1.4.5. Центральные метаболические пути
Если сопоставить приведенные схемы взаимных превращений соединений различных классов, то становится достаточно очевидным, что в основе этих взаимных превращений лежит довольно узкий круг реакций, обеспечивающий переход углеводов в липиды, аминокислот в углеводы и т.д. В этих реакциях преимущественно участвуют соединения, которые мы ранее назвали узловыми метаболитами или узловыми пунктами метаболизма. Набор этих реакций или система взаимных превращений узловых метаболитов известна под названием центральных метаболических путей:
В систему центральных метаболических путей входят: превращение фосфотриоз в пируват, переход пирувата в оксалоацетат, окислительное декарбоксилирование пирувата в ацетил-СоА, цикл трикарбоновых кислот Кребса, превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват, а также три реакции связывания аммиака с образованием аланина, аспартата и глутамата, из которых лишь реакция образования глутамата играет существенную роль в клетках млекопитающих.
Эта группа метаболических путей составляет как бы стержень или остов метаболизма, на который надстраиваются все остальные обменные процессы. Важность центральных метаболических путей подчеркивает и то обстоятельство, что они с незначительными вариациями едины для большинства живых организмов. Наличие центральных метаболических путей в совокупности с конвергентным принципом организации катаболических процессов обеспечивает легкость перехода организма с одного типа питания на другой, увеличивая тем самым адаптационные возможности организма к изменяющимся условиям существования.
В центральные метаболические пути включены три необратимых по термодинамическим причинам реакции: переход ФЕП в пируват, превращение пирувата в ацетил-СоА и переход 2-оксоглутарата в сукцинил-СоА. Эта необратимость перечисленных реакций поддерживает систему в состоянии, далеком от равновесия, что позволяет живой системе в конечном итоге извлекать энергию из поступающих в нее экзогенных питательных веществ.
1.4.6. Межорганные метаболические взаимосвязи
Метаболизм отдельных органов и тканей в рамках целостного организма также представляет собой высокоинтегрированную систему. Примеры межорганных метаболических взаимосвязей достаточно хорошо известны; в качестве таковых можно привести следующие:
а) В жировой ткани на высоте пищеварения идет превращение части поступающей из кишечника во внутреннюю среду организма глюкозы в триацетилглицерины. В случае недостатка энергетического “топлива” в органах и тканях идет мобилизация резервных триглицеридов в жировой ткани, и жирные кислоты могут поступать с током крови или непосредственно в эти ткани, или же жирные кислоты поступают в печень, где превращаются в ацетоновые тела и с током крови направляются опять-таки в клетки периферических органов и тканей, где и подвергаются утилизации.
б) Синтез креатина начинается в почках, где из глицина и аргинина образуется промежуточный продукт синтеза гликоциамин. Гликоциамин с током крови поступает из почек в печень, где при участии S-аденозилметионина подвергается метилированию, превращаясь в креатин. Далее креатин поступает с током крови в клетки различных органов, например, клетки мозга или мышц, где и выполняют свою функцию, превращаясь в резервный макроэрг – креатинфосфат.
в) При интенсивной мышечной работе в миоцитах идет распад гликогена и окисления поступающей в миоциты из крови глюкозы с образованием лактата октав. Лактат из миоцитов выходит в кровь и с током крови поступает в печень. В гепатоцитах часть лактата окисляется до конечных продуктов (СО2 и Н2О), остальной лактат используется для глюконеогенеза. Энергия, необходимая для глюконеогенеза, поставляется за счет окисления лактата. Синтезированная в гепатоцитах глюкоза поступает в кровь, переносится с током крови в мышцы, где расщепляется с выделением энергии, используемой для мышечного сокращения. Возникает своеобразный цикл взаимопревращения глюкозы и лактата, известный под названием цикла Корри. В ходе функционирования этого цикла, во-первых, происходит утилизация наработанного в мышцах лактата, во-вторых, в энергообеспечении мышечной деятельности принимает участие печень, поскольку энергия, затраченная гепатоцитами на синтез глюкозы из лактата затем выделяется при расщеплении глюкозы в миоцитах.
г) При работе мышц образуется токсичный для клеток аммиак. Вынос и обезвреживание образовавшегося аммиака осуществляется в ходе так называемого глюкозо-аланинового цикла. В миоцитах образовавшийся аммиак используется для образования аланина из пирувата. Пируват образуется при расщеплении глюкозы и превращается в аланин в ходе трансреаминирования. Аланин поступает в кровь, доставляется в гепатоциты и там подвергается дезаминированию с образованием аммиака и пирувата. Аммиак превращается в мочевину в ходе известного защитного синтеза. Пируват же частично окисляется до конечных продуктов, а частично превращается в гепатоцитах в ходе глюконеогенеза в глюкозу, откуда с током крови глюкоза поступает в миоциты и, окисляясь, служит источником энергии для работы мышц. В ходе этого окисления вновь образуется пируват.
Подобного рода примеров межорганных метаболических связей можно привести множество. Эта многочисленность межорганных метаболических связей, наряду с рассмотренными нами примерами интеграции метаболических путей превращений углеводов, липидов и аминокислот, в полной мере подтверждает исходный тезис: обмен веществ в организме представляет собой единую высокоинтегрированную сеть метаболических процессов, протекающих в клетках различных органов и тканей.