Вторая стадия – стадия генерации АТФ, в которой энергия окислительных реакций трансформируется в энергию химической связи АТФ по механизму реакции субстратного фосфорилирования.
Процесс синтеза богатой энергией АТФ при непосредственном участии окисляемого субстрата (в данном случае, 3-фосфоглицеринового альдегида) называется окислительным фосфорилированием на уровне субстрата.
На второй стадии гликолиза глицеральдегид-3-фосфат окисляется при участии фермента фосфоглицеринальдегиддегидрогеназы. В результате окисления связь между остатком фосфоглицериновой кислоты и ферментом становится макроэргической, которая спонтанно распадается в присутствии фосфорной кислоты с образованием 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (реакция 6), которая вступает далее в фосфотрансферазную реакцию с АДФ с образованием АТФ и превращается в 3-фосфоглицериновую кислоту (реакция 7).
ф е р м е н т ы: 6 – глицеральдегидфосфат дегидрогеназа; 7 – фосфоглицераткиназа; 8 – фосфоглицеромутаза (мутаза); 9 – фосфопируватгидратаза (енолаза); 10 – пируваткиназа; 11 – лактатдегидрогеназа; 11а – пируваткарбоксилаза; 11б – алкогольдегидрогеназа.
Реакции гликолиза, гликогенолиза и спиртового брожения
3-Фосфоглицериновая кислота в результате внутримолекулярного перемещения фосфатной группы при участии фермента фосфоглицератму-тазы изомеризуется в 2-фосфоглицериновую кислоту (на схеме реакция 8).
Далее 2-фосфоглицериновая кислота при участии фермента енолазы превращается, теряя воду, в енольную форму фосфопировиноградной кислоты (фосфоенолпируват) — высокоэнергетического соединения (реакция 9).
В результате этой реакции происходит перераспределение внутримолекулярной энергии, и большая часть ее оказывается сконцентрированной в макроэргической фосфатной связи 2-фосфоенолпировиноградной кислоты. Далее при участии пируваткиназы 2-фосфоенолпируват превращается в пировиноградную кислоту (пируват) (реакция 10). На этой стадии также происходит запасание энергии (синтез молекулы АТФ) в процессе фосфорилирования на уровне субстрата.
В зависимости от места и условий протекания процесса в организме, наличия или отсутствия в нем тех или иных ферментных систем обмен пировиноградной кислоты протекает различным образом. Если процесс идет в анаэробных условиях, то пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты (лактата) (реакция 11). Донором атомов водорода при этом служит восстановленный НАДН.Н+, образовавшийся в реакции дегидрирования (реакция 6).
Реакция ускоряется специфическим ферментом — лактатдегид-рогеназой. В анаэробных условиях каждая молекула глюкозо-6-фосфата дает 2 молекулы молочной кислоты. Если исходным углеводом для образования глюкозо-6-фосфата, а затем из него — молочной кислоты, служит глюкоза, то процесс называют гликолизом. Если исходным углеводом, дающим начало глюкозо-6-фосфату (через глюкозо-1-фосфат) и далее — молочной кислоте, является гликоген, то процесс называют гликогенолизом. Учитывая, что в случае, как гликолиза, так и гликогенолиза на промежуточных стадиях дихотомического распада синтезируется АТФ, процессы гликолиза и гликогенолиза служат средством получения организмом энергии в анаэробных условиях. Показано, что при гликолизе в макроэргических фосфатных связях АТФ аккумулируется около 35 —40 % всей освобождающейся энергии. Остальные 65-70 % рассеиваются в форме теплоты.
В некоторых организмах, в частности в дрожжевых клетках, содержится мощная декарбоксилаза пировиноградной кислоты, способная в анаэробных условиях превращать пировиноградную кислоту в уксусный альдегид и углекислый газ (реакция 11а). Образовавшийся уксусный альдегид восстанавливается за счет атомов водорода восстановленной формы НАДН.Н+ (реакция 11б). Этот процесс получил название спиртового брожения. Брожение может протекать и по другим направлениям с образованием других спиртов и органических кислот.