Ключевые положения всех метаболических путей 215
Синтез желчных кислот
Метаболизм холестерола до желчных кислот в печени выполняет две основные функции:
1.Обеспечивает кишечник желчными кислотами, которые участвуют в эмульгировании жиров для их переваривания и всасывания.
2.Избавляет наш организм от избыточного холестерола. Организм человека не способен расщеплять холестерол и окислять его до CO2 и H2O. Поэтому его экскреция в виде желчных кислот — единственный путь вывода избытка холестерола из организма.
Катаболизм гема
При деградации белков, содержащих гем (гемоглобин, миоглобин, каталаза), гемовая группа окисляется до билирубина, который после конъюгации с глюкуроновой кислотой выводится через гепатобилиарную систему.
Е Образование регуляторных молекул
Метаболические пути образуют регуляторные молекулы, играющие важную роль в регуляции метаболизма. Как уже было сказано выше, лимонная кислота (цитрат), образующаяся в ЦТК, играет важную роль в регуляции активности гликолиза и глюконеогенеза. Другим примером регуляторной молекулы является 2,3-бисфосфо- глицерат, синтезирующийся в побочной реакции вне гликолитического пути и изменяющий сродство гемоглобина к кислороду.
12.3 Ключевые положения всех метаболических путей
А АТФ — донор энергии для синтеза
Анаболические или синтетические пути требуют притока энергии извне (например, энергии, запасённой в виде макроэргических связей АТФ). АТФ образуется в ходе некоторых реакций катаболизма (например, в ходе гликолиза) и окислительного фосфорилирования в митохондриях.
БОкисление и восстановление в метаболических реакциях
Входе ОВ-реакций восстановительные эквиваленты (атомы водорода или гидрид ионы) переносятся на такие кофакторы, как NAD+ и NADP+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) или FAD. Восстановленные NADH и FADH2 могут быть использованы для синтеза АТФ с помощью окислительного фосфорилирования в митохондриях. NADPH является источником восстановительных эквивалентов для анаболических, энергозависимых процессов, таких как синтез жирных кислот и холестерола.
216 |
Глава 12 |
Введение в метаболизм |
В Эссенциальные органические соединения
Некоторые клеточные молекулы не синтезируются в организме человека и должны поступать с пищей (поэтому такие соединения называют эссенциальными). Например, такими молекулами являются некоторые аминокислоты (лизин, метионин, треонин и др.), витамины (тиамин, ниацин и др.) и полиненасыщенные жирные кислоты — линолевая (ω-6 жирная кислота) и линоленовая (ω-3 жирная кислота). Другие важные соединения, такие как глюкоза и пальмитиновая кислота, не являются эссенциальными. Глюкоза, уровень которой в крови строго регулируется, может быть синтезирована из глицерола, лактата, пирувата и углеродного скелета глюкогенных аминокислот (этот процесс называется глюконеогенезом).
ГНеобратимость метаболических путей
Примером необратимого метаболического пути является гликолиз — катаболический путь окисления глюкозы до двух молекул пирувата или лактата. Обратным гликолизу является глюконеогенез — процесс синтеза глюкозы из молекул пирувата или других соединений (лактата, скелета глюкогенных аминокислот). Несмотря на то, что многие ферменты гликолиза участвуют и в глюконеогенезе, последний включает несколько специфичных ферментов, осуществляющих реакции обхода необратимых стадий гликолиза (1-я, 3-я и 10-я реакции гликолиза).
Д Взаимосвязи метаболических путей
Первая реакция гликолиза — фосфорилирование глюкозы до глюкозо-6-фос- фата. Глюкозо-6-фосфат участвует и в других метаболических путях: синтез гликогена и пентозофосфатный путь (другое название — гексозомонофосфатный шунт), образующий рибозо-5-фосфат и NADPH.
Е Нелинейность метаболических путей
Некоторые метаболические пути нелинейны. Примерами являются цикл трикарбоновых кислот (ЦТК или цикл Кребса) и цикл мочевины. В обоих случаях путь начинается с включения малой молекулы в процесс (ацетил-КоА в ЦТК и NH4+ в цикл мочевины). Несмотря на нелинейность этих путей, другие соединения способны включаться в их реакции на промежуточных этапах и восполнять количество их метаболитов. Например, глутамат может использоваться для регенерации α-кетоглута- рата (ключевой метаболит ЦТК).
Ж Локализация метаболических путей в клетке
Многие метаболические пути происходят в цитозоле клетки: гликолиз, пентозофосфатный путь, синтез жирных кислот и др. Другие метаболические пути протекают в митохондриях: β-окисление жирных кислот, ЦТК, окислительное фосфорилирование, окислительное декарбоксилирование пирувата. Некоторые метаболические
Ключевые положения всех метаболических путей 217
пути имеют двойную локализацию (часть реакций протекает в цитозоле, другая — в митохондриях): цикл мочевины и синтез гема.
З Тканеспецифичность метаболических путей
Все клетки нашего организма способны окислять глюкозу до пирувата в ходе гликолиза (для синтеза АТФ). Однако в эритроцитах отсутствуют митохондрии, поэтому они не способны полностью окислить глюкозу до CO2 и H2O (в митохондриях находятся ферменты окислительного декарбоксилирования пирувата и ЦТК). Вместо этого пируват восстанавливается в лактат и выводится из клетки.
Многие клетки могут использовать жирные кислоты в качестве источника энергии. Несмотря на то, что нейроны содержат митохондрии, они не способны окислять жирные кислоты. Поэтому нервная ткань требует постоянного поступления глюкозы в кровь. Процесс, в ходе которого синтезируется глюкоза, называется глюконео-
генезом.
И Метаболизм при голодании
После приёма пищи метаболические пути участвуют в усвоении полезных соединений и их запасании в организме. После приёма богатой углеводами пищи количество глюкозы в организме резко возрастает. Она используется для синтеза АТФ
ивосполнения запасов гликогена (в мышцах и печени). Избыточная глюкоза метаболизируется до жирных кислот в печени и используется для синтеза триацилглицеролов в адипоцитах.
Вфазу голодания организм всё так же нуждается в питательных веществах, поэтому активируются их эндогенные запасы. Метаболические пути активируются так, чтобы обеспечить окисление запасённых источников энергии в виде жирных кислот (запасаются в форме триацилглицеролов в адипоцитах) и гликогена (сложный гликопротеин, включающий множество остатков глюкозы; запасается в печени и мышцах). Фактически во время голодания именно жирные кислоты обеспечивают организм энергией.
КРегуляция метаболических путей
Вфазу насыщения (после приёма пищи) метаболизм извлекает энергию и запасает её. Фаза голодания требует использования этих запасов. Такое «переключение» метаболизма достигается с помощью физиологической регуляции, которая происходит на многих уровнях организации.
На первом уровне регуляции метаболизма важную роль играют транскрипция
итрансляция, которые определяют, какие ферменты будут присутствовать в клетке. Второй уровень контроля — субстратный, на котором сигналом к активации
или ингибированию ферментов служит количество субстрата. К примеру, цитрат (лимонная кислота) является метаболитом, регулирующим несколько метаболических путей. Цитрат ингибирует гликолиз и активирует синтез жирных кислот.