Материал: Биохимия. Углеводы-1

Обход первой реакции гликолиза

Последняя реакция катализируется глюкозо-6-

фосфатазой . Она имеется только в печени и почках, сле-довательно, только эти ткани могут продуцировать сво-

бодную глюкозу.

ГЛЮКОЗО- ЛАКТАТНЫЙ И ГЛЮКОЗО- АЛАНИНОВЫЙ ЦИКЛЫ

Глюкозо-лактатный цикл (цикл Кори) – это связь глюконеогенеза в печени и об-

разования лактата эритроцитах или мыш-цах из глюкозы. В эритроцитах молочная

кислота образуется

непрерывно, так как для них анаэробный

гликолиз является

единственным спосо-бом образования энер-

гии. В скелетных мыш-цах накопление лакта-та является следстви-ем гликолиза при очень интенсивной, максимальной мощно-

сти, работе, и чем более такая работа интенсивна, тем менее продолжительна По-

сле нагрузки (во время восстановления) лактат удаляется из мышцы довольно бы-

стро – всего за 0,5-1,5 часа.

Дополнение

Следует отметить, что если продолжи-

тельность нагрузки мала (до 10 секунд),

то количество АТФ пополняется пре-имущественно в

креатинфосфоки-назной реакции. В

таком режиме к при-меру работают мышцы у ттанги-

стов, прыгунов как в длину, так и в высо-

ту, метателей мо-лота, копья и т.п..

Если нагрузка не бо-лее 90 секунд – АТФ синтезируется в основном в реакциях анаэробного глико-

лиза. В спорте это бегуны-спринтеры на 100-500 м, спортсмены силовых ви-дов (борцы, тяжелоатлеты, бодибилдеры). Если напряжение мышцы длится

более двух минут – развивается аэробное окисление глюкозы в реакциях ЦТК

и дыхательной цепи.

Но, хотя мы и говорим об аэробном окислении глюкозы, необходимо знать и помнить, что лактат образуется в мышце всегда: и при анаэробной, и при аэробной работе, однако в разных количествах.

Образовавшийся лактат может утилизоваться только одним способом – превра-

титься в пировиноградную кислоту. Но, как уже указывалось, пируват токсичен для

клеток и должен быть как можно быстрее утилизован. Сама мышца ни при работе, ни во время отдыха не занимается превращением лактата в пируват из-за наличия

специфического изофермента ЛДГ-5.

Если молочная кислота поступила в миокардиоциты, она быстро превраща-ется в пируват, далее в ацетил-S-КоА и вовлекается в полное окисление до

СОB2B и НB2BО.

Большая часть лактата захватывается гепатоцитами, окисляется в пировино-

градную кислоту и вступает на путь глюконеогенеза.

Целью глюкозо-аланинового цикла также является уборка пирувата, но, кроме

этого решается еще одна немаловажная задача – уборка лишнего азота из мышцы.

При мышечной работе и в покое в миоците распадаются белки и образуемые амино-кислоты рансаминируются с α-кетоглутаратом. Полученный глутамат взаимодейст-

вует с пируватом. Образующийся аланин является транспортной формой и пирувата

и азота из мышцы в печень. В гепатоците идет обратная реакция трансаминирова-ния, аминогруппа передается на синтез мочевины, пируват используется для синте-за глюкозы

Глюкоза, образованная в печени из лактата или аланина, возвращается обратно в мышцы, восстанавливая во время отдыха запасы гликогена.

Кроме мышечной работы, глюкозо-аланиновый цикл активируется во время го-

лодания, когда мышечные белки распадаются и многие аминокислоты используются

• качестве источника энергии, а их азот необходимо доставить в печень.

• ЕГУЛЯЦИЯ ГЛИКОЛИЗА И ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА

МЕТАБОЛИЗМ ЭТАНОЛА

СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ

Образование этилового спирта из глюкозы происходит в дрожжах и некоторых видах плесневых грибков. Суммарное

уравнение реакции:

C₆H₅О₁₀ → 2 CО₂ + 2 С₂Н₅ОН

До стадии образования пирувата реакции спиртового броже-

ния совпадают с реакциями гликолиза, отличия заключаются

только в дальнейшем превращении пировиноградной кислоты. Цель этих превращений – удалить пируват из клетки и окислить

НАДН, который образовался в 6-й реакции.

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ЭТАНОЛА

Метаболизм поступающего этанола в организме происходит

в печени двумя путями. Первый путь заключается в окислении

спирта до уксусной кислоты, которая в виде ацетил-S-КоА посту-

пает в ЦТК. Через этот путь проходит от 70% до 90% всего эта-нола. Оставшаяся часть окисляется в микросомах алкогольокси-дазой. При регулярном поступлении этанола доля микросомаль-ного окисления возрастает, количество молекул алкогольоксида-зы увеличивается.

Так как при обезвреживании этанола образуется большое количество НАДН, в клетках печени активируется реакция превращения пирувата в лактат. Это приводит к гипогликемии, так как пировиноградная кислота является субстратом глюконео-генеза. Свободное проникновение молочной кислоты в кровь обуславливает лакта-

цидемию.

Если запасы гликогена в печени изначально невелики (голодание, недоедание, астеническое телосложение) или израсходованы (после физической работы), то при приеме алкоголя натощак гипогликемия наступает быстрее и может

быть причиной потери сознания. К этому стоит добавить сильный диурети-

ческий эффект этанола, ведущий к быстрому обезвоживанию организма и снижению кровоснабжения головного мозга со всеми вытекающими последст-виями.

Этанол является энергетически ценным соединением: при метаболизме 125 г этанола количество образующегося НАДН такое же, как при окислении 500 г глюко-

зы. При полноценном питании и частом потреблении этилового спирта, например, в виде пива, "этанольный" ацетил-S-КоА не столько сгорает в ЦТК, сколько использу-

ется для синтеза холестерина и нейтральных жиров, то есть происходит переход

энергии этанола в запасную форму, что приводит к пивному ожирению и повышает риск атеросклероза.

ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУНТЬ

Пентозофосфатный путь окисления глюкозы не связан с образованием энергии.

Значение ПФП:

1. Образование НАДФН

• для синтеза жирных кислот,

• холестерина и других стероидов,

• для синтеза глутаминовой кислоты из α-кетоглутаровой кислоты (реак-

ция восстановительного аминирования).

• для систем защиты клетки от свободно-радикального окисления (анти-оксидантная защита).

2. Образование рибозо-5-фосфата, необходимого для синтеза нуклеиновых ки-

слот.

Наиболее активно реакции ПФП идут в цитозоле клеток печени, жировой ткани, эритроцитах, коре надпочечников, молочной железе при лактации, менее интенсив-

но в скелетных мышцах.

Пентозофосфатный путь включает два этапа – окислительный и неокислитель-ный.

На первом, окислительном, этапе глюкозо-6-фосфат в трех реакциях превра-

щается в рибулозо-5-фосфат, реакции сопровождаются восстановлением двух мо-лекул НАДФ до НАДФН.

Второй этап – этап структурных перестроек, благодаря которым пентозы воз-

вращаются в фонд гексоз. В этих реакциях рибулозо-5-фосфат может изомеризо-ваться до рибозо-5-фосфата и ксилулозо-5-фосфата. Далее под влиянием фермен-

тов транскетолазы и трансальдолазы происходят структурные перестройки с обра-

зованием иных моносахаридов. При реализации всех реакций второго этапа пентозы превращаются во фруктозо-6-фосфат и глицеральдегидфосфат. Из глицеральдегид-

3-фосфата при необходиости могут образоваться гексозы.

Связь пентозофосфатного пути и гликолиза

Судьба полученных фруктозо-6-фосфата и глицеральдегидфосфата различна

в зависимости от ситуации и потребностей клетки. Поэтому метаболизм глюкозо-6-фосфата может идти по 4 различным механизмам.

Механизм 1. Потребность в НАДФН и рибозо-5-фосфате сбалансирована

(например, при синтезе дезоксирибонуклеотидов). При таких условиях реак-

ции идут обычным порядком – образуется две молекулы NADPH и одна моле-

кула рибозо-5-фосфата из одной молекулы глюкозо-6-фосфата по окисли-тельной ветви пентозофосфатного пути.

Механизм 2. Потребность в рибозо-5-фосфате значительно превышает потребность в НАДФН (например, синтез РНК) Большая часть глюкозо-6-фосфата превращается во фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат

по гликолитическому пути. Затем две молекулы фруктозо-6-фосфата и одна молекула глицеральдегид-3-фосфата под действием трансальдолазы и

транскетолазы рекомбинируют в три молекулы рибозо-5-фосфата путем обращения реакции 2 этапа пентозофосфатного пути.

Механизм 3. Потребность в НАДФН значительно превышает потреб-

ность в рибозо-5-фосфате (например, биосинтез холестерола, жирных ки-слот). В этой ситуации по окислительным реакциям пентозофосфатного

пути образуются НАДФН и рибулозо-5-фосфат. Далее, под действием транс-кетолазы и трансальдолазы, рибулозо-5-фосфат превращается в пентозо-5-фосфаты, во фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат. В заключение

происходит ресинтез глюкозо-6-фосфата из фруктозо-6-фосфата и глице-ральдегидфосфата по пути глюконеогенеза. Подключение новых молекул

глюкозо-6-фосфата позволяет поддерживать стехиометрию процесса.

Механизм 4. Потребность в НАДФН значительно превышает потреб-ность в рибозо-5-фосфате и необходима энергия (например. антиокси-

дантная защита в эритроците). Глюкозо-6- фосфат превращается в рибозо-5-фосфат и далее во фруктозо-6- фосфат и глицеральдегид-3-фосфат, ко-торые ( в отличие от механизма 3) вступают на гликолитический путь обме-на, а не подвергаются обратному превращению в глюкозо-6-фосфат. Образо-ванный пируват вступает в ЦТК. В результате происходит одновременное генерирование НАДФН и АТФ.

Недостаточность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы

Генетическая недостаточность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы отмечается примерно с частотой 1:60, то есть на Земле имеется около 100 млн человек с этим заболеванием, которое, к счастью, не всегда проявляется. Следствием ферментного дефекта является снижение синтеза НАДФН в клетке. Особенно существенно это влияет на эритроциты , в которых окислительный этап пентозофосфатного цикла является единственным источником НАДФН.

Из разнообразных функций НАДФН для эритроцитов имеет значение одна – уча-

стие в работе антиоксидантной системы, а именно кооперация с глутатион-

пероксидазой, ферментом, восстанавли-

вающим пероксид водорода до воды. Пе-роксид водорода в клетке образуется из

свободных кислородных радикалов (актив-

ных форм кислорода), последние являются обычным продуктом деятельности ряда

ферментов, например, цитохромоксидазы.

При употреблении некоторых лекарст-венных препаратов (сульфаниламиды, (стрептоцид, сульфацил-Na), норсульфа-зол, парацетамол, аспирин, примахин, ме-тиленовый синий, нафталин) в клетках ак-

тивируются процессы свободно-радикального окисления. Обычная клетка, и эритро-

цит в том числе, довольно легко справляются с дополнительной нагрузкой. При не-

достаточности описываемого фермента перекись водорода накапливается в эритро-ците, усиливается повреждение его мембран и гемолиз.

ГОМЕОСТАЗ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ

Концентрация глюкозы в крови изменяется под влиянием многих гормонов. Ос-

новными гормонами являются глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды, сомато-

тропный гормон с одной стороны, и инсулин с другой. Инсулин является единст-

венным гормоном организма, действие которого нацелено на снижение уровня глю-козы крови. Все остальные гормоны увеличивают его.

Уменьшение инсулином концентрации глюкозы в крови достигается следующи-

ми путями:

• стимуляция белков-транспортеров на цитоплазматической мембране,

• повышение синтеза глюкокиназы – фермента, получившего название "ло-

вушка для глюкозы",

• активация гликоген-синтазы -и стимуляция ее синтеза, что позволяет пре-

вратить излишки глюкозы в гликоген,

• индукция синтеза глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы и 6-фосфоглюконат-дегидрогеназы,

• стимуляция синтеза ферментов гликолиза – фосфофруктокиназы, пируват-киназы, что позволяет вовлечь глюкозу в окислительные процессы.

• вовлечение глюкозы в синтез триацилглицеринов (см Синтез триацилглице-ролов ).

Многие ткани нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулинне-

зависимыми. К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчат-ка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты.

Глюкагон, адреналин и глюкокортикоиды повышают содержание глюкозы кро-

ви, активируя мобилизациию гликогена (гликогенфосфорилазу), стимулируя синтез ферментов глюконеогенеза (пируваткарбоксилазу, фосфоенолпируват-

карбоксикиназу, фруктозо-1,6-дифосфатазу и глюкозо-6-фосфатазу). Глюкокорти-

коиды, кроме этого, препятствуют проникновению глюкозы в клетку.

ГИПЕРГЛИКЕМИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ

Гипергликемическим является состоянием, при котором концентрация глюкозы в крови более 6 ммоль/л.

По происхождению выделяют две группы таких состояний: