7.4. Включение фруктозы и галактозы в гликолиз

Включение фруктозы в метаболизм в печени начинается с реакции фосфорилирования, катализируемой фруктокиназой с образованием фруктозо-1-фосфата:

Фруктозо-1-фосфат расщепляется альдолазой на глицеральдегид и диоксиацетонфосфат. Диоксиацетонфосфат включается в пятую реакцию гликолиза.

Глицеральдегид может включаться в гликолиз после его фосфорилирования с участием АТФ. Образовавшийся глицеральдегид-3-фосфат включается в шестую реакцию гликолиза.

Метаболизм фруктозы в мышечной ткани, почках, жировой ткани начинается с ее фосфорилирования при участии гексокиназы и АТФ. Образуется фруктозо-6-фосфат. Реакция ингибируется глюкозой. Далее фруктозо-6-фосфат превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат и включается в четвертую реакцию гликолиза.

Галактоза образуется в кишечнике при гидролизе лактозы. Чтобы превратить галактозу в глюкозу, необходимо провести реакцию эпимеризации. Эта реакция в клетке возможна только с УДФ(уридиндифосфат)-производным галактозы (УДФ-галактоза). Вначале галактоза фосфорилируется, оразуется галактозо-1-фосфат. Затем:

УДФ-галактоза подвергается эпимеризации:

Г-1-Ф  (фосфоглюкомутаза) Г-6-Ф и далее как обычно,

либо Г-1-Ф  (фосфатаза) Г.

Глюкозо-1-фосфат либо превращается под действием фермента фосфоглюкомутазы в глюкозо-6-фосфат и включается во вторую реакции гликолиза, либо превращается в глюкозу при участии фосфатазы.

7.5. Челночные механизмы

Цитозольный НАДH (реакция 6 гликолиза) не может передавать водород на дыхательную цепь, потому что митохондриальная мембрана для него непроницаема. Перенос водорода через мембрану происходит с помощью специальных систем, называемых "челночными". Водород транспортируется через мембрану при участии пар субстратов, связанных соответствующими дегидрогеназами, т.е. с обеих сторон митохондриальной мембраны находится специфическая дегидрогеназа.

Глицеролфосфатная челночная система работает в клетках белых мышц, печени, мозге.

Водород от НАДH в цитозоле передаётся на диоксиацетонфосфат глицерол-3-фосфатдегидрогеназой (НАД-зависимый фермент). Образовавшийся глицерол-3-фосфат окисляется ферментом внутренней мембраны митохондрий - глицерол-3-фосфатдегидрогеназой (ФАД-зависимый фермент). Затем протоны и электроны с ФАДH₂ переходят на убихинон и далее по дыхательной цепи.

1 - глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа;

2 - глицерол-3-фосфатдегидрогеназа (цитозольный фермент);

3 - глицерол-3-фосфатдегидрогеназа (митохондриальныи фермент).

Малат-аспартатная челночная система в которой участвуют малат, цитозольная и митоховдриальная малат-дегидрогеназы, является более универсальной, и работает в сердечной мышце, печени, почках.

В цитоплазме НАДH восстанавливает оксалоацетат в малат (реакция 1), который при участии переносчика проходит в митохондрии, где окисляется в оксалоацетат НАД-зависимой малатдегидрогеназой (реакция 2). Восстановленный НАДН отдаёт водород в митохондриальную ЦПЭ.

1,2 - окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие транспорт водорода из цитозоля в митохондрии на ЦПЭ;

3,4 - транслоказы, обеспечивающие транспорт -кетоглутарата, аспартата и глутамата и через мембрану митохондрий.

Образованный из малата оксалоацетат выйти из митохондрий в цитозоль не может: мембрана митохондрий для него непроницаема. Поэтому оксалоацетат превращается в аспартат, который транспортируется в цитозоль, где снова превращается в оксалоацетат.

Обе челночные системы существенно отличаются по количеству синтезированного АТФ. В первой системе – 2АТФ (водород вводится в ЦПЭ на уровне убихинона). Вторая система энергетически более эффективна – 3АТФ (водород поступает в ЦПЭ с митохондриальным НАД⁺).