6.5. Биосинтез глюкозы. Обходные пути глюконеогенеза. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез)
Глюконеогенез протекает в основном по тому же пути, что и гликолиз, но в обратном направлении. Однако три реакции гликолиза необратимы, и на этих стадиях реакции глюконеогенеза отличаются от реакций гликолиза.
Субстраты для глюконеогенеза
Лактат - главный источник атомов С для глюконеогенеза. Пируват, генерируемый в мышцах и др. тканях может быть превращен в аланин путем переаминирования. Аланин транспортируется в печень для глюконеогенеза. Аминокислоты. Многие аминокислоты могут превращаться в промежуточные продукты ЦЛК, а затем в оксалоацетат и пируват. Катаболизм мышечных белков до аминокислот является главным источником углерода для поддержания уровня глюкозы в крови. Глицерол. При катаболизме жиров образуются жирные кислоты и глицерол. Окисление жирных кислот дает много энергии, но углерод жирных кислот не может быть утилизирован в процессе биосинтеза глюкозы. Глицерол может быть использован для глюконеогенеза.
Биосинтез гликогена (гликогенез)
Так как глюкоза свободно диффундирует через клеточные мембраны, она не может служить резервным источником энергии в клетках тканей. Фосфорилирование глюкозы задерживает ее в клетке, но накапливаться глюкозо-6-фосфат не может, т.к. при этом увеличилось бы количество проникающей в клетку воды за счет осмоса. Создание запаса недиффундирующей глюкозы без осмотического набухания возможно благодаря способности некоторых тканей (печени и мышц) превращать избыток углеводов в нерастворимый полимер - гликоген. Гликогенез - анаболический процесс, требующий затрат энергии. В обмене углеводов источниками энергии являются АТФ и УДФ. На синтез одной гликозидной связи в гликогене требуется одна макроэргическая связь АТФ (образование глюкозо-6-фосфата) и одна макроэргическая связь УТФ.
Распад гликогена (гликогенолиз)
Деградация запасенного гликогена происходит в ответ на повышение потребностей в глюкозе. Фермент гликогенфосфорилаза последовательно отделяет остатки глюкозы от линейной цепи гликогена с образованием глюкозо-1-фосфата и, укороченной на один остаток глюкозы, цепи гликогена.
При использовании гликогена в качестве резервуара глюкозы хранение энергии обходится клетке в 1 макроэргический эквивалент на 1 молекулу глюкозо-1-фосфата:
П ревращение в жирные кислоты и холестерол
Избыток глюкозо-6-фосфата, не использованного для образования глюкозы крови или гликогена, распадается в ходе гликолиза до пирувата, а затем до ацетил-КоА, который превращается в малонил-КоА и далее в жирные кислоты. Жирные кислоты идут на образование триацилглицеролов и фосфолипидов,которые транспортируются в другие ткани, куда их переносят липопротеины плазмы. Определенная доля ацетил-КоА в печени идет на синтез холестерола.
6.6. Биосинтез глюкозы из двухуглеродных соединений (глиоксилатный цикл).
ГЛИОКСИЛАТНЫЙ ЦИКЛ - циклич. ферментативный процесс, в к-ром происходит превращ. уксусной к-ты в виде ацетилкофермента А (СН3С(О) ~ SKoA) в ди- и трикарбоновые к-ты, а промежут. продуктом является глиоксиловая к-та. Осуществляется в прорастающих семенах масличных растений, а также у нек-рых микроорганизмов (бактерий и плесневых грибов), растущих на среде, которая в качестве единственного источника углерода содержит СН3СООН; у микроорганизмов функционирует наряду с циклом трикарбоновых к-т (ЦТК).
Глиоксилатный цикл локализован в высокоспециализированных субклеточных структурах-глиоксисомах. Образующаяся в них в результате р-ции I глиоксиловая к-та вовлекается снова в цикл, а второй продукт этой р-ции (янтарная к-та) не м. б. использован глиоксисомами и передается в митохондрии, где происходит его окисление до щавелевоукс) сной к-ты. Р-ции глиоксилатного цикла лежат в основе превращения запасного жира в углеводы (см. Глюконеогенез). В результатеокисления жирных к-т (р-ции II, III) образуется ацетилкофермент А, необходимый для функционирования глиоксилатного цикла.
При каждом обороте глиоксилатного цикла образуется по одной молекуле янтарной к-ты и НАДН (восстановленная форма кофермента никотинамидадениндинуклеотида). Таким образом, глиоксилатный цикл поставляет для разл. биосинтетич. процессов четырехуглеродные промежут. продукты и энергию, запасенную в НАДН.
Глиоксилатный цикл рассматривают как видоизмененный ЦТК. Последний отличается от глиоксилатного цикла отсутствием р-ций I и IV, к-рые в глиоксилатном цикле катализируются соответствующими ферментами изоцитрат-лиазой и малат-синтазой; у высших растений эти ферменты одновременно присутствуют только в тех тканях, где функционирует глиоксилатный цикл. Остальные р-ции глиоксилатного цикла катализируются теми же ферментами, что и соответствующие р-ции ЦТК.
Глиоксилатный цикл. Пунктирные линии-метаболии, пути, в к-рых не показаны промежут. стадии. НАДН и НАД-соотв. восстановленная и окисленная формы кофермента никотинамидадениндинуклеотида; HSKoA-кофермент А; знак ~ в хим. ф-лах обозначает макроэргич. связи.