1.1.4.3.3. Глиоксилатный цикл в тканях животных

Вопрос о существовании глиоксилатного цикла возник сразу после открытия роли данного метаболического пути у прокариот и растений. Корнберг и Кребс указали на потенциальную возможность превращения липидов в углеводы в животных тканях через глиоксилатный цикл в состояниях, когда липиды являются главным источником энергии [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.].

В тканях нематод наиболее полно и убедительно доказано функционирование глиоксилатного цикла. Так для нематоды Ascaris lumbicoides установлено, что функционирование глиоксилатного цикла начинается с возраста десяти дней, так как в течение первых десяти дней развития яйца интенсивно утилизируются углеводы – гликоген и тригалоза.

С десятого по двадцать первый день развития используются запасные жиры, и интенсивно протекает процесс глюконеогенеза. Максимальная активность и малатсинтазы, и изоцитратлиазы соответствует периоду наиболее интенсивного понижения уровня гликогена в тканях [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.].

Также указано на присутствие активности ферментов глиоксилатного цикла в период эмбриогенеза нематоды Caenorhabditis elegans; у некоторых Rabdithida [Ono K. Presence of glyoxylate cycle enzymes in the mitochondria of Euglena gracilis / K. Ono, M. Kondo, T. Osafune // J. Eukaryot. Microbiol. – 2003. – Vol. 50, №2. – P. 92–96.]. Но исследования биохимических характеристик феномена индукции глиоксилатного цикла в этих объектах были очень ограниченными. Было также показано, что глиоксилатный цикл функционирует и во взрослых нематодах [Liu F. Bifunctional glyoxylate cycle protein of Caenorhabditis elegans: a developmentally regulated protein of intestine and muscle / F. Liu, J. D. Thatcher, J. M. Barral // Dev. Biol. – 1995. – Vol. 169. – P. 399-414.].

Имеющиеся данные свидетельствуют о работе глиоксилатного цикла на некоторых этапах онтогенеза Членистоногих. Так, изоцитратлиаза была очищена из развивающихся зародышей клеща Hyalomma dromedarii. По-видимому, жировое тело является основным поставщиком углеводов и получения энергии во время линек и при метаморфозе. Повышенная потребность в углеводах на данных этапах развития в первую очередь может быть связана с необходимостью образования хитинового скелета [Kamel M.Y. Biochemical studies of tick embriogenesis. Purification and partial characterisation of isocitrate lyase from eggs of the tick Hyalomma dromedarii / M. Y. Kamel, A. S. Fahmy // Comp. Biochem. Physiol. B. – 1982. – Vol. 72. – P. 107-115.].

Изоцитратлиазные и малатсинтазные активности были обнаружены у земноводных в гомогенате эпителиальных клеток мочевого пузыря несколькими независимыми методами. Предположение о превращение липидов в углеводы в эпителии подтверждается наличием цианид-устойчивого окисления жирных кислот до ацетила-КоА, а также значительным повышением гликогена в ткани, инкубированной в среде, содержащей жирные кислоты. Кроме того, обнаружено наличие активностей изоцитратлиазы и малатсинтазы в пероксисомах жирозапасающих клеток брюшных жировых телах земноводных [Davis B.J. Disc electrophoresis II. Method and aplication to human serum protein / B.J. Davis // Ann. N. Y. Acad. Sci. - 1994. – Vol. 121. – P. 404–427.].

Данные о присутствии глиоксилатного цикла получены для печени цыплят и крыс. Включение витамина D в рацион индуцирует появление активностей ИЦЛ и МС в печени цыплят и крыс, предварительно выращиваемых при дефиците этого витамина [Davis W.L. Hibernation activates glyoxylate cycle and gluconeogenesis in black bear brown adipose tissue / W. L. Davis, D. B. Goodman, L.A. Crawford // Biochim Biophys Acta. – 1990. – Vol.1051, №3. – P.276–278.]. В других работах показано, что ГЦ индуцировался в печени крыс при пищевой депривации [Филлипович Ю.Б. Основы биохимии / Ю.Б. Филлипович. – М.: Высш. шк. 1993.– 496 с.], аллоксановом диабете [Волвенкин С.В. Субклеточная локализация и свойства ферментов глиоксилатного цикла в печени крыс с аллоксановым диабетом / С. В. Волвенкин, В.Н. Попов, А.Т. Епринцев // Биохимия. – 1999. – Т.64, № 9. – С. 1185-1191.], в печени зародыша морской свинки [Jones J.D. The glyoxylate cycle: does it function in the dormant or active bear?/ J.D. Jones, P.Burnett, P.Zollman // Comp. Biochem. Physiol. B. – 1999. – Vol. 124. – P. 177-179.], в бурой жировой ткани медведей в период зимней спячки [De los Reyes B.G. Differential induction of glyoxylate cycle enzymes by stress as a marker for seedling vigor in sugar beet (Beta vulgaris) / B. G. De los Reyes, S. J. Myers, J. M. McGrath // Mol. Genet. Genomics. – 2003. – Vol. 269, №5. –P. 692–698.], хондроцитах млекопитающих. Также существуют данные об обнаружении активности изоцитратлиазы и малатсинтазы в гепатоцитах человека. Печень человека может осуществлять цианид-нечувствительное окисление жирных кислот [Davis W.L. Glyoxylate cycle in the rat liver: effect of vitamin D₃-treatment / W. L. Davis, J. L. Matthews, D.B. Goodman // FASEB J. –1989. –Vol. 3. – P.1651-1655.].

Таким образом, литературные данные свидетельствуют об индукции глиоксилатного цикла в тканях животных при экстремальных состояниях (голодание, включение витамина Д в диету, спячка, диабет, алкоголизация и т. д.), на некоторых этапах онтогенеза (метаморфоз насекомых, эмбриогенез, паразитизм) или в тканях, на протяжении всей жизни находящихся в гипоксических условиях с преобладанием гликолиза. Отличительной чертой перечисленных состояний является необходимость осуществления глюконеогенеза из липидов [Song S. Can the glyoxylate pathway contributes to fat-indused hepatic insulin resistance? / S. Song // Med. Hypotheses. – 2000. – Vol. 54. – P. 739–747.].