Центральным биосинтетическим путем является образование глюкозы из неуглеводных предшественников. У всех высших животных и человека биосинтез глюкозы абсолютно необходимый процесс. Глюкоза крови служит единственным или главным источником энергии для нервной системы (в том числе и для мозга), а также для почек, семенников, эритроцитов и для всех тканей эмбриона. У человека один только мозг потребляет 120 г глюкозы в сутки.
Образование глюкозы из неуглеводных предшественников называется глюконеогенезом (образование нового сахара).
В процессе глюконеогенеза глюкоза синтезируется из лактата, пирувата, глицерола, и большинства аминокислот, из промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты.
Глюконеогенез протекает в печени и значительно менее интенсивно – корковом веществе почек.
При гликолизе глю превращается в пируват, при глюконеогенезе пируват превращается в глюкозу. Глюконеогенез это не обращение гликолиза, т.к. в гликолизе есть 3 необратимые стадии, катализируемые гексокиназой, фосфофруктокиназой и пируваткиназой.
Пути глюконеогенеза обходят эти 3 необратимые реакции гликолиза при помощи следующих новых этапов:
- Фосфоенолпируват ббразуется из пирувата через оксалоацетат.
Первый этап в обходной последовательности реакций катализируется митохондриальной пируваткарбоксилазой. Этот биотинзависимый фермент катализирует образование оксалоацетата из пирувата:
Пируват + СО2+АТФоксалоацетат+АДФ+Рн
Пируваткарбоксилаза – регуляторный фермент; в отсутствии ацетил-КоА который служит для нее положительным регулятором, она почти полностью лишена активности.
Оксалоацетат, образующийся в митохондриях из пирувата обратомо восстанавливается за счет НАДН с образованием малата:
Митох. НАДН+Н+ + Оксалоацетат НАД+малат
Малат из митохондрий поступает в цитозоль. В цитозоле малат под действием цитозольной НАД-зависимой малатдегидрогеназы превращается в оксалоацетат:
Цитозоль Малат + НАД+Оксалоацетат+ НАДН+Н+
Дальше оксалоацетат под действием фосфоенолпируваткарбоксикиназы превращается в фосфоенолпируват:
Оксолоацетат+ГТФФеП+СО2 +ГДФ
Донором фосфата в этой реакции служит ГТФ – гуанозинтрифосфат.
- Вторая реакция гликолиза, которая не может использоваться для глюконеогенеза – это реакция фосфорилирования фру-6-ф, катализируемая фосфофруктокиназой.
В глюконеогенезе действует обходной путь с участием фруктозодифосфатазы, которая катализирует необратимый гидролиз фру-1,6-дф с образованием фру-6-ф
Фру-1,6-дф фру-6-ф
Фруктозодифосфотаза – регуляторный фермент, нуждается в ионах Mg2+ . Ингибируется АМФ, активируется АТФ.
- Третьей обходной реакции в синтезе глюкозы является дефосфорилирование глю-6-ф с образованием глю.
Дефосфорилирование осуществляется под действием глюкозы-6-фосфатазы:
Глю-6-фглю
Глюконеогенез требует значительных затрат энергии. Стадии глюконеогенеза, требующие затрат энергии:
Пир + СО2 + АТФоксалоацетат + АДФ + Фн
Оксалоацетат + ГТФФЕП + СО2 + ГДФ
3ФГК1,3ФГК
На каждую молекулу глю потребуется 6 высокоэнергетических фосфатных групп – 4 от АТФ и 2 от ГТФ.
Кроме того, для восстановительных этапов требуется 2 молекулы НАДН:
1,3 ДФГК + НАДН + Н+3ФГА + НАД+
Суммарная реакция:
2Пир + 4 АТФ + 2 ГТФ + 2 НАДН + 2 Н+ + 4 Н2О Глю + 2 НАД+ + 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 Рн
Главную роль из метаболитов ЦТК, используемых в глюконеогенезе играют: цитрат, изоцитрат, -кетоглутарат, сукцинат, фумарат, малат.
Важно отметить, что в норме ацетил-КоА не используется как предшественник глю, так как он не может превратиться в пируват.
В глюкозу могут превращаться глюкогенные аминокислоты: аланин, глутамат, аспартат, которые превращаются соответственно в пируват, оксалоацетат и -кетоглутарат:
Глукогенные аминокислоты
Превращаются в пир: ала, сер, цис, гли
Превращаются в оксалоацетат: асп, асн
Превращаются в сукцинил-КоА: вал, тре, мет
Превращаются в -кетоглутарат: глу, глн, про, арг, гис.
Поставляют атомы углерода для синтеза глю и кетоновых тел: фен,тир, изолей, лиз, три
Синтез глю из малых молекул предшественников идет в период после восстановления после мышечной нагрузки, например после бега на сто метров. В этом случая в качестве источника энергии служит гли, который окисляется с образованием лак и выделением АТФ. Т.к. кислорода в тканях не хватает, лактат не может подвергаться дальнейшим превращениям и поступает в кровь.
Закончивший стометровку спринтер в начале дышит тяжело, но постепенно его дыхание выравнивается и становится нормальным. К этому периоду возвращается к норме и содержание лак. За время восстановления (до 30 мин) лактат удаляется из крови в печень и превращается в процессе гликонеогенеза в глю крови. Глю крови возвращается в мышцы:
Алкоголь тормозит глюконеогенез.
Потребление больших количеств алкоголя резко тормозит глюконеогенез в печени, вследствие чего понижается содержание глю в крови, т.е. возникает гипогликемия. Это особенно сказывается после тяжелой физической нагрузки и на голодный желудок, уровень глю может понизиться до 40 и даже 30% от нормы. Гипогликемия не благоприятно сказывается на функции мозга. Она особенно опасна для тех областей мозга, которые контролируют температуру тела. Температура тела может понизиься на 20С. Старый обычай, предписывающий давать спасенным на море или в пустыне голодным или обессилившим людям водку, физиологически неоправдан и даже опасен; в таких случаях следует давать глю.
Биосинтез глюкозы (глюконеогенез). Возможные предшественники, последовательность реакций. Глюкозолактатный цикл (цикл Кори). Физиологическое значение.
Схема глюконеогенеза:
В митохондриях: Лактат ↔ПВК → оксалоацетат (для этой р-ии:биотин,СО2,АТФ,пируваткарбоксилаза)→ малат .
Малат → (карбоксилаза, +ГТФ,- СО2) ФЭПВК(обход пируваткиназы) ↔ фру-1,6-дифосфат (обход фосфофруктокиназы) → (фосфотаза, -Фн) фру-6ф → (изомераза) глю-6ф (обход гексокиназы) → (глю-6-фосфотаза, -Фн) глюкоза –печень, почки
2 лактата + 6 АТФ → глюкоза.
Цикл Кори (глюкозо-лактатный цикл)
ПЕЧЕНЬ КРОВЬ МЫШЦЫ
Глю → глю → глю
↑ ↓
Гликоген
↓
Лактат ← 4/5 лактата ← 2 лактата
↓
ПВК
↓
АцКоА → ЦТК → СО2 + Н2О + АТФ
Значение цикла Кори:
- обеспечивает утилизацию лактата
- предотвращает накопление лактата и лактатный ацидоз
Глюконеогенез:
- образование глю из неуглеводных продуктов
- обр-ие глю из углеводных продуктов – обращение гликолиза
- т.к. 3 киназные р-ии гликолиза необратимы. То глюконеогенез идет путем сочетания прямых р-ий и р-ий, идущих в обход необратимых
- субстраты глюкогенеза: 1.лактат – анаэроб гликолиза 2.глицероальдегид – липолиз 3.аминокислоты – глюкогенные
Схема глюконеогенеза:
В митохондриях: Лактат ↔ПВК → оксалоацетат (для этой р-ии:биотин,СО2,АТФ,пируваткарбоксилаза)→ малат .
Малат → (карбоксилаза, +ГТФ,- СО2) ФЭПВК(обход пируваткиназы) ↔ фру-1,6-дифосфат (обход фосфофруктокиназы) → (фосфотаза, -Фн) фру-6ф → (изомераза) глю-6ф (обход гексокиназы) → (глю-6-фосфотаза, -Фн) глюкоза –печень, почки
2 лактата + 6 АТФ → глюкоза
