3.2.5. Превращение жирных кислот в углеводы

У растений процесс распада жиров интенсивно происходит при прорастании семян, в которых они служат основным запасным веществом. При этом часть запасного жира в прорастающих семенах расходуется как энергетический материал для инициации сопряжённого синтеза органических веществ, необходимых для жизнедеятельности развивающихся проростков, а другая часть является источником метаболитов для построения молекул структурных и функционально активных компонентов их клеток. Важнейший путь использования жиров в качестве биохимических метаболитов – это превращение их в углеводы, которое осуществляется через реакции глиоксилатного цикла, называемого также циклом глиоксиловой кислоты.

Ферменты, катализирующие реакции глиоксилатного цикла, локализованы в специализированных внутриклеточных структурах – глиоксисомах, которые функционально связаны с митохондриями. Глиоксисомы формируются на начальных этапах прорастания семян и деградируют после полного расщепления жиров. Кроме ферментов глиоксилатного цикла в глиоксисомах также содержатся ферменты, катализирующие b-окисле-ние жирных кислот. Продукт b-окисления жирных кислот – ацетил-КоА – далее включается в реакции глиоксилатного цикла.

CН₂–СООН CН₂-СООН Н

| | \

СН–СООН ¾® СН₂–СООН + С–СООН

| //

СН(ОН)–СООН янтарная кислота О

изолимонная кислота глиоксиловая

кислота

Первые три реакции этого цикла такие же, как и в цикле Кребса. Вначале ацетил-КоА реагирует с енольной формой щевелевоуксусной кислоты, образуя лимонную кислоту. Затем последовательно происходит превращение лимонной кислоты в цис-аконитовую и изолимонную кислоты. На следующем этапе превращений изолимонная кислота расщепляется ферментом изоцитратлиазой (4.1.3.1) на два продукта – янтарную и глиоксиловую кислоты:

Изоцитратлиаза – аллостерический фермент, активность которого подавляется избыточной концентрацией фосфоенолпировиногадной кис-лоты, образующейся в цитоплазме из продуктов превращения янтарной кислоты. Последняя для дальнейших реакций поступает в митохондрию. Глиоксиловая же кислота в глиоксисоме вступает во взаимодействие с новой молекулой ацетил-КоА, образуя яблочную кислоту. Эту реакцию катализирует фермент малатсинтаза (4.1.3.2):

Н СН₂–СООН

\ |

С–СООН + СН₃–С~S–КоА + Н₂О ¾® СН(ОН)–СООН + НS–КоА

// ||

О О

глиоксиловая ацетил-КоА яблочная кислота

кислота

В последней реакции глиоксилатного цикла яблочная кислота, как и в цикле Кребса, окисляется ферментом малатдегидрогеназой в щавелевоуксусную кислоту, которая изомеризуется в свою енольную форму и может снова вступать в первую реакцию данного цикла. Янтарная кислота, поступающая из глиоксисомы в митохондрию, включается там в реакции цикла Кребса и превращается в щавелевоуксусную кислоту, которая далее из митохондрии транспортируется в цитоплазму, где c участием соответствующих ферментов используется для синтеза углеводов.

Под действием цитоплазматического фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназы (4.1.1.32) щавелевоуксусная кислота с участием ГТФ подвергается декарбоксилированию, превращаясь в фосфоенолпировиноградную кислоту (см. с. 281). Образовавшаяся фосфоенолпировиноградная кислота далее включается в уже известный нам цикл реакций обращения гликолиза, конечным продуктом которого является фруктозо-6-фосфат. Из фруктозо-6-фосфата могут синтезироваться различные углеводы. Но если фруктозо-6-фосфат вступает в дыхательные реакции, дающие кетокислоты, то возможно его использование для синтеза аминокислот.

У бактерий реакции глиоксилатного цикла пространственно не отделены от цикла Кребса, поэтому глиоксилатный путь превращений ацетил-КоА можно рассматривать как видоизменённый цикл ди- и трикарбоновых кислот. У человека и животных глиоксилатный цикл отсутствует, поэтому у данных организмов отложенный в жировых тканях жир не может так легко использоваться для превращения в углеводы, как у бактерий или растений.

Весь процесс биосинтеза углеводов из продуктов распада жиров получил название глюконеогенеза. Такое название он имеет вследствие того, что в ходе обращения реакций гликолиза из продукта распада жирных кислот фосфоенолпировиноградной кислоты осуществляется синтез важнейшего представителя сахаров – глюкозы, из которой уже довольно легко могут синтезироваться другие углеводы.