Метаболизм Переход от катаболизма к анаболизму II. Синтез

Метаболизм Переход от катаболизма к анаболизму II. Синтез глюкозы

Синтез глюкозы • возможен из соединений, способных предварительно превратиться в пируват – из большинства аминокислот – из лактата, поступающего в кровь из работающих мышц • Глюконеогенез – не возможен из ацетил-Со. А и жирных кислот – позволяет «сохранить» энергию превращений в виде гликогена – в ряде случаев спасает организм от гибели

Глюконеогенез • Наиболее интенсивно – в печени и корковом веществе почек • Большинство стадий – обращение реакций гликолиза • 3 реакции гликолиза (гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная) необратимы, поэтому в процессе глюконеогенеза на трех этапах используются другие ферменты

Механизм синтеза глюкозы из пирувата

1. Образование ФЕП из ПВК Несколько этапов 1. Карбоксилирование ПВК под влиянием пируваткарбоксилазы; кофермент – витамин Н (биотин)

2. q Декарбоксилирование и фосфорилирование ЩУК фосфоенолпируваткарбоксикиназа

• Первый этап – в митохондриях • Мембрана митохондрий непроницаема для ЩУК – ЩУК восстанавливается до яблочной кислоты при участии НАДзависимой малатдегидрогеназы (митохондриальной) – в митохондриях отношение НАДН 2/НАД велико, а в цитоплазме – мало: – Яблочная кислота легко проходит через мембрану митохондрий в цитоплазму, где вновь окисляется при участии НАДзависимой малатдегидрогеназы (цитоплазматической) • Дальнейший процесс – в цитоплазме

2. Превращение Ф-1, 6 -д. Ф во Ф-6 -Ф • ФЕП Ф-1, 6 -д. Ф • Далее – в обход необратимой эндэргонической реакции Ф-6 -Ф → Ф-1, 6 -д. Ф: Ф-1, 6 -д. Ф + Н 2 О → Ф-6 -Ф + Н 3 РО 4 • Фруктозодифосфатаза ингибируется АМФ и активируется АТФ • Таким образом: – когда [АТФ]/[АМФ] велико, стимулируется глюконеогенез – когда [АТФ]/[АМФ] низко, – расщепление глюкозы

3. Образование глюкозы из Г-6 -Ф • Ф-6 -Ф Г-6 -Ф • Г-6 -Ф дефосфорилируется (в обход гексокиназной реакции) под влиянием глюкозо-6 -фосфатазы Г-6 -Ф + Н 2 О → глюкоза + Н 3 РО 4

Схема. Гликолиз и гликонеогенез

гексокиназа АТФ 6 -фосфофруктокиназа АДФ Глюкоза АТФ Г-6 -Ф Н 3 РО 4 Ф-6 -Ф НАД малат 1, 3 -д. ФГК Н 2 О НАДН 2 ГТФ ГДФ СО 2 2 -ФГК ЩУК ФЕП ЩУК ПВК АДФ Н 3 РО 4 АТФ СО 2 ки НАДН 2 тва ру аза пи н НАД 3 -ФГА 3 -ФГК малат МТХ ДОАФ Ф-1, 6 -д. Ф Н 3 РО 4 Н 2 О АДФ АТФ АДФ

Откуда печень получает пируват для глюконеогенеза?

При голодании главный источник пирувата – гидролиз мышечных белков • образуются все 20 аминокислот • НО более 30% всех аминокислот, поступающих в печень, – аланин – одна из глюкогенных аминокислот; его углеводородный скелет используется печенью для строительства молекулы глюкозы

Печень Мышца Мышечные белки 20 аминокислот Глюкоза Некоторые аминокислоты Кислоты ЦТК Оксалоацетат Пируват Ацетил-Ко. А Аланин

При нормальной жизнедеятельности источник пирувата – лактат • образуется при анаэробном гликолитическом расщеплении глюкозы или гликогена – Некоторые клетки (мозгового вещества почек и сетчатки) фактически анаэробы, в зрелых эритроцитах нет митохондрий, и они не способны к окислительному фосфорилированию • Главный источник лактата – гликолиз в интенсивно работающих мышцах • Лактат переносится кровью в печень, а там перерабатывается снова в пируват, а затем в глюкозу и гликоген

Цикл Кори Печень Гликоген Мышцы Глюкоза в крови Гликоген Анаэробный гликолиз Глюкоза Глюконеогенез Лактат в крови Лактат

• Гликолиз – в мышцах при их активной ТЕСНАЯ деятельности ВЗАИМОСВЯЗЬ • Глюконеогенез – в печени – Максимальная активность мышц усиление гликолиза избыток молочной кислоты в кровь – В печени: лактат глюкоза (глюконеогенез) – Образовавшаяся в печени глюкоза может быть использована как энергетический субстрат, необходимый для деятельности мышц

Функции цикла Кори • сохранение лактата для последующего использования • предотвращение лактат-ацидоза – При поступлении больших количеств молочной кислоты в кровь ее буферная емкость может быть исчерпана, что приведет к опасному снижению р. Н – Этому препятствует превращение лактата в глюкозу, которое сопровождается поглощением 2 -х Н+ • Согласно последним данным, у человека цикл Кори осуществляется лишь в очень ограниченных масштабах • Большая часть лактата превращается в гликоген в самих мышцах, когда они находятся в состоянии покоя • Цикл Кори более важен в других, «менее аэробных» тканях

Синтез глюкозы из глицерина

Синтез глюкозы посредством глиоксилатного цикла

• У растений и микроорганизмов в процессе глюконеогенеза важную роль играет глиоксилатный цикл • Благодаря ему двухуглеродные метаболиты (ацетил-Ко. А) способны превращаться в углеводы • Глиоксилатный цикл рассматривают как видоизмененный цикл Кребса, в котором изоцитратдегидрогеназа и кетоглутаратдегидрогеназа заменены на изоцитратлиазу и малатсинтазу

2 – аконитатгидратаза 1 – цитратсинтаза 3 – изоцитратлиаза 6 – сукцинатдегидрогеназа 4 – малатсинтаза 5 – малатдегидрогеназа 7 – фумаратдегидрогеназа

Метаболизм Апотомический путь распада Г-6 -Ф (пентозофосфатный цикл окисления углеводов)

• Расхождение путей окисления углеводов – со стадии образования гексозомонофосфата – Г-6 -Ф Ф-1, 6 -д. Ф дихотомический путь – Если Г-6 -Ф Ф-1, 6 -д. Ф, то Г-6 -Ф может подвергаться прямому окислению до фосфопентоз • В норме доля пентозного цикла обычно невелика – варьирует у разных организмов – зависит от типа ткани и ее функционального состояния

Зачем нужен альтернативный путь окисления глюкозы? 1. Производство НАДФН 2 для биосинтеза липидов (жирных кислот, холестерина и т. д. ) 2. Образование пентозофосфатов (Р-5 -Ф) для синтеза нуклеиновых кислот и многих коферментов 3. Роль пентозного цикла возрастает при ряде патологических состояний (НАДФН 2 используется для обезвреживания ядов в печени)

Реакции пентозофосфатного пути 1. 2. • Окислительное декарбоксилирование – окислительная стадия Неокислительные превращения пентозофосфатов с образованием Г-6 -Ф В цитоплазме клеток

1. Дегидрирование Г-6 -Ф • Г-6 -Ф-дегидрогеназа (кофермент НАДФ)

2. Гидролиз 6 -фосфоглюконо- -лактона • Спонтанно, или с помощью глюконолактоназы

3. Дегидрирование и декарбоксилирование 6 -фосфоглюконовой кислоты • Фосфоглюконатдегидрогеназа (декарбоксилирующая)

4. Рл-5 -Ф ксилулозо-5 -фосфат (эпимераза) или Рл-5 -Ф рибозо-5 -фосфат (изомераза) • Пентозофосфаты – в состоянии равновесия

• При определенных условиях пентозный путь на этом этапе может быть завершен • НО может наступить и неокислительный этап • Реакции этого этапа – в анаэробных условиях • Образуются – вещества, характерные для гликолиза (Ф-6 -Ф, Ф-1, 6 -д. Ф, фосфотриозы) – специфические вещества – седогептулозо-7 фосфат (Сл-7 -Ф), пентозо-5 -фосфаты, эритрозо 4 -фосфат (Э-4 -Ф) • Основные реакции – транскетолазные и трансальдолазные

Транскетолазные реакции • Транскетолаза • Кофермент – ТПФ (промежуточный переносчик гликольальдегидной группы)

Транскетолазные реакции

Трансальдолазная реакция • Трансальдолаза (катализирует перенос остатка дигидроксиацетона от Сл-7 -Ф на 3 -ФГА)

• • • Таким образом, … 6 Г-6 -Ф 6 Рл-5 -Ф + 6 молекул СО 2 Из 6 Рл-5 -Ф 5 Г-6 -Ф При этом молекула Г-6 -Ф полностью не окисляется 6 СО 2 образуются из С 1 -групп 6 -ти Г-6 -Ф Суммарное уравнение пентозофосфатного цикла 6 Г-6 -Ф + 7 Н 2 О + 12 НАДФ → 5 Г-6 -Ф + 6 СО 2 + 12 НАДФН 2 + Н 3 РО 4 или: Г-6 -Ф + 7 Н 2 О + 12 НАДФ → 6 СО 2 + 12 НАДФН 2 + Н 3 РО 4 • НАДФН 2 используется на восстановительные синтезы в цитоплазме и, как правило, не участвует в окислительном фосфорилировании в дыхательной цепи митохондрий • НО если 2 Н включаются в эту цепь, то… – 12· 3 = 36 молекул АТФ на 1 молекулу глюкозы

Общая схема распада углеводов

фосфоролиз Полисахариды гидролиз Олигосахариды Моносахариды фосфорилирование Гексозофосфаты Пентозофосфаты взаимопревращения Г-1 -Ф Г-6 -Ф дихотомический апотомический распад ПВК Брожение Гликолиз Анаэробно Рл-5 -Ф Дыхание (ЦТК) Аэробно Дыхание

• Г-6 -Ф – центральное вещество в обмене углеводов, из дальнейших продуктов – ПВК и Рл-5 -Ф • Зависимости между различными путями сложны и определяются видовыми особенностями и условиями жизнедеятельности организмов – Объем гликолиза в тканях находится в прямой зависимости от поступления кислорода (эффект Пастера) – Даже в различных тканях и органах одного и того же организма соотношения путей распада углеводов могут быть различными • НО закономерности: – Аэробный путь преобладает над анаэробным, а дыхание подавляет гликолиз и брожение – Дихотомический путь преобладает над апотомическим