Р исунок 1 – схема гликолиза

Гликолиз является важным компонентом энергетического обеспечения клеток. Промежуточные продукты гликолиза могут использоваться в качестве предшественников биосинтеза углеводов, липидов и аминокислот.

Гликолиз подвержен тонким механизмам регуляции. Его регуляция осуществляется на уровне «ключевых» ферментов, к которым относятся гексокиназа (1), фосфофруктокиназа (3) и пируваткиназа (10).

Основную роль в регуляции гликолиза играет фосфофруктокиназа. Ингибиторами фосфофруктокиназы являются АТФ и цитрат (лимонная кислота), а активатором – продукт распада АТФ – АМФ. В качестве ингибитора гексокиназы выступает глюкозо‐6‐фосфат, а пируваткиназы – АТФ, ацетил‐CоА и высшие жирные кислоты.

Множество других углеводов, после преобразования в один из гликолитических интермедиатов, завершают свой катаболизм в гликолизе.

Продукт гликолиза – пируват – является ключевым метаболитом, который может использоваться в различных метаболических превращениях.

Рисунок 2 – пути использования пирувата в клетках

В аэробных условиях основным путём превращения пирувата у большинства организмов является процесс окислительного декарбоксилирования, который происходит в митохондриях в пируватдегидрогеназноммультиферментном комплексе, ПДГ (pyruvatedehydrogenasecomplex (PDH)).

Глава 3. Гликогенолиз

Синтез глюкозы в животных и растительных организмах осуществляется различными путями. Синтез глюкозы в растениях обеспечивается энергией поглощаемого света и происходит во время темновой стадии фотосинтеза в цикле Кальвина.В животных организмах глюкоза образуется в процессе глюконеогенеза.В процессе глюконеогенеза и в цикле Кальвина существует много одинаковых ферментативных реакций, обеспечивающих обращение необратимых реакций гликолиза.

Глюконеогенез – это процесс синтеза глюкозы из неуглеводистых веществ. В качестве предшественников глюкозы могут использоваться молочная и пировиноградная кислоты, глицерин, гликогенные аминокислоты (аланин, серин, цистеин, треонин и др.) и промежуточные продукты цикла Кребса.

Глюконеогенез и гликолиз – являются антагонистическими путями метаболизма.

В них используется целый ряд одинаковых ферментативных реакций (фосфоглюкоизомеразная, альдолазная, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназная и др.), которые представляют собой обратимые реакции гликолиза. Вместе с тем, глюконеогенез не является простым обращением гликолиза.

В процессе гликолиза выделяются три необратимых ключевые реакции (гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная), вместо которых в глюконеогенезе существуют три специфических обходных пути. Превращения промежуточных продуктов обмена в этих путях катализируется ключевыми ферментами глюконеогенеза.

Первый обходной путь обеспечивает преобразование пирувата в фосфоенолпируват. Он осуществляется в два этапа. Первый этап происходит внутри митохондрий, где фермент пируваткарбоксилаза (pyruvatecarboxylase), используя энергию гидролизаАТФ, присоединяет СО2 к пирувату, образуя оксалоацетат. Пируваткарбоксилаза является биотинзависимым аллостерическим ферментом. Его активатором является ацетил-СоА.

Все последующие превращения промежуточных продуктов глюконеогенеза протекают в цитозоле клетки. Однако, внутренняя митохондриальная мембрана непроницаема для оксалоацетата.

Рисунок 3 – путь глюкеогенеза

Перенос этого промежуточного продукта глюконеогенеза из митохондрий в цитозоль клетки обеспечивает малатаспартатный шаттл (запущенный в обратном направлении). В митохондриальном матриксе происходит восстановление оксалоацетата в малатдегидрогеназной реакции. Образовавшийся при этом малат транспортируется через внутреннюю митохондриальную мембрану с помощью малат-α-кетоглутаратного антипорта. Оказавшись в цитозоле, малат вновь окисляется в оксалоацетат в реакции, катализируемой цитоплазматическим ферментом малатдегидрогеназа.

В цитозолеоксалоацетат вступает в реакцию, которая катализируется ферментом фосфоенолпируваткарбоксикиназа (phosphoenolpyruvatecarboxykinase). Этот Mg2+- зависимый фер-

мент использует ГТФ как донор фосфатной группы для фосфорилирования. В процессе реакции от оксалоацетата отщепляется та же СО2-группа, которая была присоединена в пируват-карбоксилазной реакции, в результате чего образуется фосфоенолпируват.

Суммарно, на фосфорилированиепирувата в этих двух реакциях используются две молекулы нуклеозидтрифосфата: АТФ и ГТФ.

На втором обходном пути фермент фруктозо-1,6-бисфосфатаза (fructose 1,6- bisphosphatase) превращает фруктозо-1,6-бисфосфат во фруктозо-6-фосфат, гидролизуя С1 фосфатную группу.

Образовавшийся фруктозо-6-фосфат, далее в фосфоглюкоизомеразной реакции превращается в глюкозо-6-фосфат.

На третьем обходном пути фермент глюкозо-6-фосфатаза (glucose 6-phos- phatase) превращает глюкозо-6-фосфат в свободную глюкозу, гидролизуя фосфатную группу.

Глюкозо-6-фосфатаза присутствует в корковом слое по- чек, печени и слизис- той оболочке тонкого кишечника животных. В других тканях внутренних органов этот фермент отсутствует. Поэтому процесс глюконеогенеза в них не происходит. Балансовое уравнение глюконеогенеза:

2 пируват + 4 АТФ + 2 ГТФ + 2 (НАДН + Н+) + 4 Н2О = 4 глюкоза + 2 НАД + 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 Рi.

Как видно из уравнения, образование глюкозы в животных клетках требует значительных энергетических затрат. При синтезе молекулы глюкозы из пировиноградной кислоты, используется 6 молекул макроэргических фосфатов (АТФ и ГТФ) и 2 молекулы восстановленного НАДН. Поэтому глюконеогенез может происходить только при достаточно высоком уровне энергетического обеспечения клеток.

Глюконеогенез протекает не во всех тканях животных. Этот процесс характерен для печени, коркового слоя почек и стенки кишечника. Основное количество эндогенной глюкозы образуется в печени.