Биохимия в таблицах, схемах и графиках

Основные процессы, происходящие с глюкозой в организме:

1.катаболизм глюкозы – гликолиз;

2.синтез глюкозы – глюконеогенез;

3.депонирование и распад гликогена;

4.синтез пентоз - пентозофосфатные пути.

КАТАБОЛИЗМ ГЛЮКОЗЫ

Гликолиз - это серия реакций, в результате которых глюкоза распадается на две молекулы пирувата (аэробный гликолиз) или две молекулы лактата (анаэробный гликолиз). Все десять реакций гликолиза протекают в цитозоле и характерны для всех органов и тканей.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАКЦИЙ ГЛИКОЛИЗА

1-я реакция Гексокиназа (ГК) работает, чтобы ослабить прочную молекулу глюкозы:

2-я реакция - изомеризации:

3-я реакция

На этой стадии фруктозо-6-фосфат еще более ослабляется фосфофруктокиназой (ФФК) и образуется фруктозо-1,6-бисфосфат:

41

Фосфофруктокиназа - это ключевой фермент. Он является "пунктом вторичного контроля". Vmax ФФК больше, чем Vmax ГК. Поэтому, когда глюкозы поступает много, ГК лимитирует скорость всего пути.

4-я реакция

5-я реакция

6-я реакция

7-я реакция: субстратное фосфорилирование

42

8-я реакция

9-я реакция

10-я реакция: Субстратное фосфорилирование

Среди 10-ти реакций только одна является окислительной. Это 6- яреакция: ФГА ----> 1,3-бисфосфоглицериновая кислота. Сама эта реакция не требует кислорода. Обычно НАДН2 поступает в митохондрии и по дыхательной цепи отдает водород на кислород.

Транспорт водорода от цитоплазматического НАДН2 к митохондриальному НАДН2 обычно обеспечивается малат-аспартатным челночным механизмом, изображенным на рисунке.

МАЛАТ-АСПАРТАТНЫЙ ЧЕЛНОК

43

МАЛАТ-АСПАРТАТНЫЙ челнок (наиболее универсален для клеток организма). С высокой скоростью работает в миокарде, почечной ткани, печени. В этой транспортной системе водород от цитоплазматического НАД передается на митохондриальный НАД(!), поэтому в митохондриях образуется 3 молекулы АТФ и не происходит потери энергии при переносе водорода. Для ткани печени малатаспартатная система особенно важна, так как из митохондрии выводится Ацетил-КоА (в виде цитрата), а водород попадает в митохондрию (в составе малата).

ПУТИ КАТАБОЛИЗМА ГЛЮКОЗЫ

			Глюкоза	5
	8АТФ	1	↓	2АТФ
			(2)Пируват → (2)Лактат
4	6АТФ	2 (2) Ацетил-КоА

24 АТФ 3 Цитратный цикл, ЦПЭ

1 – аэробный гликолиз; 2,3 – общий путь катаболизма; 4 – аэробный распад глюкозы; 5 – анаэробный распад глюкозы (в рамке). (2) – стехиометрический коэффициент.

ГЛИКОГЕН

Гликоген - основная форма депонирования глюкозы в клетках животных. У растений эту же функцию выполняет крахмал. В структурном отношении гликоген, как и крахмал, представляет собой разветвленный полимер из глюкозы:

44

СТРОЕНИЕ ГЛИКОГЕНА

Однако гликоген более разветвлен и компактен. Ветвление обеспечивает быстрое освобождение при распаде гликогена большого количества концевых мономеров. Синтез и распад гликогена не являются обращением друг в друга, эти процессы происходят разными путями.

Гликоген синтезируется в период пищеварения (в течение 1-2 часов после приема углеводной пищи). Гликогенез особенно интенсивно протекает в печени и скелетных мышцах.

БИОСИНТЕЗ ГЛИКОГЕНА – ГЛИКОГЕНЕЗ

В начальных реакциях образуется UDF-глюкоза (реакция 3), которая является активированной формой глюкозы, непосредственно включающейся в реакцию полимеризации (реакция 4). Эта последняя реакция катализируется гликогенсинтазой, которая присоединяет глюкозу к олигосахариду или к уже имеющейся в клетке молекуле гликогена, наращивая цепь новыми мономерами. Для подготовки и включения в растущую полисахаридную цепь требуется энергия 1 моль АТР и 1 моль UTP.

45

Ветвление полисахаридной цепи происходит при участии фермента амило-α-1,4-α-1,6-гликозил-трансферазы путем разрыва одной α-1,4-связи и переноса олигосахаридного остатка от конца растущей цепи к ее середине с образованием в этом месте α-1,6- гликозидной связи .

46

РАСПАД ГЛИКОГЕНА – ГЛИКОГЕНОЛИЗ

Распад гликогена - гликогенолиз - происходит в период между приемами пищи.

Освобождение глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата происходит в результате фосфоролиза, катализируемого фосфорилазой. Фермент отщепляет концевые остатки один за другим, укорачивая цепи гликогена. Однако этот фермент расщепляет только α-1,4-гликозидные связи. Связи в точке ветвления гидролизуются ферментом амило-a-1,6-глюкозидазой, который отщепляет мономер глюкозы.

47

ОСОБЕННОСТИ МОБИЛИЗАЦИИ ГЛИКОГЕНА В ПЕЧЕНИ И МЫШЦАХ

		Печень			Мышцы
1			2		2
	Гликоген				Гликоген
Схема процесса			↓		↓
	Глюкозо-1-фосфат				Глюкозо-1-фосфат
		↓→Н3РО4			↓
	Глюкоза				Глюкозо-6-фосфат
			↓		↓
	В кровь				Аэробный или
					анаэробный распад
	Фосфатаза		катализирует		Фосфатаза глюкозо-6-
Особенности	дефосфорилирование				фосфата отсутствует
процессов	глюкозо-6-фосфата.
	Свободная		глюкоза
	поступает в кровь
Физиологическое	Гликоген	используется		для	Гликоген используется
значение	поддержания		концентрации		для энергообеспечения
	глюкозы	в	крови	и	только самих мышц
	снабжения глюкозой других
	органов в период между
	приемами пищи

Физиологическое значение гликогенолиза в печени и в мышцах различно. Мышечный гликоген является источником глюкозы для самой клетки. Гликоген печени используется главным образом для поддержания физиологической концентрации глюкозы в крови. Различия обусловлены тем, что в клетке печени присутствует фермент глюкозо-6-фосфатаза, катализирующая отщепление фосфатной группы и образование свободной глюкозы, после чего глюкоза поступает в кровоток. В клетках мышц нет этого фермента, и распад гликогена идет только до образования глюкозо- 6-фосфата, который затем используется в клетке.

48

ГЛИКОГЕНОВЫЕ БОЛЕЗНИ

Гликогенозы

Нарушена мобилизации гликогена. Это приводит к тому, что гликоген накапливается в клетках в больших количествах, что может привести к разрушению клеток

Агликогенозы

Нарушен синтез гликогена. В клетках содержание гликогена понижено.

НЕКОТОРЫЕ ФОРМЫ ГЛИКОГЕНОЗОВ

Тип гликогеноза	Дефектный фермент			Локализация дефектного
				фермента
Болезнь Гирке	Глюкозо-6-фосфатаза			Печень, почки
Болезнь Помпе	α-1,4-глюкозидаза			Все органы
Болезнь Кори	(лизосомная)
	амило-	a	-1,6-	Печень,	сердечная	и
	глюкозидаза			скелетные	мышцы,
Болезнь Андерсена	Фермент ветвления			лейкоциты
				Печень, мышцы, почки
Болезнь Херса	Фосфорилаза (печеночная)			Печень

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ

Глюконеогенез - это синтез глюкозы из неуглеводных предшественников.

Запасов гликогена в организме достаточно для удовлетворения потребностей в глюкозе в период между приемами пищи. При углеводном или полном голодании, а также в условиях длительной физической работы концентрация глюкозы в крови поддерживается за счет глюконеогенеза. В этот процесс могут быть вовлечены вещества, которые способны превратиться в пируват или любой другой метаболит глюконеогенеза. На рисунке показаны пункты включения первичных субстратов в глюконеогенез.

49

ВКЛЮЧЕНИЕ СУБСТРАТОВ В ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ

Глюкоза

Пируват → Оксалоацетат →Фосфоенолпируват → Диоксиацетонфосфат

Лактат

Амнокислоты

Глицерин

Использование первичных субстратов в глюконеогенезе происходит в различных физиологических состояниях. Так, в условиях голодания часть тканевых белков распадается до аминокислот, которые затем используются в глюконеогенезе. При распаде жиров образуется глицерин, который через диоксиацетонфосфат включается в глюконеогенез. Лактат, образующийся при интенсивной физической работе в мышцах, затем в печени превращается в глюкозу. Следовательно, физиологическая роль глюконеогенеза из лактата и из аминокислот и глицерина различна. Синтез глюкозы из пирувата протекает как и при гликолизе, но в обратном направлении.

За сутки в организме человека может синтезироваться до 80 г глюкозы. На синтез 1 моль глюкозы из пирувата расходуется 6 макроэргических связей (4 ATP и 2 GTP).

СУММАРНОЕ УРАВНЕНИЕ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА ИЗ ПИРУВАТА:

2 пируват + 4ATP + 2GTP + 2(NADH) + 4 Н2О → Глюкоза + 4ADP + 2GDP + 2NAD+ + 6Н3РО4

50