Як білок перетворюється на глюкозу?

а) Глюконеогенез - утворення вуглеводів з білків та жирів. Коли запаси вуглеводів в організмі стають нижчими за норму, деяка кількість глюкози може утворюватися з амінокислот і складової частини жирів — гліцеролу. Цей процес називають глюконеогенез.

Глюконеогенез особливо важливий для попередження суттєвого зниження рівня глюкози у крові під час голодування. Глюкоза є основним субстратом, що використовується для отримання енергії такими тканинами, як нервова тканина і клітини крові, тому в крові має бути достатня кількість глюкози в проміжках між їдою, які можуть становити кілька годин.

Печінка відіграє ключову роль у підтримці рівня глюкози в крові натще, забезпечуючи перетворення депонованого глікогену на глюкозу (глікогеноліз), а також шляхом синтезу глюкози, головним чином з лактату та амінокислот (глюконеогенез). Приблизно 25% глюкози, синтезованої печінкою натще, утворюється шляхом глюконеогенезу, що сприяє доставці необхідного мозку кількості глюкози.

В умовах тривалої відсутності їжі значна кількість глюкози може утворюватися у нирках з амінокислот та інших попередників.

Приблизно 60% амінокислот із присутніх в організмі білків вільно перетворюються на вуглеводи. Інші 40% мають хімічну структуру, що ускладнює їх перетворення на вуглеводи або робить цей процес неможливим. Перетворення кожної амінокислоти на глюкозу пов'язане з індивідуальними особливостями хімічних реакцій.

Наприклад, шляхом дезамінування аланін може безпосередньо перетворюватися на піровиноградну кислоту; потім піровиноградна кислота перетворюється на глюкозу або запасається у вигляді глікогену. Більшість використовуваних амінокислот може об'єднуватися, перетворюючись на різні цукру, що містять 3, 4, 5 і навіть 7 атомів вуглецю. Потім вони вступають у фосфоглюконатні реакції і перетворюються на глюкозу.

Таким чином, шляхом дезамінування та деяких простих перетворень велика кількість амінокислот стає глюкозою. Подібним способом гліцерол також перетворюється на глюкозу або глікоген.

б) Регуляція глюконеогенезу. Зменшення кількості вуглеводів у клітинах або зниження цукру в крові є основним стимулом збільшення швидкості глюконеогенезу. Крім того, зменшення кількості вуглеводів може стати причиною зміни напрямку гліколітичних або фосфоглюконатних реакцій, що сприяє перетворенню дезамінованих амінокислот на вуглеводи, поряд з гліцеролом. Такий гормон, як кортизол, відіграє важливу роль у регуляції процесів глюконеогенезу.

в) Роль кортикотропіну та глюкокортикоїдів у глюконеогенезі. Якщо кількість вуглеводів у клітинах не відповідає нормальному рівню, це з не зовсім зрозумілої причини призводить до того, що аденогіпофіз починає продукувати велику кількість гормону кортикотропіну. Кортикотропін стимулює кору надниркових залоз до продукції великих кількостей глюкокортикоїдних гормонів, особливо кортизолу.

У свою чергу, кортизол мобілізує білки з більшості тканин організму, підвищуючи рівень амінокислот у рідких середовищах організму. Більшість амінокислот, що виділяються, відразу дезамінується в печінці і стає прекрасним субстратом для перетворення в глюкозу.Таким чином, один з найважливіших способів стимуляції глюконеогенезу опосередкований виділенням глюкокортикоїдів з кори надниркових залоз.

г) Глюкоза крові. Нормальна концентрація глюкози в крові, взятій натще через 3-4 години після прийому їжі, становить 90 мг/дл. Після їди, що містить велику кількість вуглеводів, рівень глюкози в крові іноді досягає майже 140 мг/дл, навіть якщо у людини немає цукрового діабету.

Регуляція концентрації глюкози у крові тісно пов'язана з гормонами підшлункової залози, інсуліном та глюкагоном; це питання докладно викладено в окремій статті на сайті (просимо вас скористатися формою пошуку вище) у зв'язку з функціями цих гормонів.

Редактор: Іскандер Мілевскі. Дата поновлення публікації: 18.3.2021

Метаболізм вуглеводів
Глюконеогенез

Глюконеогенез – синтез глюкози із невуглеводних продуктів. Такими продуктами або метаболітами є насамперед молочна та піровиноградна кислоти, так звані глікогенні амінокислоти, гліцерол та ряд інших сполук. Іншими словами, попередниками глюкози в глюконеогенезі може бути піруват або будь-яка сполука, що перетворюється в процесі катаболізму на піруват або один із проміжних продуктів циклу трикарбонових кислот*.

У хребетних найбільш інтенсивно глюконеогенез протікає у клітинах печінки та нирок (у кірковій речовині).

Більшість стадій глюконеогенезу є зверненням реакції гліколізу. Тільки 3 реакції гліколізу (гексокіназна, фосфофруктокіназна та піруваткиназна) незворотні, тому в процес глюконеогенезу на 3 етапах використовуються інші ферменти. Розглянемо шлях синтезу глюкози з пірувату.

* У вищих рослин та мікроорганізмів у процесі глюконеогенезу важливу роль відіграє гліоксилатний цикл. Завдяки даному циклу вищі рослини та мікроорганізми здатні перетворювати двовуглецеві метаболіти, а отже, і ацетил-КоА на вуглеводи. У клітинах тварин відсутні два ключові ферменти гліоксилатного циклу: ізоцитрат-ліаза та малат-синтаза, тому у них цей цикл здійснюватися не може.

Утворення фосфоенолпірувату з пірувату. Синтез фосфоенолпірувату здійснюється у кілька етапів. Спочатку піруват під впливом піруваткарбоксилази та за участю СО₂ та АТФ карбоксилюється* з утворенням оксалоацетату:

Потім оксалоацетат в результаті декарбоксилювання та фосфорилювання під впливом ферменту фосфоенолпіруваткарбоксилази перетворюється на фосфоенолпіруват. Донором фосфатного залишку реакції служить гуанозинтрифосфат (ГТФ):

Встановлено, що у процесі утворення фосфоенолпірувату беруть участь ферменти цитозолю та мітохондрій.

Перший етап синтезу протікає у мітохондріях (рис. 10.6). Піруваткарбоксилаза, що каталізує цю реакцію, є алостеричним мітохондріальним ферментом. Як алостеричний активатор даного ферменту необхідний ацетил-КоА. Мембрана мітохондрій непроникна для оксалоацетату, що утворився. Останній тут же, у мітохондріях, відновлюється в малат:

Реакція протікає за участю мітохондріальної НАД-залежної малатдегідрогенази. У мітохондріях відношення НАДН/НАД + відносно велике, у зв'язку з чим внутрішньомітохондріальний оксалоацетат легко відновлюється малат, який легко виходить з мітохондрії через мітохондріальну мембрану.У цитозолі відношення НАДН/НАД + дуже мало, і малат знову окислюється за участю цитоплазматичної НАД-залежної малатдегідрогенази:

* У реакцію вступає так звана активна форма СО₂, у освіті якої, крім АТФ, бере участь біотин (див. розділ 7).

Подальше перетворення оксалоацетату на фосфоенолпіруват відбувається в цитозолі клітини.

Перетворення фруктозо-1,6-бісфосфату на фруктозо-6-фосфат. Фосфоенолпіруват, що утворився з пірувату, внаслідок низки оборотних реакцій гліколізу перетворюється на фруктозо-1,6-бісфосфат. Далі слідує фосфофруктокіназна реакція, яка необоротна. Глюконеогенез йде в обхід цієї ендергонічної реакції. Перетворення фруктозо-1,6-бісфосфату на фруктозо-6-фосфат каталізується специфічною фосфатазою:

Утворення глюкози з глюкозо-6-фосфату. У наступній оборотній стадії біосинтезу глюкози фруктозо-6-фосфат перетворюється на глюкозо-6-фосфат. Останній може дефосфорилуватися (тобто реакція йде в обхід гексокіназної реакції) під впливом ферменту глюкозо-6-фосфатази:

Мал. 10.6. Утворення фосфоенолпірувату з пірувату.

1 - піруваткарбоксилаза; 2 – малатдегідрогеназа (мітохондріальна); 3 – малатдегідрогеназа (цитоплазматична); 4 - фосфоенолпіруват-карбоксикіназа.

Мал. 10.7. Гліколіз та глюконеогенез. Червоними стрілками вказані «обхідні» шляхи глюконеогенезу при біосинтезі глюкози з пірувату та лактату; цифри у гуртках позначають відповідну стадію гліколізу.

На рис. 10.7 представлені «обхідні» реакції глюконеогенезу при біосинтезі глюкози з пірувату та лактату.

Регулювання глюконеогенезу. Важливим моментом у регуляції глюконеогенезу є реакція, що каталізується піруваткарбоксилазою.Роль позитивного алостеричного модулятора цього ферменту виконує ацетил-КоА. За відсутності ацетил-КоА фермент майже повністю позбавлений активності. Коли клітини накопичується мітохондріальний ацетил-КоА, біосинтез глюкози з пірувату посилюється. Відомо, що ацетил-КоА одночасно є негативним модулятором піруватдегідрогеназного комплексу (див. далі). Отже, накопичення ацетил-КоА уповільнює окисне декарбоксилювання пірувату, що також сприяє перетворенню останнього на глюкозу.

Інший важливий момент у регуляції глюконеогенезу – реакція, що каталізується фруктозо-1,6-бісфосфатазою – ферментом, який інгібується АМФ. Протилежну дію АМФ чинить на фосфофруктокіназу, тобто для цього ферменту він є алостеричним активатором. При низькій концентрації АМФ та високому рівні АТФ відбувається стимуляція глюконеогенезу. Навпаки, коли величина відношення АТФ/АМФ мала, у клітині спостерігається розщеплення глюкози.

У 1980 р. групою бельгійських дослідників (Г. Херс та ін.) у тканині печінки було відкрито фруктозо-2,6-бісфосфат, який є потужним регулятором активності двох перерахованих ферментів:

Фруктозо-2,6-бісфосфат активує фосфофруктокіназу та інгібує фруктозо-1,6-бісфосфатазу. Підвищення в клітині рівня фруктозо-2,6-бісфосфату сприяє посиленню гліколізу та зменшенню швидкості глюконеогенезу. При зниженні концентрації фруктозо-2,6-бісфосфату відзначається зворотна картина.

Встановлено, що біосинтез фруктозо-2,6-бісфосфату походить із фруктозо-6-фосфату за участю АТФ, а розпадається він на фруктозо-6-фосфат та неорганічний фосфат. Біосинтез і розпад фруктозо-2,6-бісфосфату каталізується тим самим ферментом, тобто.даний фермент біфункціональний, він має і фосфокіназну, і фосфатазну активність:

Показано також, що біфункціональний фермент, у свою чергу, регулюється шляхом цАМФ-залежного фосфорилювання. Фосфорилювання призводить до збільшення фосфатазної активності та зниження фосфокіназної активності біфункціонального ферменту. Цей механізм пояснює швидкий вплив гормонів, зокрема глюкагону, на рівень фруктозо-2,6-бісфосфату у клітині (див. розділ 16).

Активність біфункціонального ферменту регулюється також деякими метаболітами, серед яких найбільше значення має гліцерол-3-фосфат. Дія гліцерол-3-фосфату на фермент за своєю спрямованістю аналогічна ефекту, який спостерігається при його фосфорилуванні за допомогою цАМФ-залежних протеїнкіназ.

В даний час фруктозо-2,6-бісфосфат, крім печінки, виявлений і в інших органах і тканинах тварин, а також у рослин та мікро-організмів.

Показано, що глюконеогенез може регулюватися непрямим шляхом, тобто. через зміну активності ферменту, що безпосередньо не бере участі в синтезі глюкози. Так, встановлено, що фермент гліколізу піруваткіназу існує в 2 формах - L і М. Форма L (від англ. liver - печінка) переважає в тканинах, здатних до глюконеогенезу. Ця форма інгібується надлишком АТФ та деякими амінокислотами, зокрема аланіном. М-форма (від англ. muscle - м'язи) такої регуляції не схильна. В умовах достатнього забезпечення клітини енергією відбувається пригнічення L-форми піруваткінази. Як наслідок інгібування уповільнюється гліколіз та створюються умови, що сприяють глюконеогенезу.

Нарешті, цікаво відзначити, що між гліколізом, що інтенсивно протікає в м'язовій тканині при її активній діяльності, і глюконеогенез, особливо характерним для печінкової тканини, існує тісний взаємозв'язок. При максимальній активності м'язів у результаті посилення гліколізу утворюється надлишок молочної кислоти, що дифундує в кров, у печінці значна її частина перетворюється на глюкозу (глюконеогенез). Така глюкоза потім може бути використана як енергетичний субстрат, необхідний діяльності м'язової тканини. Взаємозв'язок між процесами гліколізу в м'язовій тканині та глюконеогенезом у печінці може бути представлений у вигляді схеми:

Біологічна бібліотека – матеріали для студентів, вчителів, учнів та їх батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми лише конвертуємо у зручний формат матеріали, які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Якщо ви володієте авторським правом на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його або отримати посилання на місце комерційного розміщення матеріалів, зверніться для погодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми витратили багато зусиль, щоб привести інформацію у зручний вигляд.

БІОХІМІЯ ТА МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ - В. ЕЛЛІОТ - 2002

РОЗДІЛ 11. СИНТЕЗ ГЛЮКОЗИ В ОРГАНІЗМІ (ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ)

Організм може синтезувати глюкозу із сполук, здатних попередньо перетворитися на піруват, тобто з більшості амінокислот і лактату, що надходить у кров із працюючих м'язів. Сукупність таких перетворень називають глюконеогенез. Глюкоза не може бути синтезована з ацетил-СОА та жирних кислот. Глюконеогенез дозволяє як би зберегти енергію перетворень як глікогену. Однак крім цього глюконеогенез часом рятує організм від загибелі.

Мозок потребує безперервного забезпечення глюкозою. Це означає, що, щоб уникнути коми або смерті, рівень глюкози в крові повинен підтримуватися в межах норми. Тим часом запаси глікогену в печінці невеликі та повністю вичерпуються після добового голодування.

Люди, однак, залишаються живими і за більш тривалої відсутності їжі. В цьому випадку надходження глюкози в кров забезпечується печінкою. Жоден інший орган (крім нирок, вклад яких невеликий) не здатний виконати це завдання. Після добового голодування печінка має задовольнити потребу людини у глюкозі (близько 100 г на день).

На задоволення основних енергетичних потреб організму запасу жирів вистачає тижня, але жирні кислоти не проникають через гематоэнцефалический бар'єр і тому можуть використовуватися мозком. Мобілізація жирів призводить до утворення кетонових тіл, чия присутність у крові певною мірою зменшує потребу в глюкозі (див. с. 84), проте необхідність її синтезу при цьому не зникає. Потреба мозку в глюкозі при голодуванні залишається незмінною. До того ж мозок лише один із основних її споживачів. Глюкози потребують клітини сітківки, мозкового шару нирок, еритроцити, тобто всі тканини і клітини, життєдіяльність яких значною мірою або повністю (еритроцити взагалі позбавлені мітохондрій!) підтримується анаеробним метаболізмом.

Глюконеогенез у печінці починається з пірувату, який є вихідною сполукою і при синтезі жирних кислот.Здається, він може пов'язати дві гілки метаболізму. Однак перетворення пірувату на ацетил-СоА у тварин незворотне, тому вони не можуть переробити жирні кислоти на глюкозу.

Механізм синтезу глюкози з пірувату

Серед реакцій гліколізу три термодинамічно незворотні (див. рис. 8.7):

1) АТР-залежне фосфорилювання глюкози гексокіназою (або глюкокіназою);

2) фосфорилювання фруктозо-6-фосфату фосфофруктокіназою;

3) перетворення фосфоенолпірувату на піруват. Глюкоза синтезується з пірувату з утворенням тих самих проміжних сполук, що і при гліколізі, але для того, щоб обійти незворотні реакції, доводиться обирати інші шляхи.

Перший термодинамічний бар'єр потрібно подолати в ході перетворення пірувату на фосфоенолпіруват. Оскільки спонтанне перетворення енольної форми пірувату в кетоформу сильно екзоергонічно (велика негативна величина ∆G°′), реакція Фосфоенолпіруват -> Піруват необоротна. Тому у тварин перетворення пірувату на фосфоенолпіруват відбувається обхідним шляхом, у дві стадії з використанням двох макроергічних фосфатів, що роблять це перетворення термодинамічно вигідним:

Схема цих перетворень представлена ​​рис. 11.1.

Мал. 11.1. Глюконеогенез у печінці: утворення фосфоенолпірувату з пірувату (ФЕП – фосфоенолпіруват). Зверніть увагу, що ці реакції утворюють холостий цикл, якщо не блокувати зворотне перетворення ФЕП на піруват. Про те, як це досягається, див. розділ 12

Чому другий стадії використовується GTP, а чи не АТР, незрозуміло. Енергетично обидві ці речовини абсолютно еквівалентні. Зауважимо, що реакція (1) – синтез оксалоацетату, що каталізується піруваткарбоксилазою, відіграє важливу роль у регуляції циклу лимонної кислоти.Однак це не має відношення до глюконеогенезу.

Друга реакція здійснюється фосфоенолпіруват-карбоксикіназою. Така назва ферменту пояснюється тим, що зворотну реакцію можна розглядати як карбоксилювання фосфоенолпірувату, пов'язане з перенесенням фосфатної групи.

Після утворення фосфоенолпірувату всі гліколітичні реакції оборотні аж до реакції утворення фруктозо-1,6-дифосфату, перетворення якого з фруктозо-6-фосфату в ході гліколізу необоротне. Ця перешкода легко долається, оскільки видалення фосфатної групи шляхом звичайного гідролізу не потребує витрат енергії.

Аналогічна реакція гідролізу в процесі глюконеогенезу має місце при перетворенні глюкозо-6-фосфату на глюкозу (при гліколізі утворення глюкозо-6-фосфату, що каталізується гексокіназою або глюкокіназою, необоротно).

У печінці є глюкозо-6-фосфатаза, яка гідролізує глюкозо-6-фосфат, після чого вільна глюкоза виходить з клітини. Сукупність реакцій глюконеогенезу представлена ​​рис. 11.2. Про те, як регулюється рівень глюкози крові, розказано у розділі 12.

Отже, існують чотири ферменти, відповідальні за глюконеогенез і не беруть участь у гліколізі: піруваткарбоксилаза, фосфоенолпіруваткарбоксикіназа, фруктозо-1,6-дифосфатаза та глюкозо-6-фосфатаза. Звичайно, вони зосереджені переважно в печінці. У щурів концентрація цих ферментів у печінці у 20-50 разів більша, ніж у скелетних м'язах.

Звідки печінка отримує піруват для глюконеогенезу?

Коли при голодуванні виснажується запас глікогену, основним джерелом пірувату стає гідролітичне розщеплення м'язових білків, під час якого утворюються всі 20 амінокислот.Хоча аланін - лише одна з них, понад 30% усіх амінокислот, що надходять у печінку, припадає на нього. Аланін - одна з глюкогенних амінокислот; його вуглеводневий скелет використовується печінкою для будівництва молекули глюкози (метаболізм амінокислот буде розглянутий у розділі 15).

Чому при розщепленні м'язових білків утворюється так багато аланіну? В результаті метаболізму багатьох амінокислот та циклу лимонної кислоти накопичується оксалоацетат, який перетворюється на піруват (див. рис. 11.1). Останній перетворюється на аланін; аміногрупа дістається йому з інших амінокислот.

Зауважимо, що з голодуванні виробництва енергії м'язи використовують переважно жирні кислоти і кетонові тіла; тому вони мають у своєму розпорядженні достатню кількість ацетил-СоА, і для його отримання їм не потрібно окислення пірувату. Як буде показано в розділі 12, високе співвідношення концентрацій ацетил-СоА/СоА призводить до інактивації піруватдегідрогенази. Завдяки цьому піруват, що утворюється з амінокислот, використовується для синтезу аланіну. При розщепленні м'язових білків утворюються різні амінокислоти, багато з яких перетворюються на аланін; він переноситься кров'ю до печінки. (Окрім аланіну в м'язах синтезується і доставляється в печінку для синтезу глюкози також і глутамін; принцип його перетворення той самий.) У печінці аланін перетворюється знову на піруват, а потім - на глюкозу. Схема участі аланіну у глюконеогенезі представлена ​​на рис. 11.3.

Мал. 11.2. Глюконеогенез у печінці: синтез глюкози з пірувату. Реакції, що відрізняються від відповідних гліколітичних перетворень, виділені кольором

Мал. 11.3. Механізм, з якого при голодуванні м'язові білки забезпечують печінку піруватом для глюконеогенезу.Схема передбачає, що піруват не перетворюється на ацетил-СоА в ході піруватдегідрогеназної реакції. Поряд з аланіном з м'язів надходить інший субстрат глюконеогенезу – глутамін.

У міру того, як при голодуванні в крові збільшується вміст кетонових тіл, мозок більш активно починає використовувати їх замість глюкози для виробництва енергії. Це знижує (хоч і не усуває) потребу в глюконеогенезі. Оскільки на виробництво 1 г глюкози витрачається 2 г м'язових білків, уповільнення процесу їхнього розщеплення благотворно відбивається на виживанні голодуючого організму.

У розділі 15 докладно обговорюється схема глюкозо-аланінового циклу (див. рис. 15.9). На ній показано, як аланін, синтезований у м'язах і доставлений до печінки, переробляється там у глюкозу. Однак у рамках цієї схеми піруват, необхідний синтезу аланіну, утворюється в результаті гліколізу. При цьому має місце наступна послідовність подій: глюкоза в печінці -> глюкоза в м'язах -> аланін у м'язах -> аланін у печінці -> глюкоза в печінці.

Зрозуміло, що такий цикл не призводить до збільшення кількості глюкози та не вирішує проблеми постачання нею тканин, а є лише формою транспорту амінного азоту з м'язів до печінки.

Інше джерело пірувату для глюконеогенезу важливе не так при голодуванні, як за нормальної життєдіяльності організму. Йдеться про лактате, що утворюється при анаеробному гліколітичному розщепленні глюкози або глікогену (див. с. 101). Деякі клітини, зокрема мозкової речовини нирок і сітківки, фактично анаероби, а зрілих еритроцитах взагалі немає мітохондрій, і вони здатні, отже, до окислювального фосфорилированию.При нормальному надходженні їжі головним джерелом лактату є гліколіз в м'язах, що інтенсивно працюють. У таких умовах мітохондрії не встигають реокислювати накопичений NАDН. В результаті відновлювальні еквіваленти переносяться на піруват, який перетворюється на лактат. Останній переноситься кров'ю в печінку, а там переробляється знову в піруват, а потім у глюкозу та глікоген. Цей фізіологічний цикл на ім'я його першовідкривача називають циклом Корі (Рис. 11.4).

Мал. 11.4. Цикл Корі - фізіологічний цикл, який протікає у м'язах та печінці. У м'язах дуже невеликий вміст трьох ферментів, необхідних для глюконеогенезу, тому для переробки в глюкозу накопичений у м'язах лактат має бути перенесений до печінки. Надлишок лактату утворюється в м'язах при їх активному скороченні в процесі анаеробного гліколізу.

У циклу Корі є дві найважливіші функції: зберегти лактат для подальшого використання та запобігти так званому лактату-ацидозу. При надходженні великих кількостей молочної кислоти до крові її буферна ємність може бути вичерпана, що призведе до небезпечного зниження pH. Цьому перешкоджає перетворення лактату на глюкозу, яке супроводжується поглинанням двох протонів (на відновлення 1,3-дифосфогліцерату витрачається 1 протон (Н + ) і 1 молекула NАDН).

Синтез глюкози з гліцерину

Ще одним джерелом вуглецевих сполук для глюконеогенезу служить гліцерин, що утворюється при гідролізі тригліцеридів головним чином жирової тканини. Він поглинається печінкою і перетворюється там на глюкозу відповідно до схеми, представленої на рис. 11.5. Перший етап – фосфорилювання гліцерину здійснюється гліцеринкіназою, якої в жировій тканині набагато менше, ніж у печінці.Усі подальші перетворення також зосереджені у печінці. Це цілком логічно, оскільки в ситуації, коли утворення глюкози стає життєво необхідним, це вирішує печінку. Тому жирові клітини самі не використовують гліцерин.

Мал. 11.5. Перетворення гліцерину, що вивільняється при гідролізі нейтральних жирів, на глюкозу. Основна кількість гліцерину утворюється в жирових клітинах, але оскільки в них немає гліцеринкінази, глюконеогенез із гліцерину протікає у печінці. Цей процес забезпечує утворення глюкози з гліцерину під час голодування.

При тривалому голодуванні після невеликого початкового зниження рівень глюкози в крові підтримується незмінним протягом кількох тижнів завдяки постійному надходженню жирних кислот із жирових клітин. Дивно, проте, що тваринам, на відміну рослин і бактерій, був дарований природою простіший спосіб, пов'язані з «поїданням» власних м'язів. Мабуть, еволюція з цього приводу мала якісь невідомі нам міркування.

Синтез глюкози за допомогою гліоксилатного циклу

Е. coli чудово існує, використовуючи як єдине джерело вуглецю ацетат. На відміну від тварин, бактерії здатні перетворювати ацетил-СоА на С₄-кислоти, задіяні в циклі лимонної кислоти, та використовувати їх для синтезу глюкози та інших необхідних компонентів клітини У насіння рослин, що проростає, для синтезу глюкози також використовуються запасені тригліцериди. Як же це вдається бактеріям та рослинам?

Ці організми мають звичайний цикл лимонної кислоти, але частину сполук, що утворюються в ньому, вони можуть використовувати в інших перетвореннях, не властивих тваринам.Так, у циклі лимонної кислоти 2 вуглецевих атомів ацетил-СоА вводяться спочатку в молекулу оксалоацетату (С₄) з утворенням цитрату (С₆), а потім 2 вуглецевих атоми виводяться у вигляді 2 молекул СO₂ (перехід від С₆- до С₄-кислот) з утворенням сукцинату. Цієї безповоротної втрати вдається уникнути завдяки так званому гліоксилатний шлях, який дозволяє вивести з циклу лимонної кислоти 2 атома вуглецю не у вигляді СO₂, а у вигляді гліоксилату, який утворюється безпосередньо при розщепленні ізоцитрату на сукцинат та гліоксилат:

Гліоксилат (С₂) далі реагує з ацетил-СоА, перетворюючись на малат - звичайний компонент циклу лимонної кислоти.

Загальна схема, що ілюструє взаємозв'язок всіх розглянутих процесів, представлена ​​на рис. 11.6.

Мал. 11.6. Гліоксилатний цикл, за допомогою якого рослини та бактерії (у тварин він відсутній) здійснюють синтез вуглеводів з ацетил-СОА

Специфічні цього циклу реакції виділені кольором. Штриховою лінією відзначені реакції циклу лимонної кислоти, які не задіяні у гліоксилатному циклі. Таким чином вдається зберегти 2 молекули СO₂, необхідні для перетворення цитрату на 2 молекули оксалоацетату, одна з яких знову використовується для синтезу цитрату, а інша перетворюється на фосфоенолпіруват

Їх сумарний ефект зводиться до того, що ацетил-СоА плюс оксалоацетат перетворюються на малат плюс сукцинат. І малат, і сукцинат можуть бути перетворені на оксалоацетат, одна молекула якого без шкоди для циклу може бути спрямована на синтез глюкози. У рослинах ці реакції протікають у мембранах органел, які називаються гліоксисомами.

Насамкінець можна нагадати, що переважна частка вуглеводів на Землі утворюється завдяки фотосинтезу, в ході якого енергія сонячного світла використовується для фіксації СO₂ у вигляді дифосфогліцерату – сполуки, знайомої нам по гліколізу. Механізми цього процесу та подальшого перетворення дифосфогліцерату на глюкозу будуть розглянуті в розділі 14 як складові частини фотосинтезу.

Отже, ми познайомилися з використанням жирів та глюкози як джерела енергії, а також з механізмами синтезу цих речовин. Слід нагадати, що ці метаболічні процеси не існують ізольовано, а утворюють інтегровану метаболічну систему, всі частини якої взаємозалежні та потребують регуляції.

1. Після добового голодування запаси глікогену в печінці виснажуються, але в організмі є чималі запаси жирів. Навіщо при голодуванні протікає процес глюконеогенезу, коли в організмі є практично безмежні запаси ацетил-СоА (з жирних кислот), яких вистачає для виробництва енергії?

2. Чому фосфоенолпіруват, необхідний для протікання глюконеогенезу, не може бути отриманий шляхом фосфорилювання пірувату за допомогою піруваткінази?

3. Починаючи від фосфоенолпірувату, глюконеогенез у печінці здійснюється шляхом звернення реакцій гліколізу. Які два гліколітичні ферменти каталізують незворотні реакції? Як існування цих реакцій позначається на механізмі глюконеогенезу?

4. Чи є у м'язах глюкозо-6-фосфатаза? Поясніть відповідь.

5. Що таке цикл Корі та яка його фізіологічна роль?

6.У жирових клітинах практично немає гліцеринкінази - ферменту, що каталізує перетворення гліцерину на гліцерин-3-фосфат, хоча там утворюється гліцерин (шляхом гідролізу тригліцеридів). У печінці цей фермент є. Чи це логічно? А якщо так, то чому?

7. Як бактеріям і рослинам, на відміну від тварин, вдається перетворити ацетил-СОА на вуглеводи?

Біологічна бібліотека – матеріали для студентів, вчителів, учнів та їх батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми лише конвертуємо у зручний формат матеріали, які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Якщо ви володієте авторським правом на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його або отримати посилання на місце комерційного розміщення матеріалів, зверніться для погодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми витратили багато зусиль, щоб привести інформацію у зручний вигляд.