1.1.3. Глюконеогенез у животных

Глюконеогенез функционирует у человека и животных главным образом в печени и в меньшей степени в почках и слизистой оболочке кишечника. Особенно активно этот процесс идет при голодании, а также в период восстановления после интенсивной мышечной работы [Епринцев А.Т. Распространение глиоксилатного цикла у организмов различных таксономических групп / А.Т. Епринцев, М.Ю. Шевченко, В.Н. Попов // Успехи современной биологии. — М., 2008.— Т. 128, № 3. - С. 271-280.];[ Епринцев А.Т. Экспрессия и регуляция ферментов глиоксилатного цикла / А.Т. Епринцев, М. Ю. Шевченко, В. Н. Попов. – Воронеж: Центрально-Черноземное книжное издательство, 2005. – 224с.]. По данным некоторых авторов, небольшая активность фосфоенолпируваткарбоксикиназы отмечена в клетках скелетных мышц [Филлипович Ю.Б. Основы биохимии / Ю.Б. Филлипович. – М.: Высш. шк. 1993.– 496 с].

Важнейшим предшественником углеводов в организме животных является молочная кислота (лактат), образующаяся при работе мышц в процессе гликолиза и поступающая в печень с током крови. Превращение лактата в пируват осуществляется под действием гликолитического фермента лактатдегидрогеназы (так называемый Кори цикл). Субстратами глюконеогенеза выступают также промежуточные продукты ЦТК. Главными из них являются интермедиаты, способные окисляться в малат. Однако в тканях животных имеется альтернативный путь образования ФЕП из 2-оксоглутарата и предшествующих ему шестиуглеродных кислот ЦТК.

1.1.4. Глиоксилатный цикл

1.1.4.1. Роль глиоксилатного цикла в глюконеогенезе

Глиоксилатный цикл является важным этапом трансформации жирных кислот в углеводы у организмов различных таксономических групп.

Глиоксилатный цикл был впервые открыт Корнбергом и Кребсом в 1957 году в клетках бактерий рода Pseudomonas, выращиваемых на ацетате [Kornberg H. L. Synthesis of cell constituents from C₂-units by a modigied tricarboxylic acid cycle / H. L. Kornberg, H. A. Krebs // Nature – 1957. – Vol. 179. – P. 988-991.]. Для этих микроорганизмов было показано, что его функцией является конденсация С₂-молекул для синтеза составляющих клетку компонентов. Для растительных тканей функционирование глиоксилатного цикла было впервые показано в эндосперме клещевины [Malhotra O. P. Isolation and characterization of isocitrate lyase of castor endosperm / O. P. Malhotra, P. K. Srivaslava // Arch. Biochem. and Biophys. – 1982. – Vol. 214, №1. – P. 164-171.]. В жирозапасающих тканях растений основной функцией глиоксилатного цикла считается участие в глюконеогенезе при мобилизации запасных жиров. Глиоксилатный цикл шунтирует две декарбоксилирующие реакции цикла трикарбоновых кислот и позволяет использовать C₂-соединения в качестве субстрата для глюконеогенеза[Kornberg H. L. Synthesis of cell constituents from C₂-units by a modigied tricarboxylic acid cycle / H. L. Kornberg, H. A. Krebs // Nature – 1957. – Vol. 179. – P. 988-991.].

Глиоксилатный цикл состоит из пяти реакций (рис.2). На первом этапе ацетил-КоА (C₂) конденсируется с глиоксилатом с образованием малата (C₄) при помощи ключевого фермента глиоксилатного цикла – малатсинтазы (КФ 4.1.3.2). НАД⁺-зависимая малатдегидрогеназа окисляет малат до оксалоацетата, восстанавливая НАД⁺. Цитратсинтаза катализирует образование цитрата из оксалоацетата и ещё одной молекулы ацетил-КоА. Аконитатгидратаза превращает цитрат в изоцитрат через цис-аконитат. Другой маркерный фермент ГЦ изоцитратлиаза (КФ 4.1.3.1) катализирует расщепление изоцитрата на сукцинат и глиоксилат. Другими словами последним этапом глиоксилатного цикла является образование сукцината и регенерация глиоксилата в изоцитратлиазной реакции. Некоторые биохимические этапы ГЦ идентичны реакциям ЦТК, однако существуют их регуляторные особенности, связанные с работой изоферментов и компартментализацией (рис.2).

Суммарное уравнение глиоксилатного цикла:

2Ацетил-СоА + Н₂О + НАД⁺ → сукцинат +2СоАSH + НАДН + Н⁺

Возможность конденсации С₂ соединений через глиоксилатный цикл, делает его центральной стадией в пути превращения жирных кислот в углеводы.

Конверсия запасных липидов в форму углеводов делает возможным построение клеточных компонентов в периоды, когда необходимы эндогенные источники углеводов. Кроме того, совсем недавно было открыто, что работа глиоксилатного цикла является необходимым условием вирулентности возбудителей некоторых заболеваний растений, животных и человека [Епринцев А.Т. Экспрессия и регуляция ферментов глиоксилатного цикла / А.Т. Епринцев, М. Ю. Шевченко, В. Н. Попов. – Воронеж: Центрально-Черноземное книжное издательство, 2005. – 224с.].

Рис. 2. Схематичное изображение реакций цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатного цикла.

Р еакции глиоксилатного цикла , реакции ЦТК , общие реакции , глюконеогенез

Хотя глиоксилатный цикл впервые описан для бактерий, дальнейшие исследования показали, что данный метаболический путь имеет широкое распространение в природе, функционируя в различных физиологических периодах жизни многих организмов [Епринцев А.Т. Распространение глиоксилатного цикла у организмов различных таксономических групп / А.Т. Епринцев, М.Ю. Шевченко, В.Н. Попов // Успехи современной биологии. — М., 2008.— Т. 128, № 3. - С. 271-280.].