18. Биохимические механизмы потребления углеводов. Их регуляция.

Остановимся на этих трех путях.1.В ходе гликолиза происходит расщепление одной молекулы шестиатомного моносахарида глюкозы до двух трёхатомных молекул – пирувата. Высвобожденная в результате этого процесса энергия запасается виде АТФ и НАДН. Гликолиз является центральным метаболитическим путём катаболизма глюкозы почти для всех организмов. Гликолитическое расщепление глюкозы – это единственный источник метаболитической энергии для некоторых тканей и клеток млекопитающих (эритроцитов, мозга и пр.).Необходимо отметить, что в результате гликолиза высвобождается только маленькая часть той химической энергии, которая запасена в молекуле глюкозы. Две образованные молекулы пирувата всё ещё содержат бóльшую часть химической энергии глюкозы. Эта энергия может быть извлечена с помощью окислительных реакций цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования. Регуляция гликолиза1. Регуляция активности гексокиназы. Гексокиназа катализирует процесс превращения глюкозы в глюкозо-6-фосфат. Активность гексокиназы аллостерически ингибируется продуктом реакции – глюкозо-6-фосфатом.2. Регуляция активности фосфофруктокиназы. Фосфофруктокиназа катализирует превращение фруктозо-6-фосфата и АТФ во фруктозо-1,6-дифосфат и АДФ. Активность фосфофруктокиназы аллостерически ингибируется конечным продуктом гликолиза в целом – АТФ. Это ингибирование снимается, когда возрастает концентрация АДФ или АМФ. Цитрат (ионизированная форма лимонной кислоты) является аллостерическим ингибитором активности фосфофруктокиназы. Фруктозо-2,6-дифосфат (именно -2,6-, а не 1,6-) аллостерический активатор активности фосфофруктокиназы.3. Регуляция активности пируваткиназы. Высокие концентрации ацетил-КоА, АТФ, длинноцепочечных жирных кислот аллостерически ингибируют активность пируваткиназы. сАМФ («с» значит «циклический») может действовать и как ингибитор, и как активатор активности пируваткиназы. Фруктоза-1,6-дифосфат повышает активность пируваткиназы.Итог: суть регуляции гликолиза в следующем – большое содержание в клетке высокоэнергетических молекул таких как АТФ и продуктов расщепления глюкозы (ацетил-КоА, цитрат) свидетельствует о том, что в клетке достаточно энергии и расщепление глюкозы надо замедлить. Недостаточный запас энергии в клетке сопровождается большим содержанием АМФ и малым АТФ и вызывает активацию гликолиза для увеличения выработки энергии.2.В большинстве животных тканей основным способом переработки глюкозы является окисление через гликолиз до пирувата, а затем через ЦТК. Но альтернативным путём окисления является пентозофосфатный путь, который ведёт к образованию различных фосфатов пентоз. Этот путь активно протекает в клетках, которым нужен приток пентоз для синтеза нуклеиновых кислот.Другим важным продуктом ПФП является восстановленный НАДФН. Этот продукт нужен: во-первых для защиты клеток от активных форм кислорода; во-вторых как сырьё для синтеза липидов. Пентозофосфатный путь метаболизма глюкозы играет существенную роль в реакциях синтеза и имеет особое значение в формирование циклических структур (в частности азотсодержащих). Сильным ингибитором пентозофосфатного пути является промежуточный продукт этого цикла – эритрозо-4-фосфат.Но в каких условиях глюкоза будет направляться по гликолитическому пути, а в каких по пентозофосфатному? Большое содержание в клетке фосфат-аниона приведёт к торможению ключевого фермента, вовлекающего глюкозу в пентозофосфатный путь, и глюкоза будет ассимилироваться по гликолитическому пути. И это логично, т.к. большое количество фосфат-аниона указывает на недостаток АТФ, а значит и на недостаток энергии в клетке, в таких условиях надо направлять глюкозу по пути расщепления с образованием энергии, что и обеспечивает гликолиз. Судьба глюкозо-6-фосфата — вступит ли он в гликолиз или пентозофосфатный путь — определяется потребностями клетки в данный момент, а также концентрацией NADP⁺ в цитозоле. Без наличия акцептора электронов первая реакция пентозофосфатного пути (катализируемая глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой) не будет идти. Когда клетка быстро переводит NADPH в NADP⁺ в биосинтетических восстановительных реакциях, уровень NADP⁺ поднимается, аллостерически стимулируя глюкозо-6-фосфатдегидрогензазу и тем самым увеличивая ток глюкозо-6-фосфата через пентозофосфатный путь. Когда потребление NADPH замедляется, уровень NADP⁺ снижается, и глюкозо-6-фосфат утилизируется гликолитически. 3. Первые два его этапа — фосфорилирование молекулы глюкозы и ее дегидрирование до 6-фосфоглюконовой кислоты — идентичны первым двум этапам окислительного пентозофосфатного пути. Специфичны для пути Энтнера — Дудорова две следующие реакции: 1) дегидратирование 6-фосфоглюконовой кислоты, приводящее к образованию КДФГ-кислоты; 2) расщепление продукта первой реакции на два C3-фрагмента. Конечными продуктами второй реакции являются пировиноградная кислота и 3-ФГА. Последний окисляется в пировиноградную кислоту так же, как в гликолитическом пути. Следовательно, при разложении молекулы глюкозы до пирувата по пути Энтнера — Дудорова образуется 1 молекула АТФ (2 молекулы АТФ синтезируются на отрезке пути 3-ФГА ® пировиноградная кислота минус 1 молекула АТФ, затраченная на фосфорилирование глюкозы), 1 молекула НАД-H2 и 1 молекула НАДФ-H2.

Путь Энтнера — Дудорова имеет важное значение, когда сбраживаемыми субстратами служат глюконовая, маннановая, гексуроновые кислоты или их производные. Он функционирует у довольно широкого круга эубактерии, главным образом, грамотрицательных, получающих энергию в процессе дыхания (энтеробактерии50, виды Azotobacter, Pseudomonas, Alcaligenes, Rhizobium, Spirillum, Xanthomonas, Thiobacillus и др.). У анаэробов он встречается довольно редко. В качестве примера организма, сбраживающего сахара по пути Энтнера — Дудорова, можно привести облигатно анаэробную бактерию Zymomonas mobilis. Однако ее изучение позволяет предполагать, что Z. mobilis — вторичный анаэроб, произошедший от цитохромсодержащих аэробов. Путь Энтнера — Дудорова обнаружен у некоторых клостридиев, что еще раз подчеркивает неоднородность эубактерий, объединенных в эту таксономическую группу.

У энтеробактерий гликолитический и окислительный пентозофосфатный пути функционируют как центральные конститутивные пути метаболизирования углеводов, путь Энтнера — Дудорова — как индуцибельный.