Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Основные метаболические пути и регулвторные этапы Рассмотрим роль основных путей метаболизма и важнейшие этапы, на которых осуществляется регуляция. 1, Гликолиз. В результате этой последовательности реакций, протекающих в цитозоле, одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пирувата. При этом образуются две молекулы АТР и две молекулы ХА!УН. Для того чтобы реакции гликолиза продолжались непрерывно, необходимо регенерировать ХАО~, который расходуется в реакции, катализируемой глнцеральдегид-3-фосфат — дегидрогеназой. В анаэробных условиях, например в активно работающей скелетной мышце, это достигается восстановлением пнрувата до лактата. В аэробных условиях регенерирование г1АО' осуществляется по-иному — путем переноса электронов от 1чА23Н к О, по цепи переносчиков.
Гликолиз выполняет две основные функции: расщепляет глюкозу с образованием АТР и поставляет углеродные скелеты молекул для бносинтетических реакций. Скорость превращения глюкозы в пируват регулируется в соответствии с этими двумя задачами. Важнейший регулируемый этап-фосфофруктокиназа, катализирующая решающую реакцию гликолиза. Высокая концентрация АТР ингибирует фосфофруктокиназу. Ингибирующее действие АТР усиливается в присутствии цитрата и подавляется АМР. Таким образом, скорость гликолиза определяется потребностью в АТР, о которой сигнализирует соотношение АТР/АМР, и потребностью в строительных блоках, о чем сигнализирует концентрация цитрата.
Часть !2!. Биосинтез 284 предпиственииков макромолекул 2. Цикл трикарбоновых кислот. Это заключительный общий путь окисления молекул -источников энергии: углеводов, аминокислот н жирных кислот. Он функционирует в митохондриях. Богатые энергией молекулы вступают в цикл главным образом в виде ацетил-СоА.
При полном окислении одного ацетильного остатка образуются одна молекула ОТР, три молекулы !ч!А!ЭН и одна молекула РА!ЭНг. Затем четыре пары электронов переносятся на О, по цепи переноса электронов; в результате создается градиент концентрации протонов, который обеспечивает синтез одиннадцати молекул АТР. ХА!гН и РА!ЭНг окисляются только в том случае, если А2УР олновременно фосфорилируется до АТР. Это тесное сопряжение называется дыхательным контролем; оно обеспечивает соответствие скорости реакций цикла трикирбоновых кислот потребности в АХР. Кроме того, избыток АТР снижает активность трех ферментов цикла — цитрат-синтазы, изоцитрат-дегидрогеназы и иоксоглутарат-дегндрогеназы.
Помимо этого, цикл трикарбоновых кислот играет важную роль в анаболизме. Он обеспечивает синтез некоторых промежуточных пролуктов, например сукцинил-СоА, служащего источником части углеродного скелета порфиринов. 3. Пентозофосфатный путь. Этот рял реакций, протекающих в цнтозоле, выполняет две функции: генерирование ХА2лРН Фруктовое фосфат Атр Фоефофруктокипззз Инмоирувтоя АТР и цптрвтои Фруктово-П6 Еиофоофзт Рнс. 23.6. Фосфофруктокиназа — ключевой фермент регуляции гликолиза.
для восстановительных реакций биосинтеза и образование рибозо-5-фосфата для синтеза нуклеотидов. Две молекулы ХАВРН образуются при превращении глюкоза-6- фосфата в рибозо-5-фосфат. Решающий этап данного пути — дегидрирование глюкоза-6-фосфата. Эта реакция регулируется концентрацией акцептора электронов ХАРР . Лишняя фосфорильная группа в ХА13РН вЂ” ярлычок, отличающий его от ХАЕгН. Благодаря этому различию в олпом и том же компартменте может поддерживаться высокое соотношение [ХА1лРНЯХА1лР'3 и низкое соотношение [ХАРН]/[ХА1У']. Следовательно, восстановительные реакции биосинтеза и гликолиз могут протекать одновременно с высокой скоростью. 4.
Глюканеагенез. Глюкоза может синтезироваться в печени и почках из предшественников не углеводной природы, таких, как лактат, глицерол и аминокислоты. Различные вещества вступают в реакции этого пути главным образом через пируват, который карбоксилируется в митохондриях с образованием оксалоацатата. Затем оксалоацетат декарбоксилируется и фосфорилируется в цитозоле с образованием фосфоенолпирувата.
Еще две гидролитические реакции, характерные для глюконеогенеза, идут в обход необратимых стадий гликолиза. Глюканеогенез и гликолиз обычно взаимна скоординированы пилим образом, чта в та время, как один путь бездействует, второй весьма активен. Например, АМР ингибирует, а цитрат активирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу-ключевой фермент глюконеогенеза, тогда как на фосфофруктокиназу, определяющую скорость гликолиза, эти молекулы оказывают обратное действие. 5. Синтез и расщепление гликогена. Гликоген †лег мобилизуемая форма запасания энергии. Он представляет собой разветвленный полимер остатков глюкозы. Активированный промежуточный продукт синтеза гликогена — ШУР-глюкоза, которая образуется из глюкоза-1-фосфата и 1УТР.
Гликоген-синтаза катализирует перенос глюкозного остатка с 13ЕзР-глюкозы на концевую гидроксильную группу растущей цепи. Расщепление гликогена идет другим путем. Фосфорилаза катализнрует расщепление гликогена ортофосфатом с образованием глюкоза-1-фосфата. Синтез и расщепление гликогена координируются с по- Гл юкозобчросфат Глюкоювфосфат- дагедрогоназа нлог НАОРН ббмюфогяюконо.б-яактон Пактоназа бфоефоглюконат Рнс. 23.7. Дегидрирование глюкоза-6- фосфата — решающий этап пентозофосфатного пути.
Фруктозо 1,б бнсфосфат н,о Фруктозо бясфосфатаза Активируется цнтратом р, .Ингнбнруется АМР Фруктово.бфосфат Рве. 23.8. Фруктозо - 1,6 - бисфосфатаза— ключевой этап регуляции глюконеогенеза. О Н С вЂ” С вЂ” 3 — СоА Ацетял СоА ФВ + ятя Ацетял СоА — карбоксялаза Активируется цнтратом ЬОР+ Г., Ингнбнруется пальннтонлСоА О !! "'Щ٠— СНт — С вЂ” 8 — СоА Мааонялсод 23.
Интеграция метаболизма Рнс. 23.9. Ацетил-СоА — карбоксилаза— ключевой регуляторный участок синтеза жирных кислот. Плрззат .мощью усгьгивающега каскада„запускаемого гормонам, так что когда неактивна гликагеи-синтаэа, активна фасфаршгаэа, и наоборот. Эти ферменты регулируются посредством фосфорилирования и нековалент.- ных аллосгерических взаимодействий (разд. 16.15). 6. Синтез и расщепление жирных кислапх Жирные кислоты синтезируются в цитозоле путем присоединения двухуглеродных остатков к растущей цепи, закрепленной на ацилпереносяшем белке. Активированный промежуточный продукт малонил-СоА образуется путем карбоксилирования ацетил-СоА, Ацетильные группы переносятся из митохондрий в цитозоль с помощью цитрата.
Этот челночный механизм обеспечивает генерирование части )х)АЕ1РН, необходимого для восстановления присоединенного ацетнльного остатка. Остальной )т)АОРН поступает из пентозофосфатного пути. Цитрат стимулирует ацетил-СаА — карбаксилаэу, фермент, ката.шэирующий решающий этап. Если в клетке имеется иэбьипак АТР и ацвтил-СоА, та концентрация цитрата увеличивается. и это ускоряет синтез жирных кислот.
Расщепление жирных кислот происходит другим путем и в другом компартменте. Они расщепляются до ацетил-СоА в митохондриальном матриксе путем ()-окисления. Затем, если поступает достаточное количество оксалоацетата, ацетил-СоА вступает в цикл трикарбоновых кислот. В противном случае ацетил-СоА может превращаться в кетоновые тела.
ГАРН, и )т)А)ЗН, образующиеся в результате ()-окисления, отдают свои электроны Ог через цепь переноса электронов. Как н цикл трикарбоновых кислот, В-окисление может протекать только прн условии постоянного регенерирования )т)А)Э" и ГАЕК Следовательно, скорость расщепления жирных кислот также связана с потребностью клетки в АТР. 23.4.
Ключевые соеднненикс глюкоза-б-фосфат, пнруват и ацетнл-СоА Факторы, определяющие потоки молекул в метаболических путях, можно описать подробнее, проанализировав три важнейших метаболита, на уровне которых происходит пересечение метаболических путей; Часть И1. Биосинтез 286 предшественников макромолекул глюкоза-б-фосфат, пируват и ацтил-СоА.
Каждое из этих соединений имеет несколько альтернативных путей превращений. 1. Глюкоза-6-фасфат. Глюкоза, поступающая в клетку, быстро фосфорилируется до глюкоза-б-фосфата, который может затем запасаться в виде гликогена, расщепляться до пирувата или превращаться в рибозо-5-фосфат (рис. 23.10). Гликоген образуется в условиях избытка глюкоза-6-фосфата и АТР. Если же АТР и углеродные скелеты молекул расходуются на биосинтетические реакции, глюкоза-6-фосфат вступает в реаКции гликолитического пути.
Таким образом, превращение глюкозо- 6-фосфата в пируват может быть как анаболическим, так и катаболическим процессом. Третий вариант использования глюкоза-б-фосфата, пентозофосфатный путь, поставляет )х)АОРН для восстановительных реакций биосинтеза и рибозо-5-фосфат для синтеза нуклеотидов. Относительные количества этих двух продуктов могут варьировать в очень широких пределах благодаря исключительной гибкости данной последовательности реакций, как это уже обсуждалось выше (разд. 15.6).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
