Этапы пентозофосфатного пути превращения глюкозы

Диабет

Пентозофосфатный путь превращения глюкозы

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Протекает в цитоплазме. Состоит из 2-х этапов: 1. Окислительный. 2. Неокислительный (рис. 13, 14).

Весь пентозофосфатный путь заключается в том, что молекулы глюкозы превращаются в молекулы глюкозо-6-фосфата, каждая из которых два раза окисляется и дает молекулу рибозо-5-фосфата, 2 молекулы НАДФН2 и 1 молекулу СО2. (окислительный этап).

Итоговое уравнение пентозофосфатного пути:

Значение окислительного этапа пентозофосфатного пути

1. Один из главных источников НАДФН2 для клетки. Образуется этот НАДФН2 в цитоплазме, поэтому он не передает свой водород по системе митохондриального окисления на кислород и АТФ не образуется. Он отдает свой водород на синтез жирных кислот, холестерина и других стероидов, а также на монооксигеназные реакции.

Значение неокислительного этапа пентозофосфатного пути

1.Является источником моносахаридов с разным числом углеродных атомов. Это строительный материал для разных синтезов, в том числе для синтезов различных олигосахаридов, которые входят в состав различных клеточных рецепторов.

2 Образующийся фосфоглицериновый альдегид является точкой сопряжения между пентозофосфатным путем и некоторыми другими путями метаболизма. Например: он может восстанавливаться до фосфоглицерина, который нужен для синтеза жиров.

I. ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП.

Пентозофосфатный путь существует не во всех типах клеток. Наиболее интенсивно пентозофосфатный путь протекает в печени, эритроцитах, надпочечниках, половых железах, жировой ткани и молочной железе. Но даже в этих тканях пентозофосфатный путь расщепляется не более 25-30% глюкозы. Почему в этих тканях пентозофосфатный путь имеет такое значение? Потому что клеткам этих тканей нужно много НАДФН2.

В эритроцитах требуется НАДФН2, но не для синтезов, а для защиты от токсических эффектов кислорода. В эритроцитах многие ферменты имеют в активных центрах SH-группы, которые могут окисляться под действием кислорода. Накопленный при распаде глюкозы в пентозофосфатном пути НАДФН2 позволяет регенерировать эти SH-группы. В противном случае это может привести к гемолизу.

Источник

Этапы пентозофосфатного пути превращения глюкозы

Пентозофосфатный путь, называемый также гексомонофосфатным шунтом, служит альтернативным путём окисления глюкозо-6-фосфата. Пентозофосфатный путь состоит из 2 фаз (частей) — окислительной и неокислительной.

В окислительной фазе глюкозо-6-фосфат необратимо окисляется в пентозу — рибулозо-5- фосфат, и образуется восстановленный NADРН.

В неокислительной фазе рибулозо-5-фосфат обратимо превращается в рибозо-5-фосфат и метаболиты гликолиза.

Пентозофосфатный путь обеспечивает клетки рибозой для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов и гидрированным коферментом NАDРН, который используется в восстановительных процессах.

Суммарное уравнение пентозофосфатного пути выражается следующим образом:

3 Глюкозо-6-фосфат + 6 NАDР + —> 3 СO2 + 6 NADРН + Н + ) + 2 Фруктозо-6-фосфат + Глицеральдегид-3-фосфат.

Ферменты пентозофосфатного пути, так же, как и ферменты гликолиза, локализованы в цитозоле.

Наиболее активно пентозофосфатный путь протекает в жировой ткани, печени, коре надпочечников, эритроцитах, молочной железе в период лактации, семенниках.

А. Окислительный этап

В окислительной части пентозофосфатного пути глюкозо-6-фосфат подвергается окислительному декарбоксилированию, в результате которого образуются пентозы. Этот этап включает 2 реакции дегидрирования.

Далее глюконолактон-6-фосфат быстро превращается в 6-фосфоглюконат при участии фермента глюконолактонгидратазы.

Фермент 6-фосфоглюконатдегидрогеназа катализирует вторую реакцию дегидрирования окислительной части, в ходе которой происходит также и декарбоксилирование. При этом углеродная цепь укорачивается на один атом углерода, образуется рибулозо-5-фосфат и вторая молекула гидрированного NАDРН (рис. 7-62).

Рис. 7-62. Окислительный этап пентозофосфатного пути.

Восстановленный NАDРН ингибирует первый фермент окислительного этапа пентозофосфатного пути — глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу. Превращение NАDРН в окисленное состояние NАDР + приводит к ослаблению ингибирования фермента. При этом скорость соответствующей реакции возрастает, и образуется большее количество NАDРН.

Суммарное уравнение окислительного этапа пентозофосфатного пути можно представить в виде:

Глюкозо-6-фосфат + 2 NАDР + + Н2O —> Рибулозо-5-фосфат + 2 (NАDРН + Н + ) + СO2.

Реакции окислительного пути протекают только в том случае, если восстановленный кофермент NАDРН возвращается в исходное окисленное состояние NАDР + при участии NADPH-зaвиcимыx дегидрогеназ (т. е. при условии использования гидрированного NАDРН в восстановительных процессах). Если потребности клетки в NADPH незначительны, рибозо-5-фосфат образуется в результате обратимых реакций неокислительного этапа пентозофосфатного пути, используя в качестве исходных веществ метаболиты гликолиза — глицеральдегид-3-фосфат и фруктозо-6-фосфат.

Б. Неокислительный этап

Неокислительный этап пентозофосфатного пути включает серию обратимых реакций, в результате которых рибулозо-5-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат и ксилулозо-5-фосфат, и далее за счёт переноса углеродных фрагментов в метаболиты гликолиза — фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат. В этих превращениях принимают участие ферменты: эпимераза, изомераза, транскетолаза и трансальдолаза. Транскетолаза в качестве кофермента использует тиаминдифосфат. Неокислительный этап пентозофосфатного пути не включает реакции дегидрирования и поэтому используется только для синтеза пентоз.

Рибулозо-5-фосфат служит субстратом для двух ферментов. Фермент рибулозо-5-фосфат-3-эпимераза изменяет стехиометрическое положение одной ОН-группы у третьего атома углерода, превращая рибулозо-5-фосфат в ксилулозо-5-фосфат. Другой фермент — рибулозо-5-фосфат-изомераза — катализирует превращение рибулозо-5-фосфата в рибозо-5-фосфат (рис. 7-63). Рибозо-5- фосфат, образующийся в неокислительной фазе, обеспечивает клетки рибозой, необходимой для синтеза нуклеотидов, которые служат предшественниками и структурными компонентами коферментов дегидрогеназ и нуклеиновых кислот.

Рис. 7-63. Превращения рибулозо-5-фосфата.

Ферменты транскетолаза и трансальдолаза катализируют перенос двух- и трёхуглеродных фрагментов, соответственно используя в качестве донора углеродных фрагментов кетозу, а альдозу — в качестве акцептора. Эти реакции протекают в 2 этапа: сначала происходит отщепление углеродного фрагмента от молекулы-донора, а затем — перенос этого фрагмента на молекулу, выполняющую роль акцептора. Транскетолаза в неокислительной фазе пентозофосфатного пути катализирует 2 реакции. В первой реакции (рис. 7-64) транскетолаза расщепляет связь С-С между кетогруппой и соседним атомом углерода в молекуле ксилулозо-5-фосфат, в результате чего кетосахар превращается в альдозу, глицеральде- гид-3-фосфат, содержащую на 2 атома углерода меньше. Образующийся после расщепления двухуглеродный фрагмент остаётся ковалентно связанным в каталитическом центре фермента с коферментом тиаминдифосфатом. Далее фермент переносит двухуглеродный фрагмент на альдегидную группу альдосахара, образую новую кетозу — седогептулозо-7-фосфат.

Рис. 7-64. Реакция переноса двухуглеродного фрагмента, катализируемая транскетолазой.

Трансальдолаза переносит трёхуглеродный фрагмент от седогептулозо-7-фосфата на глицеральдегид-3-фосфат, образуя эритрозо-4-фосфат и фруктозо-6-фосфат (рис. 7-65).

Читайте также:  Школа диабета в колпино

Рис. 7-65. Реакция, катализируемая трансальдолазой.

Эта реакция подобна реакции альдольного расщепления гликолитического пути, за исключением того, что в данном случае трёхуглеродный фрагмент, содержащий кетогруппу, переносится на альдосахар глицеральдегид-3-фосфат, а в гликолитическом пути кетофрагмент высвобождается в виде дигидроксиацетонфосфата.

В следующей реакции, катализируемой транс- кетолазой, происходит перенос двухуглеродного фрагмента от ксилулозо-5-фосфата на эритрозо-4-фосфат. Продуктами этой реакции являются фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид- 3-фосфат (рис. 7-66).

Рис. 7-66. Реакция, катализируемая транскетолазой.

Так как все реакции неокислительного этапа обратимы, образование рибозо-5-фосфата может происходить не только в результате изомерного превращения продукта окислительной фазы пентозофосфатного пути рибулозо-5-фосфата в рибозо-5-фосфат под действием изомеразы, но также и из промежуточных продуктов гликолиза — фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата. Последовательность превращений, приводящих к образованию рибозо-5- фосфата из таких продуктов гликолитического пути, можно представить в виде:

2 Фруктозо-6-фосфат + Глицералъдегид-3-фосфат —> 2 Ксилулозо-5-фосфат + Рибозо-5-фосфат

2 Ксилулозо-5-фосфат —> 2 Рибулозо-5-фосфат

2 Рибулозо-5-фосфат —> 2 Рибозо-5-фосфат.

Суммарный результат метаболизма 3 молекул рибулозо-5-фосфата в неокислительной фазе пентозофосфатного пути — образование 2 молекул фруктозо-6-фосфата и 1 молекулы глице- ральдегид-3-фосфата. Далее фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат могут превратиться в глюкозу. С учётом стехиометрического коэффициента, равного 2, для образования 5 молекул глюкозы (содержащих 30 атомов углерода) потребуются 4 молекулы фруктозо-6-фосфата и 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата (в сумме содержащие также 30 атомов углерода) или, соответственно, 6 молекул рибулозо-5-фосфата. Таким образом, неокислительный путь можно представить, как процесс возвращения пентоз в фонд гексоз.

В. Пентозофосфатный цикл

Окислительный этап образования пентоз и неокислительный этап (путь возвращения пентоз в гексозы) составляют вместе циклический процесс.

Такой процесс можно описать общим уравнением:

6 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADР + + 2 Н2O —> 5 Глюкозо-6-фосфат + 12 NАDРН +12 Н + + 6 СO2.

Это означает, что из 6 молекул глюкозы образуются 6 молекул рибулозо-5-фосфат (пентозы) и 6 молекул СO2. Ферменты неокислительной фазы превращают 6 молекул рибулозо-5-фосфат в 5 молекул глюкозы (гексозы). При последовательном проведении этих реакций единственным полезным продуктом является NАDРН, образующийся в окислительной фазе пентозофосфатного пути. Такой процесс называют пентозофосфатным циклом (рис. 7-67).

Рис. 7-67. Пентозофосфатный цикл в жировой ткани.

Протекание пентозофосфатного цикла позволяет клеткам продуцировать NАDРН, необходимый для синтеза жиров, не накапливая пентозы.

Энергия, выделяющаяся при распаде глюкозы, трансформируется в энергию высокоэнергетического донора водорода — NАDРН. Гидрированный NАDРН служит источником водорода для восстановительных синтезов, а энергия NADPH преобразуется и сохраняется во вновь синтезированных веществах, например, жирных кислотах, высвобождается при их катаболизме и используется клетками.

Г. Дефект глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы в эритроцитах

В эритроцитах, как и в большинстве клеток, присутствует тиолсодержащий трипептид — глутатион (y-глутамил-цистенил-глицин). Восстановленная форма глутатиона (Г-SН) содержит SН-группу (рис. 7-68), которая может служить донором электронов в реакциях восстановления. Под действием фермента глутатионпероксидазы восстановленный глутатион превращает молекулу пероксида водорода в молекулу воды, а сам переходит в окисленное состояние (Г-SS-Г). Регенерацию восстановленного глутатиона обеспечивает глутатионредуктаза, используя в качестве донора водорода гидрированный NАDРН. Для эритроцитов единственным источником получения NADРН служит пентозофосфатный путь, для других тканей существует альтернативный способ — при участии NАDН-зависимой малатдегидрогеназы (малик-фермент).

Рис. 7-68. Восстановление глутатиона под действием глутатионредуктазы. А — строение глутатиона; Б — восстановление глутатиона.

Взаимодействие восстановленного глутатиона: пероксидом водорода в эритроцитах предохраняет цистеиновые остатки в протомерах гемоглобина от окисления. При генетическом дефекте глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы концентрация восстановленного кофермента NАDРН уменьшается, в результате чего резко снижается концентрация восстановленного глутатиона, а в клетке, соответственно, увеличивается количество активных форм кислорода. В этом случае окисление SН-групп молекул гемоглобина в эритроцитах приводит к образованию перекрёстных дисульфидных связей и агрегации протомеров гемоглобина с формированием телец Хайнца (см. раздел 14). В присутствии телец Хайнца пластичность мембраны нарушается, и она теряет способность к деформации при прохождении эритроцитов через капилляры. Это вызывает нарушение целостности мембраны, что приводит к гемолизу эритроцитов. Некоторые лекарственные вещества, например, антималярийный препарат примахин, сульфаниламиды, также снижают способность эритроцитов бороться с активными формами кислорода.

Источник

Этапы пентозофосфатного пути превращения глюкозы

Если же присоединения второй частицы фосфата к гексозо-6-монофосфорному эфиру не происходит, то фосфорилированная глюкоза может подвергаться прямому окислению до фосфопентоз. В норме доля пентозного цикла в количественном превращении глюкозы обычно невелика, варьирует у разных организмов и зависит от типа ткани и ее функционального состояния.

У млекопитающих активность пентозного цикла относительно высока в печени, надпочечниках, в эмбриональной ткани и в молочной железе в период лактации. Значение этого пути в обмене веществ велико. Он поставляет восстановленный НАДФ (НАДФН2), необходимый для биосинтеза жирных кислот, холестерина и т. д. За счет пентозного цикла примерно на 50% покрывается потребность организма в НАДФН2.

Вторая функция пентозного цикла заключается в том, что он поставляет пентозофосфаты для синтеза нуклеиновых кислот и многих коферментов. При ряде патологических состояний удельный вес пентозного пути окисления глюкозы возрастает. Механизм реакций пентозного цикла достаточно расшифрован. Пентозный цикл начинается с окислительного декарбоксилирования (от гексозофосфата отщепляется первый атом углерода). Это так называемая окислительная стадия пентозного цикла. Вторая стадия включает неокислительные превращения пентозофосфатов с образованием исходного глюкозо-6-фосфата (рис. 93).

Равновесие первой суммарной реакции сильно смещено в сторону образования НАДФН2.

В следующей окислительной реакции, катализируемой фосфоглюконатдегидрогеназой (декарбоксилирующей), 6-фосфоглюконовая кислота дегидрируется и декарбоксилируется. В результате образуется фосфорилированная кетопентоза-D-рибулозо-5-фосфат и еще одна молекула НАДФН2. В качестве промежуточного продукта в реакции, вероятно, образуется 3-кето-6-фосфоглюконовая кислота:

При определенных условиях пентозный путь на этом этапе может быть завершен. Суммарный итог окислительной стадии (этапа) можно выразить в виде следующего уравнения:

Основными реакциями неокислительной стадии пентозного цикла являются транскетолазная и трансальдолазная. Эти реакции катализируют превращение изомерных пентозо-5-фосфатов:

Фермент трансальдолаза катализирует перенос остатка дигидроксиацетона (но не свободного дигидроксиацетона) от седогептулозо-7-фосфата на глицеральдегид-3-фосфат:

Как видно из рис. 93, 6 молекул глюкозо-6-фосфата, вступая в пентозный цикл, дают 6 молекул рибулозо-5-фосфата и 6 молекул СО2, после чего из 6 молекул рибулозо-5-фосфата снова регенерируют 5 молекул глюкозо-6-фосфата. При этом молекула глюкозо-6-фосфата, вступающая в цикл, полностью не окисляется. Шесть молекул СО2 образуются из C1-групп 6 молекул глюкозо-6-фосфата. Валовое уравнение окислительной и неокислительной стадий пентозного цикла можно представить в следующем виде:

Читайте также:  Ранения при сахарном диабете

Образовавшийся НАДФН2 используется на восстановительные синтезы в цитоплазме и, как правило, не участвует в окислительном фосфорилировании, протекающем в митохондриях.

В последние годы появились работы, которые дают основание предполагать, что схема пентозного превращения углеводов сложнее, чем это представлено на рис. 93.

Многие исследователи считают, что пентозный путь (его анаэробная часть) и гликолиз, протекающие в цитолизе, способны переключаться с одного пути на другой в зависимости от соотношения концентраций промежуточных продуктов, образовавшихся в клетке. Итак, следует признать возможным обобщение в один суммарный процесс анаэробной фазы пентозного пути превращения углеводов и гликолиза. При этом роль важнейшего регулятора данного процесса играет эритрозо-4-фосфат. В зависимости от того, происходит ли интенсивное использование фосфопентоз или фосфопентозы образуются в оптимальном избытке, эритрозо-4-фосфат участвует либо в альдолазной реакции с образованием седогептулозо-1,7-дифосфата, либо в транскетолазной реакции с образованием фруктозо-6-фосфата и глюкозо-6-фосфата.

Источник

Пентозофосфатный путь. Глюконеогенез. Биосинтез и мобилизация гликогена

Тема: «ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ. ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ. БИОСИНТЕЗ И МОБИЛИЗАЦИЯ ГЛИКОГЕНА»

1. Пентозофосфатный (апотомический) путь окисления глюкозо-6-фосфата: биологическая роль, локализация в клетке, основные этапы. Последовательность реакций окислительного этапа пентозофосфатного пути.

2. Глюконеогенез: биологическая роль, локализация в клетке и тканях, последовательность реакций, возможные предшественники, регуляция, баланс АТФ.

3. Биосинтез гликогена: биологическая роль, локализация в клетке и тканях, последовательность реакций, гормональная регуляция. УДФ-глюкоза – образование и использование в обмене углеводов.

4. Мобилизация гликогена: биологическая роль, локализация в тканях, последовательность реакций, гормональная регуляция.

Пентозофосфатный (апотомический) путь окисления глюкозы.

16.1.1. Пентозофосфатный путь представляет собой прямое окисление глюкозы и протекает в цитоплазме клеток. Наибольшая активность ферментов пентозофосфатного пути обнаружена в клетках печени, жировой ткани, коры надпочечников, молочной железы в период лактации, зрелых эритроцитах. Низкий уровень этого процесса выявлен в скелетных и сердечной мышцах, мозге, щитовидной железе, легких.

16.1.2. Пентозофосфатный путь выполняет в организме две важнейшие метаболические функции:

Исходным субстратом окислительной фазы является глюкозо-6-фосфат, который непосредственно подвергается дегидрированию с участием НАДФ-зависимой дегидрогеназы (рисунок 16.1, реакция 1). Продукт реакции гидролизуется (реакция 2), а образующийся 6-фосфоглюконат дегидрируется и декарбоксилируется (реакция 3). Таким образом, происходит укорочение углеродной цепи моносахарида на один углеродный атом («апотомия»), и образуется рибулозо-5-фосфат.

Рисунок 16.1. Реакции окислительной фазы пентозофосфатного пути.


Рисунок 16.2. Реакции изомеризации рибулозо-5-фосфата.

Следуюшая реакция протекает при участии фермента транскетолазы, коферментом которой является тиаминдифосфат (производное витамина B 1 ). В этой реакции происходит перенос двухуглеродного фрагмента с ксилулозо-5-фосфата на рибозо-5-фосфат:

Образовавшиеся продукты взаимодействуют между собой в реакции, которая катализируется трансальдолазой и заключается а переносе остатка дигидроксиацетона на глицеральдегид-3-фосфат.

Продукт этой реакции эритрозо-4-фосфат участвует во второй транскетолазной реакции вместе со следующей молекулой ксилулозо-5-фосфата:

Таким образом, три молекулы пентозофосфатов в результате реакций неокислительной стадии превращаются в две молекулы фруктозо-6-фосфата и одну молекулу глицеральдегид-3-фосфата. Фруктозо-6-фосфат может изомеризоваться в глюкозо-6-фосфат, а глицеральдегид-3-фосфат может подвергаться окислению в гликолизе или изомеризоваться в дигидроксиацетонфосфат. Последний вместе с другой молекулой глицеральдегид-3-фосфата может образовывать фруктозо-1,6-дифосфат, который также способен переходить в глюкозо-6-фосфат.

Если упростить представленную схему, то получится:

Таким образом, полное окисление 1 молекулы глюкозы в пентозофосфатном пути сопровождается восстановлением 12 молекул НАДФ.

Глюконеогенез.

Роль глюконеогенеза возрастает при недостаточном поступлении углеводов с пищей. Так, в организме голодающего человека может синтезироваться до 200 г глюкозы в сутки. Глюконеогенез быстрее, чем другие метаболические процессы, реагирует на изменения диеты: введение с пищей большого количества белков и жиров активизирует процессы глюконеогенеза; избыток углеводов, наоборот, тормозит новообразование глюкозы.

Интенсивные физические нагрузки сопровождаются быстрым истощением запасов глюкозы в организме. В этом случае глюконеогенез является основным путём пополнения углеводных ресурсов, предупреждая развитие гипогликемии. Глюконеогенез в организме тесно связан также с процессами обезвреживания аммиака и поддержанием кислотно-основного баланса.

16.2.2. Основным местом биосинтеза глюкозы de novo является печень. Глюконеогенез протекает также в корковом слое почек. Принято считать, что вклад почек в глюконеогенез в физиологических условиях составляет около 10% глюкозы, синтезируемой в организме; при патологических состояниях эта доля может значительно возрастать. Незначительная активность ферментов глюконеогенеза обнаружена в слизистой тонкого кишечника.

16.2.3. Последовательность реакций глюконеогенеза представляет собой обращение соответствующих реакций гликолиза. Лишь три реакции гликолиза необратимы вследствие происходящих в ходе их значительных энергетических сдвигов:

а) фосфорилирование глюкозы; б) фосфорилирование фруктозо-6-фосфата; в) превращение фосфоенолпирувата в пируват.

Обход этих энергетических барьеров обеспечивают ключевые ферменты глюконеогенеза.

Все последующие реакции глюконеогенеза протекают в цитоплазме. Мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, и он переносится в цитоплазму в виде других метаболитов: малата или аспартата. В цитоплазме указанные соединения вновь переходят в оксалоацетат. При участии фосфоенолпируваткарбоксикиназы из оксалоацетата образуется фосфоенолпируват (рисунок 16.4, реакция 2).

Фосфоенолпируват в результате обращения ряда реакций гликолиза переходит во фруктозо-1,6-дифосфат. Превращение фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат катализируетсяфруктозодифосфатазой (рисунок 16.4, реакция 3).

Фруктозо-6-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат. Заключительной реакцией глюконеогенеза является гидролиз глюкозо-6-фосфата при участии фермента глюкозо-6-фосфатазы (рисунок 16.4, реакция 4).

Рисунок 16.4. Обходные реакции глюконеогенеза.

16.2.4. Основными источниками глюкозы в глюконеогенезе являются лактат, аминокислоты, глицерол и метаболиты цикла Кребса.

Лактат – конечный продукт анаэробного окисления глюкозы. Может включаться в глюконеогенез после окисления до пирувата в лактатдегидрогеназной реакции (см. раздел «Гликолиз», рисунок 15.4, реакция 11). При продолжительной физической работе основным источником лактата является скелетная мускулатура, в клетках которой преобладают анаэробные процессы. Накопление молочной кислоты в мышцах ограничивает их работоспособность. Это связано с тем, что при повышении концентрации молочной кислоты в ткани снижается уровень рН (молочнокислый ацидоз). Изменение рН приводит к ингибированию ферментов важнейших метаболических путей. В утилизации образующейся молочной кислоты важное место принадлежитглюкозо-лактатному циклу Кори (рисунок 16.5).

Рисунок 16.5. Цикл Кори и глюкозо-аланиновый цикл (пояснения в тексте).

Глюкогенные аминокислоты, к которым относятся большинство белковых аминокислот. Ведущее место в глюконеогенезе среди аминокислот принадлежит аланину, который может превращаться в пируват путём трансаминирования. При голодании, физической работе и других состояниях в организме функционирует глюкозо-аланиновый цикл, подобный циклу Кори для лактата (рисунок 16.2). Существование цикла аланин – глюкоза препятствует отравлению организма, так как в мышцах нет ферментов, утилизирующих аммиак. В результате тренировки мощность этого цикла значительно возрастает.

Другие аминокислоты могут, подобно аланину, превращаться в пируват, а также в промежуточные продукты цикла Кребса (α-кетоглутарат, фумарат, сукцинил-КоА). Все эти метаболиты способны преобразовываться в оксалоацетат и включаться в глюконеогенез.

Глицерол – продукт гидролиза липидов в жировой ткани. Этот процесс значительно усиливается при голодании. В печени глицерол превращается в диоксиацетонфосфат – промежуточный продукт гликолиза и может быть использован в глюконеогенезе.

Жирные кислоты и ацетил-КоА не являются предшественниками глюкозы. Окисление этих соединений обеспечивает энергией процесс синтеза глюкозы.

16.2.5. Энергетический баланс. Путь синтеза глюкозы из пирувата (рисунок 16.6) содержит три реакции, сопровождающиеся потреблением энергии АТФ или ГТФ:

а) образование оксалоацетата из пирувата (затрачивается молекула АТФ); б) образование фосфоенолпирувата из оксалоацетата (затрачивается молекула ГТФ); в) обращение первого субстратного фосфорилирования – образование 1,3-дифосфоглицерата из 3-фосфоглицерата (затрачивается молекула АТФ).

Каждая из этих реакций повторяется дважды, так как для образования 1 молекулы глюкозы (С 6 ) используются 2 молекулы пирувата (С 3 ). Поэтому энергетический баланс синтеза глюкозы из пирувата составляет – 6 молекул нуклеозидтрифосфатов (4 молекулы АТФ и 2 молекулы ГТФ). При использовании других предшественников энергетический баланс биосинтеза глюкозы отличается.

Рисунок 16.6. Энергетический баланс биосинтеза глюкозы из лактата.

16.2.6. Регуляция глюконеогенеза. Скорость глюконеогенеза определяется доступностью субстратов – предшественников глюкозы. Увеличение концентрации в крови любого из предшественников глюкозы приводит к стимуляции глюконеогенеза.

Некоторые метаболиты являются аллостерическими эффекторами ферментов глюконеогенеза. Например, ацетил-КоА в повышенных концентрациях аллостерически активирует пируваткарбоксилазу, катализирующую первую реакцию глюконеогенеза. Аденозинмонофосфат, наоборот, оказывает ингибирующее действие на фруктозодифосфатазу, а избыток глюкозы ингибирует глюкозо-6-фосфатазу.

Гормон поджелудочной железы глюкагон, гормоны надпочечников адреналин и кортизол повышают скорость биосинтеза глюкозы в организме, увеличивая активность ключевых ферментов глюконеогенеза либо увеличивая концентрацию этих ферментов в клетках. Гормон поджелудочной железы инсулин способствует снижению скорости глюконеогенеза в организме.

Биосинтез гликогена.

16.3.1. Гликоген – биополимер, состоящий из остатков глюкозы, он является компонентом всех тканей животных и человека (см. рисунок 15.1). Этот полисахарид служит основным источником энергии и резервом углеводов в организме.

Содержание гликогена в различных органах зависит от физиологического состояния организма. Наиболее высокое содержание гликогена обнаруживается в печени (от 2 до 6% от массы органа). Хотя концентрация гликогена в мышцах значительно ниже (от 0,5 до 1,5%), однако в норме его количество в мышцах составляет 2/3 от общего его содержания в организме.

Гликоген отличается значительным разнообразием по структуре и по относительной молекулярной массе. Молекулы его ветвисты. Глюкозные остатки образуют цепи, в которых они связаны между собой α-1,4-гликозидными связями. Разветвления образуются при помощи α-1,6-гликозидных связей.

Большая часть глюкозы, поступающей в организм с пищей, превращается в клетках печени в гликоген. Это связано с тем, что накопление легко растворимой глюкозы в клетках привело бы к резкому увеличению осмотического давления и разрушению клеточной мембраны.

16.3.2. Молекула глюкозы фосфорилируется при участии фермента глюкокиназы (в гепатоцитах) или гексокиназы (в других клетках) с образованием глюкозо-6-фосфата. Этот метаболит под влиянием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-1-фосфат (рисунок 16.7, реакция 1).

Рисунок 16.7. Реакции биосинтеза гликогена.

Глюкозо-1-фосфат взаимодействует с уридинтрифосфатом (УТФ) в присутствии фермента УДФ-глюкозо-пирофосфорилазы с образованием УДФ-глюкозы – ключевого метаболита углеводного обмена (рисунок 16.7, реакция 2).

Перенос глюкозного остатка с УДФ-глюкозы на затравочную полисахаридную цепь осуществляет гликогенсинтаза – регуляторный фермент данного метаболического пути (рисунок 16.7, реакция 3). Гликогенсинтаза существует в двух формах: гликогенсинтаза b (неактивная) и гликогенсинтаза а (активная). Превращение формы а в форму b катализируется цАМФ-зависимой протеинкиназой, обратный процесс – протеинфосфатазой.

Рисунок 16.8. Образование α-1,6-гликозидных связей в молекуле гликогена.

Мобилизация гликогена и гликогенолиз.

16.4.1. Мобилизация, или распад гликогена – процесс превращения гликогена в глюкозу, происходящий в печени. Таким образом, распад гликогена в печени наряду с глюконеогенезом принимает участие в поддержании уровня глюкозы в крови.

Рисунок 16.9. Реакции мобилизации гликогена.

Первую реакцию внутриклеточного расщепления гликогена катализирует фермент фосфорилаза гликогена (рисунок 16.9, реакция 1). Простетической группой его является пиридоксальфосфат (производное витамина В 6 ).

Фосфорилаза гликогена – регуляторный фермент, он существует в двух формах: фосфорилаза а (активная) и фосфорилаза b (неактивная). Переход фосфорилазы b в фосфорилазу акатализирует киназа фосфорилазы, которая фосфорилирует неактивный фермент. Превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b катализирует протеинфосфатаза, которая осуществляет дефосфорилирование активного фермента. Следует отметить, что ускорение процессов мобилизации гликогена происходит одновременно с торможением его биосинтеза, и наоборот. Активацию фосфорилазы гликогена вызывают гормоны адреналин и глюкагон.

Фосфорилаза расщепляет в молекуле гликогена лишь α-1,4-гликозидные связи. Расщепление α-1,6-гликозидных связей осуществляется амило-1,6-гликозидазой гидролитически с образованием свободной глюкозы.

Глюкозо-1-фосфат, образующийся в фосфорилазной реакции, при участии уже известного Вам фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-6-фосфат (рисунок 16.9, реакция 2).

16.4.2. Дальнейшая судьба глюкозо-6-фосфата, образовавшегося при распаде гликогена, в разных тканях различна.

Как уже упоминалось, в печени и почках имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, отщепляющая фосфат от глюкозо-6-фосфата (рисунок 16.9, реакция 3). Образовавшаяся глюкоза диффундирует в кровь, откуда поглощается клетками организма и служит для них источником энергии.

В мышечной ткани фермент глюкозо-6-фосфатаза отсутствует. Поэтому глюкозо-6-фосфат, образовавшийся при распаде гликогена, подвергается дальнейшему превращению по гликолитическому пути с образованием лактата (этот процесс называется гликогенолизом). Образующийся в реакциях субстратного фосфорилирования АТФ используется в процессах мышечного сокращения. Таким образом, гликоген мышц является резервом энергии только для мышечной ткани.

Источник

Читайте также:  Одуванчик лекарственный при сахарном диабете
Оцените статью
Правильные рекомендации
Раздел 16.1