- •Обмен углеводов
- •Реакции моносахаридов
- •Олигосахариды
- •Полисахариды
- •Переваривание углеводов в кишечнике
- •Транспорт глюкозы из крови в клетки
- •Нарушения переваривания и всасывания углеводов
- •Метаболизм глюкозы в клетке
- •Дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата
- •Метаболизм глюкозо-6-фосфата
- •Синтез гликогена (гликогеногенез)
- •Распад гликогена (гликогенолиз)
- •Биологическое значение обмена гликогена в печени и мышцах
- •Регуляция синтеза и метаболизма гликогена
- •Регуляция активности гликогенфосфорилазы и глигогенсинтазы
- •1) Фосфорилированная - активная (форма а); 2) дефосфорилированная - неактивная (форма в).
- •Регуляция метаболизма гликогена в печени
- •Регуляция метаболизма гликогена в мышцах
- •Нарушения обмена гликогена
- •Аэробный гликолиз
- •Анаэробный распад глюкозы (анаэробный гликолиз)
- •Значение катаболизма глюкозы
- •Регуляция катаболизма глюкозы
- •Синтез глюкозы в печени (глюконеогенез)
- •Гидролиз фруктозо-1,6-бисфосфата и глюкоза-6-фосфата
- •Синтез глюкозы из лактата
- •Синтез глюкозы из аминокислот
- •Регуляция скорости реакции гликолиза и глюконеогенеза, составляющих субстратные циклы
- •Значение гликолиза в печени для синтеза жиров
- •Регуляция содержания глюкозы в крови
- •Регуляция содержания глюкозы в крови в абсорбтивном и постабсорбтивном периодах
- •Регуляция содержания глюкозы в крови при предельном голодании
- •Регуляция содержания глюкозы в крови в период покоя и во время физической нагрузки
- •Пентозофосфатный путь превращения глюкозы
- •Окислительный этап
- •Неокислительный этап
- •Пентозофосфатный цикл
- •Дефект глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы в эритроцитах
- •Метаболизм фруктозы и галактозы
- •Метаболизм фруктозы
- •Нарушения метаболизма фруктозы
- •Метаболизм галактозы
- •Нарушения метаболизма галактозы
Синтез глюкозы в печени (глюконеогенез)
Некоторые ткани, например мозг, нуждаются в постоянном поступлении глюкозы. Когда поступление углеводов в составе пищи недостаточно, содержание глюкозы в крови некоторое время поддерживается в пределах нормы за счёт расщепления гликогена в печени. Однако запасы гликогена в печени невелики. Они значительно уменьшаются к 6-10 ч голодания и практически полностью исчерпываются после суточного голодания. В этом случае в печени начинается синтез глюкозы de novo - 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. Процесс протекает в основном в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также в слизистой оболочке кишечника. Эти ткани могут обеспечивать синтез 80-100 г глюкозы в сутки. На долю мозга при голодании приходится большая часть потребности организма в глюкозе. Это объясняется тем, что клетки мозга не способны, в отличие от других тканей, обеспечивать потребности в энергии за счёт окисления жирных кислот.
Кроме мозга, в глюкозе нуждаются ткани и клетки, в которых аэробный путь распада невозможен или ограничен, например эритроциты, клетки сетчатки, мозгового слоя надпочечников и др.
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.
Включение субстратов в глюконеогенез.
Реакции глюконеогенеза
Большинство реакций глюконеогенеза протекает за счёт обратимых реакций гликолиза и катализируется теми же ферментами. Однако 3 реакции гликолиза термодинамически необратимы. На этих стадиях реакции глюконеогенеза протекают другими путями.
Необходимо отметить, что гликолиз протекает в цитозоле, а часть реакций глюконеогенеза происходит в митохондриях.
Рассмотрим более подробно те реакции глюконеогенеза, которые отличаются от реакций гликолиза и происходят в глюконеогенезе с использованием других ферментов. Рассмотрим процесс синтеза глюкозы из пирувата.
Образование фосфоенолпирувата из пирувата - первая из необратимых стадий
глюконеогенеза
Гликолиз и глюконеогенез. Ферменты обратимых реакций гликолиза и глюконеогенеза: 2 - фосфоглюкоизоме-раза; 4 - альдолаза; 5 - триозофосфатизомераза; 6 - глицеральдегидфосфатдегидрогеназа; 7 -фосфоглицераткиназа; 8 - фосфоглицератмутаза; 9 - енолаза. Ферменты необратимых реакций глюконеогенеза: 11 - пируваткарбоксилаза; 12 - фосфоенолпируваткарбоксикиназа; 13 - фруктозо-1,6-бисфосфатаза; 14 -глюкозо-6-фосфатаза. I-III -субстратные циклы.
Образование фосфоенолпирувата из пирувата происходит в ходе двух реакций, первая из которых протекает в митохондриях. Пируват, образующийся из лактата или из некоторых аминокислот, транспортируется в матрикс митохондрий и там карбоксилируется с образованием оксалоацетата.
Образование оксалоацетата из пирувата.
Пируват-карбоксилаза, катализирующая данную реакцию, - митохондриальный фермент, коферментом которого является биотин. Реакция протекает с использованием АТФ.
Дальнейшие превращения оксалоацетата протекают в цитозоле. Следовательно, на этом этапе должна существовать система транспорта оксалоацетата через митохондриальную мембрану, которая для него непроницаема. Оксалоацетат в митохондриальном матриксе восстанавливается с образованием маната при участии NADH (обратная реакция цитратного цикла).
Превращение оксалоацетата в малат.
Образовавшийся малат затем проходит через митохондриальную мембрану с помощью специальных переносчиков. Кроме того, оксалоацетат способен транспортироваться из митохондрий в цитозоль в виде аспартата в ходе малат-аспартатного челночного механизма.
В цитозоле малат вновь превращается в оксалоацетат в ходе реакции окисления с участием кофермента NAD+. Обе реакции: восстановление оксалоацетата и окисление малага катализируют малатдегидрогеназа, но в первом случае это митохондриальный фермент, а во втором - цитозольный. Образованный в цитозоле из малата оксалоацетат затем превращается в фосфоенолпируват в ходе реакции, катализируемой фосфоенолпируваткарбоксикиназой - ГТФ-зависимым ферментом.
Превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват.
Образование оксалоацетата, транспорт в цитозоль и превращение в фосфоенолпируват. 1 - транспорт пирувата из цитозоля в митохондрию; 2 - превращение пирувата в оксалоацетат (ОА); 3 - превращение ОА в малат или аспартат; 4 - транспорт аспартата и малата из митохондрии в цитозоль; 5 - превращение аспартата и малата в ОА; 6 - превращение ОА в фосфоенолпируват.
протекают в цитозоле вплоть до образования фруктозо-1,6-бисфосфата и катализируются гликолитическими ферментами.
Следует отметить, что этот обходной участок глюконеогенеза требует расхода двух молекул с макроэргическими связями (АТФ и ГТФ) в расчёте на одну молекулу исходного вещества - пирувата. В пересчёте на синтез одной молекулы глюкозы из двух молекул пирувата расход составляет 2 моль АТФ и 2 моль ГТФ или 4 моль АТФ (для удобства рассуждений предлагается считать, что энергозатраты на синтез АТФ и ГТФ равны).