Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Глюкоза может сянтезироваться из яеуглеводных предшественников Мы перейдем теперь к сиюпезу глюкозы из пвуглеводных предгавсгпввнников, процессу, называемому глюконеогвивзом. Этот метаболический путь имеет очень важное значение, поскольку некоторые ткани, и в час~ности мозг, в высшей степени зависят от глюкозы как первичного топлива. Дневная потребность мозга взрослого человека Схематическое изображение доменной структуры глутатион-редуктазы, Каждая субьединица этого димерного фермента состоит из ХА(лР+- домена, ГАВ-домена и пограничного домена. Глутатион связан с ГАВ-доменом одной субъединицы и пограничным доменом другой субъединицы (Бс)тп!гх О.
Е., Яс)йппег В. Н., басЬзепЬеппег %ч Ра) Е. Г., ХаГпге, 237, 123 (1978).) в глюкозе составляет примерно 120 г, т. е. на долю мозга приходится большая часть общей потребности организма в глюкозе (160 г). В жилкостях тела присутствует около 20 г глюкозы, и примерно 190 г глюкозы может быть легко получено из гликогена, ее резервной формы (гл. 16), Таким образом, «прямых» резервов глюкозы вполне достаточно для удовлетворения потребности в ней в течение одного дня. При более длительном голодании для обеспечения жизнеспособности организма глюкоза должна образовываться из неуглеводных источников. Важную роль играет глюконеогенез также в периоды интенсивной физической нагрузки. Основными неуглеводными предшественниками глюкозы служат лакгпав, аыинокислопты и г.тицерол.
Лактат образуется в работающей скелетной мышце, когда скорость гликолиза превосходит скорость превращений в цикле трикарбоновых кислот и в дыхательной цепи (разд. 12.10). Аминокислоты происходят из белков, поступающих с пищей, а при голодании образуются в результате распада белков скелетных мышц 15. Пеятозофосфатяьзй путь и глюкояеогеяез Глюкоза Глюкоза.Ьфосфат 1 Фруктово Е.фосфат 1 Глицеральяегия. дигиярокси- 3 фосфат ацетоифосфат 1,3.оисфосфоглицерат 3-фосфоглицерат 2 фссфоглицерат Фосфоеиолпируаат 1 Оксалоацетат.
1 -- ° Пируаат Рис. 15.5. Путь глюконеогенеза. Отличительные реакции этого пути показаны красными стрелками. Остальные реакции — общие с реакциями гликолиза. Ферменты глюконеогенеза локализованы в цитозоле, кроме пируват-карбоксилазы (в митохондриях) и глюкозо-6-фосфатазы (связана с эндоплазматическим ретикулумом). Указаны этапы («пункты входа»), на которых в глюконеогенез включаются лактат, глицерол и аминокислоты.
(разд. 23.8). В результате гидролиза триацилглицеролов (разд. 17.4) в жировых клетках образуются глицерол и жирные кислоты. Глицерол служит предшественником глюкозы, тогда как жирные кислоты не могут превращаться в организме животных в глюкозу по причинам, которые будут об- Часть П. Генерирование 106 и хранение энергии суждаться позднее (разд. 17.14). По пути глюконеогенеза происходит превращение пирувата в глюкозу.
Включение метаболитов в этот путь происходит в основном на уровне пирувата, оксалоацетата и дипшроксиацетонфосфата (рис. 15.5). Главным местом глюконеогенеза служит печень. Этот процесс протекает также в коре почек, но общее количество глюкозы, образующейся в почках, составляет лишь 1710 такового и печени, что объясняется меньшей массой почечной ткани. Очень незначительный глюконеогенез имеет место в мозгу, а также в скелетной и сердечной мышцах. Скорее всего глюконеогенез в печени и почках обеспечивает такое содержание глюкозы в крови, при котором мозг и мыищы могут извлекать из крови достаточные количества глюкозы для удовлетворения своих метаболических потребностей.
15.14. Глюкоиеогенез — это ие обращение гликолиза При гликолизе глюкоза превращается в пируват, при глюконеогенезе пируват превращается в глюкозу. Однако глюконеогенез — это отнюдь не обращение гликолиза. Ои должен идти по иному пути, поскольку термодинамическое равновесие гликолиза сдвинуто далеко в сторону образования пирувата. В обычных условиях, существующих в клетках, фактическое значение Лб для образования пирувата из глюкозы составляет около — 20 ккал/моль (разд. 12.9).
Уменьшение свободной энергии при гликолизе происходит в основном на трех необратимых стадиях, катализируемых гексокиназой, фосфофруктокиназой и пируваткиназой. Путь глюконеогенеза обходит эти фактически необратимые реакции гликолиза прн помотци следующих новых этапов: 1. Фосфоенолпируват образуется из пиру- вата через оксалоацетат, Вначале происходит карбоксилнрование пирувата в оксалоацетат с потреблением одной молекулы АТР, Затем оксалоацетат подвергается декарбоксилированию и фосфорилированию с образованием фосфоенолпирувата за счет второй высокоэнергетической фосфатной связи. Пируват + СО, + АТР + Н,О Оксалоацетат + АОР + Р; + + 2Н Гликолиз Глюкоиеогеиез Гексокииаза Фосфофруктокииаза Пируваткииаза Глюкозо-б-фосфатаза Фруктово-1,б-бисфосфатаза Пиру»аз-карбоксилаза Фосфоеиоллируват-карбок- сикниаза СН, О Фиефоиноннируват О С НН НН ! ! НС вЂ” СН н с с— Я Н Биотнн 107 соос=о ! сн, 0нруввт э -, з карбоксилаза ~ соос=о ! сн, сооОкоилоицвтвт з г з соо- о С вЂ” Π— Р— О Оксалоацетат + ОТР Фосфоенолпируват + ООР + СОз.
Первая реакция катализируется пируваткарбоксилаэой, вторая в фосфоенолпируваткарбоксикинатой. Суммируя эти реакции, получаем Пируват + АТР + ОТР -1- Н,О Фосфоенолпируват + А)гР + Р; + 2Н+. Данный путь образования фосфоенолпирувата из пирувата термодинамически выгоден, поскольку Лоо равно ф 0,2 ккал/молва в отличие от + 7,5 ккал/моль для реакции, катализируемой пируваткиназой. Это значительно более благоприятное значение ЬГго' обусловлено участием в процессе дополнительной высокоэнергетической фосфатной связи.
2. Фрукгпозо-6-фосфат образуется иэ фруктозо-1,6-бисфосфата путем гидролиза фосфатного эфира при С-1. Этот экзергонический гидролиз катализируется фруктозо-!,б-бисфосфатазой. фруктово-1,6-бисфосфат + Н,О— -г Фруктозо-6-фосфат + Р,. 3. Глюкоза образуетсч путем гидролиза глюкоза-б-фосфата, реакции, катализируе- у»блина 152 Различи» ферментов с~в»азиза н глю- конеогеиеза мой глюкозо-б-фосфатазой. Глюкоза-6-фосфат + Н,О— — Глюкоза + Р;. Глюкозо-6-фосфатаза связана с эндоплазматическим ретикулумом и действует на субстрат, локализованный в цитозоле.
В мозгу и мышцах этого фермента нет, и поэтому глюкоза не вывалится из этих органов. 15.15. Бнотни — мобильный переносчик актнвнрованного СОз Обнаружение того факта, что в митохондриях происходит образование оксалоацетата из пирувата, привело Мертона Аттера (Мегзоп 1111ег) к открытию в 1960 г. пируваткарбоксилазы. Этот фермент представляет особый интерес из-за его каталитических и аллостерических свойств. Пируват-карбоксилаза содержит ковалентно присоединенную простетическую группу, биотин, который функционирует в качестве нереносчика активированного СО . Карбоксильный конец биотнна связан амилной связью с в-аминогруппой специфического остатка лизина. Заметим, что биотин присоединен к пируват-карбокснлазе длинной гибкой цепью. сходной с цепью, связывающей липоамид в пируват-дегидрогеназном комплексе.
15. Пентозофосфатный путь и глюконеогенез о о С внотан ! СН, ОЯ Фермент отн о р- С С=О сн, С 0 О Оаомюачатаз паруааз О !! с НН~ НН ! нс — сн О )! Н2С. С СН2 СН2 СН2 СН2 «С Н Карбоксилирование пирувата протекает в две стадии: Биотин — фермент + АТР + НСО э СО, Биотин — фермент + АОР + Р„ Ма' СО2 - Биотин — -фермент + Пируват Биотин — фермент + Оксалоацетат. Карбоксильная группа в промежуточном продукте карбоксибиотин — фермент связана с атомом Х-1 биотинового кольца.
О Очь !! С вЂ” и мн НС вЂ” СН О ! ! Н С С вЂ” (СН ) — С вЂ” Фермент 2 .5/ 24 Н Карбоаамбиоаии — Фермент (аромажуаочмыб продукт) В этом промежуточном продукте карбок- сильная группа акеивирована. Лб~' для ее отщепления СО Биотин — фермент + Н СО, + Биотин — фермент составляет — 4,7 ккал/мольь что обусловли- вает способность карбоксибиотина к пере- носу СО, на акцепторы без дополнительно- го потребления свободной энергии. Активированная карбоксильная группа переносится затем с карбоксибиотина на пи- Часть КС Ге22ернрованне 108 и хранение энергии руват с образованием оксалоацетата.
Длинная гибкая цепь между биотином и ферментом сообщает этой простетической группе способность поворачиваться от одного активного центра фермента (АТР-бикарбонатный участок) к другому (пируватному участку). 15.16. Пируват-карбокснлаза активируется при участии ацетил-СФА Активность пируват-карбоксилазы зависит от присутствия ацетил-СоА. В отсутствие связанного с ферментом аивтил-СоА 2'или другого близкого к печу ацил-СоА) биотин не карбоксилируется.
Вторая частичная реакция не зависит от ацетил-СоА. Аллостернческая активация пируват-карбокснлазы при участии ацетил-СоА представляет собой важный физиологический механизм контроля. Оксалоацетат, продукт пируваткарбоксилазной реакции, является одновременно и стехиометрическим промежуточным продуктом глюконеогенеза, и каталитическим промежуточным продуктом цикла трикарбоновых кислот. Высокое содержание ацетил-СоА служит сигналом необходимости большего количества оксалоацетаеа. Если имеет место избыток АТР, оксалоацетат потребляется в процессе глюконеогенеза.
В условиях недостатка АТР оксалоацетат включается в цикл трикарбоновых кислот, конденсируясь с ацетил-СоА. Таким образом, пируват-карбоксилаза не только имев~ важное значение для глюконеогенеза, но играет также критическую роль в поддержании необходимой концентрации промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислое.
Указанные промежуточные продукты должны все время восполняться, поскольку они потребляются при некоторых биосинтетических реакциях, например при синтезе гема. Эта роль пируват-карбоксилазы получила название анаплеротической, что означает восполняющая, компенсирующая. о ос ! с=о сн, с о~~ 'о- Оковюацетат 'с о 1 С вЂ” Π— Р— О + !! сн, о- со + вор + ото= Фоофоеноавиртват йктивнрованный Сот описы- ооейннвн типовой вой Чена 15.17. Оксалоацетат переходит но челночному механизму в цнтозоль и преврапьаетсн в фосфоенолпвруват Пируват-карбоксилаза — митохондриальный фермент, тогда как другие ферменты глюконеогенеза находятся в цитоплазме.
Оксалоацетат, продукт пируват-карбоксилазной реакции, переносится через митохондриальную мембрану в форме молота. Его восстановление в малат происходит в митохондриях под действием 1чАОН-зависимой малат-дегидрогеназы. Образующийся при этом малат транспортируется переносчиком через митохондриальную мембрану и вновь окисляется в оксалоацетат ХАО'-зависимой малат-дегидрогеназой цитозоля. Оксалоацетат подвергается в цитозоле одновременно декарбоксилированию и фосфорилироеанию под лействием фосфоенолпируват-карбоксикиназы. На этой стадии происхолит отделение СОн присоединившегося к пирувату под действием прируват-карбоксилазы. Реакция фосфорилирования становится энергетически возможной благодаря одновременному декарбоксилированию.
Процессы декарбоксилирооания часто приводят в движение реикции, которые в ином случае были бы аысокоэндергоническилю. Мы вновь встретимся с этим механизмом в разделе, посвященном синтезу жирных кислот. 15.18. Шесть высокоэнергетических фосфатных связей расходуются нрв синтезе глюкозы из пирувата Стехиометрия глюконеогенеза вается уравнением 2 Пируват + 4 АТР + 2ОТР + + 2о1АОН + 2Н,Π— Глюкоза + + 4АВР + 2ООР + бР, .+ 21чАО' Або = — 9 ккал/моль. Стехиометрия обращения гликолиза носит иной х.арактер: 2 Пируват + 2АТР + 2ХАВН + + 2Н,Π— Глюкоза + 2АРР + + 2Р, + 2МАО Або = + 20 ккал!моль. Заметим, что для синтеза глюкозы из пирувата путем глюконеогенеза используется шесть высокоэнергетических фосфатных связей, тогда как в процессе пре- Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
