4. Уровень потока метаболизма

Н аиболее подробно будет рассмотрена взаимосвязь на уровне потока метаболитов. Общий принцип этой взаимосвязи гласит: два или более метаболических процесса будут взаимосвязаны, если они имеют общие промежуточные продукты (метаболиты). Именно за счет этих общих метаболитов и может осуществляться переключение потоков вещества из одного метаболического пути в другой:

Для представленных на схеме двух метаболических путей “а” и “b” таким общим метаболитом является вещество “D”. Подобного рода соединения, являющиеся общими для двух или более метаболических путей, называют узловыми метаболитами или узловыми пунктами метаболизма. Типичными примерами таких соединений являются глюкозо-6-фосфат, пируват, ацетил-СоА или оксалоацетат.

Поскольку, с одной стороны, одно и то же соединение может быть узловым метаболитом для нескольких метаболических путей, а с другой стороны, в один и тот же метаболический путь может быть включено несколько узловых соединений, в клетках и в организме в целом создаются условия для формирования единой сети метаболических процессов, в отношении которой можно лишь сказать, какие соединения поступают в эту сеть и какие соединения образуются на выходе из нее. Судьба же конкретной молекулы (например, молекулы глюкозы), поступающей в метаболическую сеть, становится неопределенной, так как составляющие эту молекулу атомы могут в результате “путешествия” по метаболической сети оказаться в составе различных соединений.

Далее рассмотрим с помощью конкретных схем взаимосвязь обмена соединений различных классов, иначе говоря, рассмотрим возможные пути превращений соединений одних классов в соединения других классов.

1. Взаимосвязь обмена углеводов и аминокислот

Атомы углерода глюкозы и других моносахаридов могут быть использованы для синтеза большинства заменимых аминокислот. Возможность подобного использования глюкозы в клетках однозначно доказано с помощью метода меченых атомов: введение животным глюкозы, содержащей ¹⁴С, сопровождается образованием в их клетках аминокислот, содержащих радиоактивный углерод. На схеме жирным шрифтом представлены узловые метаболиты, связывающие путь катаболизма глюкозы с путями синтеза заменимых аминокислот:

Лишь углеродный скелет тирозина не образуется в этой системе. Разумеется, для образования аминокислот необходим источник аминного азота и SH-групп (для синтеза цистеина).

В то же время в условиях дефицита углеводов в пище углеродные скелеты аминокислот могут широко использоваться для глюконеогенеза:

Естественно, что глюкоза или промежуточные продукты ее синтеза будут использоваться в клетках и для синтеза других соединений углеводной природы.

Из приведенных схем следует что узловыми соединениями, связывающими метаболические пути обмена углеводов и обмена аминокислот являются 3-фосфо-глицериновая кислота 3 – ФГК, фосфоенолпируват ФЕП, пируват и соединения цикла Кребса.

1.4.2. Взаимосвязь обмена углеводов и липидов

Способность углеводов в ходе их переработки в метаболической сети превращаться в жиры общеизвестна, например, из практики сельскохозяйственного производства. Менее известно участие углеродного скелета глюкозы или других моносахаридов в синтезе фосфолипидов или сфинголипидов. Приведенная ниже схема дает некоторое представление об этой взаимосвязи:

Узловыми метаболитами, обеспечивающими взаимодействие процессов окислительного расщепления глюкозы и процессов синтеза липидов являются 3-фосфоглицериновый альдегид ФГА и фосфодигидроксиацетон ФДА, 3 – фосфоглицериновая кислота и ацетил – СоА.

Для синтеза серина, конечно, необходим источник аминного азота, а для синтеза различных сфинголипидов необходим ряд других соединений, тем не менее, в качестве основного пластического материала в этих биосинтезах может выступать углеродный скелет глюкозы. Не следует также забывать, что часть полиеновых высших жирных кислот не синтезируется в организме человека и должна поступать с пищей.

Использование липидов для синтеза глюкозы в организме человека имеет крайне ограниченный характер. Лишь остатки глицерола нейтральных жиров и глицерофосфолипидов, и, возможно, остатки серина из серинфосфатидов могут быть использованы в глюконеогенезе. На глицерол от общей массы глицеролсодержащих липидов приходится всего 3-5%, поэтому существенной роли в общем объеме суточного глюконеогенеза остатки глицерола липидного происхождения играть не могут.