4 модуль / Lekcija_18._Ruseckaja
.pdfМатериалы для образовательного портала 29.03. 2011 год
Лекция № 18
Тема: «Пентозный цикл, его стадии, значение для организма. Особенности путей аэробного катаболизма глюкозы у детей. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из молочной кислоты и аланина. Цикл Кори»
Лектор: доцент, канд. биол. наук Русецкая Наталья Юрьевна
План:
1.Стадии пентозного цикла.
2.Значение пентозного цикла.
3.Значение реакций пентозного цикла у детей.
4.Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из молочной кислоты.
5.Биосинтез глюкозы из глицерина и аминокислот.
6.Регуляция глюконеогенеза.
7.Цикл Кори.
1.Стадии пентозного цикла. Реакции пентозного цикла происходят в цитоплазме клеток печени, надпочечников, в эмбриональной ткани и в молочной железе в период лактации. Реакции проходят в 2 стадии (см. наглядный материал). 1 стадия – окислительная (требует присутствия кислорода). В ходе этой стадии глюкозо-6-фосфат подвергается одной реакции декарбоксилирования
и двум реакциям дегидрирования, в результате которых образуются пентозофосфаты: рибулозо-5- фосфат, рибозо-5-фосфат и ксилулозо-5-фосфат, а также 2 молекулы восстановленного НАДФН + Н+.
2 стадия – неокислительная (не требует присутствия кислорода). В ходе реакций этой стадии из пентозофосфатов образуются соединения с числом углеродных атомов от 3-х до 7-ми, т.ч. фосфоглицериновый альдегид и фруктозо-6-фосфат. Главные ферменты 2-ой стадии трансальдолаза
и транскеталоаза (кофермент - ТПФ).
Суммарная реакция: 6 Глюкозо-6-фосфат + 7 Н2О + 12 НАДФ → 6 СО2 + Фн + 12 НАДФН + Н+
2.Значение пентозного цикла:
1.НАДФН + Н+ используется для восстановительных синтезов холестерина, высших жирных кислот, а также для обезвреживания ксенобиотиков и синтеза некоторых биологически активных веществ
(микросомальное окисление). За счет пентозного цикла примерно на 50% покрывается потребность организме в НАДФН + Н+;
2.рибозо-5-фосфат используется для синтеза нуклеотидов, нуклеиновых кислот и нуклеотидных коферментов (НАД, НАДФ и ФАД);
3.фосфоглицериновый альдегид и фруктозо-6-фосфат объединяют пентозный цикл и гликолиз.
4.эритрозо-4-фосфат регулирует и обобщает в один суммарный процесс анаэробную стадию пентозного цикла и гликолиз;
5.взаимосвязь анаэробного, аэробного и пентозного путей окисления глюкозы.
3.Значение реакций пентозного цикла у детей. У детей интенсивно протекают синтетические реакции. Образующийся НАДФН участвует в реакциях синтеза жирных кислот, холестерина, а также в реакциях микросомального окисления (синтез биологически активных веществ: катехоламинов, стероидов, простагландинов и др.); пентозофосфаты участвуют в синтезе нуклеиновых кислот и некоторых коферментов.
1
Материалы для образовательного портала 29.03. 2011 год
4. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из молочной кислоты. Глюконеогенез – обращение реакций гликолиза. Из 11 реакций гликолиза 3 необратимы (1-ая, 3-я и 10-я):
1.глюкоза → глюкозо-6 фосфат
2.фруктозо-6-фосфат → фруктозо-1,6-дифосфат
3.фосфоенолпируват → пируват
Для этих реакций существуют обходные пути. Первый обходной путь начинается в матриксе митохондрий (см. наглядный материал). Пируват проникает сквозь мембрану митохондрий в матрикс митохондрии, затем пируват подвергается карбоксилированию под действием фермента пируваткарбоксилаза (с использованием биотина и энергии АТФ). В результате этой реакции образуется оксалоацетат:
Механизм реакции:
Затем оксалоацетат превращается в малат, чтобы выйти из митохондрий в цитозоль клетки для дальнейшего превращения.
В цитозоле малат обратимо превращается в оксалоацетат (под действием цитозольной малатдегидрогеназы). Образовавшийся оксалоацетат под действием фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназы (при участии биотина и энергии ГТФ) превращается в фосфоенолпируват:
В дальнейшем реакции глюконеогенеза идут до образования фруктозо-1,6-дифосфата (обратимые реакции гликолиза).
Второй обходной путь: Фруктозо-1,6-дифосфат + Н2О → фруктозо-6-фосфат + Фн (реакцию катализирует фруктозо-1,6-бифосфатаза)
Третий обходной путь: Глюкозо-6-фосфат + Н2О → глюкоза + Фн (реакцию катализирует глюкозо-6-фосфатаза)
В процессе глюконеогенеза 7-я реакция гликолиза (1,3-дифосфоглицерат + АДФ ↔ 3- фосфоглицерат + АТФ) расходуется 2 АТФ.
Энергетика превращения лактата в глюкозу:
2 пируват + 4 АТФ + 2 ГТФ + 2 НАДН +Н+ + 4 Н2О → глюкоза + 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 Фн + 2 НАД+
Входе синтеза глюкозы используются макроэргические соединения: 4 АТФ и 2 ГТФ.
5.Биосинтез глюкозы из глицерина и аминокислот. В клетках печени, почек и эпителия кишечника глицерин превращается в глицерофосфат под действием фермента глицерокиназы. Глицерофосфат окисляется под действием глицерофосфатдегидрогеназы до фосфодиоксиацетона, который способен обратимо превращаться во фруктозо-1,6-дифосфат и затем в глюкозу (см. наглядный материал).
Образование глюкозы из аминокислот. В процесс глюконеогенеза может вступать любая
аминокислота, которая в процессах метаболизма способна превращаться в пируват. Например, 1) Аланин + ФМН+ → пируват + ФМНН+Н+ (фермент – оксидаза)
2
Материалы для образовательного портала 29.03. 2011 год
2)Аланин + α-кетоглутарат ↔ пируват + глу (фермент – АлАТ)
3)Серин → Н2О + иминосерин → пируват + NH3
4)цистеин → NH3 + меркаптан → [S] + пируват
5)глицин → серин → пируват
6)треонин → ацетальдегид + глицин → серин → пируват
6.Регуляция глюконеогенеза происходит с участием гормонов и с участием метаболитов.
1.Гормональная регуляция. Глюкокортикоиды проникают в клетку, усиливают биосинтез ферментов глюконеогенеза, способствуют повышению уровня сахара в крови.
2.Метаболическая регуляция. Ацетил-КоА стимулирует пируваткарбоксилазу, осуществляющую реакцию превращения пирувата в ЩУК и далее в глюкозу. АТФ участвует в процессах карбоксилирования, стимулирует глюкозо-6-фосфатазу и фруктозо-1,6-бисфосфатазу, усиливает процессы глюконеогенеза. Витамин Н (биотин) – кофермент пируваткарбоксилазы. Фруктозо-2,6- дифосфат ингибирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу.
7.Цикл Кори. В процессе анаэробного гликолиза в скелетных мышцах образуется лактат, который выходит из клеток в кровь, доставляется в печень, где включается в реакции глюконеогенеза с образованием глюкозы. Глюкоза выходит в кровь, доставляется к тканям, где используется как источник энергии (см. наглядный материал). Цикл Кори выполняет две важные функции:
1) обеспечивает утилизацию лактата в реакциях глюконеогеназа; 2) предотвращает накопление лактата и развитие лактоацидоза (смещение рН в кислую сторону).
3