Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 30
Текст из файла (страница 30)
15.б. Молекулярная модель карбоксибиотина. 15. Пентозофосфатный путь и глюконеогеиез вращения глюкозы в пируват при гликолизе образуются только две молекулы АТР. Таким образом, избыточная «цена» глюконеогенеза равна четырем высокоэнергетическим фосфатным связям в расчете на одну молекулу глюкозы, синтезируемой из пирувата. Для превращения энергетически неблагоприятного процесса (обращение гликолиза, 66~ = ч-20 ккал/моль) в энергетически благопрятный (глюконеогенез, Л6»' = — 9 ккал,'моль) требуются четыре лишние высокоэнергетические фосфатные связи.
Рассматривая это энергетическое различие между гликолизом и глюконеогевезом под другим углом зрения, напомним, что вклал олного эквивалента АТР изменяет константу равновесия реакции примерно в 10» раз (разд. 11.7). Следовательно, вклад четырех дополнительных высокоэнергетических связей при глюконеогенезе изменяет эту константу в 10" раз; что делает превращение пирувата в глюкозу термодинамически выгодным. 15.19. Глюконеогеез н глнколиз регулируютея реципрокно Глюконеогенез и гликолиз координируются таким образом, что когда активность одного нз этих путей находится на относительно низком уровне, другой путь является высокоактивным.
В случае одновременной высокой активности обеих последовательностей реакций происходил бы гидролнз четырех Р (два АТР + два ОТР) на каждый цикл реакции. В условиях, существующих в клетке, н гликолиз, и глюконеогенез представляют собою высокоэкзергонические процессы, так что термодинамических барьеров для осуществления таких циклов нет. Тот факт, что активность этих двух процессов никогда не достигает высокого уровня одновременно, обусловливается скорее всего соответствующей регуляцией отдельных ферментов каждо~о процесса. Например, АМР стимулирует фосфофруктокнназу (разд. !2.9), но ингибирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу. Цитрат оказывает на эти ферменты противоположное действие.
Следовательно, фосфорилировапие фруктово-бфосфата, этап,,зимитирующий скорость глихилиза, усиливается при низком энергетическом заряде клетки. Напротив, при вы- Часть Н. Генерирование 110 и хранение энергии соком энергетическом заряд» и избытке промежуточных продуктов цикла трикарбояовых кислот происходит гидролиэ фруктозо-!,б-бисфосфата и стимулируется глюконеогенез. Пируваткиназа (разд. 12.7) и пируват-карбоксилаза (разд.
15.!6) также регулируются реципрокно. Фруктозо-1,6- бисфосфат стимулирует, а АТР ннгнбнрует пируваткнназу, тогда как пируват-карбокснлаза стимулируется ацетил-СоА и подавляется АГэР. Таким образом. обогащение клеток печени топливными молекулами и АТР благоприятствует превращению пирувата в фосфоеяолпируват и глюкояеоге еэу, 1520, Субстратные циклы амплифицируют метаболические сигналы и образованне тепла Пара реакций, таких, как фосфорилировпние фрукэ оэо-6-фосфата во фруктозо-!,6- бисфосфат и обратный гидролиз последнего до фруктозо-б-фосфата, называется субстратным циклом. Как у:ке упоминалось, в большинстве клеток эти реакции никогда не осуществляются с максимально возможной скоростью одновременно в силу реципрокного аллостерического контроля, Однако исследования с применением изотопной метки показали, что в ходе глюконеогенеза имеет место фосфорилированне фруктозо-6-фосфата во фруктозо-1,6-бисфосфат.
Ограниченное функционирование таких циклов обнаружено н в случае других пар противоположно направленных необратимых реакций. Наличие таких циклов объясняли несовершенством метаболической регуляции, н субстратные циклы называли иногда бесполезными, или холостыми, циклами. Однако в настоящее время представляется более вероятным, что субстратные циклы имеют определенное биологическое значение.
Одна из возможностей состоит в том, что эти циклы алэплифицируют биологические сигналы. Предположим, что скорость превращения А в В равняется 100, а В в А-90, так что начальный «чистый» выход реакции составляет 10. Примем, что аллостерический эффектор повышает скорость реакции А т — В на 20г', (до 120) и реципрокно снижает скорость реакции  — А на 20;„' (до 72). Новый «чистый выход» равен 48. Таким образом, изменение на 20;; скоростей противоположно направленных реакций приводит к повышению «чнстого выхода» АТР АОР— ь А В— '~'-'с' Р, н,о ° Чисты выход продукта В = 1 0 АТР АОР— ьА  — ь рр ° Ч~ Р, н,о ° Чистый» выход продукта В = 48 Рвс. 15.7.
Пример стимулированного АТР субстратного цикла, функционирующего с двумя различными скоростями. Небольшое изменение скоростей двух противоположно направленных реакций приводит к значительному изменению чистого выхода продукта В. процесса на 480%. В примере, представленном рис. 15.7, такая амплификация достигается путем гидролиза АТР.
Другая потенциальная биологическая роль субстратных циклов состоит в том, чтобы генерировать тепло, продуцируемае при гидролизе АТР. Ярким примером такого феномена служат шмели, которым для полета необходимо поддерживать температуру грудного отдела около 30'С. Шмели способны поддерживать ~акую высокую температуру грудного отдела и осуществлять поиск пищи даже при температуре всего 10'С, потому что их летательная мышца обладает высокой активностью и фосфофруктокиназы, и фруктозобисфосфатазы.
Поскольку эта фруктозобисфосфатаза не ингибируется АМР, есть основание думать, что данный фермент специально предназначен для генерирования тепла. В летательной мышце медоносной пчелы в отличие от мышцы шмеля фруктозобисфосфатазная активность почти отсутствует, и в соответствии с этим пчела не может летать при низкой окружающей температуре, Слишком большая скорость цикла фруктово-6-фосфат фруктозо-1,6-бисфосфат может вызывать избыточное образование тепла. Такое состояние, называемое злокачественной гипертермией, вызывается анестетиком галаганом у чувствительной к нему линии свиней.
15.21. Лактат, образованный сокращающейся мышцей, преврашаетсв в печени в глюкозу Основным сырьем для глюконеогенеза является лактат, образованный активной скелетной мышцей. В сокращающейся скелетной мышце при анаэробных условиях скорость образования пирувата в ходе гликолиза превышает скорость его окисления в цикле трикарбоиовых кислот.
Более того, скорость образования АРАОН при гликолизе выше, чем скорость его окисления в дыхательной цепи. Продолжение гликолиза зависит от наличия 1ЧА1л+ для окисления глицеральдегил-З-фосфата, а генерирование ХА17" осуществляется лактат-дегидрогеназой, которая, восстанавливая пируват в лактат, окисляет ХА1УН в 1ЧАО'.
Лактат-это тупик в метаболизме. Для дальнейших метаболических превращений он должен быть сначала снова превращен в пируват. о рс=о о о С + НАОН + Н+ = Н вЂ” С вЂ” ОН + ЙАО+ СН, пакты СН, Пиррваг 15. Пентозофосфатный путь в глюконеогеиез Единственная цель восстановления пирувата в лактат †э регенерирование 1ЧАР+, необходимого для осуществления гликолиза в активной скелетной мышце. Образование лактата занимает время и перекладывает часть метаболической нагрузки с мьпиц на печень. Плазматические мембраны большинства клеток обладают высокой проницаемостью для лактата и пирувата.
Оба соединения диффундируют из активной склетной мышцы в кровь и переносятся в печень. При этом переносится значительно больше лактата, чем пирувата, из-за высокого значения отношения л Глоко а ГЛИКОЛИЗ Р О В ° ?=Р Пнруват Гл о ота— ?~ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЛ ~ 6- Р-н, Лнруввт Пактат —. Пактат гид-3-фосфат. При этом генерируются АТР и (ь(АТЗРН, а пять из шести углеродных атомов глюкозо-б-фосфата появляются в пирувате. Взаимодействие гликолитического и пентозофосфатного путей обеспечивает возможность постоянного приспособления концентраций ХАОРН, АТР и строительных блоков, например рибозо-5-фосфата и пирувата, для удовлетворения потребностей клеток. Глюконеогенез — это синтез глюкозы из неуглеаодных предшественников, таких, как лактат, аминокислоты и глицерол. Некоторые реакции превращения в глюкозу пирувата, основного «пункта входа», являются общими для глюконеогенеза и гликолиза.
Однако для осуществления глюконеогенеза требуются четыре новые реакции — в обход необратимости соответ- ствующих реакций гликолиза. П ируват карбоксилируется в митохондриях в оксалоацетат, который в свою очередь подвергается декарбоксилированию и фосфорилированию в фосфоенолпируват в цитозоле. В этих реакциях, катализируемых пируваткарбоксилазой и фосфоенолпируват-карбоксикиназой, потребляются две высокоэнергетические фосфатные связи. Пируваткарбоксилаза содержит в качестве простетической группы биотин. Две другие специфические реакции глюконеогенеза — это реакции гидролиза фруктозо-1,6-бисфосфата и глюкозо-б-фосфата, которые катализируются специфическими фосфатазами.
Глюконеогенез и гликолиэ регулируются реципрокно, так что если активность одного из путей относительно понижается, то активность другого пути повышается. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА (сд.), ТЬе Енеугпсх (Зп1 едь то). б. рр. 1 35, Асадетк Ргем. нот( н.с.. Вагд»л ке., 1977. Вюнп епгутех, Апп.
Кот, В(осЬет, 46, 385. 414. 5»биьг б Е. Бгмпаг Я и, Ба»ьх». вбит г НС Ра( Е.Г., 1978. ТЬе с(гас(иге оГ (Ье Патоепгуте ц)и)айюпе гедис(аье, Хайте„273, 120 124 С чего качать Паг»»1»г В. 1... 1976. реп(осе РЬоярЬа1» КогпЬегц А., Ногесьег В. 1.. апд К»Ос»понг оп Ю. Ы-тг, Регца Опппея)пц йс Ра(Ьпау. )п: Согпндеяа Е, Ого 3.
(едя.), В)осЬетиггу, Рег уляана ГГ»игбо)т» Е А 5(ап С., 1973. Ксан)адоп !п МсюЬогвт, %'Псу (В гл. 6 рассматрнвастса регуляпня Гвихолпха н глювонеогепета а печени н корневом слое ночев.) 5о(тд Н.п., Ид(вп В. (»дх.), 1971 Ксциднюп оГ О)нсопеоцепепт, Асадетк Ргехх Нсвт!т)т» Е. А, Сгамгг» В., 1976 Бньигаге сус)сг гп тегаЬо1к гецн)анап впд !п Ьет цепепнюп, ВюсЬ»т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
