Тимин О.А. Лекции по общей биохимии2020 (832729), страница 39
Текст из файла (страница 39)
В следующий второй этап входят две молекулы глицеральдегидфосфата, каждая изкоторых окисляется до пирувата с образованием 2-х молекул АТФ в седьмой и десятой реакциях – реакциях субстратного фосфорилирования. Таким образом, суммируя, получаем, чтона пути от глюкозы до пирувата в чистом виде образуется 2 молекулы АТФ.Строение и обмен углеводов208Ранее при расчете эффективности окисления коэффициент P/O для НАДH принимался равным 3,0, для ФАДH2 – 2,0.По современным данным значение коэффициента P/O для НАДH соответствует 2,5,для ФАДH2 – 1,5.Однако надо иметь в виду и шестую, глицеральдегидфосфат-дегидрогеназную, реакцию,из которой выходит НАДН.
Если условия анаэробные, то он используется в лактатдегидрогеназной реакции, где окисляется для образования лактата и в получении АТФ не участвует.Аэробное окислениеЕсли в клетке имеется кислород, то молекула НАДН из шестой реакции гликолизанаправляется в митохондрию, на процессы окислительного фосфорилирования. Там его окисление приносит дивиденды в виде 2,5 молей АТФ.Образовавшийся в гликолизе пируват в аэробных условиях превращается вПВК-дегидрогеназном комплексе в ацетил-SКоА, при этом образуется 1 молекула НАДН (2,5моля АТФ).Ацетил-SКоА вовлекается в ЦТК и, окисляясь, дает 3 молекулы НАДН, 1 молекулуФАДН2, 1 молекулу ГТФ.
Молекулы НАДН и ФАДН2 движутся в дыхательную цепь, где приих окислении в сумме образуется 9 молекул АТФ. В целом при сгорании одной ацетогруппыв ЦТК образуется 10 молекул АТФ.Суммируя результаты окисления "гликолитического" и "пируватдегидрогеназного"НАДН, "гликолитический" АТФ, энергетический выход ЦТК и умножая все на 2, получаем 32молекулы АТФ.Для расчета коэффициента P/O (см "Окислительное фосфорилирование/КоэффициентP/O") подсчитываемo количество АТФ образованного в митохондриях АТФ-синтазой – это соответствует значению P,o количество НАДН и ФАДН2, поступивших в дыхательную цепь – это значение соответствует числу восстановленных атомов кислорода (O), включенных в молекулу воды.После расчетов получаем P=28 и O=12.
Таким образом, величина P/O для аэробногоокисления глюкозы равна 2,33.Общее уравнение аэробного окисления глюкозы имеет вид:C6H12O6 + 6 O2 + 32 АДФ + 32 Фн 6 CO2 + 44 H2О + 32 АТФbiokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)209ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗВ клетках организма всегда существует потребность в глюкозе:o для эритроцитов глюкоза является единственным источником энергии,o нервная ткань потребляет около 120 г глюкозы в сутки, что составляет до 70% глюкозыобразующейся в печени, притом эта величина практически не зависит от интенсивностиее работы. Только в экстремальных ситуациях (длительное голодание) она способна получать энергию из неуглеводных источников (из кетоновых тел),o глюкоза играет весомую роль для поддержания необходимых концентраций метаболитовцикла трикарбоновых кислот (в первую очередь оксалоацетата).Таким образом, при определенных ситуациях – при низком содержании углеводов впище, голодании, длительной физической работе – организм должен иметь возможность получить глюкозу.
Это достигается процессом глюконеогенеза.Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата,глицерола, кетокислот цикла Кребса и других кетокислот, из аминокислот. Процесс включаетвсе обратимые реакции гликолиза, и особые обходные пути, т.е. он не полностью повторяетреакции окисления глюкозы. Его реакции проходят во всех тканях, кроме последней глюкозо6-фосфатазной реакции, которая может идти только в печени и почках.
Поэтому, строго говоря, глюконеогенез идет только в этих двух органах.Как указывалось, в гликолизе существуют три необратимые реакции: пируваткиназная(десятая), фосфофруктокиназная (третья) и гексокиназная (первая). На этих реакциях существуют энергетические барьеры, которые при глюконеогенезе обходятся с помощью дополнительных реакций.Строение и обмен углеводов210Все аминокислоты, кроме кетогенных лейцина и лизина, способны участвовать в синтезеглюкозы.
Углеродные атомы глюкогенных аминокислот полностью включаются в молекулуглюкозы, других аминокислот (смешанных) – частично.Кроме получения глюкозы, глюконеогенез обеспечивает и уборку "шлаков" – лактата,постоянно образуемого в эритроцитах или при мышечной работе и глицерола, являющегосяпродуктом липолиза в жировой ткани.О БХ ОДД Е С ЯТОЙ Р Е АК ЦИИ Г ЛИ К ОЛИЗ АНа этом этапе глюконеогенеза работают два основных фермента – в митохондриях пируваткарбоксилаза и в цитозоле фосфоенолпируват-карбоксикиназа.В митохондриях пируваткарбоксилаза превращает пировиноградную кислоту в оксалоацетат.
Необходимо отметить, что эта реакция идет в клетке постоянно, являясь анаплеротической (пополняющей) реакцией ЦТК.Далее оксалоацетат должен попасть в цитозоль и превратиться в фосфоенолпируват. Однако дело осложняется непроницаемостью мембраны для оксалоацетата. Зато через мембрануможет пройти малат, предшественник оксалоацетата по ЦТК. Повернуть малатдегидрогеназную реакцию ЦТК вспять позволяет избыток НАДН в митохондриях. НАДН поступает из-окисления жирных кислот, активируемого в условиях недостаточности глюкозы в гепатоците.
В результате малат накапливается, выходит в цитозоль и здесь превращается обратно воксалоацетат.В цитоплазме фосфоенолпируват-карбоксикиназа осуществляет превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват, для реакции требуется энергия ГТФ. От молекулы отщепляетсятот же углерод, что и присоединяется.О БХ ОДТР Е ТЬЕ Й РЕ АК ЦИ И Г ЛИ К ОЛИЗ АВторое препятствие на пути синтеза глюкозы – фосфофруктокиназная реакция – преодолевается с помощью фермента фруктозо-1,6-дифосфатазы. Этот фермент есть в почках, печени, поперечно-полосатых мышцах. Таким образом, эти ткани способны синтезировать ифруктозо-6-фосфат и глюкозо-6-фосфат.biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2020г)О БХ ОД211П ЕР В ОЙ Р Е АК ЦИ И Г ЛИ К ОЛИЗ АПоследняя реакция катализируется глюкозо-6-фосфатазой. Она имеется только в печени и почках, следовательно, только эти ткани могут продуцировать свободную глюкозу.После завершения глюконеогенеза глюкоза выходит в кровь и разносится по организму.ВЗ АИ МООТ НО ШЕ НИЯГЛИКО ЛИЗ А И ГЛЮКО НЕ О ГЕ НЕЗ АТак как синтез и окисление глюкозы являются крайне важными для существованияклетки (гликолиз) и всего организма (глюконеогенез), то регуляция этих процессов отвечаетзапросам органов и тканей при различных условиях.Поскольку гликолитическое окисление глюкозы:o является способом получения энергии и в аэробных и в анаэробных условиях, то ононепрерывно происходит во всех клетках и, конечно, должно и будет активировано приусилении работы клетки, например, сокращение миоцита, движение нейтрофилов;o является источником глицерола и ацетил-SКоА, используемых для синтеза жиров в гепатоцитах и адипоцитах, то такое окисление активируется при избытке глюкозы в клетке.Глюконеогенез, как образование глюкозы в печени из неуглеводных компонентов, необходим:o при гипогликемии во время мышечной нагрузки – синтез из молочной кислоты, поступающей из мышц, из глицерола, образующегося при мобилизации жиров;o при гипогликемии при голодании – синтез из аминокислот, образующихся при катаболизме белков, и из молочной кислоты.Таким образом, при голодании или физической нагрузке глюконеогенез, идущий в печени, обеспечивает глюкозой все остальные клетки и органы (эритроциты, нервная ткань,мышцы и др.), в которых активны процессы, требующие глюкозу.
Поступление глюкозы в этиклетки также необходимо, чтобы поддержать концентрацию оксалоацетата и обеспечить сгораниев ЦТК ацетил-SКоА, получаемого из жирных кислот или кетоновых тел.РЕГУЛЯЦ ИЯГЛИКОЛИЗ А И ГЛЮК ОНЕО ГЕ НЕЗ АВ целом можно выделить два способа регуляции гликолиза и глюконеогенеза: гормональная и метаболическая, т.е. при помощи промежуточных или конечных продуктов обмена глюкозы.Существуют три участка, на которых происходит регуляция:o первая реакция гликолиза,o третья реакция гликолиза и обратимая ей,Строение и обмен углеводовo212десятая реакция гликолиза и обратимые ей.Регуляция глюконеогенезаГормональная активация глюконеогенеза осуществляется глюкокортикоидами, которые увеличивают синтез пируват-карбоксилазы, фосфоенолпируваткарбоксикиназы,фруктозо-1,6-дифосфатазы.
Глюкагон стимулирует те же самые ферменты через аденилатциклазный механизм путем фосфорилирования.Кроме гормонов, имеются метаболическая регуляция, при которой аллостерически активируется пируваткарбоксилаза при помощи ацетил-SКоА, фруктозо-1,6-дифосфатазапри участии АТФ.Регуляция гликолизаГликолиз стимулируется инсулином, повышающим количество молекул гексокиназы,фосфофруктокиназы, пируваткиназы.
В печени активность глюкокиназы регулируется гормонами: активацию вызывает инсулин и андрогены, подавляют ее активность глюкокортикоиды и эстрогены. Активность гексокиназ других клеток повышается инсулином, адреналином, тиреоидными гормонами, снижается – глюкокортикоидами и соматотропином.К метаболической регуляции наиболее чувствительна фосфофруктокиназа. Она активируется АМФ и собственным субстратом, ингибируется – АТФ, лимонной кислотой, жирными кислотами. Пируваткиназа активируется фруктозо-1,6-дифосфатом. Гексокиназа клеток (кроме гепатоцитов) ингибируется продуктом собственной реакции – глюкозо-6-фосфатом.ВКЛЮЧЕНИЕНЕУГ ЛЕВОД НЫ Х ВЕ ЩЕСТ В В ГЛЮКО НЕО ГЕ НЕЗСинтез глюкозы из аминокислотРяд аминокислот являются глюкогенными, то есть их углеродные скелеты в той или инойстепени способны включаться в состав глюкозы.
Такими является большинство аминокислот,кроме лейцина и лизина, углероды которых никогда не участвуют в синтезе углеводов.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)213В качестве примера синтеза глюкозы из аминокислот рассмотрим участие в этом процессе глутамата, аспартата, серина и аланина.Аспарагиновая кислота (после реакции трансаминирования) и глутаминовая кислота(после дезаминирования) превращаются в метаболиты ЦТК, соответственно, в оксалоацетат и-кетоглутарат.Аланин, трансаминируясь, образует пировиноградную кислоту, которая способна карбоксилироваться до оксалоацетата. Оксалоацетат, являясь первым элементом в процессе глюконеогенеза, далее включается в состав глюкозы.Серин в трехступенчатой реакции под воздействием сериндегидратазы теряет аминогруппу и превращается в пируват, который вступает в глюконеогенез.Синтез глюкозы из глицеринаПри физической нагрузке под влиянием адреналина или при голодании, особенно длительном, под влиянием глюкагона и кортизола, в адипоцитах активно происходит распад триацилглицеролов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
