томский государственный университет
кафедра органической химии

 

ПУТИ ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОВ

Полисахариды, потребляемые организмом в результате метаболизма, поступают частично с пищей (амилоза + амилопектин= крахмал), частично имеют эндогенное происхождение (гликоген). Суточная потребность организма в углеводах- 400-500 г. Источник- мучные изделия, крупы, злаки, фрукты и мед. На начальных этапах происходит расщепление полисахаридов до олиго- и моносахаридов под воздействием ряда ферментов (амилаза, мальтаза, изомальтаза и некоторые другие). Переваривание начинается в тонком кишечнике под воздействием фермента АМИЛАЗЫ поджелудочной железы:

крахмал (АМИЛОЗА) --> МАЛЬТОЗА -->ГЛЮКОЗА

В конечном итоге образуется глюкоза из всех вышеперечисленных полисахаридов. Образовавшаяся глюкоза претерпевает превращения по нескольким направлениям.

1) ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ГЛЮКОЗЫ до Г-6-Ф:

Г-6-Ф непроходим через мембраны. Реакция катализируется ГЕКСОКИНАЗОЙ во всех клетках и ГЛЮКОКИНАЗОЙ в печени. Глюкокиназа не ингибируется Г-6-Ф и в печени накапливается значительное количество Г-6-Ф, предупреждая значительное повышение глюкозы в крови на пике пищеварения.

ПРЕВРАЩЕНИЯ Г-6-Ф

1) Под действием ФОСФАТАЗЫ обратное превращение в глюкозу и фосфат.

2) ФОСФОГЛЮКОМУТАЗА катализирует превращение Г-6-Ф в Г-1-Ф (промежуточный продукт синтеза ГЛИКОГЕНА):


При взаимодействии с УТФ глюкозо-1-фосфат образует УДФ-глюкозу, которая далее переносит остаток глюкозы на растущую цепь гликогена. Регенерация УТФ происходит в результате реакции УДФ с молекулой АТФ.

3) Г-6-Ф-ДЕГИДРОГЕНАЗА превращает Г-6-Ф в ГЛЮКОНОЛАКТОН:

который далее превращается по ПЕНТОЗОФОСФАТНОМУ ПУТИ.

4) Г-6-Ф изомеризуется во ФРУКТОЗО-6-ФОСФАТ и вовлекается в превращения вплоть до углекислого газа и воды (основной путь катаболизма).

ГЛИКОЛИЗ- АНАЭРОБНЫЙ РАСПАД ГЛЮКОЗЫ

Является ПЕРВЫМ ЭТАПОМ распада глюкозы. В процессе гликолиза молекула глюкозы распадается до двух молекул пировиноградной кислоты- пирувата. При этом образуется две молекулы восстановительного эквивалента- NADH, и две молекулы АТФ.

(Обратное превращение пирувата в глюкозу называется глюконеогенезом. Часть стадий глюконеогенеза совпадает со стадиями гликолиза. Это обратимые стадии для обоих процессов. Необратимые стадии гликолиза заменены в глюконеогенезе на превращения, катализируемые другими ферментами. Стадии гликолиза приведены в правом столбце таблицы, глюконеогена- в левом. В центральном столбце показаны интермедиаты превращений и обозначен номер стадии).

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ

интермедиаты

ГЛИКОЛИЗ

Катализаторы стадий
ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗа
(обходные пути) 

ГЛЮКОЗА

Катализаторы стадий гликолиза (в том числе общие с глюконеогенезом)

Г-6-фосфатаза

(с высвобождением Фн)

1- необратимая (ингибитор- Г-6-Ф)

Глюкокиназа (печень)
Гексокиназа (др.клетки)
(с затратой АТФ)  
(с высвобождением АДФ, Фн) 

 ГЛЮКОЗО-6-ФОСФАТ

2

Г-6-Ф-изомераза

ФРУКТОЗО-6-ФОСФАТ

Фруктозо-1,6-бифосфатаза (с высвобождением Фн)

3-необратимая (активаторы- АМФ, Ф-2,6-ДФ, ингибиторы- АТФ, цитрат, Н+)

Фосфофрукто-1-киназа (с затратой АТФ)

ФРУКТОЗО-1,6-ДИФОСФАТ

4

Альдолаза

2 х ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТ

(с затратой 2 NADH)

5

 (с затратой 2NAD+, Фн)
Г-3-Ф-дегидрогеназа

(с высвобождением 2NADH)

2 х 1,3-ДИФОСФОГЛИЦЕРАТ

(с затратой 2АТФ)

6

Фосфоглицераткиназа (с высвобождением 2АТФ)

2 х 3-ФОСФОГЛИЦЕРАТ

7

Фосфоглицератмутаза

2 х 2-ФОСФОГЛИЦЕРАТ

8

Енолаза +Н2О

2 х ФОСФОЕНОЛПИРУВАТ

(ФЕП)

ФЕП-карбоксикиназа (с затратой 2АТФ), (с высвобождением 2СО2)

9б

ОКСАЛОАЦЕТАТ

9-Необратимая

Пируваткиназа (с высвобождением 2АТФ)

Пируваткарбоксилаза (с затратой 2АТФ, 2СО2)

9а

2х ПИРУВАТ (ПВК)

 

10 (ответвление цепи)

Лактатдегидрогеназа (с затратой 2NADН) (с высвобождением 2NAD+)

затрачено 6 АТФ, 2 NADH

2 х ЛАКТАТ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС

получено 2 АТФ, 2 NADH

схема гликолиза


глюконеогенез

Эффекторами стадий превращений в гликолизе являются:

№ стадии

Катализатор гликолитического пути

  

Активатор

  

Ингибитор стадии

1

глюкокиназа (печень), гексокиназа (мышцы)

Г-6-Ф (для гексокиназы)

2

фосфоглюкоизомераза

3

6-фосфофрукто-1-киназа

  

АМФ, фруктозо-2,6-дифосфат

АТФ, цитрат, Н+

4

Ф-1,6-ДФ-альдолаза

5

глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназа

6

 фосфоглицерат-киназа

7

 фосфоглицерат-мутаза

8

 енолаза

9

пируват-киназа

фруктозо-1,6-дифосфат

АТФ, аланин

10

 лактатдегидрогеназа

 

В анаэробных условиях молочная кислота конечный продукт, накапливается в мышцах, оттуда поступает в кровь. В печени и в самих мышцах 1/5 часть ее окисляется до СО2 и Н2О.

Гликолиз протекает в цитоплазме. Иницииаторы гликолиза- совершаемая клетками работа, соответственно, накапливание АМФ. Интенсивная мышечная деятельность усиливает гликолиз, накапливается значительное количество молочной кислоты, в результате чего возникает боль в мышцах. Гликолиз должен сопровождаться удалением восстановительных эквивалентов (NADH), которые одним из челночных механизмов переносят электроны внутрь митохондрий, где те используются в дыхательной цепи (сопряженном фосфорилировании).

Энергетическая эффективность ГЛИКОЛИЗА- 35%, в результате гликолиза образуется (нетто): 2 молекулы АТФ и 2 молекулы NADH, из которых в дыхательной цепи синтезируется 6 молекул АТФ (итого- 8 молекул АТФ). Биологическое значение- образование энергии в моменты максимальной потребности в ней и при кислородном голодании.

Регуляция гликолиза

Влияние ГЛЮКАГОНА. Глюкагон взаимодействует с рецепторами на клеточной мембране. Рецепторы глюкагона связаны с работой аденилатциклазы, которая в результате присоединения глюкагона к рецептору синтезирует медиаторы- 3,5-ц-АМФ. ц-АМФ активирует фермент протеинкиназу А, которая в свою очередь фосфорилирует бифункциональный фермент- 2,6-фруктозобифосфатазу/6-фосфофрукто-2-киназу. Фосфорилированный фермент утрачивает КИНАЗНУЮ активность (превращение фруктозо-6-фосфата во фруктозо-2,6-дифосфат), сохраняя при этом фосфатазную активность(превращение фруктозо-2,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат).


Фруктозо-2,6-дифосфат (Ф-2,6-ДФ) является активатором 6-фосфофрукто-1-киназы и ингибитором фруктозо-1,6-бифосфатазы, поэтому снижение его количества в результате воздействия глюкагона приводит к подавлению гликолиза и активации процесса глюконеогенеза. Такой механизм действия характерен только для клеток печени, где имеется одна из изоформ бифункциональной фосфатазы/киназы (белок из 470 аминокислотных остатков).


В клетках сердечной мышцы имеется другая

изоформа (530 АК), с ПРОТИВОПОЛОЖНЫМ влиянием глюкагона. Механизм ускорения инсулином процесса гликоза до конца не выяснен, имеется предположение, что в нем принимают участие некоторые, неизвестные пока посредники, активирующие протеинфосфатазу, результатом действия которой является ДЕФОСФОРИЛИРОВАНИЕ бифункциональной фосфофруктофосфатазы/киназы, что увеличивает ее киназную активность (см.выше) и снижает фосфатазную. Следствием является накопление фруктозо-2,6-дифосфата и ускорение гликолиза.

БРОЖЕНИЕ- еще одна разновидность АНАЭРОБНОГО расщепления глюкозы (нехарактерно для человеческого организма):

С6Н12О6 ® 2СО2 + 2 С2Н5ОН

Другой путь- молочнокислое брожение:

С6Н12О6 ® 2 СН3СН(ОН)СООН

ВТОРОЙ ЭТАП-окислительное декарбоксилирование с образованием ацетил-КоА:

СН3С(=О)СООН + КоА-SH + NAD+ ® СН3С(=О)-S-КоА + NADH + CO2

Окисление ацетил-КоА до СО2 и Н2О протекает на третьем этапе окисления глюкозы- в цикле трикарбоновых кислот.

ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ (ЦТК, ЦИКЛ КРЕБСА)
ВЕРНУТЬСЯ НА НАЧАЛЬНУЮ СТРАНИЦУ "ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ"
БИОЭНЕРГЕТИКА
ВВЕДЕНИЕ В ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ
ОКИСЛЕНИЕ И СИНТЕЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
ЧЕЛНОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМЕМБРАННОГО ПЕРЕНОСА NADH

© khassanov @ MMII-MMIX