8.                Внутримолекулярный перенос оставшейся фосфатной группы, и 3-фосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфорлицериновую кислоту (2-фосфоглицерат):

Реакция легкообратима и протекает в присутствии ионов магния.

9. Реакция катализируется ферментом енолазой, 2-фосфоглицериновая кислота в результате отщепления молекулы воды переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту (фосфоенолпируват), а фосфатная связь в положении 2 становится макроэргической:

10.            Разрыв макроэргической связи и перенос фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ. Кртализируется ферментом пируваткиназой:

11. Восстановление пировиноградной кислоты и образование молочной кислоты (лактата). Реакция протекает при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента НАД*Н2, образовавшегося в шестой ркакции:

Гликолиз в аэробных условиях. В этом процессе можно выделить три части:

1. специфические для глюкозы превращения, завершающиеся образованием пирувата (аэробный гликолиз);

2. общий путь катаболизма (окислительное декарбоксилирование пирувата и цитратный цикл);

3. митохондриальная цепь переноса электронов.

В результате этих процессов глюкоза в печени распадается до С02 и Н20, а освобождающаяся энергия используется для синтеза АТФ (приложение 2).

К обмену углеводов в печени относятся только специфические для глюкозы превращения, где происходит распад глюкозы до пирувата, который можно разделить на два этапа:

1. От глюкозы до глицеральдегидфосфата. В реакциях происходит включение фосфатных остатков в гексозы и превращение гексозы в триозу (приложение 3). Реакции этого этапа катализируют следующие ферменты: гексокиназа или глюкокиназа (1); фосфоглюкоизомераза (2); фосфофруктокиназа (3); альдолаза фруктозо-1,6-бисфосфата (4); фосфотриозоизомераза (5)

2. От глицеральдегидфосфата до пирувата. Это реакции, связанные с синтезом АТФ. Этап завершается превращением каждой молекулы глюкозы в две молекулы глицеральдегидфосфата (приложение 4). В реакциях участвуют пять ферментов: дегидрогеназа глицеральдегидфосфата (6); фосфоглицераткиназа (7); фосфоглицеромутаза (8); енолаза (9); пируваткиназа (10).

Пентозофосфатный (фосфоглюконатный) путь превращения глюкозы обеспечивает клетку гидрированным НАДФ для восстановительных синтезов и пентозами для синтеза нуклеотидов. В пентозофосфатном пути можно выделить две части — окислительный и неокислительный пути.

1.                Окислительный путь включает две реакции дегидрирования, где акцептором водорода служит НАДФ (приложение 5). Во второй реакции одновременно происходит декарбоксилирование, углеродная цепь укорачивается на один атом углерода и получаются пентозы.

2.                Неокислительный путь значительно сложнее. Здесь нет реакций дегидрирования, он может служить только для полного распада пентоз (до С02 и Н20) или для превращения пентоз в глюкозу (приложение 6). Исходными веществами являются пять молекул фруктозо-6-фосфата, в сумме содержащие 30 углеродных атомов, конечный продукт реакции — шесть молекул рибозо-5-фосфата, в сумме также содержащие 30 углеродных атомов.

Окислительный путь образования пентоз и путь возращения пентоз в гексозы вместе составляют циклический процесс:

В этом цикле за один оборот полностью распадается одна молекула глюкозы, все шесть углеродных атомов которой превращаются в С02 [7].

Так же в печени идет обратный гликолизу процесс – глюконеогенез. Глюконеогенез — процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. Глюконеогенез обеспечивает синтез 80-100 г глюкозы в сутки. Первичные субстраты глюконеогенеза — лактат, аминокислоты и глицерол. Включение этих субстратов в глюконеогенез зависит от физиологического состояния организма. Лактат — продукт анаэробного гликолиза. Он образуется при любых состояниях организма в эритроцитах и работающих мышцах. Таким образом, лактат используется в глюконеогенезе постоянно. Глицерол высвобождается при гидролизе жиров в жировой ткани в период голодания или при длительной физической нагрузке. Аминокислоты образуются в результате распада мышечных белков и включаются в глюконеогенез при длительном голодании или продолжительной мышечной работе. Необходимо отметить, что гликолиз протекает в цитозоле, а часть реакций глюконеогенеза происходит в митохондриях [3].

Глюконеогенез в основном протекает по тому же пути, что и гликолиз, но в обратном направлении (приложение 7). Однако три реакции гликолиза необратимы, и на этих стадиях реакции глюконеогенеза отличаются от реакций гликолиза.

Превращение пирувата в фосфоенолпируват (необратимая стадия I) осуществляется при участии двух ферментов: пируваткарбоксилазы и карбоксикиназы фосфоенолпирувата:

Две другие необратимые стадии катализируются фосфатазой фруктозо-1,6-бисфосфата и фосфатазой глюкозо-6-фосфата:

Каждая из необратимых реакций гликолиза вместе с соответствующей ей реакцией глюконеогенеза образует субстратный цикл (приложение 7, реакции 1, 2, 3).

Синтез глюкозы (глюконеогенез из аминокислот и глицерина). Глюкоза в печени может синтезироваться из аминокислот и глицерина. При катаболизме аминокислот в качестве промежуточных продуктов образуются пируват или оксалоацетат, которые могут включаться в путь глюконеогенеза на стадии первого субстратного цикла (приложение 7, реакция 1). Глицерин образуется при гидролизе жиров и может превращаться в глюкозу (приложение 8). Аминокислоты и глицерин используются для синтеза глюкозы главным образом при голодании или при низком содержании углеводов в рационе (углеводное голодание).

Глюконеогенез может так же происходить из лактата. Молочная кислота не является конечным продуктом обмена, но ее образование — это тупиковый путь метаболизма: единственный способ использования молочной кислоты связан с ее превращением вновь в пируват при участии той же лактатдегидрогеназы:

Из клеток, в которых происходит гликолиз, образующаяся молочная кислота поступает в кровь и улавливается в основном печенью, где и превращается в пируват. Пируват в печени частично окисляется, частично превращается в глюкозу — цикл Кори, или глюкозолактатпый цикл:

В организме взрослого человека за сутки может синтезироваться около 80 г глюкозы, главным образом в печени. Биологическое значение глюконеогенеза заключается не только в возвращении лактата в метаболический фонд углеводов, но и в обеспечении глюкозой мозга при недостатке углеводов в организме, например, при углеводном или полном голодании [2].

Синтез гликогена (гликогенез). Как уже говорилось выше, часть глюкозы поступившей в печень используется в синтезе гликогена. Гликоген — разветвленный гомополимер глюкозы, в котором остатки глюкозы соединены в линейных участках a-1,4-гликозидной связью. В точках ветвления мономеры соединены a-1,6-гликозидными связями. Эти связи образуются примерно с каждым десятым остатком глюкозы. Так возникает древообразная структура с молекулярной массой >107Д, что соответствует приблизительно 50 000 остатков глюкозы (приложение 9). При полимеризации глюкозы снижается растворимость образующейся молекулы гликогена и, следовательно, ее влияние на осмотическое давление в клетке. Это обстоятельство объясняет, почему в клетке депонируется гликоген, а не свободная глюкоза.

Гликоген хранится в цитозоле клетки в форме гранул диаметром 10—40 нм. После приёма пищи, богатой углеводами, запас гликогена в печени может составлять примерно 5% от её массы.

Распад гликогена печени служит в основном для поддержания уровня глюкозы в крови в постабсорбтивном периоде. Поэтому содержание гликогена в печени изменяется в зависимости от ритма питания. При длительном голодании оно снижается почти до нуля.

Гликоген синтезируется в период пищеварения (через 1—2 ч после приёма углеводной пищи). Синтез гликогена из глюкозы требует затрат энергии.

Прежде всего глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы и глюкокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фосфат.

Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена.

На первой стадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглюкозу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется ферментом глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой (УДФГ-пирофосфорилаза) (приложение 10).

На второй стадии — стадии образования гликогена — происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество) (приложение 11). При этом образуется б-1,4-гликозидная связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Эта реакция катализируется ферментом гликогенсинтазой. Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ, и таким образом весь цикл превращений глюкозо-1-фосфата начинается сначала.

Установлено, что гликогенсинтаза неспособна катализировать образование б-1,6-гликозидную связь, имеющуюся в точках ветвления гликогена. Этот процесс катализирует специальный фермент, получивший название гликогенветвящего фермента, или амило-1,4-1,6-трансглюкозидазы. Последний катализирует перенос концевого олигосахаридного фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с нередуцирующего конца одной из боковых цепей, насчитывающей не менее 11 остатков, на 6-гидроксиль-ную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена. В результате образуется новая боковая цепь. Ветвление увеличивает скорость синтеза и расщепления гликогена [2].

Распад гликогена или его мобилизация происходят в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между приёмами пищи, распад ускоряется во время физической работы. Распад гликогена происходит при участии двух ферментов: гликогенфосфорилазы и фермента с двойной специфичностью — 4:4-трансферазы-б-1,6-гликозидазы. Гликогенфосфорилаза катализирует фосфоролиз 1,4-гликозидной связи нередуцирующих концов гликогена, глюкозные остатки отщепляются один за другим в форме глюкозо-1-фосфата (приложение 12). При этом гликогенфосфорилаза не может отщеплять глюкозные остатки от коротких ветвей, содержащих менее пяти глюкозных остатков; такие ветви удаляются 4:4-трансферазой-б-1,6-гликозидазой. Этот фермент катализирует перенос фрагмента из трех остатков короткой ветви на концевой глюкозный остаток более длинной ветви; кроме того, он гидролизует 1,6-гликозидную связь и таким образом удаляет последний остаток ветви (приложение 13).

Голодание в течение 24 ч приводит практически к полному исчезновению гликогена в клетках печени. Однако при ритмичном питании каждая молекула гликогена может существовать неопределенно долго: при отсутствии пищеварения и поступления в ткани глюкозы молекулы гликогена уменьшаются за счет расщепления периферических ветвей, а после очередного приема пищи вновь вырастают до прежних размеров.

Глюкозо-1-фосфат, образующийся из гликогена, при участии фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат, дальнейшая судьба которого в печени и в мышцах различна. В печени глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозу при участии глюкозо-6-фосфатазы, глюкоза выходит в кровь и используется в других органах и тканях.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7