ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ

б) дихотомический путь (см. ниже); в) гликолиз (см. ниже); г) пентозный путь (см. ниже).

В распаде гликогена ключевую роль играет аденилатциклаз-

ная система — каскадная последовательность, служащая передатчиком сигнала от гормона внутрь клетки. Этот вопрос будет попадаться вам часто в различных темах второго семестра, поэтому, чем раньше выучите, тем значительнее облегчите себе жизнь. Эта система представляет собой цепочку ферментов, в которой каждый предыдущий активирует последующий, подобно падающим костяшкам домино. Привожу упрощенную схе-

му строения (этого достаточно): гормон (чаще адреналин) — ре-

цептор клетки — аденилатциклаза — цАМФ — протеинкиназа.

Это общая часть, единая для большинства процессов. Дальше везде по-разному, при распаде гликогена, например, после про-

теинкиназы идут — киназа фосфорилазы — фосфорилаза. А при липолизе — триглицеридлипаза.

II. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ

В отличие от иных обменов, метаболизм углеводов почти не имеет анаболических реакций, только катаболизм. Это понят-

но, ведь ключевая функция углеводов — энергетическая, а энергию мы получаем путем катаболического расщепления. Мы разберем пути распада главного внутреннего углевода — глюкозы.

Эта тема (как и вторая тема каждого раздела) изобилует гра-

фическими вопросами. Поэтому рекомендую начать с них:

Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить по вашему учебнику: гликолиз (все 11 реакций), окисление пирувата (5 реакций), глюконеогенез (учить только 4 реакции, отли-

чающиеся от гликолиза).

Среди путей катаболизма глюкозы наибольшее значение имеет дихотомический путь, немаловажны также гликолиз и пентозный путь (о нем — в следующей теме). Рассмотрим их

70

БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ

по порядку.

I. Гликолиз — окисление глюкозы до пирувата или лактата. Протекает в цитоплазме. Выделяют два типа этого процесса:

1.Анаэробный гликолиз (полный) — включает 11 последова-

тельных реакций, заканчивается образованием лактата. Это самостоятельный процесс, который запускается в нашем организме только при местном недостатке кислорода в тканях (анаэробные условия). Чаще это случается в мышцах при интенсивной физиче-

ской нагрузке, когда кровь не успевает адекватно обеспечивать работающие мышцы кислородом (накапливающийся при этом лактат вызывает характерные боли в тканях через день после работы). Анаэробный гликолиз энергетически невыгоден, при окис-

лении одной молекулы глюкозы в этом процессе образуется всего 2 молекулы АТФ (в 7-й и 10-й реакциях).

2.Аэробный гликолиз (неполный) — является не самостоя-

тельным процессом, а первой стадией дихотомического пути. Подробнее о нем — см. ниже.

II. Дихотомический путь — важнейший процесс углеводного обмена, полностью аэробный, основной источник АТФ для организма. Стоит заметить, что в процессе гликолиза глюкоза рас-

щепляется пополам (дихотомия), на две триозы, которые и про-

ходят полное окисление до СО2 и Н2О. Поэтому, при подсчете АТФ на каждой стадии, мы должны умножать полученную цифру на 2. Дихотомический путь включает три стадии:

1.Аэробный гликолиз (неполный) — 10 последовательных ре-

акций (те же, что и в анаэробном гликолизе, кроме последней), заканчивается образованием пирувата. Протекает в цитоплазме. При окислении одной молекулы глюкозы дает 8 АТФ (в 7-й и 10-

йреакциях, а также НАД. Н (в 6-й), дающий 3х2=6 АТФ).

2.Окисление пирувата — 5 реакций, в митохондриях, заканчивается образованием ацетил-КоА. Энергетика: 1 НАД. Н, дающий 3х2=6 АТФ

3.Цикл Кребса — 8 реакций, протекает в митохондриях, за-

71

ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ

канчивается полным окислением продукта до СО2 и Н2О. Дает 12 АТФ (см. 1-й семестр, «Энергетический обмен»). 12х2 = 24 АТФ.

ИТОГО: 8 +6 +24 = 38 АТФ на 1 молекулу глюкозы, т. е. в 19 раз эффективнее, чем при анаэробном гликолизе. Согласи-

тесь: дышать выгодно.

III. Участие витаминов в окислении пирувата.

Как было сказано, в этом процессе 5 реакций, следователь-

но, их катализируют 5 коферментов. Вы помните, что коферменты в организме рождаются из витаминов. Все просто, вам надо вспомнить: какой кофактор из какого витамина образуется. Вот вам полная информация (слева — кофермент, справа — его витамин):

ТДФ — Тиамин (В1)

Липоамид — Липоевая кислота КоА — Пантотеновая кислота (В5) ФАД — Рибофлавин (В2)

НАД — Никотиновая кислота (РР).

IV. Глюконеогенез — синтез глюкозы из неуглеводных продуктов: лактата, пирувата, глицерина и гликогенных аминокис-

лот (один из немногих анаболических процессов в углеводном обмене). Протекает в печени. Этот процесс обратен гликолизу: те же ферменты, та же последовательность обратимых реакций, только идут в обратную сторону (от лактата или пирувата — до образования глюкозы). Только в трех точках необратимых ре-

акций (1-я, 3-я и 10-я) процесс идет в обход, с иными ферментами и метаболитами.

Взаимосвязь гликолиза и глюконеогенеза хорошо иллюстри-

руется циклом Кори: в анаэробных условиях глюкоза в мышцах, в процессе анаэробного гликолиза, превращается в лактат, который выходит в кровь и транспортируется ею в печень. Там лактат, в процессе глюконеогенеза, образует глюкозу, которая тоже выходит в кровь и вновь идет в мышцы; все начинается сначала.

72

БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ

Это и есть цикл — непрерывный круговорот веществ.

Вот и все. Немного? Вынужден огорчить: большая часть (как я указал в начале темы) — в письменном виде.

III. ПЕНТОЗНЫЙ ПУТЬ. РЕГУЛЯЦИЯ

И ПАТОЛОГИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА

Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить по вашему учебнику: всего один — первые 3 реакции пентозного пути.

I. Пентозный путь (апотомический) — процесс полного аэробного окисления глюкозы, протекает в цитоплазме.

Можно возразить: «Как же так? Вы только что вновь дали нам определение дихотомического пути (только локализация иная). Так в чем же разница?». А разница огромна. Чтобы уви-

деть ее, давайте назовем функции пентозного пути:

а) образование НАДФ. Н1, который участвует в синтезе мно-

гих гидрофобных веществ (холестерин, жирные кислоты и др.);

б) образование пентозофосфатов, которые участвуют в синтезе ДНК и РНК.

Прислушайтесь: ключевое слово — синтез. Теперь вы поня-

ли разницу? Если дихотомический путь — главный источник энергии АТФ, то биологическая роль пентозного пути диаметрально противоположна — строительная составляющая, восстановление и рост тканей (грубая ошибка — считать число АТФ в пентозном пути; этот процесс не дает энергию).

Взаимосвязь дихотомического и апотомического путей. За-

мечу, оба этих процесса потребляют глюкозу, но один — для

1 Не стоит путать НАД и НАДФ. Несмотря на сходство названий, это ве-

щества — антиподы. НАД — окислитель, участвующий в разрушении молекул в митохондриях, дающий энергию, а НАДФ — восстановитель, который участвует в синтезе веществ в цитоплазме (прим. автора).

73

ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ

получения энергии, другой — для пластики. Вопрос: в какой же из этих путей пойдет большая часть глюкозы? Ответ элементарен: все зависит от потребностей организма. Если, к примеру, спортсмен бежит марафонскую дистанцию, безусловно, он нуждается в энергии. Разумеется, у него будет преобладать дихотомический процесс. А если человек попал в аварию, потерял много крови? Его организм нуждается в регенерации, восстановлении тканей. Конечно же, у него будет активирован апотомический (пентозный) путь.

II. Регуляция углеводного обмена

1. Нейрогуморальная регуляция Симпатическая система и ее союзники — адреналин (обра-

зуется в мозговом веществе надпочечников) и глюкагон (α-клет- ки островков Лангерганса поджелудочной железы) активируют уже знакомую вам аденилатциклазную систему, что приводит к распаду гликогена до глюкозы и ее выходу в кровь. Разумеется, уровень глюкозы в крови при этом повышается (мобилиза-

ция).

Парасимпатическая система и инсулин (β-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы), наоборот, снижают уровень глюкозы в крови, за счет ее транспорта внутрь клеток и запасания в виде гликогена (депонирование)

2. Аллостерическая регуляция По данному вопросу вы должны знать регуляцию всего двух

процессов: гликолиза и ЦТК. Регуляцию цикла Кребса я вам уже давал в первом семестре, но ничего, повторим, вреда не будет.

Здесь вам немного повезло, т. к. и гликолиз, и ЦТК дают один и тот же продукт — АТФ, их аллостерическая регуляция удивительно схожа (разница только в названии ферментов). Итак:

Гликолиз: лимитирующей является реакция №3, следовательно, аллостерический фермент — №3 — фосфофруктокиназа. Он ингибируется избытком АТФ и НАД. Н (как косвенных продуктов процесса), а активируется АДФ и НАД.

74

БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ

Цикл Кребса: лимитирующая реакция №3 (не стоит искать здесь глубокого смысла, просто совпадение), аллостерический фермент изоцитратдегидрогеназа; ингибируется АТФ и НАД. Н, активируется АДФ и НАД.

Как говориться: найдите одно отличие.

III. Патология обмена углеводов довольно скудна, учитывая, что здесь мы не будем рассматривать сахарный диабет, т. к. это заболевание не только углеводного, но и жирового обмена (са-

харный диабет мы подробно разберем в конце главы «Метаболизм липидов»).

Нарушения усвоения углеводов можно разделить на: 1. Нарушения переваривания углеводов;

а) врожденные — чаще встречаются врожденная неперено-

симость молока (энзимопатия по лактазе) и сладкого (энзимопатия по сахаразно-изомальтазному комплексу). Более серьезным заболеванием можно назвать первое, т. к. молоко является осно-

вой питания в грудном возрасте, и подобная патология вызывает значительные затруднения при формировании рациона ребенка.

б) приобретенные — характерны для хронического панкреатита;

2. Нарушения всасывания продуктов переваривания углево-

дов.

Главной причиной нарушения всасывания являются хрони-

ческие энтериты — воспалительные заболевания тонкого кишечника. Это зачастую сопровождается значительным снижением площади всасывающей поверхности тонкого кишечника, а, следовательно, к нарушению всасывания продуктов переваривания, в том числе и углеводов.

75