Пируваткиназная реакция
гликолиза необратима, поэтому невозможно
получить фосфоенолпируват (ФЭП) непосредственно
из пирувата. В клетке эта трудность
преодолевается с помощью обходного
пути, в котором участвуют два
дополнительных фермента, не работающие
при гликолизе. Вначале пируват
подвергается энергозависимому карбоксилированию
с участием биотинзависимого фермента
пируват- карбоксилазы: СООН СООН | | 2 С=О
+ 2 СО2+ 2 АТФ ------> 2 С=О + 2 АДФ + 2 Ф | | СН3 СН2
Пируват | СООН Щавелевоуксусная к-та А
затем в результате энергозависимого
декарбоксилирования щавелевоуксуная
кислота превращается в ФЭП. Эту
реакцию катализирует фермент фосфоенолпируваткарбоксикиназа
(ФЭП-карбоксикиназа) , а источником
энергии является ГТФ: СООН Щавелево-
| 2 уксусная + 2 ГТФ -------> 2 С ~О-РО3Н2 +2 ГДФ
+2 Ф кислота | СН2 Фосфоенолпируват Далее
все реакции гликолиза вплоть
до реакции, катализируемой фосфофруктокиназой
обратимы. Необходимо лишь наличие 2 молекул
восстановленного НАД, но он получен
в ходе лактатдегидрогеназной реакции.
Кроме того, необходимы 2 молекулы АТФ
для обращения фосфоглицераткиназной
киназной реакции: 2 ФЭП + 2 НАДН+Н+ + 2 АТФ
----> Фр-1,6-бисФ + 2НАД++ 2АДФ + 2Ф Необратимость
фосфофруктокиназной реакции преодолевается
путем гидролитеческого отщепления от
Фр-1,6-бисФ остатка фосфорной кислоты,
но для этого требуется дополнительный
фермент фруктозо- 1,6-бисфосфатаза: Фр-1,6-бисФ
+ Н2О ----> Фр-6-ф + Ф Фруктозо-6-фосфат изомеризуется
в глюкозо-6-фосфат, а от последнего гидролитеческим
путем при участии фермента глюко- зо-6-фосфатазы
отщепляется остаток фосфорной кислоты,
чем преодолевается необратимость гексокиназной
реакции: Гл-6-Ф + Н2О ------> Глюкоза + Ф Суммарное
уравнение глюконеогенеза из лактата:
2 лактат + 4 АТФ + 2 ГТФ -------> Глюкоза + 4
АДФ 6 Н2О -------> 2 ГДФ + 6 Ф
Из уравнения следует,
что на синтез 1 молекулы глюкозы
из 2 молекул лактата клетка затрачивает
6 макроэргических эквивалентов. Это
означает, что синтез глюкозы будет
идти лишь в том случае, когда
клетка хорошо обеспечена энергией.
Промежуточным метаболитом
глюконеогенеза являются ЩУК, которая
одновременно является и промежуточным
метаболитом цикла трикарбонывых
кислот. Отсюда следует: любое соединение,
углеродный скелет которого может быть
превращен в ходе обменных процессов
в один из промежуточных продукта
цикла Кребса или в пируват, может
через преобразование его в ЩУК
быть использовано для синтеза глюкозы.
Этим путем для синтеза глюкозы
используются углеродные скелеты ряда
аминокислот. Некоторые аминокислоты,
например, аланин или серин, в ходе
своего расщепления в клетках
преобразуются в пируват, также,
как мы уже выяснили, являющийся
промежуточным продуктом глюконеогенеза.
Следовательно, и их углеродные скелеты
могут быть использованы для синтеза
глюкозы. Наконец, при расщеплении
глицерола в клетках в качестве
промежуточного продукта образуется 3-фосфоглицериновый
альдегид, который тоже может включаться
в глюконеогенез.Это означает, что
синтез глюкозы будет идти лишь в
том случае, когда клетка хорошо
обеспечена энергией.
Промежуточным метаболитом
глюконеогенеза являются ЩУК, которая
одновременно является и промежуточным
метаболитом цикла трикарбонывых
кислот. Отсюда следует: любое соединение,
углеродный скелет которого может быть
превращен в ходе обменных процессов
в один из промежуточных продукта
цикла Кребса или в пируват, может
через преобразование его в ЩУК
быть использовано для синтеза глюкозы.
Этим путем для синтеза глюкозы используются
углеродные скелеты ряда аминокислот.
Некоторые аминокислоты, например, аланин
или серин, в ходе своего расщепления в
клетках преобразуются в пируват, также,
как мы уже выяснили, являющийся промежуточным
продуктом глюконеогенеза. Следовательно,
и их углеродные скелеты могут быть использованы
для синтеза глюкозы. Наконец, при расщеплении
глицерола в клетках в качестве промежуточного
продукта образуется 3-фосфоглицериновый
альдегид, который тоже может включаться
в глюконеогенез.
Мы выяснили, что
для протекания глюконеогенеза требуется
4 фермента, не принимающих участия
в окислительном расщеплении
глюкозы - это пируваткарбоксилаза,
фосфоенолпируваткарбоксикиназа, фруктозо-1,6-бисфосфатаза
и глюкозо-6-фосфатаза. Естественно
ожидать, что регуляторными ферментами
глюконеогенеза будут ферменты, не
принимающие участие в расщеплении
глюкозы. Такими регуляторными ферментами
являются пируваткарбоксилаза и
фруктозо-1,6-бисфосфатаза. Активность
пируваткарбоксилазы ингибируется
по аллостерическому механизму высокими
концентрациями АДФ, а активность Фр-1,6бисфосфатазы
также по аллостерическому механизму
угнетается высокими концентрациями АМФ.
Таким образом, в условиях дефицита
энергии в клетках глюконеогенез
будет заторможен, во-первых, из-за недостатка
АТФ, а, во-вторых, из-за аллостерического
ингибирования двух ферментов глюконеогенеза
продуктами расщепления АТФ -- АДФ
и АМФ. Нетрудно заметить, что скорость
гликолиза и интенсивность глюконеогенеза
регулируются реципрокно. При недостатке
энергии в клетке работает гликолиз
и ингибирован глюконеогенез, в
то время как при хорошем энергетическом
обеспечении клеток в них работает
глюконеогенез и ингибировано расщепление
глюкозы.
Важным звеном в
регуляции глюконеогенеза являются
регуляторные эффекты ацетил-КоА, который
выступает в клетке как аллостерический
ингибитор пируватдегидрогеназного
комплекса и одновременно служит
аллостерическим активатором пируваткарбоксилазы.
Накопление ацетил-КоА в клетке,
образующегося в больших количествах
при окислении высших жирных кислот,
ингибирует аэробное окисление глюкозы
и стимулирует её синтез.
Биологическая роль
глюконеогенеза чрезвычайно велика,
так как глюконеогенез не только
обеспечивает органы и ткани глюкозой,
но еще и перерабатывает образующийся
в тканях лактат, препятствуя тем
самым развитию лактат-ацидоза. За сутки
в организме человека за счет глюконеогенеогенеза
может быть синтезировано до 100-120
г глюкозы, которая в условиях
дефицита углеводов в пище в первую
очередь идет на обеспечение энергетики
клеток головного мозга.
Кроме того, глюкоза
необходима клеткам жировой ткани
как источник глицерола для синтеза
резервных триглицеридов, глюкоза
необходима клеткам различных тканей
для поддержания нужной им концентрации
промежуточных метаболитов цикла
Кребса, глюкоза служит единственным
видом энергетического топлива
в мышцах в условиях гипоксии, её
окисление является также единственным
источником энергии для эритроцитов.
Соединения смешанной
природы, одним из компонентов которых
является углевод, получили собирательное
название - гликоконьюгаты. Все гликоконьюгаты
принято делить на три класса:
1. Гликолипиды.
2. Гликопротеиды
(на углеводный компонент приходится
не более 20% общей массы молекулы)
.
3. Гликозаминопротеогликаны
(на белковую часть молекулы
обычно приходится 2-3% общей массы
молекулы) .
Биологическая роль
этих соединений была рассматрена ранее.
Следует лишь еще раз упомянуть
о большом разнообразии мономерных
единиц, образующих углеводные компоненты
гликоконьюгатов: моносахариды с различным
числом атомов углерода, уроновые кислоты,
аминосахара, сульфатированные формы
различных гексоз и их производных,
ацетилированные формы аминосахаров
и др. Эти мономеры могут быть
соединены между собой различными
типами гликозидных связей с образованием
линейных или разветвленных структур,
и если из 3 различных аминокислот
можно построить лишь 6 различных
пептидов, то из 3 мономеров углеводной
природы можно построить до 1056
разных олигосахаридов. Такое разнообразие
структуры гетерополимеров углеводной
природы говорит о колоссальном
объёме содержащейся в них информации,
вполне сопоставимом с объемом информации.
- ОБМЕН
ЖИРОВ
ЖИРЫ (липиды) - органические
соединения состоящие из глицерина
и жирных кислот.
Функции жиров в
организме:
Защитная - защита
организма от переохлаждения, а
органы и ткани от повреждения
(травм).
Пластическая (жиры
являются обязательной составной
частью протоплазмы, ядра и
мембран клеток).
Энергетическая
- по энергетической ценности
жиры значительно превосходят
все другие пищевые вещества,
при окислении 1 г жиров освобождается
около 9,3 ккал.
Различают нейтральные
жиры (триацилглицеролы), фосфолипиды,
стероиды (холестерин).
Поступившие с пищей
нейтральные жиры в кишечнике
расщепляются до глицерина и жирных
кислот. Эти вещества всасываются -
проходят через стенку тонкого кишечника,
вновь превращаются в жир и
поступают в лимфу и кровь.
Кровь транспортирует жиры в ткани,
где они используются в качестве
энергетического и пластического
материала. Липиды входят в состав клеточных
структур. Жиры могут откладываться
в организме в виде запасов, которые
используются при голодании. Жиры, как
энергетический материал используется
главным образом при выполнении
длительной физической работы умеренной
и средней интенсивности (работа
в режиме аэробной производительности
организма). В начале мышечной деятельности
используются преимущественно углеводы,
но по мере уменьшения их запасов начинается
окисление жиров.
Обмен липидов тесно
связан с обменом белков и углеводов.
Поступающие в избытке в организм
углеводы и белки превращаются в
жир. При голодании жиры, расщепляясь,
служат источником углеводов.
Суточная потребность
в жирах - 25-30% от общего числа калорий.
Суточная потребностьнезаменимых жир-
ных кислот около 10 г. Недостаток жирных
кислот проявляется похуданием, снижением
рудоспособности, нарушением всасывания
жирорастворимых витаминов (А, Д, Е,
К) с проявлением их недостаточности.
Избы- ток жирных кислот приводит к гиперхолестеринемии
с возможным развитием атеросклероза
и ожирения.
Недостаток незаменимых
жирных кислот приводит к нарушению
функций почек, кожным нарушениям, повре-
ждениям клеток, метаболическим расстройствам.
Избыток незаменимых жирных кислот
приводит к повышен- ной потребности
токоферола (витамина Е).
Жировой обмен, совокупность
процессов превращения нейтральных
жиров и их биосинтеза в организме
животных и человека. Ж. о. можно разделить
на следующие этапы: расщепление
поступивших в организм с пищей
жиров и их всасывание в желудочно-кишечном
тракте; превращения всосавшихся
продуктов распада жиров в
тканях, ведущие к синтезу жиров,
специфичных для данного организма;
процессы окисления жирных кислот,
сопровождающиеся освобождением биологически
полезной энергии; выделение продуктов
Ж. о. из организма.
В полости рта
жиры никаким изменениям не подвергаются:
в слюне нет расщепляющих жиры
ферментов. Расщепление жиров начинается
в желудке, однако здесь оно протекает
с небольшой скоростью, т. к. липаза
желудочного сока может действовать
только на предварительно эмульгированные
жиры, в желудке же отсутствуют
условия, необходимые для образования
жировой эмульсии. Лишь у детей
раннего возраста, получающих с пищей
хорошо эмульгированные жиры (молоко),
расщепление жиров в желудке
может достигать 5%. Основная часть
жиров пищи подвергается расщеплению
и всасыванию в верхних отделах
кишечника. В тонком кишечнике жиры
гидролизуются липазой (вырабатываемой
поджелудочной железой и железами
кишечника) до моноглицеридов и в
меньшей степени до глицерина
и жирных кислот. Степень расщепления
жиров в кишечнике зависит
от интенсивности поступления в
кишечник жёлчи и от содержания в
ней жёлчных кислот. Последние
активируют кишечную липазу и эмульгируют
жиры, делая их более доступными
действию липазы; кроме того, они
способствуют всасыванию свободных
жирных кислот. Всосавшиеся жирные
кислоты в слизистой оболочке
кишечника частично используются для
ресинтеза жиров и др. липидов,
специфичных для данной ткани
организма, частично в виде свободных
жирных кислот переходят в кровь.
Механизм синтеза триглицеридов
из жирных кислот связан с активацией
последних путём образования их
соединений с коферментом А (КоА). Вновь
синтезированные триглицериды, а также
триглицериды, всосавшиеся в нерасщеплённом
виде, и свободные жирные кислоты могут
переходить из стенки кишечника как в
лимфатическую систему, так и в систему
воротной вены. Триглицериды, поступившие
в лимфатическую систему через грудной
проток, переходят небольшими порциями
в общий круг кровообращения и могут отлагаться
в жировых депо организма (подкожная жировая
клетчатка, сальник, околопочечная клетчатка
и т. д.). Большая же часть триглицеридов
и жирных кислот, поступивших в систему
воротной вены, задерживается в печени,
подвергаясь там дальнейшим превращениям.
В ходе промежуточного обмена в тканях
под влиянием тканевых липаз жиры расщепляются
до глицерина и жирных кислот, при дальнейшем
окислении которых выделяется большое
количество энергии, накапливаемой в виде
аденозинтрифосфорной кислоты. Окисление
глицерина связано с образованием уксусной
кислоты, которая в виде ацетил-КоА вовлекается
в трикарбоновых кислот цикл. На этом этапе
происходит пересечение Ж. о. с обменом
белков и углеводов. Окисление высших
жирных кислот в тканях человека и животных
протекает иначе. Активированные высшие
жирные кислоты в виде соединений с КоА
реагируют с карнитином, образуя его производные,
способные проникать через мембраны митохондрий.
Внутри митохондрий жирные кмслоты последовательно
окисляются с освобождением активных
двууглеродных компонентов — ацетил-КоА,
который вовлекается в цикл трикарбоновых
кислот или используется на др. реакции
биосинтеза. Ж. о. находится под контролем
нервной системы и гормонов гипофиза,
надпочечников и половых желез. Повреждая,
например, гипоталамическую область мозга,
можно вызвать ожирение животного.