидная группа глицеральдегид-3-фосфата окисляется, но не до свободной [[Карбоксильная группа|карбоксильной группы]], а до [[ангидрид]]а [[Карбоновые кислоты|карбоновой кислоты]] с фосфорной кислотой. Ангидрид такого типа — ''ацилфосфат'' — имеет очень высокую стандартную энергию гидролиза (ΔG′<sup>о</sup> = −49,3 кДж/моль). Большая часть свободной энергии окисления альдегидной группы глицеральдегид-3-фосфата запасается при образовании ацилфосфатной группы при С-1 [[1,3-бисфосфоглицерат]]а{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=535—536}}.

В ходе этой реакции глицеральдегид-3-фосфат [[Ковалентная связь|ковалентно]] связан с дегидрогеназой. Альдегидная группа глицеральдегид-3-фосфата взаимодействует с группой [[тиол|—SH]] остатка [[цистеин]]а в активном центре фермента. Когда глицеральдегид-3-фосфат находится в связанном состоянии, NAD<sup>+</sup>, также находящийся в активном центре фермента, забирает протон от С-1, в результате чего там образуется [[Кетоны|кетогруппа]]. К первому же атому на место связи с атомом серы цистеина присоединяется неорганический фосфат HOPO3<sup>3-</sup>, и протон с фосфата высвобождается во внешнюю среду. Таким образом, после этой реакции образуется [[1,3-бисфосфоглицерат]] и NADH + Н<sup>+</sup>{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=535—536}}.

Количество NAD<sup>+</sup> в клетке (< 10<sup>−5</sup> М) гораздо меньше, чем количество глюкозы, расщеплямой за несколько минут. Если NADH, образующийся на этой стадии гликолиза, не будет постоянно расходоваться (то есть окисляться), то гликолиз останавливается{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=536}}.

==== ''Стадия 7'': перенос фосфатной группы с 1,3-бисфосфоглицерата на АДФ ====
Фермент ''[[фосфоглицераткиназа]]'' переносит высокоэнергетическую фосфорильную группу с карбоксильной группы [[1,3-бисфосфоглицерат]]а на [[АДФ]], в результате чего образуются АТФ и [[3-фосфоглицерат]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=536}}:

[[Файл:Reaction-13DPG-3PG.png|center|342px]]

{| class="wikitable"
| ''Фермент'' || ''Кофактор'' || ''Изменение свободной энергии<br /> (ΔG′<sup>о</sup>, кДж/моль)''
|-
| Фосфоглицераткиназа || Mg<sup>2+</sup> || −18,5
|-
|}

Этот фермент получил своё название за обратную реакцию, при которой происходит перенос фосфатной группы с АТФ на [[3-фосфоглицерат]]. Он катализирует оба направления реакции. Реакцию фосфорилирования [[3-фосфоглицерат]]а он катализирует при [[глюконеогенез]]е и при [[Фотосинтез|фотосинтетическом]] поглощении [[диоксид углерода|СО<sub>2</sub>]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=537}}.

Стадии 6 и 7 гликолиза с энергетической точки зрения рассматриваются вместе{{кем?}} и образуют единый процесс, при котором [[1,3-бисфосфоглицерат]] является промежуточным продуктом. Он образуется при первой из этих реакций (которая сама по себе [[Эндергонические реакции|эндергоническая]]), а его фосфатная группа переносится на АДФ при второй, строго [[Экзергонические реакции|экзергонической]], реакции. Суммарное уравнение процесса, объединяющего стадии 6 и 7, выглядит следующим образом:

: Глицеральдегид-3-фосфат + ADP + P<small>i</small> + NAD<sup>+</sup> ⇌ 3-фосфоглицерат + ATP + NADH + Н<sup>+</sup>, ΔG′<sup>о</sup> = −12,2 кДж/моль{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=537}}.

Поэтому стадии 6 и 7 вместе составляют экзергонический процесс. Обе эти реакции обратимы при клеточных условиях, и составляемый ими процесс обеспечивает запасание энергии, образовавшейся при окислении альдегидной группы до карбоксильной, в форме АТФ при его образовании из АДФ и фосфорной кислоты. Образование АТФ при переносе фосфорильной группы с субстрата (в данном случае — [[1,3-бисфосфоглицерат]]а) на АДФ получило название ''субстратного фосфорилирования'', в отличие от окислительного фосфорилирования, происходящего в дыхательной цепи. При субстратном фосфорилировании участвуют растворимые ферменты и химические промежуточные соединения (в данном случае — [[1,3-бисфосфоглицерат]]), а в окислительном фосфорилировании задействованы [[Мембранные белки|мембранно-связанные белки]], и АТФ образуется за счёт трансмембранного протонного [[Электрохимический градиент|градиента]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=537}}.

==== ''Стадия 8'': превращение 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат ====
Фермент ''[[фосфоглицератмутаза]]'' катализирует обратимый перенос фосфорильной группы с С<sub>3</sub> на С<sub>2</sub> глицерата, приводящий к образованию ''[[2-фосфоглицериновая кислота|2-фосфоглицериновой кислоты]]''. Для этой реакции необходим Mg<sup>2+</sup>{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=537}}:
 
[[Файл:Reaction-3PG-2PG.png|center|279px]]

{| class="wikitable"
| ''Фермент'' || ''Кофактор'' || ''Изменение свободной энергии<br/> (ΔG′<sup>о</sup>, кДж/моль)'' 
|- 
| Фосфоглицератмутаза || Mg<sup>2+</sup> || 4,4
|- 
|}

Реакция осуществляется в два этапа. Вначале фосфорильная группа, связанная с остатком [[гистидин]]а в активном центре фосфоглицератмутазы, замещает собой атом водорода в гидроксильной группе при С<sub>2</sub> углероде [[3-фосфоглицерат]]а, образуя ''[[2,3-бисфосфоглицериновая кислота|2,3-бисфосфоглицерат]]'', который связывается другим гистидиновым остатком. Фосфорильная группа при С<sub>3</sub> углероде 2,3-бисфосфоглицерата после этого перемещается на остаток гистидина, с которым был связан фосфат, перенесённый на С<sub>2</sub>, а её место замещается протоном, связанным со вторым остатком гистидина. Таким образом, к концу такого цикла образуется 2-фосфоглицерат, а фермент фосфорилируется{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=537—538}}.

==== ''Стадия 9'': дегидратация 2-фосфоглицерата ====
Во второй реакции гликолиза, в которой образуется соединение с более высоким потенциалом для перенесения фосфата (первой была стадия 6), фермент ''[[енолаза]]'' катализирует обратимое [[Реакции элиминирования|элиминирование]] воды ([[Реакция дегидратации|дегидратацию]]) из молекулы 2-фосфоглицерата, в результате которого образуется ''[[фосфоенолпировиноградная кислота]]'' (ФЕП){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=538}}:

[[Файл:Reaction-2PG-PEP.png|center|318px]]

{| class="wikitable"
| ''Фермент'' || ''Кофактор'' || ''Изменение свободной энергии<br /> (ΔG′<sup>о</sup>, кДж/моль)''
|-
| Енолаза || Mg<sup>2+</sup> || 7,5
|-
|}

Механизм реакции, катализируемой енолазой, включает стабилизацию промежуточного продукта ионами Mg<sup>2+</sup>. В ходе этой реакции соединение с относительно низким потенциалом для транспорта фосфата (ΔG′<sup>о</sup> при гликолизе 2-фосфоглицерата составляет −17,6 кДж/моль) в соединение с высоким потенциалом для транспорта фосфата (ΔG′<sup>о</sup> при гликолизе ФЕП составляет −61,9 кДж/моль){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=538}}.

==== ''Стадия 10'': перенос фосфата с ФЕП на АДФ ====
В последней реакции гликолиза происходит перенос фосфорильной группы с фосфоенолпирувата на АДФ, катализируемый [[Пируваткиназа|пируваткиназой]], для работы которой необходимы ионы [[Калий|К{{sup|+}}]] и Mg{{sup|2+}} или [[Марганец|Mn{{sup|2+}}]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=538}}:

[[Файл:Reaction-PEP-Pyruvate.png|center|418px]]

{| class="wikitable"
| ''Фермент'' || ''Кофактор'' || ''Изменение свободной энергии<br /> (ΔG′<sup>о</sup>, кДж/моль)''
|-
| Пируваткиназа || К<sup>+</sup>,<br /> Mg<sup>2+</sup>/Mn<sup>2+</sup> || −31,4
|-
|}

Таким образом, эта реакция представляет собой [[субстратное фосфорилирование]]. Её продукт — пируват — вначале образуется в енольной форме, которая затем быстро [[Таутомерия|таутомеризуется]] в кето-форму, которая преобладает при [[Водородный показатель|pH]] = 7 (то есть в клеточных условиях){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=538}}.

Суммарно эта реакция имеет большое отрицательное изменение свободной энергии из-за спонтанной конверсии енольной формы пирувата в кето-форму. Около половины энергии, выделившейся при гидролизе ФЕП (ΔG′<sup>о</sup> = −30,5 кДж/моль), запасается при образовании фосфоангидридной связи в АТФ (ΔG′<sup>о</sup> = −30,5 кДж/моль), а остальная энергия (-31,4 кДж/моль) составляет мощную движущую силу для направления этой реакции в сторону образования АТФ{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=538}}.

== Энергетика ==
С энергетической точки зрения в гликолизе можно выделить 2 процесса:

1) Превращение глюкозы в пируват — энергетически выгодный процесс:
: Глюкоза + 2NAD<sup>+</sup> → 2 пируват + 2NADH + 2Н<sup>+</sup>, ΔG′<sub>1</sub> = −146 кДж/моль{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=531}};

2) Образование ATP из ADP и 2P<small>i</small> — энергетически невыгодный процесс:
: 2ADP + 2P<small>i</small> → 2ATP + 2Н<sub>2</sub>O, ΔG′<sub>2</sub> = 2(30,5 кДж/моль) = 61,0 кДж/моль{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=531}};

Общее изменение [[Энергия Гиббса|энергии Гиббса]] при гликолизе ΔG′<sub>s</sub> составляет:
: ΔG′<sub>s</sub> = ΔG′<sub>1</sub> + ΔG′<sub>2</sub> = −146 кДж/моль + 61 кДж/моль = −85 кДж/моль{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=531}}.

Поэтому при нормальных условиях, а также клеточных условиях (отличных от нормальных) гликолиз является в значительной мере необратимым процессом благодаря значительному уменьшению свободной энергии системы{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=531}}.

[[Файл:Glycolysis_free_energy_changes_-_ru.svg|thumb|450px|center|Изменение свободной энергии (ΔG, кДж/моль) на каждой стадии гликолиза]]

Из представленной выше диаграммы видно, что только три реакции (1, 3 и 10) протекают с высоким изменением свободной энергии, причём [[Равновесие химическое|равновесие]] сильно смещено в сторону образования конечных продуктов, а другие реакции легко обратимы. При глюконеогенезе они могут идти в противоположном направлении, причём их будут катализировать те же ферменты, что  и при гликолизе. Для необратимых реакций 1, 3 и 10 в глюконеогенезе используются обходные пути{{sfn|Кольман, Рём|2012|с=152}}.

== Гликолиз других углеводов ==
Многие [[углеводы]], отличные от глюкозы, также разрушаются по пути гликолиза, но после того, как они будут переведены в одно из промежуточных соединений гликолиза{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=543}}.

=== Гликоген и крахмал ===
[[Файл:Glycogenolysis_-_ru.svg|thumb|right|400px|Схема гликогенолиза]]
{{main|Гликогенолиз}}
Полимеры глюкозы [[гликоген]], запасаемый в тканях животных, и [[крахмал]], запасаемый растениями, могут быть использованы клеткой для получения энергии при помощи [[гликогенолиз]]а — фосфоролитической реакции, осуществляемой ''[[Гликогенфосфорилаза|гликогенфосфорилазой]]'' (или ''{{нп5|Крахмалфосфорилаза|крахмалфосфорилазой|en|Starch phosphorylase}}'' у растений). Эти ферменты катализируют атаку [[Гликозидная связь|гликозидной связи]] (α1→4), соединяющей два крайних остатка глюкозы на неветвящемся конце, фосфат-ионом, в результате чего образуется ''[[глюкозо-1-фосфат]]'' и [[полимер]] глюкозы, содержащий на фрагмент глюкозы меньше, чем исходный. Часть энергии гликозидной связи при этом запасается в виде эфирной связи, соединяющей фосфат с глюкозой в глюкозо-1-фосфате. Фосфорилаза продолжает отщеплять по одному остатку глюкозы до тех пор, пока не дойдёт до точки ветвления [[полисахарид]]а (гликозидной связи (α1→6)), где она останавливается. Глюкозо-1-фосфат переводится в глюкозо-6-фосфат ферментом ''[[Фосфоглюкомутаза|фосфоглюкомутазой]]'', катализирующим обратимую реакцию:
: Глюкозо-1-фосфат ⇌ глюкозо-6-фосфат.
Механизм действия этого фермента такой же, как у фосфоглицератмутазы. Образующийся в ходе этой реакции глюкозо-6-фосфат может далее быть задействован в гликолизе или пентозофосфатном пути{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=544}}.

Описанная выше ситуация характерна лишь для гликогена и крахмала, запасённых внутри клетки. Фосфоролиз гликогена и крахмала, поступающих в организм с пищей, в [[Пищеварительная система|пищеварительном тракте]] не имеет никаких преимуществ перед обычным [[гидролиз]]ом: так как клеточные мембраны непроницаемы для фосфатов сахаров, образующийся при [[Фосфоролиз|фосфоролизе]] глюкозо-6-фосфат необходимо сначала превратить в обычный сахар{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=544}}. При гидролизе, осуществляемом, например, [[Пищеварительные ферменты|пищеварительным ферментом]] [[Альфа-амилаза|α-амилазой]], частицей, атакующей гликозидную связь, является вода, а не фосфат-ион{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=543}}.

=== Дисахариды === 
[[Дисахариды]] до их проникновения в клетку предварительно гидролизуются до соответствующих [[моносахарид]]ов. В пищеварительном тракте такой гидролиз осуществляют ферменты, прикреплённые к поверхности клеток пищеварительного [[Эпителий|эпителия]] (в скобках указан фермент, катализирующий соответствующую реакцию):
: [[Декстрин]] (полисахарид) + ''n''H<sub>2</sub>O → ''n'' D-глюкоза (''[[декстриназа]]'');
: [[Мальтоза]] + H<sub>2</sub>O → 2 D-глюкоза (''[[мальтаза]]'');
: [[Лактоза]] + H<sub>2</sub>O → D-[[галактоза]] + D-глюкоза (''[[лактаза]]'');
: [[Сахароза]] + H<sub>2</sub>O → D-фруктоза + D-глюкоза (''[[сахараза]]'');
: [[Трегалоза]] + H<sub>2</sub>O → 2 D-глюкоза (''[[трегалаза]]''){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=544}}.

Образующиеся моносахариды активно транспортируются в эпителиальные клетки, затем попадают в кровь и разносятся к различных [[Ткань (биология)|тканям]], где фосфорилируются и вовлекаются в гликолиз{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=544}}.

=== Другие моносахариды ===
==== Фруктоза ====
У большинства организмов гексозы, отличные от глюкозы, вовлекаются в гликолиз после преобразования в фосфорилированное производное. Гликолитическое расщепление фруктозы называется {{нп5|фруктолиз||en|Fructolysis}}<ref>{{cite pmid|955564}}</ref>. D-Фруктоза, в свободном виде присутствующая во многих фруктах и образующаяся при гидролизе сахарозы в [[Тонкий кишечник|тонкой кишке]] у [[Позвоночные|позвоночных]], фосфорилируется гексокиназой:
: Фруктоза + ATP → фруктозо-6-фосфат + ADP (реакция идёт в присутствии Mg<sup>2+</sup>){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=545}}.

Такой путь является основным механизмом вовлечения фруктозы в гликолиз в [[Мышцы|мышцах]] и [[Почка (анатомия)|почках]]. В печени она вовлекается в гликолиз иначе. Фермент печени ''[[фруктокиназа]]'' катализирует фосфорилирование фруктозы по С-1, а не С-6:
: Фруктоза + ATP → фруктозо-1-фосфат + ADP (реакция идёт в присутствии Mg<sup>2+</sup>). 
Далее фруктозо-1-фосфат расщепляется на [[глицеральдегид]] и [[дигидроксиацетонфосфат]] ферментом ''фруктозо-1-фосфатальдолазой''. Далее [[дигидроксиацетонфосфат]] превращается в глицеральдегид-3-фосфат гликолитическим ферментом триозофосфатизомеразой, а глицеральдегид фосфорилируется ATP и ферментом ''{{нп5|Триозокиназа|триозокиназой|en|Triokinase}}'' до глицеральдегид-3-фосфата:
: Глицеральдегид + ATP → Глицеральдегид-3-фосфат + ADP (реакция идёт в присутствии Mg<sup>2+</sup>). 
Получившиеся 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата вовлекаются в гликолиз{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=545}}. Ниже представлена схема вышеописанных процессов:
[[Файл:Fructose in glycolysis.svg|thumb|center|450px|1 — фруктоза, 2 — фруктозо-1-фосфат, 3 — дигидроксиацетонфосфат, 4 — глицеральдегид, 5 — глицеральдегид-3-фосфат, FK — фруктокиназа, ALD-B — фруктозо-1-фосфатальдолаза, TPI — триозофосфатизомераза, TK — триозокиназа.]]

==== Галактоза ====
D-Галактоза, продукт гидролиза лактозы, из кишечника всасывается в [[кровь]], откуда попадает в [[печень]], где фосфорилируется ''[[Галактокиназа|галактокиназой]]'' по С-1 с затратой АТФ:
: Галактоза + ATP → галактозо-1-фосфат + ADP (реакция идёт в присутствии Mg<sup>2+</sup>).
Галактозо-1-фосфат далее [[эпимеры|эпимеризуется]] по С-4 в глюкозо-1-фосфат в серии реакций, в которых {{нп5|уридиндифосфат||en|Uridine diphosphate}} (UDP) функционирует как [[кофермент]]оподобный переносчик гексоз. Эпимеризация включает сначала окисление гидроксильной группы при С-4 до кетогруппы, а затем обратное восстановление кетогруппы до гидроксильной с обращённой конфигурацией. В этих двух реакциях окисления и восстановления [[кофактор]]ом выступает NAD{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=545}}. Ниже представлена схема описанного процесса:
[[Файл:Galactose in glycolysis.svg|thumb|center|550px|1 — галактоза, 2 — галактозо-1-фосфат, 3 — UDP-глюкоза, 4 — UDP-галактоза, 5 — глюкозо-1-фосфат, 6 — глюкозо-6-фосфат. GK — галактокиназа, GALT — галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза, UGE — UDP-глюкозо-4-эпимераза, PGM — фосфоглюкомутаза.]]

==== Манноза ====
[[Файл:Mannose 6-phosphate.svg|right|мини|Маннозо-6-фосфат]]
D-[[Манноза]], образующаяся при пищеварительном расщеплении многих полисахаридов и [[гликопротеин]]ов, может быть фосфорилирована по С-6 гексокиназой:
: Манноза + ATP → маннозо-6-фосфат + ADP (реакция идёт в присутствии Mg<sup>2+</sup>).
[[Маннозо-6-фосфат]] далее изомеризуется ферментом ''{{нп5|фосфоманнозоизомераза|фосфоманнозоизомеразой|en|Mannose phosphate isomerase}}'' до [[фруктозо-6-фосфат]]а — промежуточного соединения гликолиза{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=545}}.

== Регуляция ==
Регуляция гликолиза обычно осуществляется совместно с регуляцией обратного процесса — [[глюконеогенез]]а. У [[Млекопитающие|млекопитающих]] глюконеогенез протекает в основном в печени, где его функция заключается в синтезе глюкозы для перенесения к другим тканям в ситуациях, когда запасы гликогена истощены и с пищей в организм не поступает достаточного количества глюкозы. Как упоминалось выше, благодаря обратимости семи из десяти реакций гликолиза в ходе глюконеогенеза эти реакции протекают в обратном направлении и при катализе теми же ферментами, а для необратимых реакций (1, 3 и 10) используются обходные пути. Эти обходные реакции также необратимы. Так, при глюконеогенезе пируват переходит в фосфоенолпируват через промежуточную стадию образования [[оксалоацетат]]а при катализе ''{{нп5|пируваткарбоксилаза|пируваткарбоксилазой|en|Pyruvate carboxylase}}'', превращающей пируват в оксалоацетат, и ''[[Фосфоенолпируваткарбоксикиназа|фосфоенолпируваткарбоксиназой]]'', переводящей оксалоацетат в фосфоенолпируват (обходной путь для десятой стадии). Обходная реакция для третьей стадии — превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во [[фруктозо-6-фосфат]] ферментом ''[[Фруктозо-1,6-бисфосфатаза|фруктозо-1,6-бисфосфатазой]]'', а для первой стадии — превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу ''[[Глюкозо-6-фосфатаза|глюкозо-6-фосфатазой]]''{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=582—583}}.

=== Регуляция гексокиназы ===
[[Файл:Hexokinase type 1 wpmp.png|right|thumb|350px|Пространственная структура гексокиназы I типа]]
Гексокиназа, катализирующая фосфорилирование глюкозы на стадии 1, в организме человека представлена четырьмя изоформами (I—IV). Они кодируются разными генами{{какими?}}, но катализируют одну и ту же реакцию. В [[миоциты|миоцитах]] преобладает ''гексокиназа II'', имеющая высокое сродство к глюкозе, — её [[Насыщение (химия)|полунасыщение]] наступает при 0,1 мМ глюкозы. Поскольку в миоцит глюкоза попадает из крови, где концентрация глюкозы составляет 4—5 мМ, то внутри клетки поддерживается концентрация глюкозы, достаточная для насыщения гексокиназы II, и этот фермент работает в полную силу. Мышечные гексокиназы I и II аллостерически ингибируются их продуктом, глюкозо-6-фосфатом, так что при повышении внутриклеточной концентрации глюкозо-6-фосфата выше нормального уровня происходит временное обратимое подавление активности этих ферментов. Таким образом скорость образования глюкозо-6-фосфата находится в балансе со скоростью его расщепления{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=583—584}}.

Изоформы гексокиназы играют различные роли в углеводном метаболизме печени и мышц: в мышцах глюкоза потребляется для получения энергии, а печень поддерживает концентрацию глюкозы в крови, потребляя глюкозу или образуя её путём глюконеогенеза в зависимости от концентрации. В печени преобладает гексокиназа IV (глюкокиназа), которая отличается от мышечных гексокиназ I—III в трёх важных аспектах. Во-первых, концентрация глюкозы, при которой происходит полунасыщение гексокиназы IV, составляет около 10 мМ, что выше обычной концентрации глюкозы в крови. Быстрое выравнивание концентраций глюкозы в [[цитозоль|цитозоле]] [[гепатоцит]]ов и крови обеспечивает наличие в мембранах гепатоцитов белков-транспортёров глюкозы — [[GLUT2]]. Когда уровень глюкозы в крови повышен, например, после потребления пищи, богатой углеводами, излишек глюкозы переносится в гепатоциты, где гексокиназа IV превращает её в глюкозо-6-фосфат. Так как гексокиназа IV не насыщена при 10 мМ глюкозы, её активность продолжает расти при повышении концентрации глюкозы до 10 мМ и более. При низкой концентрации глюкозы в крови её концентрации в гепатоцитах недостаточно для работы гексокиназы IV, и глюкоза, образовавшаяся в ходе глюконеогенеза, покидает клетку и не фосфорилируется. Во-вторых, гексокиназа IV не подавляется глюкозо-6-фосфатом и поэтому может продолжать работать даже тогда, когда накопление глюкозо-6-фосфата полностью подавляет гексокиназы I—III. Наконец, в-третьих, гексокиназа IV подавляется при обратимом связывании с ней регуляторного белка{{какого?}}, имеющегося только в печени. Этот белок наиболее эффективно связывается с гексокиназой IV в присутствии аллостерического регулятора — [[фруктозо-6-фосфат]]а. Однако за связывание [[фруктозо-6-фосфат]]а с этим белком конкурирует глюкоза, которая при связывании с ним вызывает диссоциацию комплекса этого белка и фермента и ослабляет подавление его активности. Сразу после приёма насыщенной углеводами пищи, когда уровень глюкозы в крови высок, глюкоза входит в гепатоциты с помощью GLUT2 и активирует гексокиназу IV по вышеописанному механизму. При голодании, когда уровень глюкозы в крови становится ниже 5 мМ, [[фруктозо-6-фосфат]] активирует подавление гексокиназы IV с помощью этого регуляторного белка, в результате чего печень не конкурирует с другими органами за потребление глюкозы. Этот механизм ингибирования при помощи регуляторного белка интересен ещё и тем, что этот белок фиксирует гексокиназу IV внутри [[Клеточное ядро|ядра]] клетки, так что она оказывается отделённой от других ферментов гликолиза, локализованных в цитозоле. При повышении концентрации глюкозы в цитозоле она выравнивается с концентрацией глюкозы в ядре путём транспорта через [[ядерные поры]]. Глюкоза вызывает диссоциацию регуляторного белка, гексокиназа IV выходит в цитозоль и начинает фосфорилировать глюкозу{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=584—585}}.

Гексокиназа IV и глюкозо-6-фосфатаза также регулируются на уровне [[Транскрипция (биология)|транскрипции]] (подробнее о транскрипционной регуляции см. ниже){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=585}}.

=== Регуляция фосфофруктокиназы-1 ===
[[Файл:PFK-1_-_ru.jpg|thumb|right|350px|Пространственная структура фосфофруктокиназы-1]]
Как уже отмечалось, глюкозо-6-фосфат может вовлекаться как в гликолиз, так и в другие процессы, в том числе в синтез гликогена и пентозофосфатный путь. Метаболически необратимая реакция, катализируемая фосфофруктокиназой-1 (PFK-1) является этапом, строго закрепляющим участие данной молекулы глюкозы только в гликолизе. Кроме субстрат-связывающих сайтов, этот сложно устроенный фермент имеет несколько регуляторных сайтов, с которыми связываются аллостерические активаторы или ингибиторы{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=585}}.

ATP является не только субстратом для PFK-1, но и конечным продуктом гликолиза. Когда высокий уровень ATP в клетке сигнализирует о том, что образование ATP превосходит его потребление, ATP связывается с PFK-1 в особом аллостерическом сайте и снижает сродство этого фермента к субстрату — [[фруктозо-6-фосфат]]у. [[АДФ]] и [[АМФ]], концентрация которых возрастает, когда потребление ATP опережает его образование, аллостерически связываются с PFK-1 и уменьшают ингибиторное действие связанного с этим ферментом ATP. Эти механизмы способствуют увеличению активности фермента при накоплении ADP или AMP и понижению — при накоплении ATP{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=586}}.

[[Цитрат]], ключевое промежуточное соединение при аэробном окислении пирувата, [[Жирные кислоты|жирных кислот]] и аминокислот, также является аллостерическим регулятором PFK-1. Высокая концентрация цитрата увеличивает ингибиторный эффект ATP, дополнительно уменьшая расщепление глюкозы в ходе гликолиза. В этом случае, как и в некоторых других, описанных ниже, цитрат выступает в роли внутриклеточного сигнала, свидетельствующего об удовлетворении клеткой своих энергетических потребностей при окислении жиров и белков{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=586}}.

Реакции, катализируемой PFK-1, в гликолизе соответствует реакция глюконеогенеза, при которой фруктозо-1,6-бисфосфат переводится во фруктозо-6-фосфат. Эта реакция катализируется ферментом фруктозобисфосфатазой-1 (FBPаза-1). FBPаза-1 строго подавляется аллостерическим связыванием АМФ, так что когда клеточные запасы АТФ невелики, а уровень [[АМФ]] высок, АТФ-зависимый синтез глюкозы приостанавливается{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=586}}.

Таким образом, противоположные этапы гликолиза и глюконеогенеза, катализируемые PFK-1 и FBPазой-1 соответственно, регулируются координированно и реципрокно (то есть обратно). Вообще, при достаточных концентрациях [[ацетил-КоА|ацетил-CoA]] или цитрата (продукт конценсации [[ацетил-CoA]] с оксалоацетатом в [[Цикл Кребса|цикле Кребса]]) или когда большая доля клеточного аденилата находится в форме ATP, предпочтительным процессом является глюконеогенез. При повышении уровня AMP стимулируется гликолиз путём стимулирования PFK-1{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=586—587}}.

==== Фруктозо-2,6-бисфосфат как регулятор ====
Особая роль печени в поддержании постоянного уровня глюкозы в крови требует дополнительных регуляторных механизмов, координирующих образование и потребление глюкозы. Когда уровень глюкозы в крови понижается, [[гормон]] ''[[глюкагон]]'' сигнализирует печени, чтобы она образовывала и выделяла в кровь больше глюкозы и приостановила использование глюкозы для собственных нужд. Одним из источников глюкозы является гликоген, запасённый в печени. Другим источником является глюконеогенез, использующий в качестве исходных реагентов пируват, [[лактат]], [[глицерол]] и некоторые аминокислоты. Когда уровень глюкозы в крови высок, другой гормон, ''[[инсулин]]'', сигнализирует печени, чтобы она использовала глюкозу как «топливо» и предшественник для синтеза и запасания гликогена и [[Триглицериды|триацилглицерола]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=587}}.

Быстрая гормональная регуляция гликолиза и глюконеогенеза опосредована ''фруктозо-2,6-бисфосфатом'' — аллостерическим регулятором ферментов PFK-1 и FBPазы-1. Когда фруктозо-2,6-бисфосфат связывается с особым аллостерическим сайтом на PFK-1, он увеличивает сродство фермента к его субстрату — [[фруктозо-6-фосфат]]у и уменьшает его сродство к аллостерическим ингибиторам — ATP и цитрату. При физиологических концентрациях субстратов PFK-1 — [[АТФ]] и [[фруктозо-6-фосфат]]а, а также других положительных или отрицательных эффекторов этого фермента (ADP, AMP, цитрат) PFK-1 находится в инактивированной форме в отсутствие [[фруктозо-2,6-бисфосфат]]а. На FBPазу-1 фруктозо-2,6-бисфосфат имеет противоположный эффект: он снижает его сродство к субстратам и тем самым замедляет глюконеогенез{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=587—588}}.

[[Файл:Fructose-2-6-bisphosphate snythesis.svg|right|мини|Образование фруктозо-2,6-бисфосфата (снизу) из фруктозо-6-фосфата (сверху)]]
Клеточная концентрация аллостерического регулятора фруктозо-2,6-бисфосфата складывается из относительных скоростей его образования и разрушения. Он образуется при фосфорилировании фруктозо-6-фосфата ферментом ''[[Фосфофруктокиназа-2|фосфофруктокиназой-2]]'' (PFK-2), а разрушается ''фруктозо-2,6-бисфосфатазой'' (FBPазой-2). PFK-2 и FBPаза-2 представляют собой две различные ферментные активности одного и того же бифункционального белка. Баланс этих активностей в печени, определяющих клеточный уровень фруктозо-2,6-бисфосфата, регулируется глюкагоном и инсулином{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=588}}.

Глюкагон стимулирует аденилатциклазу печени к синтезу 3',5'-[[цАМФ|cAMP]] из ATP. cAMP далее активирует cAMP-зависимую протеинкиназу, которая переносит фосфорильную группу с ATP на бифункциональный белок PFK-2/FBPазу-2. Фосфорилирование этого белка усиливает активность FBPазы-2 и подавляет активность PFK-2. Поэтому глюкагон снижает уровень фруктозо-2,6-бисфосфата в клетке, тем самым подавляя гликолиз и стимулируя глюконеогенез. Этим обусловлен эффект глюкагона на повышение уровня глюкозы в крови. Инсулин имеет противоположный эффект, так как он стимулирует активность [[Фосфопротеинфосфатаза|фосфопротеинфосфатазы]], катализирующей перенос фосфорильной группы с PFK-2/FBPазы-2, что активирует PFK-2, в результате чего уровень фруктозо-2,6-бисфосфата увеличивается, стимулируется гликолиз и подавляется глюконеогенез{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=588}}.

==== Ксилулозо-5-фосфат как регулятор ====
[[Файл:Xylulose 5-phosphate.svg|right|мини|Ксилулозо-5-фосфат]]
Действие другого регуляторного механизма также основано на регуляции уровня фруктозо-2,6-бисфосфата. В печени млекопитающих ксилулозо-5-фосфат, продукт пентозофосфатного пути, также задействован в увеличении темпов гликолиза после потребления богатой углеводами пищи. Уровень ксилулозо-5-фосфата в клетке увеличивается, когда глюкоза, поступающая в печень, превращается в глюкозо-6-фосфат и далее участвует как в гликолизе, так и пентозофосфатном пути. Ксилулозо-5-фосфат активирует фосфопротеинфосфатазу 2А ([[PP2A]]), который дефосфорилирует бифункциональный фермент PFK-2/FBPазу-2. Дефосфорилирование активирует PFK-2 и подавляет FBPазу-2, из-за чего повышается концентрация фруктозо-2,6-бисфосфата, что стимулирует гликолиз и подавляет глюконеогенез. Увеличение темпов гликолиза запускает образование ацетил-CoA, а увеличение темпов пентозофосфатного пути приводит к образованию NADPH. Ацетил-CoA и NADPH служат стартовыми реагентами для синтеза жирных кислот, так что при потреблении богатой углеводами пищи идёт интенсивный синтез жирных кислот. Ксилулозо-5-фосфат также увеличивает образование ''всех'' ферментов, необходимых для синтеза жирных кислот{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=588}}.

=== Регуляция пируваткиназы ===
[[Файл:Pyruvate Kinase 1A3W wpmp.png|left|мини|Пространственная структура пируваткиназы]]
У позвоночных имеется по меньшей мере 3 изозима пируваткиназы, которые различаются местонахождением в тканях и ответом на воздействия модуляторов. Высокая концентрация ATP, ацетил-CoA, длинных жирных кислот (признаки достаточной энергетической обеспеченности) аллостерически подавляют все изозимы пируваткиназы. Пируваткиназа печени (L-форма), но не мышц (M-форма), также регулируется фосфорилированием. Когда низкий уровень глюкозы в крови приводит к выбросу глюкагона, cAMP-зависимая протеинкиназа фосфорилирует L-изозим пируваткиназы, инактивируя его. Это замедляет использование глюкозы в печени как источника энергии и направляет её на экспорт в [[мозг]] и другие органы. В мышцах эффект повышения концентрации cAMP строго противоположный. В ответ на воздействие адреналина cAMP активирует распад гликогена и гликолиз{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=588—589}}.

=== Транскрипционный контроль ===
{{External media
|image1 = [http://dm5migu4zj3pb.cloudfront.net/manuscripts/35000/35137/medium/JCI0835137.f1.jpg Принцип работы транскрипционного фактора ChREBP] 
}}
Большая часть вышеописанных регуляторных путей опосредована быстрыми, легко обратимыми процессами: аллостерическим эффектом, фосфорилированием фермента или связыванием с регуляторным белком. Однако существуют и механизмы регуляции, основанные на изменении количества молекул фермента в клетке за счёт изменений в балансе синтеза и разрушения фермента. Эти механизмы регулируются на уровне транскрипции соответствующего фермента{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=590}}.

Под влиянием инсулина находится транскрипция более чем 150 человеческих генов. В их числе гены, участвующие в гликолизе и его регуляции, а именно кодирующие гексокиназы II и IV, PFK-1, пируваткиназу, PFK-2/FBPазу-2{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=590}}.

Одним из [[Транскрипционный фактор|транскрипционных факторов]], важных для [[Углеводный обмен|метаболизма углеводов]], является ''[[ChREBP]]'' ({{lang-en|carbohydrate response element binding protein}}), экспрессируемый, главным образом, в печени, жировой ткани и почках. Он служит для координирования синтеза ферментов, необходимых для синтеза углеводов и жиров. В неактивной форме ChREBP фосфорилирован двумя фосфатами по и находится в цитозоле, будучи неспособным пройти в ядро. Когда фосфопротеинфосфатаза РР2А удаляет с него один фосфат, ChREBP проникает в ядро, где РР2А убирает с него второй фосфат. Активированный таким образом ChREBP связывается с белком-партнёром, {{нп5|Mlx||en|MLX (gene)}}. Комплекс ChREBP-Mlx теперь связывается с элементом ChoRE ({{lang-en|carbohydrate response element}}) на ДНК в области его промотора и стимулирует его транскрипцию. РР2А аллостерически активируется ксилулозо-5-фосфатом. С помощью ChREBP регулируется синтез таких ферментов, как пируваткиназа, [[синтаза жирных кислот]] и [[Ацетил-КоА-карбоксилаза|ацетил-CoA-карбоксилаза]]. Другой транскрипционный фактор, функционирующий в печени — ''{{нп5|SREBP-1c||en|SREBP-1c}}'' — регулирует образование пируваткиназы, гексокиназы IV, липопротеинлипазы, ацетил-CoA-карбоксилазы и синтазы жирных кислот. Синтез SREBP-1c стимулируется инсулином и подавляется глюкагоном{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=591—592}}.

== Модификации ==
В гликолизе может протекать дополнительная реакция, превращающая 1,3-бисфосфоглицерат в ''2,3-бисфосфоглицерат''; эта реакция катализируется ферментом ''бисфосфоглицератмутазой''. 2,3-Бисфосфоглицерат может возвращаться в гликолиз под воздействием фермента ''2,3-бисфосфоглицератфосфатазы'', которая превращает его в [[3-фосфоглицерат]]. В большинстве тканей количество 2,3-бисфосфоглицерата невелико, но в [[эритроцит]]ах его содержание значительно, поскольку там он функционирует как аллостерический регулятор [[гемоглобин]]а. Он связывается с гемоглобином и понижает его сродство к кислороду, способствуя [[Диссоциация (химия)|диссоциации]] последнего и его переходу в ткани{{sfn|Северин|2011|с=269—270}}.

[[File:Methylglyoxal pathway picture.png|thumb|Метилглиоксалевый шунт]]
Некоторые модификации гликолиза обнаружены у бактерий. В частности, когда окисление глицеральдегид-3-фосфата на стадии 6 глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой ограничено низким содержанием фосфата в среде, у ''[[E. coli]]'' и некоторых других бактерий [[дигидроксиацетонфосфат]] окисляется до пирувата через три реакции, составляющие ''[[метилглиоксалевый шунт]]''. В ''реакции 1'' ''[[лиаза]]'' отщепляет фосфат с образованием [[Метилглиоксаль|метилглиоксаля]]. В ''реакции 2'' метилглиоксаль присоединяет воду, превращаясь в лактат, вод воздействием ''{{нп5|Глиоксилаза|глиоксилазы|en|Glyoxalase system}}''. В ''реакции 3'' лактат окисляется мембраносвязанной [[флавин]]-содержащей ''D-лактатооксидазой'' до пирувата. Если содержание фосфата в среде высоко, то метилглиоксалевый шунт не функционирует, так как лиаза ингибируется фосфатом<ref name="Micr">{{книга |автор= |заглавие=Современная микробиология |ответственный=Под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля |ссылка= |место=М. |издательство=Мир |год=2005 |том=1 |страниц=654 |страницы=267 |isbn= |ref=Современная микробиология }}</ref>.

Наконец, у анаэробных бактерий существуют дополнительные пути разложения углеводов. В частности, бактерии, предпочитающие пентозы в качестве субстрата, превращают [[пентозы]] и [[гексозы]] в ксилулозо-5-фосфат, который далее расщепляется ''{{нп5|Фосфокетолаза|фосфокетолазой|en|Phosphoketolase}}''<ref name="Micr" />.

Кроме того, у некоторых [[термофил]]ьных [[Археи|архей]] имеются только 2 из гликолитических ферментов — енолаза и пируваткиназа<ref name="Археи">{{статья |автор=Simon Potter, Linda A. Fothergill-Gilmore |заглавие=Molecular evolution: The origin of glycolysis |ссылка=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1016/0307-4412%2893%2990018-U/pdf |язык=en |издание=Biochemical education |тип= |год=1993 |том=21 |номер=1 |страницы=45—48 |doi=10.1016/0307-4412(93)90018-U |issn= |archive-date=2015-10-05 |archive-url=https://web.archive.org/web/20151005053431/http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1016/0307-4412%2893%2990018-U/pdf}}</ref>.

== Распространение и физиологическое значение ==
Гликолиз является универсальным, хотя и не единственным, путём катаболизма глюкозы и активно используется как [[Прокариоты|про-]], так и [[Эукариоты|эукариотическими]] организмами{{sfn|Нетрусов, Котова|2012|с=123}}. Все десять ферментов гликолиза водорастворимы и находятся в [[цитозоль|цитозоле]]. Некоторые ткани и клетки животных способны катаболизировать глюкозу исключительно с помощью гликолиза (например, [[нейрон]]ы мозга или клетки [[Нефрон|почечных канальцев]]). В печени и [[Жировая ткань|жировой ткани]] физиологическая роль гликолиза несколько отличается от таковой в других тканях. Во время пищеварения в печени и жировой ткани гликолиз функционирует в основном как источник субстратов для [[синтез]]а [[жир]]ов{{sfn|Северин|2011|с=270}}. Некоторые ткани растений специальным образом модифицированы для запасания крахмала (например, в клубне картофеля), а некоторые [[водные растения]] (например, [[жеруха]]) получают большую часть энергии именно через гликолиз{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=528}}.

Как отмечалось выше, в аэробных условиях пируват после гликолиза образует ацетил-CoA и вовлекается в цикл Кребса. Две молекулы НАДH, образующиеся при гликолизе в цитозоле, в этих условиях вновь окисляются до НАД<sup>+</sup>, отдавая свои электроны в [[Дыхательная цепь переноса электронов|электроно-транспортную цепь]] (ЭТЦ), которая у эукариот находится в [[митохондрия]]х. По ЭТЦ эти электроны переходят от одного переносчика к другому, пока не дойдут до конечного акцептора электронов — кислорода:
: 2НАДH + 2Н<sup>+</sup> + O<sub>2</sub> → 2НАД<sup>+</sup> + 2Н<sub>2</sub>O.
Перенос электронов от НАДH к O<sub>2</sub> в митохондриях обеспечивает энергию для синтеза АТФ путём окислительного фосфорилирования{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=538}}.

В анаэробных условиях пируват подвергается дальнейшим превращениям, обеспечивая регенерацию НАД<sup>+</sup> и других предшественников биосинтеза ([[брожение]]). При этом образуются продукты брожения, такие, как, например, лактат или [[этанол]]. В этих условиях гликолиз является единственным способом получения энергии для синтеза ATP из ADP и P<small>i</small>{{sfn|Кольман, Рём|2012|с=152}}. У некоторых анаэробов, как и у аэробов, функционирует ЭТЦ, однако конечным акцептором электронов служит не кислород, а отличное от него окисленное [[Органические вещества|органическое]] или [[Неорганические вещества|неорганическое]] вещество{{sfn|Нетрусов, Котова|2012|с=145}}.

Также на анаэробный тип метаболизма переходят некоторые органы и ткани в условиях гипоксии (нехватки кислорода), например, скелетные мышцы при активной работе. В анаэробных условиях в них пируват преобразуется в лактат, который транспортируется в другие ткани (например, печень, [[Миокард|сердечную мышцу]]) и там вновь превращается в пируват ([[цикл Кори]]){{sfn|Северин|2011|с=268—267}}. Помимо этого, анаэробный распад глюкозы имеет место в эритроцитах, так как в них отсутствуют митохондрии{{sfn|Северин|2011|с=268—267}}.

[[Файл:Pyruvate_to_Lactate_-_ru.svg|center|320px]]

Особое физиологическое значение гликолиз имеет в [[адипоцит]]ах, где он поставляет [[метаболит]]ы для [[липогенез]]а и направляет [[жирные кислоты]] вместо ненужного окисления на синтез [[Триглицериды|триглицеридов]], тем самым снижая [[окислительный стресс]]. В [[нейрон]]ах [[гипоталамус]]а гликолиз является важным регуляторным звеном контроля {{нп5|Пищевое поведение|пищевого поведения|en|Feeding behaviour}}<ref name="Met" />.

== Медицинское значение ==
[[Файл:PET-MIPS-anim.gif|thumb|[[Позитронно-эмиссионная томография]] всего тела]]
При накоплении лактата, образующегося при анаэробных условиях, в крови (например, при интенсивной и длительной работе) развивается [[лактатацидоз]] — обусловленное накоплением лактата понижение [[Водородный показатель|pH]] [[Кровь|крови]], что вызывает резкие нарушения в клеточном метаболизме. Так происходит при некоторых патологических состояниях, когда нарушается снабжение тканей кислородом: [[инфаркт миокарда]], [[лёгочная эмболия]], [[кровотечение]]{{sfn|Северин|2011|с=269}}. Лактатацидоз может быть обусловлен [[Сахарный диабет|сахарным диабетом]], когда аэробный гликолиз сменяется анаэробным<ref>{{cite pmid|11286305}}</ref>. Поскольку [[инсулин]] ускоряет гликолиз, при [[Сахарный диабет 1-го типа|диабете I типа]] (когда вырабатывается слишком малое количество инсулина) происходит замедление гликолиза<ref>{{cite web |url=http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/624diabetes.html |title=Diabetes - Errors of Metabolism |access-date=2014-09-04 |archive-date=2010-07-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20100709144650/http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/624diabetes.html |url-status=live }}</ref>. По этой причине препараты, стимулирующие гликолитические ферменты и ферменты, осуществляющие регуляцию гликолиза, могут стать важным средством лечения диабета<ref name="Met">{{статья |автор=Xin Guo, Honggui Li, Hang Xu, Shihlung Woo, Hui Dong, Fuer Lu, Alex J. Lange, Chaodong Wu. |заглавие=Glycolysis in the control of blood glucose homeostasis. |ссылка=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221138351200086X |издание=Acta Pharmaceutica Sinica B |год=2012 |volume=2 |номер=4 |pages=358—367 |doi=10.1016/j.apsb.2012.06.002 |archive-date=2015-09-24 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150924192058/http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221138351200086X }}</ref>.

При [[Комбинированная малоновая и метилмалоновая ацидурия|комбинированной малоновой и метилмалоновой ацидурии]] (СМАММА), обусловленной дефицитом [[ACSF3]], гликолиз снижен на 50 %, что вызвано уменьшением [[Посттрансляционная модификация|липоилирования]] митохондриальных ферментов, таких как [[пируватдегидрогеназный комплекс]] и [[α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс]]<ref>{{Статья|ссылка=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1388198119301349|автор=Zeinab Wehbe, Sidney Behringer, Khaled Alatibi, David Watkins, David Rosenblatt, Ute Spiekerkoetter, Sara Tucci|заглавие=The emerging role of the mitochondrial fatty-acid synthase (mtFASII) in the regulation of energy metabolism|год=2019-11-01|издание=Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids|том=1864|выпуск=11|страницы=1629–1643|issn=1388-1981|doi=10.1016/j.bbalip.2019.07.012}}</ref>.

При многих типах [[Рак (заболевание)|рака]] у животных и человека в опухолевых клетках потребление глюкозы и гликолиз ускоряются почти в 10 раз по сравнению с нормальной клеткой. Дело в том, что большинство опухолевых клеток живут в условиях гипоксии, так как на первых порах нет [[Капилляр (биология)|капиллярной]] сети, которая в необходимой мере снабжала бы их кислородом. По этой причине в энергетическом плане опухолевые клетки становятся целиком зависимыми от гликолиза, который энергетически гораздо менее эффективен, чем полное окисление глюкозы до углекислого газа и воды, и опухолевой клетке приходится потреблять гораздо больше глюкозы, чем нормальной. По-видимому, на ранних этапах трансформации нормальной клетки в опухолевую происходит переход на исключительно гликолитическое энергообеспечение и развивается устойчивость к низкому рН внеклеточной среды (снижение рН обусловлено накоплением лактата){{sfn|Nelson, Cox|2008|p=540}}.

Увеличение темпов гликолиза у опухолевых клеток достигается увеличением синтеза гликолитических ферментов и инсулиннезависимых [[Мембрана клетки|мембранных]] [[Переносчики глюкозы|переносчиков глюкозы]] ([[GLUT1]] и [[GLUT3]]). Индуцируемый гипоксией транскрипционный фактор ([[Факторы, индуцируемые гипоксией|HIF-1]]) на уровне [[мРНК]] усиливает образование по крайней мере восьми ферментов гликолиза, а также переносчиков глюкозы в условиях нехватки кислорода. Он также увеличивает образование [[пептид]]ного [[гормон]]а VEGF ([[фактор роста эндотелия сосудов]]), который стимулирует разрастание капиллярной сети навстречу опухоли{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=540}}.

Большая, по сравнению с нормальными тканями, зависимость опухолей от гликолиза даёт возможности для разработки [[Противораковая химиотерапия|противораковой терапии]]: ингибиторы гликолиза поражали и убивали бы опухолевые клетки, снижая их обеспечение АТР. В качестве химиотерапевтических агентов в будущем могут применяться три ингибитора гексокиназы: {{нп5|2-дезоксиглюкоза||en|2-Deoxy-D-glucose}}, [[лонидамин]] и {{нп5|Бромопировиноградная кислота|3-бромпируват|en|Bromopyruvic acid}}. Препятствуя образованию глюкозо-6-фосфата, они блокируют не только гликолиз, но и [[пентозофосфатный путь]], который также начинается с этого соединения. Без пентозофосфатов, образующихся в этом пути, клетка не может синтезировать [[ДНК]]- и [[РНК]]-[[нуклеотид]]ы, а значит, расти и делиться. Другим препаратом, уже применяющимся на практике, стал [[иматиниб]] — блокатор [[Тирозинкиназа|тирозинкиназы]], который предотвращает повышение образования гексокиназы, активируемое этой киназой{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=540—541}}.

Высокая скорость гликолиза в опухолевых клетках также имеет значение для диагностики раковых заболеваний. Относительная скорость потребления глюкозы тканью в некоторых случаях может помочь установить нахождение опухоли. При [[Позитронно-эмиссионная томография|позитронно-эмиссионной томографии]] пациенту вводят безвредную, меченную [[изотоп]]ом [[фтор]]а глюкозу ([[Фтордезоксиглюкоза|фтордезоксиглюкозу]]), которая превращается гексокиназой в 6-фосфодезоксиглюкозу и далее не подвергается метаболическим превращениям, накапливаясь в клетках. Метка обнаруживается специальными детекторами, располагающимися по всему телу, и таким образом определяется локализация опухоли{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=541}}.

== Эволюция ==
Роль гликолиза и в брожении, и в дыхании имеет [[Эволюция (биологическая)|эволюционные]] основы. Предполагается, что древние прокариоты использовали гликолиз для получения АТФ задолго до того, как кислород накопился в [[Земля|земной]] [[Атмосфера|атмосфере]]. Древнейшие известные [[ископаемые остатки]] бактерий имеют возраст 3,5 миллиардов лет, однако значительные количества кислорода в атмосфере стали накапливаться 2,7 миллиардов лет назад. [[Цианобактерии]] образовывали О<sub>2</sub> как побочный продукт при фотосинтезе. По этой причине, возможно, гликолиз был единственным источником ATP для древних прокариот. Тот факт, что в настоящее время гликолиз является наиболее широко распространённым метаболическим путём на Земле, подтверждает то, что он появился на очень ранних этапах истории жизни. О древности гликолиза свидетельствует и то, что все его ферменты локализованы в цитозоле и для протекания этого пути не требуются особые мембранные органеллы, которые появились приблизительно миллиард лет спустя после возникновения прокариотических клеток. Выше говорилось, что у некоторых термофильных архей из всех 10 гликолитических ферментов имеются только енолаза и пируваткиназа, поэтому может быть, что система ферментов гликолиза развилась из такой двухкомпонентной системы<ref name="Археи" />. Таким образом, гликолиз можно рассматривать как метаболическое «наследие» от ранних клеток, который и сейчас используется при брожении и как первый этап разрушения органических соединений при [[Дыхание|дыхании]]{{sfn|Campbell|2011|p=179}}.

== История изучения ==
[[Файл:Otto_Fritz_Meyerhof.jpg|200px|мини|right|Отто Мейергоф — один из первооткрывателей гликолиза]]
Гликолиз стал первым тщательно описанным метаболическим путём, и по сей день, возможно, остаётся наиболее изученным. После открытия спиртового брожения в экстрактах клеток [[Дрожжи|дрожжей]] в 1897 году [[Бухнер, Эдуард|Эдуардом Бухнером]]<ref>{{статья |заглавие=Alkoholische Gärung ohne Hefezellen (Vorläufige Mitteilung) |издание={{Нп3|Chemische Berichte|Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft||Chemische Berichte}} |том=30 |страницы=117—124 |ссылка=http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k907462/f121.table |doi=10.1002/cber.18970300121 |язык=de |тип=magazin |автор=Eduard Buchner |год=1897 |archive-date=2009-08-29 |archive-url=https://web.archive.org/web/20090829150123/http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k907462/f121.table }}</ref> и описания всего процесса гликолиза у [[Дрожжи|дрожжей]] ([[Отто Варбург]]<ref>{{статья |автор=Otto Warburg. |заглавие=Über die Rolle des Eisens in der Atmung des Seeigeleis nebst Bemerkungen über einige durch Eisen beschleunigte Oxydationen. |url=https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-642-47774-4_4#page-1 |издание=Über die Katalytischen Wirkungen der Lebendigen Substanz |год=1928 |pages=47—66}}</ref> и [[Эйлер-Хельпин, Ханс Карл Август Симон фон|Ханс Эйлер-Хельпин]]) и в мышечной ткани ([[Эмбден, Густав|Густав Эмбден]], [[Отто Мейергоф]], [[Парнас, Яков Оскарович|Яков Парнас]]<ref>{{Из БСЭ|title=Парнас Яков Оскарович}}</ref>, считающиеся первооткрывателями гликолиза; в честь них гликолиз получил своё второе название) конкретный механизм реакций гликолиза находился в центре биохимических исследований. В ходе изучения гликолиза развивались методы выделения ферментов, были открыты коферменты, в частности, NAD, и была установлена их глобальная роль, была установлена важнейшая метаболическая роль ATP и других фосфорилированных соединений{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=528}}.

[[Файл:ArthurHarden.jpg|200px|left|мини|Артур Гарден]]
Понимание того, что именно ''фосфорилированные'' гексозы являются промежуточными соединениями гликолиза, пришло не сразу и по счастливой случайности. В 1906 году [[Гарден, Артур|Артур Гарден]] и {{нп5|Янг, Уильям Джон|Уильям Янг|en|William John Young}} проверяли свою гипотезу о том, что ингибиторы протеолитических ферментов могут стабилизировать ферменты, сбраживающие глюкозу. Они добавили [[Сыворотка крови|сыворотку крови]], которая содержит ингибиторы [[Протеолитические ферменты|протеолитических ферментов]], в экстракт дрожжей и наблюдали ожидаемое ускорение метаболизма глюкозы. Однако в контрольном эксперименте, который должен был показать, что прокипячённая сыворотка не оказывала стимулирующего действия, выяснилось, что прокипячённая сыворотка стимулировала гликолиз. Тщательная проверка компонентов сыворотки показала, что стимулирование было обусловлено наличием в сыворотке неорганического фосфата<ref>{{статья |автор=Arthur Harden, William John Young. |заглавие=The Alcoholic Ferment of Yeast-Juice. Part III.-The Function of Phosphates in the Fermentation of Glucose by Yeast-Juice. |ссылка=https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspb.1908.0029 |издание=Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character |год=1908 |volume=80 |номер=540 |pages=299—311 |doi=10.1098/rspb.1908.0029 |archive-date=2019-10-27 |archive-url=https://web.archive.org/web/20191027014603/https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspb.1908.0029 }}</ref>. В дальнейшем Гарден и Янг установили, что глюкоза, добавленная в экстракт дрожжей, превращалась в гексозобисфосфат («эфир Гардена — Янга», известный как фруктозо-1,6-бисфосфат). Это было началом длинной череды открытий, показавших роль органических эфиров и фосфатных ангидридов в [[Биохимия|биохимии]]{{sfn|Nelson, Cox|2008|p=531}}.

== См. также ==
{{викисловарь|гликолиз}}
* [[Глюконеогенез]]
* [[Цикл трикарбоновых кислот]]
* [[Пентозофосфатный путь]]
* [[Путь Энтнера — Дудорова]]

== Примечания ==
{{примечания|2}}

== Литература ==
* {{книга
 | автор         = David E. Metzler.
 | заглавие      = Biochemistry: The Chemical Reactions of Living Cells.
 | ссылка        = 
 | ответственный = 
 | издание = 2nd edition
 | место         = 
 | издательство  = Academic Press
 | год           = 2003
 | том           = 2
 | страниц       = 1973
 | страницы      = 
 | isbn          = 978-0-1249-2541-0
 | ref           = Metzler
}}
* {{книга
 | автор         = David L. Nelson, Michael M. Cox.
 | часть         = 
 | ссылка часть  = 
 | заглавие      = ''Lehninger'' Principles of biochemistry
 | оригинал      = 
 | ссылка        = https://archive.org/details/lehningerprincip0000nels_b9t2
 | викитека      = 
 | ответственный = 
 | издание       = Fifth edition
 | место         = New York
 | издательство  = W. H. Freeman and company
 | год           = 2008
 | volume        = 
 | pages         = 
 | columns       = 
 | allpages      = 1158
 | серия         = 
 | isbn          = 978-0-7167-7108-1
 | тираж         = 
 | ref           = Nelson, Cox
}}
* {{книга|автор=Campbell N. A., Reece J. B., Urry L. A. e. a. |заглавие=Biology. 9th ed|издательство=Benjamin Cummings|год=2011|pages=|allpages=1263|isbn=978-0-321-55823-7|ref=Campbell}}
* {{книга
 | автор         = Кольман Я., Рём К.—Г.
 | заглавие      = Наглядная биохимия
 | ссылка        = 
 | ответственный = 
 | издание       = 4-е изд.
 | место         = М.
 | издательство  = БИНОМ. Лаборатория знаний
 | год           = 2012
 | том           = 
 | страниц       = 469
 | страницы      = 
 | isbn          = 978-5-9963-0620-6
 | ref           = Кольман, Рём
}}
* {{книга
 | автор         = 
 | заглавие      = Биологическая химия с упражнениями и задачами
 | ссылка        = 
 | ответственный = Под ред. С. Е. Северина
 | место         = М.
 | издательство  = Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа»
 | год           = 2011
 | том           = 
 | страниц       = 624
 | страницы      = 
 | isbn          = 
 | ref           = Северин
}}
* {{книга |автор=Нетрусов А. И., Котова И. Б. |заглавие=Микробиология |ответственный= |издание= 4-е изд., перераб. и доп. |ссылка= |место=М. |издательство=Издательский центр «Академия» |год=2012 |том= |страниц=384 |страницы= |isbn=978-5-7695-7979-0 |ref=Нетрусов, Котова }}

== Ссылки ==
* [https://web.archive.org/web/20051016004951/http://www2.ufp.pt/~pedros/bq/glycolysis.htm Гликолиз] {{ref|en}}
{{ВС}}

[[Категория:Гликолиз| ]]