Регуляция.
Hb
Витамин С
Глутатион-SH МетНb
Недостаточность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы является наиболее частым дефектом ферментативных систем эритроцита. При низкой активности этого фермента возникает дефицит НАДФН∙Н+, что ограничивает функцию глутатионредуктазы, т.е. нарушается восстановление глутатиона. Падение концентрации глутатиона-SH влечёт за собой снижение активности глутатионпероксидазы. Это приводит к накоплению продуктов ПОЛ, следствием чего являются метгемоглобинемия и, поскольку избыток перекисных продуктов способен разрушить эритроцитарную мембрану, – гемолитическая анемия
Надо заметить, что НАДФН∙Н+, в отличие от НАДН∙Н+, не участвует в окислительном фосфорилировании, протекающем в митохондриях, и не служит, таким образом, для получения энергии.
Велико значение пентозофосфатного пути как поставщика рибозы-5-фосфата, необходимого для построения мононуклеотидов (АМФ, АДФ, АТФ, ГМФ и т.д.), олигонуклеотидов, коферментов (ФМН, ФАД, НАД, НАДФ), нуклеиновых кислот.
Апотомический путь тесно связан с гликолизом. В зависимости от тех или иных условий оба пути могут переключаться друг на друга, поскольку у них имеются общие метаболиты (например, фруктозо-6-фосфат, 3-ФГА). Однако в отличие от гликолиза в пентозофосфатном пути используется другой кофермент (НАДФ+ вместо НАД+), в нём образуется СО2 (чего нет в гликолизе) и он не обладает энергетической функцией.
Главными регулируемыми (ключевыми) ферментами пентозофосфатного пути являются 2 дегидрогеназы его окислительной части: глюкозо-6-фрсфатдегидрогеназа и дегидрогеназа 6-фосфоглюконата. Индукторами биосинтеза этих ферментов является инсулин. Активность дегидрогеназ увеличивается при поступлении углеводов в организм и снижается при голодании и диабете. Именно поэтому они считаются адаптивными ферментами
2.Глюконеогенез – механизм синтеза глюкозы.
Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных соединений: ПВК, молочной кислоты; аминокислот, распадающихся до пирувата (в первую очередь, аланина, а также цистеина, глицина, серина, треонина, триптофана); глицерина, субстратов цикла Кребса (оксалацетата и других - 6.9).
Глюконеогенез является главным метаболическим путём, в котором синтезируется глюкоза. На образование 1 молекулы глюкозы затрачивается 2 молекулы ПВК.
Глюконеогенез протекает в печени и корковом веществе почек. В сущности, реакции глюконеогенеза протекают в обратном направлении реакциям гликолиза – за одним важным исключением: требующие затрат энергии стадии гиколиза (гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная) не могут обратиться вспять. Вместо указанных киназ «работают» другие ферменты:
| Ферменты гликолиза | Ферменты глюконеогенеза |
| Гексокиназа | Глюкозо-6-фосфатаза |
| Фосфофруктокиназа-1 (ФФК-1) | Фруктозо-1,6-бифосфатаза |
| Пируваткиназа | 2. Пируваткарбоксилаза 3. Фосфоэнолпируваткарбоксикиназа |
В глюконеогенезе – 11 реакций, однако только 4 из них (пируваткарбоксилаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа, бифосфатаза и глюкозо-6-фосфатаза) считеются истинными фермнтами этого пути.
Пируват является конечным продуктом гликолиза и исходной точкой глюконеогенеза.
Рассмотрим начальный этап глюконеогенеза, идущий в обход пируваткиназной реакции гликолиза. Этот этап включает: 1/ две ферментативные реакции, катализируемые ферментами глюконеогенеза пируваткарбоксилазой и фосфоенолПВК-карбоксикиназой, 2/ реакции взаимопревращений оксалацетата в яблочную кислоту.
Пируваткарбоксилазная реакция протекает в митохондриях, мембрана которых непроницаема для образующегося оксалацетата (ЩУК). Однако, превращаясь в яблочную кислоту при участии митохондриальной НАД+-зависимой малатдегидрогеназы, малат легко покидает митохондрию и в цитозоле клетки окисляется в ЩУК при участии цитоплазматической НАД+-зависимой малатдегидрогеназы. Дальнейшее превращение ЩУК в фосфоенолПВК происходит в цитозоле клетки.
|
С момента образования фосфоенолПВК все реакции, вплоть до образования фруктозо-1,6-бифосфата, идут в направлении, обратном гликолизу. Превращение фруктозо-1,6-бифосфата во фруктозо-6-фосфат катализируется фруктозобифосфатазой. Затем следует реакция, обратная гликолизу. Наконец, последняя реакция глюконеогенеза – фосфатазная. Глюкозо-6-фосфат гидролизуется до глюкозы ферментом глюкозо-6-фосфатазой. Глюкозо-6-фосфатаза – важнейший фермент, ответственный за образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата в печени и почки. Именно эти органы являются основными поставщиками глюкозы для тканей организма. Глюкозо-6-фосфатаза практически отсутствует в мышцах – миоциты получают глюкозу из крови. Кроме того, в мышцах синтезируется глюкозо-6-фосфат из глюкозо-1-фосфата в процессе распада гликогена. Подчеркнём, что между гликолизом, протекающим в мышцах при их интенсивной работе, и глюконеогенезом, осуществляемым печенью, существует тесная взаимосвязь (цикл Кори): образующая в мышцах молочная кислота поступает в общий кровоток, захватывается печенью и используется ею в качестве субстрата глюконеогенеза; синтезируемая при этом глюкоза отдаётся в кровототок и метаболизируется мышцами для получения энергии (рис. 6.10 ).
Рис. 6.10 Взаимосвязь между процессами гликолиза и глюконеогенеза.
Гликолиз и глюконеогенез – взаимосвязанные процессы.
Глюконеогенез и гликолиз протекают в основном в цитоплазме. Так как в процессе глюконеогенеза глюкоза синтезируется, а в гликолизе расщепляется, очевидно, что оба процесса должны контролироваться взаимосвязанно. В противном случае их работа была бы бесполезной.
Гормональная регуляция. Повышение уровня глюкозы в крови приводит к выбросу инсулина α-клетками поджелудочной железы. Инсулин стимулирует поступление глюкозы в ткани и утилизацию её (в реакциях гликолиза и других) клетками организма, следствием чего является снижение концентрации глюкозы в крови. Гипогликемия провоцирует поступление в кровоток глюкагона (гормон β-клеток поджелудочной железы) и глюкокортикоидов, которые являются мощными активаторами глюконеогенеза. Следствием стимулированного глюконеогенеза становится повышение концентрации глюкозы в крови (рис 6.11)
Рис. . Регуляция гликолиза и глюконеогенеза гормонами поджелудочной железы.
Внутриклеточная регуляция.Регуляция глюконеогенеза тесно связана с регуляцией гликолиза. В условиях энергетической недостаточности активируются скорость контролируемые реакции гликолиза. Напротив, глюконеогенез требует затрат энергии и протекает в условиях, при которых поддерживается достаточный уровень АТФ в клетке.
Регуляция осуществляется путём аллостерическогоконтроля ферментов, которые для этих двух путей различны.
1. Активности гексокиназы и глюкозо-6-фосфатазы регулируются уровнем глюкозо-6-фосфата: гексокиназа им ингибируется, а фермент глюконеогенеза (т.е.глюкозо-6-фосфатаза) активируется.
2. Для пируваткиназы и пируваткарбоксилазы аллостерческим эффектором является ацетил-КоА, однако если для фермента глюконеогенеза он является положительным модулятором, то активность пируваткиназы ацетил-КоА, напротив, ингибирует.
3. Главным аллостерическим регулятором двух взаимосвязанных путей – гликолиза и глюконеогенеза – является фруктозо-2,6-дифосфат: увеличение его концентрации активирует ключевой фермент гликолиза – фосфофруктокиназу-1; снижение его концентрации активирует конкурирующую реакцию – образование фруктозо-6-фосфата, т.е. приводит к усилению глюконеогенеза (рис.).
Рис. Аллостерический контроль фосфофруктокиназной активности.
Фруктозо- 2,6-бифосфат синтезируется бифункциональным ферментом - фосфофруктокиназой-2 (ФФК-2). Фермент состоит из 2-х идентичных субъединиц, каждая из которых имеет собственный каталитический центр. ФФК-2 активируется цАМФ, увеличение концентрации которого приводит к фосфорилированию фермента (точнее, ФФК-2 фосфорилируется цАМФ-зависимой протеинкиназой А). Фосфорилированный фермент проявляет фосфатазную активность – образуется фруктозо-2,6-дифосфат. Уменьшение концентрации цАМФ вызывает дефосфорилирование ФФК-2 – растёт его киназная активность, вследствие чего образование фруктозо-2,6-бифосфата снижается.
Подчеркнём, что повышение концентрации цАМФ в печени обуславливается действием глюкагона и адреналина; напротив, под действием инсулина она снижается. Следовательно, активируемое адреналином и глюкагоном повышение фосфорилирования ФФК-2 уменьшит образование фруктозо-2,6-бифосфата, дефицит которого приведёт к угнетению активности ФФК-1 и ингибированию гликолиза. Инсулин, активируя синтез фруктозо-2,6-дифосфата (за счёт падения концентрации цАМФ), тем самым будет активировать ФФК-1 и стимулировать гликолиз.
Фруктозо-2,6-бифосфатаза жёстко ингибируется фруктозо-6-фосфатом.
Глюкагон репрессирует транскрипцию пируваткиназы и активирует транскрипцию фосфоэнолПВКкарбоксикиназы. Инсулин репрессирует транскрипцию фосфоэнолПВКкарбоксикиназы.