33Челночные механизмы.

Глицерофосфатный челночный механизм основан на восстановле-нии образующегося при гликолизе фосфодигидроксиацетона (дигидрокси-ацетонфосфата) цитоплазматической глицерофосфатдегидрогеназой (1), использующей восстановленный НАДН, до α-глицерофосфата, который лег-ко проникает через обе мембраны митохондрии в матрикс и на внутренней мембране окисляется с помощью митохондриальной ФАД-зависимой гли-церофосфатдегидрогеназы (2) до дигидроксиацетонфосфата, легко перехо-дящего через мембраны митохондрии в цитозоль клетки. Образующийся ФАДН2 далее через флавинзависимый транспортирующий электроны фер-мент ЕТФ отдает свои электроны и протоны на коэнзим Q (убихинон) в ми-тохондриальную цепь транспорта электронов, где в результате использова-ния 2 моль электронов в процессе окислительного фосфорилирования гене-рируется до 1,5 моль АТФ.

Этот механизм широко используется различными тканями, особенно

печеночной и мышечной тканью, в процессе интенсивной мышечной работы.

Малат-аспартатный челночный механизм является более сложным,

но и более энергосберегающим. Он использует избыток восстановленного

цитоплазматического НАДН в реакции восстановления оксалоацетата (щаве-

левоуксусной кислоты) до малата (яблочной кислоты) с помощью НАД-

зависимого цитоплазматического фермента малатдегидрогеназы Яб-лочная кислота легко проникает в матрикс через обе мембраны митохондрии,

где окисляется митохондриальной также НАД-зависимой, малатдегидро-

геназой (5) до оксалоацетата. Далее электроны от полученного НАДН посту-

пают в цепь транспорта электронов, где в процессе окислительного фофори-

лирования на 2 моль электронов генерируется до 2,5 моль АТФ. Образую-

щийся оксалоацетат не может покинуть митохондрию, он подвергается реак-

ции переаминирования с участием глутаминовой кислоты (глутамата) под

действием митохондриальной аспартатаминотрансферазы (3). В резуль-

тате образуется аспарагиновая кислота (аспартат), которая с помощью спе-

цифической транспортной системы переходит из митохондрии в цитоплазму,

где под действием цитоплазматической аспартатаминотрансферазы (2)

отдает свою аминогруппу α-кетоглутаровой кислоте (α-кетоглутарат), пре-

вращаясь в оксалоацетат. Следует заметить, что α-кетоглутарат и глутамат

легко проникают через внутреннюю мембрану митохондрии используя спе-

циальную ферментную транспортную систему — глутамат-α-кетоглутарат-

транслоказу (1). Внутренняя мембрана митохондрий содержит целый ряд

переносчиков для ионов и заряженных метаболитов: например, переносчик

дикарбоновых кислот опосредует облегченную обменную диффузию малата,

сукцината, фумарата и Н2РО4

–, а переносчики трикарбоновых кислот обеспе-

чивают обмен ОН– и Н2РО4

–. Из наиболее важных транслоказ – ферментов,

осуществляющих специфический транспорт веществ через внутреннюю

мембрану митохондрий необходимо упомянуть АТФ-АДФ-транслоказу,

осуществляющую транспорт в цитоплазму синтезирующейся в митохондриях

АТФ в обмен на поступающие в митохондрию АДФ и неорганический фос-

фат ион, вносящий в митохондрию дополнительный протон. 34. Аллостерические механизмы регуляции аэробного и анаэробного распада глюкозы.???? 35. 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 NADPH.

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 ко-ферментом NADPH, который используется в восстановительных процессах.

Суммарное уравнение пентозофосфатного пути выражается следующим образом:

3 Глюкозо-6-фосфат + 6 NADP⁺ → 3 СО₂ + 6 (NADPH + 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.

Окислительный этап Суммарное уравнение окислительного этапа пентозофосфатного пути можно представить в виде:

Глюкозо-6-фосфат + 2 NADP⁺ + Н₂О → Рибулозо-5-фосфат + 2 NADPH + Н⁺ + СО₂

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 Суммарный результат метаболизма 3 молекул рибулозо-5-фосфата в неокислительной фазе пентозофосфатного пути - образование 2 молекул фруктозо-6-фосфата и 1 молекулы глицеральдегид-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. 36. 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 NADP⁺ + 2 Н₂О → 5 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADPH +12 Н⁺ + 6 СO₂.

Это означает, что из 6 молекул глюкозы образуются 6 молекул рибулозо-5-фосфат (пентозы) и 6 молекул СО₂. Ферменты неокислительной

360

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

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

фазы превращают 6 молекул рибулозо-5-фосфат в 5 молекул глюкозы (гексозы). При последовательном проведении этих реакций единственным полезным продуктом является NADPH, образующийся в окислительной фазе пентозофосфатного пути. Такой процесс назьюают пентозофосфатным циклом (рис. 7-67).

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

Энергия, выделяющаяся при распаде глюкозы, трансформируется в энергию высокоэнергетического донора водорода - NADPH. Гидрированный NADPH служит источником водорода для восстановительных синтезов, а энергия NADPH преобразуется и сохраняется во вновь синтезированных веществах, например

Рис. 7-65. Реакция, катализируемая трансальдолазой.

Рис. 7-66. Реакция, катализируемая транскетолазой.