Судьба глюкозы в клетке

Доставленный к клетке током крови моносахарид легко диффундирует в цитозоль. А для его проникновения в липо-, мио-, гепатоциты требуются специальные белки-переносчики – ГЛЮТ-4, которые активируются инсулином. По этой причине гипоинсулинизм вызывает в мышечной ткани энергетический голод, а в инсулиннезависимых органах интоксикацию глюкозой. Моносахарид в физиологических количествах по мере поступления в цитозоль активируется с помощью гексокиназы с образованием глюкозо-6-фосфата. Его дальнейшая судьба в большинстве клеток однотипна (Рис. 3.9). Большая часть подвергается распаду, который протекает по двум направлениям. Основной путь — гликолиз — служит источником энергии, этот процесс не зависит от наличия кислорода, но и количество образовавшихся в нем молекул АТФ при гипоксии – невелико. Причем конечным продуктом распада глюкозы является лактат, способный накапливаться, что проявляется болями в мышцах.

Рис. 3.9. Судьба глюкозы в клетке

При нормальном парциальном давлении О₂ в митохондриях активно происходит окисление НАДН (метаболита одной из реакций гликолиза), поэтому он не используется в восстановлении ПВК в лактат. Судьба пирувата в этом случае практически однозначна – поступление в митохондрии, где эта кислота подвергается окислительному декарбоксилированию. Продукты процесса: углекислота, ацетил-КоА и НАДН (о путях их использования см. раздел III, главу 1). Для запуска основного биоэнергетического процесса – ЦТК необходим ОА, который образуется с помощью пируваткиназы из того же субстрата – ПВК. Продукт конденсации ОА и ацетил-КоА – цитрат обычно продолжает цепь реакций ЦТК, создавая при этом восстановительные эквиваленты (НАДН, ФАДН₂), индуцирующие биологическое окисление и сопряженное с ним окислительное фосфорилирование. В результате полного окисления 1 молекулы глюкозы таким способом может образоваться 38 молекул АТФ. Избыточное их количество будет ингибировать ферменты ЦТК, что спровоцирует накапление цитрата. Выйдя из митохондрий, это соединение под действием АТФ–цитратлиазы распадается на свои исходные компоненты, один из которых – ацетилКоА в цитозоле может идти или на синтез ВЖК (включающийся позднее в нейтральные жиры), или ХС (в основном в клетках печени), или же участвовать в реакциях ацетилирования углеводов.

Однако не всегда распад глюкозо-6-фосфата сопровождается выделением энергии. В другом варианте своего разрушения – пентозофосфатном пути (протекающем в печени, коре надпочечников, эмбриональной и жировой тканях) происходит разрыв углерод-углеродных связей с высвобождением СО₂, а атомы водорода при этом садятся на НАД⁺Ф - участник восстановительных реакций (в синтезе ВЖК, ХС, гормонов стероидной природы, катехоламинов, в преобразовании рибозы в дезоксирибозу, в работе АРЗ, в микросомальных преобразованиях).

Что касается использования глюкозы в различных процессах полимеризации, общим для большинства клеток будет синтез гликогена. Варианты модификации данного моносахарида - его амино-, ацетилированные производные с последующим усложнением в макромолекулы во многом определяются функциями клетки.