2 курс / Биохимия / Н.Ю.Коневалова - Биохимия

Фосфоенолпируват превращается далее по пути обратному гликолизу при участии тех же ферментов до образования фруктозо-1,6- бисфосфата. Далее следуют необратимые фосфофруктокиназная и ге к- сокиназная реакции. Для их обращения используются специальные ферменты: дефосфорилирование фруктозо-1,6-бисфосфата осуществляется фосфатазой фруктозо-1,6-бисфосфата, глюкозо-6-фосфата – глю- козо-6-фосфатазой. Это второй и третий обходные пути гликолиза.

Ряд аминокислот, называемых гликопластическими (глицин, аланин, серин, цистеин, треонин, метионин, валин, глютаминовая и аспарагиновая кислоты, аргинин, триптофан, гистидин, пролин), в результате специфических путей превращаются в пируват, щавелевоуксусную или α-кетоглутаровую кислоты, которые используются для глюконеогенеза. Глицерин включается в этот процесс на стадии образования 3- фосфоглицеринового альдегида.

Между распадом глюкозы (гликогена) в мышцах и глюконеогенезом в печени существует тесная взаимосвязь для координации работы этих тканей в интересах всего организма. При распаде гликогена в печени образуется глюкоза, которая кровью доставляется в мышцы, где используется для синтеза гликогена или с энергетической целью при мышечной работе с образованием лактата в анаэробных условиях. Лактат из мышечной ткани кровотоком доставляется в печень, где используется для синтеза глюкозы и гликогена. Этот цикл превращений назван глюкозо-лактатным или циклом Кори.

161

гликоген глюкоза глюкоза глюкоза гликоген

лактат лактат лактат

Цикл Кори функционирует и в эритроцитах, которые для получения энергии используют анаэробный гликолиз, накопившийся лактат также током крови доставляется в печень и вступает в глюконеогенез, образовавшаяся глюкоза вновь поступает в эритроциты и окисляется до лактата.

Регуляция гликолиза и глюконеогенеза происходит за счет АМФ и АТФ через фермент фосфатаза фруктозо-1,6-бисфосфата (фермент глюконеогенеза). Когда в клетке мало энергии – накапливается АМФ и ингибирует фосфатазу. Глюконеогенез подавляется и весь фруктозо-1,6-бисфосфат превращается по пути распада углеводов с целью продукции энергии.

Накопление АТФ активирует фосфатазу и проходят реакции глюконеогенеза, т.е. образуется глюкоза, а из нее гликоген.

Пентозофосфатный путь (пентозный цикл) окисления глюкозы

Основным путем превращения глюкозы, обеспечивающим ткани энергией, является дихотомический – расщепление до двух фосфотриоз (т.е. пополам). Однако часть глюкозы в организме превращается еще по одному пути – пентозофосфатному или апотомическому (от слова

«арех» – верхушка). Механизмы его расшифрованы работами Варбурга, Дикенса, Рэккера, В.А. Энгельгардта, С.Е. Северина и др.

Ваэробных условиях судьба глюкозы решается на стадии образования фруктозо-6-фосфата: если произошло его фосфорилирование, то образующийся фруктозо-1,6-бисфосфат превращается по дихотомическому пути до фосфотриоз; если вторичное фосфорилирование не произошло, то фруктозо-6-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат, который превращается по апотомическому пути.

Ферменты процесса локализованы в цитоплазме клеток печени (до 33% глюкозы превращается здесь по пентозному пути), жировой ткани (до 20%), молочной железы, эритроцитов (до 10%), коры надпочечников, половых желез, т.е. в тех тканях, где идет синтез жирных кислот, стероидов, аминокислот, интенсивно протекает микросомальное окисление.

Впентозофосфатном пути превращения глюкозы можно выделить

2 части: окислительный (А) и неокислительный (Б) пути образования

162

пентоз.

Окислительный путь образования пентоз включает 2 реакции дегидрирования. Коферментом дегидрогеназ является НАДФ, который восстанавливается в НАДФН+Н+. Пентозы образуются в результате реакции окислительного декарбоксилирования.

Неокислительный путь образования пентоз включает реакции переноса 2 и 3 углеродных фрагментов с одной молекулы на другую. Этот путь служит для синтеза пентоз. Неокислительный путь образования пентоз обратим, следовательно, с помощью него избыток пентоз, превышающий потребности клетки, может быть возвращен в фонд гексоз (регенерация глюкозо-6-фосфата). В любом случае постоянным являет-

ся образование 6 СО2 и 12 НАДФ Н+Н+. Регенерация глюкозо-6- фосфата происходит лишь тогда, когда пентозы не используются для синтеза нуклеотидов.

Окислительный путь синтеза пентоз (путь А) и путь возвращения пентоз в гексозы (путь Б в обратном направлении) вместе составляют циклический процесс (пентозофосфатный цикл) – за один оборот цикла полностью распадается одна молекула глюкозы.

Суммарное уравнение пентозофосфатного цикла:

6 глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ 12 НАДФН+Н+ + 5 глюкозо-6-фосфат + 6 СО2

Окислительные реакции

Глюкозо-6-фосфат дегидрируется по первому углеродному атому глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой с коферментом НАДФ, который восстанавливается. Образующийся 6-фосфоглюконолактон гидратируется лактоназой и получается 6-фосфоглюконовая кислота. Для удобства дальнейших подсчетов продуктов процесса рассматривают превращения 6 молекул глюкозы.

163

Транскетолаза отщепляет от ксилулозо-5-фосфата гликолевый альдегид и переносит его на рибозо-5-фосфат с образованием се- догептулозо-7-фосфата и 3-фосфоглицеринового альдегида, на которые действует трансальдолаза. Она отщепляет от седогептулозо-7-фосфата диоксиацетон и переносит его на 3-фосфоглицериновый альдегид с образованием фруктозо-6-фосфата и тетрозы – эритрозо-4-фосфата.

2 молекулы эритрозо-4-фосфата взаимодействуют с оставшимися двумя молекулами ксилулозо-5-фосфата при участии транскетолазы, которая переносит гликолевый альдегид с пентозы на эритрозо-4- фосфат. В результате образуются еще две молекулы фруктозо-6- фосфата и две молекулы 3-фосфоглицеринового альдегида.

Одна из молекул 3-фосфоглицеринового альдегида изомеризуется в диоксиацетонфосфат, который вступает в реакцию альдольной конденсации с оставшейся молекулой 3-ФГА. Образуется фруктозо-1,6- бисфосфат, который дефосфорилируется фосфатазой, и получается 5-ая молекула фруктозо-6-фосфата.

Некоторые метаболиты неокислительного пути являются также и метаболитами гликолиза. Из этого следует, что оба процесса тесно связаны и в зависимости от потребностей клетки возможны переключения с одного пути на другой. При сбалансированной потребности в НАДФН+Н и пентозах в клетке происходит

165

окислительный путь синтеза пентоз. Если потребности в пентозах превышают потребности в НАДФН+Н, то окислительный путь шунтируется за счет использования метаболитов гликолиза: фруктозо-6-фосфат и глицероальдегидфосфат в реакциях неокислительного пути превращаются в пентозы.

Если же НАДФН+Н необходим в большей степени, чем пентозы, то возможны два варианта: при высоком энергетическом статусе клетки излишки пентоз путем обратных реакций неокислительного пути превращаются в фруктозо-6-фосфат и глицероальдегидфосфат, из которых в процессе глюконеогенеза образуется глюкоза; при низком энергетическом статусе клетки из пентоз также образуются глицероальдегидфосфат и фруктозо-6- фосфат, которые затем включаются в гликолиз.

Значение пентозофосфатного пути

Процесс используется только с пластической целью:

1.Образующиеся пентозы – рибозо-5-фосфат используются для синтеза нуклеотидов, нуклеиновых кислот.

2.НАДФ Н+Н+ используется для синтеза высших жирных кислот, холестерина, аминокислот.

3.НАДФ Н+Н+ необходим как донор протонов и электронов в процессе микросомального окисления (при превращении эндогенных субстратов и обезвреживании ксенобиотиков).

4.В растениях рибулозо-5-фосфат участвует в темновой стадии фотосинтеза как акцептор СО2.

5.В цикле происходят взаимопревращения моносахаридов, содержащих от 3 до 7 углеродных атомов.

Лекция 14

СИНТЕЗ И РАСПАД ГЛИКОГЕНА

Синтез гликогена

Гликоген играет роль депо глюкозы в организме. Структура его молекулы идеально приспособлена для этой цели:

1)крупные полимерные молекулы не диффундируют через клеточные мембраны и являются стабильным источником глюкозы в клетке;

2)гликоген – высокомолекулярное вещество и, в отличие от глюкозы, очень мало влияет на величину осмотического давления в клетке.

166

3)накопление свободной глюкозы привело бы к повышению осмотического давления и, как следствие, отеку клетки;

4)разветвленная молекула выгодна, т.к. ветвление увеличивает скорость синтеза и распада гликогена;

5)ветвление повышает растворимость гликогена.

Депонирование глюкозы в виде гликогена происходит в печени и мышечной ткани, ферменты синтеза локализованы в цитоплазме клеток. Процесс включает 3 этапа:

1. Активация С1 атома глюкозы, образование активной формы глюкозы – УДФ-глюкозы.

Глюкоза фосфорилируется гексокиназой (или глюкокиназой в печени) с образованием глюкозо-6-фосфата.

Фосфоглюкомутаза переносит фосфатную группировку из шестого положения в первое, и образуется глюкозо-1-фосфат, который взаимодействует с УТФ при участии глюкозо-1-фосфат-уридилтрансферазы. Образуется активная форма глюкозы – УДФ-глюкоза.

167