Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Глюкоза-6- фосфат может образовываться либо при мобилизации гликогена, либо из пирувата и других неуглеводных предшественников в результате реакций глюконеогенеза. Чуть ниже мы увидим, что низкая концентрация глюкозы в крови стимулирует как гликогенолиз, так и глюконеогенез в нечепи и почках. Эти органы отличаютгя твм, что содержит глюкоза-б-фогфатазу, благодаря которой глюкоза может выделяться в кровь. 2. Лируват. Эта трехуглеродная з-оксо- кислота также лежит в точке пересечения главных метаболических пугей (рис.
23.11). Пируват образуется главным образом нз глюкоза-б-фосфата, лактата и аланина. Лактат — просто восстановленная форма пиру- Глюкоза Т г кгоэовз)тофа В.фоофотлюлонат глюкоза. г фоофат орултозо. гг вфоефат гллзотл 1( Рлоозо.б фоофат Рис. 23,10. Метаболические превращения глюкоза-б-фосфата. Пактат Глюкозе 6 фосфат Оксалоецетат Аленин 3-гиярокси. + — яцеки" Ооа Жирные 3 ивтилглутерил.соА 1 Холосто- Кетоноеые рол тела Рис.
23.11. Метаболические превращения пирувата и ацетил-СоА. вата. Пируват легко восстанавливается под действием лактат-дегидрогеназы. Данная реакция обеспечивает регенерирование ХАП', что позволяет гликолизу непрерывно протекать в анаэробных условиях. Лактат, образующийся в активных тканях, например в сокращающихся мышцах, впоследствии снова окисляется до пирувата. Этот процесс идет главным образом в печени. Смысл этих превращений состоит в том, что они позволяют выиграть время и перемещают часть отходов метаболизма активно работающей мышцы в печень, Еще одна легко обратимая реакция, идущая в цитозоле,-трансаминирование а-оксокислоты пирувата с образованием соответствующей аминокислоты-аланина. Таким путем некоторые аминокислоты могут вступать в реакции основных метаболических путей. Наряду с этим, некоторые аминокислоты могут таким образом синтезироваться из углеводных предшественников.
Следовательно, трансаминирование— основная реакция, связываюгцая метаболизм аминокислот и углеводов. Третий способ использования пирувата-его карбоксилирование внутри митохондрий с образованием оксалоацетата. Эта реакция и последующее превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват идут в обход необратимой стадии гликолиза и позволяют синтезировать глюкозу из пирувата. Кроме того, карбоксилирование пирувата играет важную роль в пополнении промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот. Активация пируват-карбоксилазы под действием ацетил-СоА усиливает синтез оксалоацетата. когда цикл трикарбоновых кислот замедляется из-за истощения этого метаболита. С другой стороны, если цикл трикарбоновых кислот ингибируется избытком АТР, оксалоацетат, синтезированный из пирувата, включается в последовательность реакций глюконеогенеза.
Четвертая важная реакция, в которую вступает пируват;окислительное декарбокснлирование с образованием ацетил-СоА. Эта необратимая реакция, протекающая в митохондриях,— решающий этап метаболизма; она направляет атомы углерода углеводов и аминокислот на путь окисления в цикле трикарбоиовых кислот или синтеза липидов. Комплекс пируват-дегидрогеназы, катализирующий эту необратимую стадию, строго регулируется многочисленными аллостерическими взаимодействиями и ковалентными модификациями. Пируват превращается в ацетил-СоА с высокой скоростью, только если клетке необходимы АТР или двухуглсродные фрагменты для синтеза липидов. 3.
Ацетил-СоА. Основные источники этого активированного двухуглеродного фрагмента-окислительное декарбоксилирование пирувата и ~3-окисление жирных кислот (рис. 23.11). Кроме того, ацетил-СоА образуется из кетогенных аминокислот. О 1~ Н С вЂ” С вЂ” СН вЂ” СОО Ацатоецетет Сукцинил-СоА СоА-тренсферазв оукцинат О О НзС вЂ” С вЂ” СНз — С вЂ” 5 — СоА Ацетоацет ил Соа СоА тиолаза 2 Н,С--С вЂ” 5 -СоА Ацетил Соа Рис. 23.12.
Включение кетоновых тел в цикл трикарбоновых кислот. 23. Интеграция метаболизма 287 Гпицопиз Алании ение белка Печень Мьацы Оргаи Кровь Печень Мозг Мышцы Жировал ткаиь 45 450 0 450 0 400 0 24 000 60 400 8 ! 200 !35000 40 Рис. 23.13. Обмен метаболитами межлу мышцами и печенью. Судьба ацетил-СоА в метаболизме в отличие от многих других молекул строго определена. Ацетильный остаток может быть полностью окислен до СОз в цикле трикарбоновых кислот. Другая возможность — образование 3-гндрокси-3-метилглутарил-СоА из трех молекул ацетил-СоА. Это шестиуглеродное соединение-предшественник холестерола и кетоновых тел.
Третий важный путь использования ацетил-СоА †е экспорт в цитозоль в виде цитрата для синтеза жирных кислот. Важно еше раз подчеркнуть, что в организме млекопитающих ацетил-СоА не может преврагцаться в пируват. Следовательно, у млекопитающих липиды не могут превращаться в углеводы. 23.5. Метаболические особевмости основных органов Метаболизм в мозгу, мьшщах, жировой ткани и печени сильно различается. Рассмотрим различия между этими органами в отношении использования богатых энергией молекул.
1. Мозг. Глюкоза — практически единственный источник энергии в мозгу человека, за исключением условий продолжительного голодания. В мозгу нет запасов богатых энергией молекул, поэтому он нуждается в постоянном поступлении глюкозы. Мозг поглощает около 120 г глюкозы в сутки, что соответствует в энергетическом выражении 420 ккал.
В состоянии покоя мозг расходует около б!У); того количест- Часть 111. Биосинтез 288 предшественников макромолекул ва глюкозы, которое в целом потребляется в организме. При голодании глюкозу в качестве источника энергии для мозга заменяют кетоновые тела Гацетоацетат и его восстановленный аналог 3-гидроксибутират). Ацетоацетат активируется путем переноса СоА с молекулы сукпинил-СоА; при этом образуется ацетоацетил-СоА (рис. 23.12). Затем расщепление тиолазой дает две молекулы ацетил-СоА, которые включаются в цикл трнкарбоновых кислот. Жирные кислоты не могут служить источником энергии для мозга, так как они связаны с альбумином и неспособны проникнуть через гематоэнцефалический барьер.
Итак, кетоновые тела — транспортабельный эквивалент жирных кислот. Чуть ниже мы обсудим, почему использование в качестве энергетических ресурсов не глюкозы, а кетоновых тел имеет важное значение для того, чтобы свести к минимуму распад белков во время голодания. Таблица 23.!. Эиергетичесиве ресурсы у срелиего мунч в Н5 . (Сыа С.и,з., СВ. Ка лс Ме!аь 5 398 19тб) Количество доступной энергии, ккал глюкоза триацил- мобилиили тливо- глицсролы зуемые геи белки 2. Мышцы.
Основные источники энергии в мызицах — глюкоза, жирные кислоты и кетоноеые тела. Мышцы отличаются от мозга большим запасом гликогена (1200 ккал). Около трех четвертых всего гликогена организма находится в мышцах (табл, 23.1). Содержание гликогена в мышцах после еды может достигать 1%. Этот глнкоген легко превращается в глюкоза-бфосфат для последующего использования в мышечных клетках.
В мышцах, как и в мозгу, глюкозо-б-фосфатазы нег, в связи с чем экспорта глюкозы нз этих клеток не происходит. Вместо этого мьпицы задерживают глюкозу, которую они предпочитают другим источникам энергии в периоды повышенной активности. В активно сокращающихся скелетных мышцах скорость гликолиза сильно превосходит скорость цикла трнкарбоновых кислот. Пируват, образующийся в тгнх условиях, большей частью восстанавливается до лакэ а за. Лактат переходит в печень, где он превращается в глюкозу. В результате этих превращений, называемых циклом Кори (разд.
15.21), часть метаболических отходов мышц перемещается в печень. Кроме того, в активно работающей мышце образуется большое количество аланина в результате трансаминирования пирувата. Подобно лактату, алании может превращаться в печени в глюкозу, Совершенно иначе организован метаболизм покоящейся мышцы. В ней основным источником энергии служат жирныг кислоты. Источником энергии для сердечной мышцы могут служить также кетоновые тела. Более того, сердечная мышца предпочитает ацетоацетат глюкозе.
3. Жировая ткань. Запасы триацилглицеролов в жировой ткани содержат огромный резерв метаболической энергии. Он составляет 135000 ккал в организме среднего взрослого мужчины весом 70 кг, Жировая ткань специально приспособлена для этерификации жирных кислот и их высвобождения из триацилглицеролов. У человека основное месго синтеза жирных кислот-печень; поэтому важнейшая биохимическая функция жировй ткани состоит в активации этих жирных кислот н в переносе активированных СоА-производных на глицерол. Глицерол-З-фосфат, ключевой промежуточный продукт этого биосннтеза (разд. 20.!), получается при восстановлении дигидроксиацетонфосфата, который образуется из глюкозы в результате глико- й(нз(л (из печени) гвюкзтз (из печени) гпниероп (е печень) Комплексы »кирмы» киоко» о Ельбумипои (е печень) Рнс.
23.14. Синтез н расщепление триацилглиперолов в жировой ткани. Жирные кислоты поступают в жировую ткань в виде липопротеинов очень низкой плотности (ЛОНП). 23. Интеграция метаболизма лиза. Клетки жировой ткани неспособны фосфорилировать эндогенный глицерол, так как не содержат соответствующей киназы. Поэтому для синтеза триацилглицеролов жировым клеткам необходима глюкоза. Триацилглицеролы гидролиэуются до жирных кислот и глицерола под действием липаз. Реакция, лимитирующая скорость всего процесса,-освобождение первой жирной кислоты иэ триацилглицерола. Его катализирует гормон-зависимая липаза, которая может обратимо фосфорилироваться. Как и при метаболизме гликогена, сАМР выступает в качестве посредника запускаемого гормонам усиливающего каскада. Трнацилглицеролы в жировой ткани постоянно гидролизуются и ресинтезируются.
Глицерол, образующийся при гидролизе, переносится в печень, Если глицерол-3-фосфат имеется в избытке, жирные кислоты снова подвергаются этерификации. Если же вследствие недостатка глюкозы создается дефицит глицерол-З-фосфата, они выделя- 5000 А Рис. 23.15. Электронная микрофотография части клетки печени, активно участвующей в синтезе и секреции частиц липопротеинов очсиь низкой плотности (ЛОНП). Стрелкой отмечен пузырек, выбрасывающий свое содержимое — частицы ЛОНП.
(Печатается с любезного разрешения л-ра Оеогае Ра|аг(е.) пающие из мышц. глицерол-из жировой ткани и глюкогенные аминокислоты, поступающие с пищей. Кроме того, печень играе~ главную раль в регуляции липидного метаболизма. Когда в организме имеегся избыток источников энергии, жирные кислоэы синтезируются в печени, этерифицируются и секретируются в кровь в виде липопротеинов очень низкой плотности (ЛОНП) (рис. 23.15). Эти лнпопротеины плазмы — основной источник жирных кислот, используемых жировой тканью для синтеза триацилглицеролов.
В та же время в условиях голодания печень превращает жирные кислоты в кетоиовые тела. Как же клетки печени выбирают один нз этих взаимоисключающих путей'? Выбор зависит от того, лалжиы ли жирные кислоты проникать в митохоидрнальный матрикс. Напомним, что жирные кислоты с длинной цепью проходят через внутреннкиа митохондриальную мембрану только в том случае, если ани связаны эфирной связью с карнитином (разд. |7.7). Фермент, ката- Рис. 23.16. ются в плазму крови. Таким образом, концентрация глюкозы в жировых клетках— основной фактор, ат которого зависит выделение гкирных кислот в кровь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
