
Marri_i_dr_-_Biokhimia_cheloveka_tom_1
.pdf
290 |
|
|
|
|
|
|
Г.1цвц 28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
ПЕЧЕНЬ |
КРОВЬ |
ВНЕПЕЧЕНОЧНЫЕ ТКАНИ |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
дцил-СоА ...-+---- СЖК ----- |
------------, |
||||
|
|
|
|
|
|
ГЛ/~/коза |
|
\ |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
Глюкоза |
Аl.I.ил-СоА |
|
|
|
|
|
1 |
" |
|
\ |
I |
|
II |
|
|
~)\ |
\ |
I |
|||
|
|
|
\.1 |
||||||
|
|
,~ |
|
|
|
||||
|
|
,- |
ДЦе1"ил-еоА |
|
Аце1"ил-СоА |
||||
|
|
|
\ |
|
/ |
|
|||
|
|
\ |
|
|
|
|
|||
|
|
\, |
... |
Ke1"OHOBble 1"ела |
Кетоновые 1"ела |
Кеroновые |
|
||
|
|
, |
-...., |
|
|
|
1"ела |
|
|
|
|
/' |
|
'\ |
|
|
|
|
|
" |
|
ЦИКЛ |
\ |
|
|
|
|
||
• |
лимонной |
1 |
|
|
|
|
|||
\ |
КИСЛОТЫ |
I |
|
|
|
|
|||
|
|
,....?"'-_..." |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
I
\
2СО2
Рис. 28.3. Образование. утилизация и выведение кетоновых тел. Главный путь покззан непрерывными стрелками.
ткани обусловлен функционированием в печени ак
тивного ферментативного механизма образования кетоновых тел на фоне очень низкой активности фер
ментов печени, участвующих в их утилизации. Про тивоположная ситуация наблюдается во внепеченоч
ных тканях (рис. 28.3).
I1YTL кетогенеза в печени
Ферменты, OTBeTCТBe~Hыe за образование кето
новых тел, находятся в основном в митохондриях.
Раньше считали, что при окислении молекулы жир ной кислоты за счет ее четырех конечных aT~MOB углерода образуется только одна молекула ацето ацетата. Позднее, при объяснеmm образования более
чем одного эквивалента ацетоацетата из одной мо лекулы длинноцепочечной жирной кислоты, а также
образования кетоновых тел из уксусной кислоты,
пришли к заключению, что двухуглеродные фраг
менты, образующиеся при Р-окислении, конденси
руются друг с другом, образуя ацетоацетат. Конден
сация происходит путем обращения реакции ТИОjJ:И
тического расщепления, в результате 2 МОЛ6Кулы ацетил-СоЛ образуют ацетоацетил-СоА. Таким образом, ацетоацетил-СоЛ, являющийся исходным соединением при кетогенезе, образуется либо непос
лизируемая 3-гидрокси-3-метилглутарил-СоА-синта
зой. Под действием другого фермента, локализо
ванного в митохондриях. 3-Гllдрокси-3-меТИЛГ.lJута рил-СоА-лназы, ацетил-СоА отщепляется от ГМГ-СоА. и образуется свободный ацетоацетат. Атомы углеро да опцепившейся молекулы ацетил-СоА исходно при надлежали молекуле ацетоацетил-СоА (рис. 28.5). Для осуществления кетогенеза необходимо, чтобы в МИТОХOllДриSlХ находились оба фермента (такое со четание ферментов имеется только в печени и эпите
лии рубца).
В настоящее время доминирует представление. согласно которому образование кетоновых тел про исходит главным образом по ГМГ-СоА-пути. Хотя при голодании наблюдается значительная активация
ГМГ-СоА-лиазы. имеющиеся данные не свидетель
ствуют о :гом, что этот фермент лимитир~ет ско
рость кетогенеза.
Ацетоацетат может превращатъся в О(- )-3- гидроксибутират под действием D( - )-3-гидро
ксибутиратденидрогеназы, находящейся во мно
гих тканях, в том числе в печени. В количе ственном отношении D( - )-З-гидроксибутират
является при кетозе доминирующим кетоновым те
лом в крови и моче.
редственно .в ходе J3-0кисления, либо в результате |
|
|
конденсации ацетил-СоА (рис. 28.4). Предложены |
Утилизация кетоновых тел |
|
два пути образования ацетоацетата из ацетил-СоА. |
||
во внепеченочных тканях |
||
Первый--обычное деацилирование, второй (рис. |
|
|
28.5)-конденсация молекулы ацетоацетил-СоА |
В печени функционирует активный механизм |
смолекулой ацетил-СоА с образованием 3- образования ацетоацетата из ацстоацетил-СоА. Ак
гидрокси-3-метишлутарил-СоА (ГМГ-СоЛ), катативация образовавшегося ацетоацетата может про-

Регуляция метаболизма лиnидов и истОЧllики энергии в тканях |
291 |
изойти только в цитозоле, где он является предше
ственником при синтезе холестерола, однако актив
ность этого пути сравнительно невелика; в результа
те в печени происходит образование избытка кетоно
вых тел.
Во внепеченочных тканях протекают две реакции,
в результате которых ацетоацетат активируется
в ацетоацетил-СоА. Одна из них протекает с уча
стием СУК1Щнил-СоА и катализируется сункцинил
COA-ацетоацетат-СоА-трансфераЗоЙ. Ацетоацетат
реагирует с сукцинил-СоА,-при этом СоА переноси тся на ацетоацетат и образуются ацетоацетил-СоА
и сукцинат.
СН2СОО
I
СНзСОСН2СОО- ~CH2CO.S.COA
АЩПО8uетат |
Сукuинил-СоА |
IСод -транёфераЗ8 I |
|
СНзСОСН2СО· S·СоА |
сн2соо- |
дuетоаuетил-Сод |
ЬН2СОО- |
|
Сукuинат |
сжк
Другая реакция осуществляется путем активиро вания ацетоацетата Атр в присутствии СоА, она ка тализируется ацетоацетил-СоА-синтетазой.
АЦЕТОАЦЕТИЛ А-СИНТЕТАЗА
СНзСОСН2СОО- + АТР + CoA·SH ----......
АцеТО8цеТ8Т
СНзСООН2СО· S·СоА + АМР + :РР.
Auетоаuеrил -СоА
D( - )-З-ГИДроксибутират может активироваться
синтетазой во внепеченочных тканях; однако доми
нирующим путем Я'Вляется превращение в ацетоаце
тат, катализируемое D( - )-З-гидрокси~утиратде
гидрогеназой при участии NAD +, и последующее активирование с образованием ацетоацетил-СоА. Аде тоацетил-СоА, образовавшийся в результат~ этих
реакций, расщепляется при участии тиола.зы до аце
тил-СоА; последний окисляется в цикле лимонной кислоты (рис. 28.4).
Кетоновые тела окисляются во внепеченочных
тканях пропорционально их содержанию в крови;
они подвергаются окислению предпочтительно по
ATP 1
ДЦИЛ-СоД-
СоА СИНТЕтдзд
ЭстepuфuК.цIJR
дцил-сод --------,l~~фосфопипид, триаципглицерол
.----tДцетил-СоД) n |
О-Окисление |
|
|
IДЕдцилдздl |
|
|
," |
~-----------------~~-- --~ |
|
|
1'" |
|
||
I |
С", |
||
( |
н |
о СОД |
\ |
, |
2 |
|
|
, |
|
|
|
I
Пуп
ацетил-СоД
~---- Дцетил-СоД
,I
Дцеl"08цетат _ '
D(-)-З-гидроксибутираl"- ~NADH+ н+
дегидрогеназа
D(-) -З-гиДроксибуl''Ираl''
Рис. 28.4. ПУТЬ кетогенс3а в печени_ СЖК -свободные жирные кислоты: ГМГ-З-гидрокси-З-метилглутарил.

292
оо
11 |
11 |
СНз-С-СН,-С-S -СоА
Дцетоацетил-СоД
IГМГ·СоД·СИНТДЗД I
i
Гlава 28
оРеrуляция кетоrенеза
•.11
СН]- C-S-СоА |
Выделяют три стадии, на которых соответствую |
|
|
||
Дцетил-СоД |
щие факторы могут осуществлять регуляцию кетоге |
|
|
||
|
неза. (1) Кетоз не возникает in vivo до тех пор, пока |
|
CoA·SH |
не происходит увеличения уровня свободных жир |
|
ных кислот в крови, образующихся в результате ли |
||
|
||
|
полиза триацилглицерола в жировой ткани. Жирные |
|
он |
о |
|
1 |
11 |
|
СН]- С - |
СН2 - C-S-СоА |
|
1 |
|
|
·СН, _·соо- |
|
|
З·Гидрокси-З-метилглутарил-СоД |
|
|
(ГМГ-СОД) |
|
t |
r-Iг-мг--Со-Д.-Л-ИД-З-Д1 |
|
|
~------) |
|
о |
|
о |
11 |
|
11 |
СН1- С |
|
СНз - C-S-СоА |
I |
|
|
·сн2 |
-·соо- |
|
Дцетоацетат |
Дцетил-СоД |
Рис. 28.5. Образование ацетоацетата из ацетоацетил-СоА (на промежуточной стадии образуется ГМГ-СоА).
сравнению с глюкозой и СЖК_ При повышении со
держания кетоновых тел в крови их окисление усили
вается до тех пор, пока при концентрации 70 мг/100
мл они не насыщают окислительный механизм.
В этом состоянии, по-видимому, большая часть ки
слорода, потребляемого животными, расходуется на
окисление кетоновых тел_
Большинство данных свидетельствует о том. что причиной кетонемии является увеличение образования
кетоновых тел в печени, а не недостаточная их утили
зация во внепеченочных тканях. В то же время ре
зультаты экспериментов с крысами, у которых была
удалена поджелудочная железа, показывают, что
при тяжелой форме ДЩlбета кетоз может усилива ться в результате пониженной способности организ ма к катаболизму кетоновых тел_ При умеренной K~
тонемии. с мочой' выводится только несколько про
центов от общего количества образующихся кетоно
вых тел.
Поскольку при экскреции кетоновых тел почками
наблюдаются порогоподобные эффекты (не являю
щиеся. однако, истинными пороговыми эффектами),
которые варьируют у видов и отдельных особей,
о тяжести кетогенеза следует судить по уровню кето
новых тел в крови, а не в моче.
кислоты являются предшественниками кетоновых
тел в печени. Как у сытых. так и у голодных живот ных печень обладает; способностью поглошать до 300/0 и более свободных жирных кислот,. проходящих
через нее, поэтому при высоких концентрациях этих
кислот поглощение их довольно значительно. Сле
довательно, для регуляции кетогенеза важны факто ры, контролирующие стадию мобилизации свобод ных жирных кислот из жировой ткани (рис. 28.6). (2) Возможны два пути превращения свободных жир
ных кислот после их поступления в печень и перехода
в активные ацил-СоЛ-производные, а именно эстерн фнкация с образованием преимущественно триацил глицеролов и фосфолипидов и IJ-oкисленнс до аце тил-СоЛ_ (3) В свою очередь ацетил-СоЛ может ли бо окисляться в цикле лимонной кислоты, либо всту пать на путь кетогенеза, образуя кетоновые тела.
ЖИРОВАЯ ТКАНЬ
|
|
|
|
|
|
КРОВЬ |
! |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
сжк |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
ПЕЧЕНЬ |
|
|
|
|
|
Ацил!-СоА |
|
|
|||
|
j |
~~ ЭстеpuфuКВUUR |
|
||
О-Окисление |
|
~ |
|
||
Ацетил-СоА |
Ацилглицеролы |
|
|||
|
|
||||
|
|
|
o~ЦикnnимонноИ |
|
|
|
|
|
|
||
Кетоzенез |
|
|
"",киеоо,.. |
|
|
|
|
|
|
С02 |
|
KeroHoBbIe ,"ела |
|
||||
|
|
Лцетоацетат и D( - )-3-гидроксибутират легко |
Рис. 28.6. Регуляция кетогенеза. 1-З-три ключевые ста |
||
окисляются во внепеченочных тканях, а окисление |
дии на |
пути метаболизма свободных жирных кислот |
|
(СЖК), |
которые определяют количество образующихся |
||
ацетона in vivo затруднено. |
|||
. |
кетоновых тел. |
РегУ.lJlЦUЯ .иеmабо.Шl.\t{l лunuдов u LtсmОЧlIuкu JllергuLt в тканях |
293 |
Одним из возможных антикетоrенных факторов регуляции является эстерификация свободных жир
ных кислот, которая зависит от наличия в печени
предшественников, обеспечивающих образование достаточноrо количества rлицерол-3-фосфата. Од нако в опытах с перфузируемой печенью, взятой
уrолодноrо животного, доступность rлицерол-
3-фосфата не лимитировала эстерификацию. Не
вполне ясно, всетда ли доступность rлицерол-
3-фосфата в печени лимитирует скорость эстерифи
кации; не имеется также убедительных данных о том, что in vivo скорость эстерификации лимити рует активность соответствующих ферментов. Вряд
ли это имеет место, поскольку в печени не накапли
ваются ни свободные жирные кислоты, ни промежу точные продуктыI их эстерификации на пути образо вания триацилrлицерола (рис. 25.1). Активность фо сфатидатфосфоrидролазы в печени возрастает
в условиях избыточноrо синтеза триацилrлицеро
лов.
В опытах с перфузируемой печенью было показа но, что в печени сытых крыс эстерифицируется значи тельно большее количество 14 С-свободных жирных
кислот, чем в печени rолодных животных, у послед
них соответствующая часть неэстерифицированных жирных кислот окисляется до 14 С02 или 14 С кетоновых тел. Эти результаты можно объяснить
тем, что поступление длинноцепочечных ацильных
rрупп внутрь митохондрий, тде происходит ~
окисление, ретулируется карнитии-пальмитоилтранс
феразой 1, локализованной в митохондриальной мембране (рис. 23.1); данный фермент малоактивен
у сытых животных, у которых окисление жирных ки
слот заторможено, и весьма активен при rолодании,
которое сопровождается усиленным окислением
жирных-кислот. Макrарри и Фостер (McGarry, Foster, 1980) показали, что малонил-СоА- исходный
интермедиат в синтезе жирных кислот (см. рис. 23.5)
(ето концентрация увеличивается в сытом состоя нии) инrибирует карнитин-пальмитоилтрансферазу
и выключает ~-окисл~ние. Таким. образом, в сытом
состоянии происходит активный липоrенез и дости rается высокая концентрация малонил-СоА, инrиби рующеrо карнитин-пальмитоилтрансферазу 1 (рис. 28.7). Если концентрация свободных жирных кислот
вклет~ах печени невелика, они почти полностью
превращаются путем эстерификации в ацилrлицеро лы и выводятся из печени в составе ЛПОНП. Однако в начале rолодания, котда концентрация свобод ных жирных кислот возрастает, ацетил-СоА карбоксилаза инrибируется, а концентрация ма лонил-СоА уменьшается, ингибирование карни тин-пальмитоилтрансферазы прекращается и со
здаются условия для усиленноrо окисления ацил
СоА. Эти процессы усиливаются при rолодании в ре
зультате уменьшения отношения [инсулинJ/[глюка
тон], что вызывает ускорение липолиза и высвобо-
ждение свободных жирных кислот в жиррвой ткани и ингибирование ацетил-СоА-карбоксилазы в пече
ни.
При повышении уровня свободных жирных ки
слот в сыворотке крови пропорционально больше
свободных жирных кислот превращается в кетоно
вые тела и соответственно меньше окисляется в ци
кле лимонной кислоты дО С02• При эiом В результа
те реrулирования достиrается такое распределение
ацетил-СоА между путем кетоrенеза и путем окисле
ния до С02, что свободная энерrия, запасаемая в форме АТР в процессе окисления свободных жир
ных кислот, остается постоянной. При полном оки
слении 1 моля пальмитата путем Р-окисления и по
следующеrо образования С02 в цикле лимонной ки слоты rенерируется 129 молей АТР (см. rл. 23); если
же конечным продуктом является ацетоацетат, обра
зуется всего 33 моля Атр, а если 3-rllДроксибути рат-то только 21 моль. Следовательно, кетоrенез
можно рассматривать как механизм, позволяющий
печени окислять большие количества жирных ки
слот, используя реакции, входящие в систему оки
слительноrо фосфорилирования (при этом тенера
ция макроэрrов невелика).
Предложен ряд друrих rипотез по поводу пере
ключения пути окислеяия жирных кислот в направ
лении кетоrенеза. Теоретически снижение концентра
ции оксалоацетата в митохондриях должно пони
жать возможность метаболизма ацетил-СоА в цикле
лимонной кислоты. Причиной уменьшения концен
трации оксалоацетата может являться увеличение
отношения [NADH]/[NAD+] при усиленном ~
окислении. Кребс предположил, что, поскольку ОКС3-
лоацетат находится также на rлавном пути ТЛЮКО
неоrенеза, усиление зтоrо процесса, ведущее к сниже
нию уровня оксалоацетата, может являться причи
ной тяжелых форм кетоза, в частности при диабете и кетозе крупноrо ротатото скота. Уттер и Кич (Utter, КеесЬ) показали, что пируваткарбоксилаза, ката
лизирующая превращение пирувата в оксалоацетат,
активируется ацетил-СоА. Следовательно, при зна
чительном количестве ацетил-СоЛ необходимо до
статочное для запуска реакции конденсации в цикле
лимонной кислоты количество оксалоацетата.
В З8КJIЮчеине суммируем, что кетоз ВОЗНИlCает
в результате недостатка достуnrnoxх yrлеводов, зто
обстоя"{ельство следующим образом способствует кетоrенезу (рис. 28.6 и 28.7). (1) Оно приводит к дис балансу между эстерификацией и липолизом в жиро
вой ткани, в результате которото свободные жирные
кислоты поступают в кровоток. Эти кислоты являю тся rлавным субстратом для образования кетоновых тел в печени; поэтому все факторы как метаболиче ские, так и эндокринные, влияющие на высвобожде ние свободных жирных кислот из жировой ткани, воздействуют также на процесс кетоrенеза. (2) После поступления свободных жирных кислот в печень рас-

294 |
|
|
|
|
|
/Аова 28 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
.................. " .. " .... |
сжк |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
кРОВЬ .... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПЕЧЕНЬ |
|
УглевОД"I~ Дцетил·Сод |
|
|
|
|
сжк |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
t |
3стерuфUКIIЦUR |
|
|
|
||||||||
|
|
Д~~~~K~:· |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
е _дцил.сод------I.~дцилглицеролыl |
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
лдзд |
--~-- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
.......------:-~~.... Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
J |
е' |
|
|
;~vлин |
|
|
|
|
|
Циroзоль |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Глюкагон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КДРНИТИН |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
ПДльмитоил |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
ТРдНСФЕРдЗд 1 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дцил-СоД· |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мит~хондРи"• |
|
···I~ |
|
|
• |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
•Дцетил·СоД· • |
.. .С0 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
.!K~:n'~. |
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
• |
кеТоновые тел. |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 28.7. Реrуляuия окисления длинноuепочечных жирных кислот в печени. СЖК--свободные жирные кислоты,
ЛПОНП - липопротеины очень низкой плотности. Пунктирными линиями показаны положительные (ЕВ) и отрицатель
ные (е) реrуляторные эффекты, а сплошными линиями - поток субстрата.
пределение их по путям эстерификации и окисления
рег.улируется карнитин-пальмитоилтрансферазой 1,
активность которой зависит (опосредованно) от кон
центрации свободных жирных кислот и гормональ
ного статуса печени. (3) При увеличении количества окисляемых жирных кислот возрастает доля обра
зуемых кетоновых тел и соответственно уменьша
ется доля субстрата, который подвергается катабо лизму дО СО2; при этом в результате регуляции об щий выход АТР остается постоянным.
Кетоз in vivo
Наблюдаемый Прll-голодании и при потреблении
жирной пищи кетоз протекает в относительно легкой
форме по сравнению с кетозом, развивающимся при
неконтролируемом диабете,.токсикозе беременности
у овец или у крупного рогатого скота в период лак
тации. Основная причина этого, по-видимому, за ключается в том, что при указанных заболеваниях
количество доступных для тканей углеводов суще
ственно меньше, чем при голодании и потреблении
жирной пищи. Так, при умеренном диабете., приеме
жирной пищи и хроническом голодании в печени со
храняется гликоген (количество его варьирует); ме
нее выражено снижение уровня свободных жирных кислот. Этим, вероятно, можно объяснить менее тяжелую форму кетоза, которая наблюдается в этих случаях. У жвачных кетоз протекает на фоне значи-
тельного снижения содержания глюкозы в крови,
что связано с обеспечением потребностей плода или
молочных желез при интенсивно~ лактации (рис.
28.8). В результате у жвачных может развиться
острая гипогликемия, при которой в печени практи
чески не остается гликогена. В этих условия~ кетоз протекает в тяжелой форме. По мере развития гипо
гликемии уменьшается секреция инсулина, в ре
зультате не только снижается утилизация глюкозы,
но и усиливается липолиз в жировой ткани.
При сахарном диабете недостаток или отсут
ствие инсулина влияют, вероятно, в первую очередь
на метаболизм в жировой ткани, крайне чувстви
тельной к этому гормону. В результате высвобожде ния большого количества свободных жирных кислот
их уровень в плазме крови может оказаться в два
с лишним раза выше, чем у здорового голодного че
ловека. Наблюдается также изменение активности
ряда ферментов в печени. в результате увеличива
ется скорость глюконеогенеза и скорость поступле
НИя глюкозы в кровь (не~мотря на высокую концен
трацию глюкозы в крови).
ВЗАИМНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ
основныIx ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕ(:ТВ
(рис. 28.9)
Тот факт, что животные могут накапливать жир,
питаясь исключительно углеводами, свидетель-

Регуляция метаболизма Лllnидов и источники энергии в тканях |
295 |
||
ствует о легкости перехода углеводов в жиры. Наи |
на молекула оксалоацетата регенерируется. По этой |
||
более важной реакцией в этом процессе является пре |
же причине не происходит превращеRИJI жирных ки |
||
вращение пирувата в ацетил-СоА, который служит |
слот с четным числом углеродныx атомов (образую |
||
исходным соединением при синтезе длинноцепочеч |
щих при окислении только ацетил-СоА) в глюкозу |
||
ных жирных кислот. Поскольку. однако, реакции, ка |
и гликоген. |
|
|
тализируемая пируватдегидрогеназой, tlВлиется не |
Только концевой трехуглеродный фрагмент мо |
||
обратимой, то прямое превращение ацетил-СоА, |
лекулы жирной кислоты с нечетным числом атомов |
||
образовавшегося при окислении жирных кислот, |
углерода является потенциальным субстратом для |
||
в пируват оказывается невозможным. В цикле ли |
образования гликогена, поскольку толыо из этой |
||
монной кислоты не происходит новообразования ок |
части молекулы при окислении образуется пропио |
||
салоацетата, поскольку ацетил-СоА конденсируется |
нат. Тем не менее меченые углеродные атомы жир |
||
с молекуло~ оксалоацетата и в результате цикла од- |
ных кислот после прохождения через цикл лимонной |
||
|
|
|
|
Три_цилглицероm,. (тг)
~
сжк Глицерол
..
~
5
~
0"",,-_--
|
|
|
|
|
.. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
.', |
|
|
....~ 't |
~~ |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
~1 |
... |
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
.- ~ ..... |
;. |
|
лпонп |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lTr |
|
|
|
|
|
Кетоновь.е тел_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
т |
|
|
,§S~~~~ (глюко)38 |
||||||||
! |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
Д_СоД |
|
|
гnи""'-эr~ |
|||||||
|
Ацетил·СоА |
~......t--------------_....: СТ' |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
АМиНоКислот.... |
|
Гликоген |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
лакта1'" |
|
|
Рис. 28.8. Взаимосвязь метаболичсских процессов, протекающих в жировой ткани. печени и внепеченочных тканях. За
штрихованные участки -- локализация липопротеИНkИН3ЗЫ в стенках капиллярных сосудов; СЖК·· - свободные жирные
кислоты; ЛПОНП -липопротеины очень низкой плотности.

296 |
Глава 28 |
|
||
Углевод... |
|
Жир |
|
|
(~::~:) |
|
ТРИlципглицерол |
||
11 /ФруkТО. |
__1--_ |
|||
( |
+ |
|||
|
|
|||
Серин +-- Триоэофосфет 8( |
|
:. ГлицеРОл-З-ФосФат |
Жирные кислоты |
~
ЛIКТат
Метионин
ce~~
Цистеин
ТРИПТофlН ~ длlниН.....-. ПИРУВIТ
Треонин /i
~~серин
Глицин
|
Гидроксипролин |
|
....j[Л8Нин |
~ |
ЦитPIТ |
|
|
...8(f-----i~~дцетоацетаТ
1
ФенилanlНИН
Тироэин
Лейцин
|
|
ЦИКЛ |
) |
|
|
|
Тироэин ---- ,!I..~ ФУМeplт |
лимонной |
|
|
|
|
|
|
|
кислоты |
|
|
|
|
И30Л8ЙЦИН |
|
|
~":"'nYТ""f |
|
|
|
ПРОПИОКИЛ~ -СоД -------i.~\ |
Сукцинил-Сод |
|
ГТГ\ дргинин |
|
||
1 |
|
ва~ин |
|
|
||
Пропион.т |
|
|
/Пролин |
{" |
||
|
|
|
ГИС1"ИДИН |
tI |
ОРНИ1"ИН |
} |
Метионин |
Гидроксипролин |
|
Рис. 28.9. Взаимопревращение основных питательных веществ.
кислоты могут быть обнаружены в гликогене_ Это
объясняется тем, ,что оксалоацетат является проме жуточным.продуктом как в цикле лимонной кисло
ты, так и в глюконеогенезе. Углеродные скелеты ряда заменимых аминокислот могут образовывать ся из углеводов на стадиях цикла лимонной кислоты.
которого во внепеченочныx тканях образуется аце
тил-СоА.
По тем же (рассмотренным выше) причинам, по
которым прямое превращение жирных кислот
в углеводы оказывается невозможным, исключается
также возможность превращения жирных кислот
Врезультате обращения процессов гликогенные в глюкогенные аминокислоты. Невозможно также
аминокислоты в свою очередь могут явиться источ |
обращение пути распада кетогенных аминокислот. |
ником образования углеродных скелетов соедине |
Все они относятся к категории «незаменимых» ами |
ний, являющихся интермедиатами цИкла лимонной |
нокислот. Превращение углеродных скелетов глюко |
кислоты или их предшественниками. Эти аминоки |
генных аминокислот в жирные кислоты возможно |
слоты, следовательно, легко превращаются по пути |
либо путем образования пирувата и ацетил-СоЛ, ли |
глюконеогенеза в глюкозу и гликоген. Кетогенные |
бо путем обращения внемитохондриальных реакций |
аминокислоты служат источником ацетоацетата, из |
цикла лимонной кислоты на участке от а- |

Регуляция ,wетаБО.luз.'Иа лиnидов и источники энергии в тканях |
297 |
кетоглутарата к цитрату с последующим образова
нием ацетил-СоЛ при участии ЛТР-цитрат-лиазы
(см. гл. 23). Однако деградация белков и аминоки
слот в естественных УСЛQВИЯХ. н~пример, при голо
дании, обычно сопровождается расщеплением жи ров. Превращение аминокислот в жир не имеет, сле
довательно, существенного значения, за исключе
нием случаев, когда животные получают богатую
белками пищу.
ЭКОНОМИКА УГЛЕВОДНОГО И ЛИПИДНОГО ОБМЕНА В ОРГАНИЗМЕ
Потребность в r люкозе
Известны многие детали взаимодействия угле водного и липидного обмена в различных тканях. В условиях оптимального питания легко протекает
процесс превращения глюкозы в жир. Жир (триацил
глицерол), за исключением глицерольного фрагмен та, не может превращаться в глюкозу (см. выше). Некоторые ткани и клетки, в первую очередь клетки центральной нервной системы и эритроциты, в зна чительно большей степени, чем другие, нуждаются
в постоянном поступлении глюкозы. Минимальное
количество глюкозы, в~роятно, необходимо также
клеткам внепеченочных тканей для функционирова ния цикла лимонной кислоты. Кроме того, глюкоза
является, по..видимому, главным источником глице
рол-3-фосфата в тканях, не имеющих глицеролкина зы. Для функционирования клеток необходим опре деленный (минимальный) уровень окисления глюко зы. Большое количество глюкозы требуется для пи тания плода и образования молока. Ряд механизмов
наряду с глюконеогенезом гарантирует необходимое
обеспечение глюкозой в период ее недостатка; при
этом важное значение имеет экономия глюкозы за
счет друГих субстратов.
Предпочтительная утилизация кетоновых тел
и свободных жирных кислот
Кетоновые тела и свободные жирные кислоты
экономят глюкозу в мышцах; они тормозят (опосре Дованно) ее поступление в клетки, ее фосфорилиро
вание с образованием глюкозо-б-фосфата, а та~же активность фосфофруктокиназы и окислительное де карбоксилирование пирувата. Окисление свободных
жирных кислот и кетоновых тел приводит к повыше
нию внутриклеточной концентрации цитрата, кото
рый ингибирует фосфофруктокиназу. Эти данные, а также результаты экспериментов с перфузируемым
сердцем, которые показали, что ацетоацетат оки
сляется предпочти rельно по сравнению с жирными
кислотами, согласуются с заключением о том, что
при ограниченной доступности углеводов потенциа
льные ИСТОЧНИКИ энерrии окисляются в следующем
порядке: (1) кетоновые тела (и, возможно, другие ко
роткоцепочечные жирные кислоты, например аце
тат), (2) свободные жирные кислоты, (3) ГJПOкозз. Это
отнюдь не значит, что при окисл~нии одного ИЗ
источников энергии полностью прекращается оки
сление других источников (рис. 28.8). Механизмы,
которые упорядочивают последовательность испо
льзования источников энергии, приобретают особое
значение в тканях, обладающих высокой способно стью к аэробному окислению жирных кислот (на
пример, в сердце и медленно сокращающихся мыш
цах), и играют менее значительную роль в тканях с низкой эффективностью окисления, например в бы
стро сокращающихся мышцах.
Сочетание эффекта экономии глюкозы в мышцах
и сердце, вызываемого свободными жирными кисло
тами, и эффекта ингибирования мобилизации сво
бодных жирных кислот в жировой ткани, вызывае
мого сэкономленной глюкозой, получило название
«глюкозо-жирнокислотный ЦИlCЛ».
ГОЛОДАНИЕ
у животных, получающих богатую углеводами
пищу, окисление жирны x кислот понижается. При
переходе животного от сытого состояния к голода
нию количество доступной глюкозы снижается,
и для поддержания уровня глюкозы в крови начи
Юiет расходываться гликоген печени. Концентрация
инсулина в крови падает, а концентрация глюкагона
возрастает.
В жировой ткани уменьшается утилизация глю
козы и снижается ингибирующее действие инсулина на липолиз, жир мобилизуется в виде свободных
жирных кислот и глицерола. Свободные жирные ки
слоты переносятся в другие ткани, где они либо оки сляются, либо эстерифицируются. Глицерол после активации (превращения в глицерол-3-фосфат) по
ступает в углеводный пул (в основном в печени и почках). Во время перехода от сытого состояния
к голоданию эндогенное образование глюкозы (из
аминокислот и глицерола) отстает от ее использова
ния и окисления, запасы гликогена в печени исто
щаются и концентрация глюкозы в крови падает.
Мобилизация жира возрастает в течение нескольких
часов, затем содержание свободных жирных кислот в плазме и гmoкозы в крови стабилизируется на уров
не, характерном для состояния голодания (0'7----0'8
мкмоль·мл- I и 60--70 Mr/lOO мл соответственно).
Можно полагать, что при этом уровне глюкозы
в крови животного ее поступление в ткани обеспечи
вает потребности утилизации и окисления. Компен
саторное увеличение окисления жирных кислот и ке;
тоновых тел позволяет снизить уровень окисления
298 |
Глава 28 |
глюкозы. Наступившее неустойчивое равновесие мо
жет нарушаться в результате роста потребности
вглюкозе или при нарушении процессов утилизации;
втаком случае происходит дальнейшая мобилиза
ция жиров. Обеспечение организма глицеролом является важной функцией жировой ткани, посколь ку только этот источник углеводов (наряду с углево дами, образующимися из белкОВ при глюконеогенезе) может обеспечить голодающий организм глюкозой,
необходимой для тех процессов, при осуществлении
которых субстратом может служить только глюко
за. У человека при длительном голодании глюконео
геиез из белкОВ снижается из-за уменьшения высво бождения аминокислот, особенно аланина, из мышц. Это совпадает по времени с адаптацией мозга, в ре
зультате которой он оказывается способным ком..
пенсировать окисление глюкозы примерно на 500/0 за
счет Оltисления кетонов.
Регуляция высвобождения свободных жирных
кислот из жировой ткани при голодании по принци
пу обратной связи может осуществляться путем прямого воздействия кетоновых тел и свободных
жирных кислот на поджелудочную железу, в резуль
тате которого возрастает образование инсулина. Мобилизация свободных жирных кислот обычно превышает потребности окислительных процессов,
поскольку даже в период голодания значительная
доля этих кислот подвергается эстерификации. По
скольку клетки печени поглощают и эстерифици
руют значительную часть свободных жирных ки
слот, она выполняет регуляторную роль путем выве
дения избытка свободных жирных кислот из систе
мы кровообращения. Если организм получает доста
точное количество углеводов, б6лыuая часть сво
бодных жирных кислот в печени эстерифицируется
и в конечном счете транспортируется из нее в составе
ЛПОНП и используется в других тканях. Однако при увеличении притока свободных жирных кислот
возможен и альтернативный путь-кетогеиез, по
зволяющий печени продолжать ретранспортировать большую ,часть поглощенных ею жирных кислот в форме, удобной для усвоения их внепеченочными
тканями.
Большинство рассмотренных положений отраже но на рис. 28.8. Следует отметить, что функциони
рует углеводный цикл, включающий высвобождение
глицерола из жировой ткани, его превращение в пе чени в глюкозу и перенос последней обратно в жиро вую ткань. Другой ЦИКЛ, липидный, включает высво бождение свободных жирных кислот из жировой ткани, перенос их в печень, эстерификацию и возврат в 'жировую ткань в составе ЛПОНП.
ЛИТЕРАТУРА
Cohen Р. Control оС Enzyme Activity, 2nd ed. СЬарmап and
НаН, 1983. |
, |
HeuL., Vande WerveG. (еШ). Short-Term RegulationoCLiver |
|
Metabolism. ElsevieriNorth HoHand, 1981. |
' |
Laker М. Е., Mayes Р. А. Investigation into the direct efТects of insulin оп hepatic ketohencsis, lipoprotein secretion and pyruvate dehydrogenase activity, Biochim. Biophys. Acta, 1984, 795, 4.
Mayes Р. А., Laker М. Е. Regulation oCketogenesis in the liver, Biochem. Soc. Trans., 1981, 9, 339.
McGarry J. D., Foster D. W. Regulation оС hepatic СаНу acid oxidation and ketone body production, Аппи. Rev. Bioc- Ьеm., 1980, 49, 395.
Siess Е. А., Kientsch-Engel R.l., Wieland о. Н. Concentration
оС free oxaloacetate in {Ье mitohondrial compartment of isolated liver eells. Biochem. J. 1984, 218, 171.
Wakil S. J., Stoops J. к., Joshi V. С. Fatty acid synthesis and its
regulation, Аппи. Rev. Biochem., 1983. 52, ,537. Zorzano А. е' 01. EfТects of starvation and exercise оп сопсеп
trations оСcitrate, hexose phosphates and glycogen in skeletal muscle and heart: Evidence for selective operation of the glucose-Catty acid cycle, Biochem. J., 1985, 232, 585.

Раздел 111
Метаболизм белков и аминокислот
Глава 29
Биосинтез аминокислот
Виктор Родуэлл
ВВЕДЕНИЕ |
Таблица 29.2. Ферменты, необходимые для синтеза амино |
||
|
кислот из амфиболических метаболитов |
||
Оценивая пищевую ценность аминокислот, мы |
|
|
|
|
|
Чнсло ферментов, требующихся для синтеза |
|
часто одни из них называем «незаменимыми», а дру |
|
|
|
|
|
|
|
гие- «заменимыми» (табл. 29.1). Хотя с точки зре |
|
|
незаменимых аминокнслот заменнмых амннокнслот |
|
|
|
|
ния питания все это верно, не следует упускать из ви |
|
|
|
|
|
|
ду общую биологическую значимость и незаменимо
сть всех 20 аминокислот. Более того, можно даже за
ключить. что как раз «заменимые» аминокислоты_
более важны для. клетки, чем «незаменимые», поско
льку утрата способности организма (например, ор ганизма человека) синтезировать определенные ами
нокислоты представляется в эволюционном отноше
нии более естественной в отношении менее важных
аминокислот.
Пищевые потребности в тех или иных соедине-
Таблица 29.1. Потребности человека в аминокислотах
Незаменнмые |
Заменнмые |
|
|
АрrИНИН11 |
Аланин |
Валин |
Аспараrин |
Гистидин11 |
Аспартат |
Изолейцин |
Гидроксилизин 21 |
Лейцин |
Гидроксипролин 21 |
Лизин |
Глицин |
Метионин |
Глутамат |
Треонин |
Глутамин |
Триптофан |
Пролин |
Фенилала»ин |
Серин |
|
Тирозин |
|
Цистеин |
1) Фактнческн это «полунезаменнмая» амннокнслота, поско
льку она сннтезнруется в органнзме, однако скорость сннтеза недо
·статочна для того, чтобы обеспечнть рост органнзма в детском воз
расте.
!) Не нспользуется в процессе синтеза белка н образуется в хо
Arg 7 (из Glu) |
Ala 1 |
||||
|
His 6 |
Asp 1 |
|||
Thr 6 |
Asn 1 (из Asp) |
||||
|
Met 5 |
Glu 1 |
|||
|
Lys 8 |
Gln 1 (из Glu) |
|||
|
Не 8 |
|
Pro 3 (из Glu) |
||
|
Va} 1 |
|
Ser 3 |
||
|
Leu 3 |
|
Gly 1 (из Ser) |
||
|
Phe 10 |
Cys 2 (из Ser + S>-) |
|||
|
Trp 5 |
Tyr 1 (из РЬе) |
|||
|
|
|
|
Нуl 1 (из Lys) |
|
|
Итоrо 59 |
||||
|
|
Нур } (из Pro) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итоrо 17 |
|
|
|
||||
ниях свидетельствуют |
о том, что зависимость от |
внешнего источника метаболитов может оказаться
более благоприятной для выживания организма, чем
способность организма синтезировать эти соедине ния. Если специфический интермедиат присутствует в пище, то организм, сохраняющий способность син тезировать это соединение, передает будущим поко
лениям соответствующую генетическую информа
цию отрицательной ценности. Это свойство для ор ганизма не просто бесполезно, но даже вредно, по
скольку приходится дополнительно затрачивать пи
тательные вещества и Атр на синтез «лишних» фраг ментов дик. В клетках прокариот число ферментов, необходимых для синтеза незаменимых аминоки
слот, существенно больше числа ферментов, необхо димы x для синтеза заменимых аминокислот (табл.
де посттрансляцнонного процессинга коллагена. |
29.2). Следовательно, сохранение возможности син- |
|
|
|
|