9.4. Превращение жирных кислот в углеводы.

У растений процесс распада жиров интенсивно происходит при прорастании семян, в которых они служат основным запасным веществом. При этом часть запасного жира в прорастающих семенах расходуется как энергетический материал для инициации сопряжённого синтеза органических веществ, необходимых для жизнедеятельности развивающихся проростков, а другая часть является источником органических метаболитов для построения молекул структурных и функционально активных компонентов их клеток. Важнейший путь использования жиров в качестве биохимических метаболитов – это превращение их в углеводы, которое осуществляется через реакции глиоксилатного цикла, называемого такжециклом глиоксиловой кислоты.

Ферменты, катализирующие реакции глиоксилатного цикла, лакализованы в специализированных внутриклеточных структурах – глиоксисомах, которые функционально связаны с митохондриями. Участие глиоксисом в превращении жирных кислот в углеводы наиболее хорошо изучено при прорастании семян масличных растений. Глиоксисомы формируются в начале прорастания этих семян и деградируют после полного расщепления жира. Кроме ферментов глиоксилатного цикла в глиоксисомах также содержатся ферменты, катализирующиеb-окисление жирных кислот. Продуктb-окисления жирных кислот – ацетил-КоА – далее включается в реакции глиоксилатного цикла.

Первые три реакции этого цикла такие же как и в цикле Кребса. Вначале ацетил-КоА реагирует с енольной формой щевелевоуксусной кислоты, образуя лимонную кислоту. Затем последовательно происходит превращение лимонной кислоты в цис-аконитовую и изолимонную кислоты:

(1-3)

СН-СООН СН₂-СООН СН₂-СООН СН₂-СООН

|| + СН₃-С~S-КоА+Н₂О ® | ® | Н₂О |

С(ОН)-СООН || ↓ С(ОН)-СООН ↓ C-CООН ® СН-СООН

O –НS-КоА | –Н₂О || |

СН₂-СООН CН-СООН СН(ОН)-СООН

Щавелево- ацетил-КоА лимонная цис-акони- изолимонная

уксусная кислота товая кислота

кислота кислота

На следующем этапе превращений изолимонная кислота расщепляется ферментом изоцитратлиазой (4.1.3.1) на два продукта – янтарную и глиоксиловую кислоты:

CН₂-СООНCН₂-СООН Н

| | \

СН-СООН ¾®СН₂-СООН + С-СООН

| янтарная кислота //

СН(ОН)-СООН О

изолимонная кислота глиоксиловая

кислота

Изоцитратлиаза - аллостерический фермент, активность которого подавляется избыточной концентрацией фосфоенолпировиногадной кис-лоты, образующейся в цитоплазме из продуктов превращения янтарной кислоты. Последняя для дальнейших реакций поступает в митохондрию. А глиоксиловая кислота в глиоксисоме вступает во взаимодействие с новой молекулой ацетил-КоА, образуя яблочную кислоту. Эту реакцию катализирует фермент малатсинтаза (4.1.3.2):

Н СН₂-СООН

\ |

С-СООН + СН₃-С~S-КоА + Н₂О¾®СН(ОН)-СООН + НS-КоА

// ||

О О

глиокси- ацетил-КоА яблочная кислота

ловая кислота

В последней реакции глиоксилатного цикла яблочная кислота окисляется ферментом малатдегидрогеназой в щавелевоуксусную кислоту:

СН₂-СООН СН₂-СООН

| + НАД⁺ ¾®| + НАД×Н + Н⁺

СН(ОН)-СООН CО-СООН

яблочная кислота щавелевоук-

сусная кислота

После этого щавелевоуксусная кислота изомеризуется в свою енольную форму и может снова вступать в первую реакцию цикла. Как видно из представленных выше реакций, в глиоксилатный цикл, кроме регенерирующегося субстрата – енольной формы щавелевоуксусной кислоты, включаются две молекулы ацетил-КоА, а продуктами цикла являются янтарная кислота и НАД×Н. Поэтому суммарное уравнение глиоксилатного цикла можно записать в следующем виде:

СН₂-СООН

2СН₃-С~S-КоА + НАД⁺+ Н₂О¾®| + НАД×Н + Н⁺+ 2НS-КоА

|| СН₂-СООН

O

ацетил-КоА янтарная кислота

Янтарная кислота, поступающая из глиоксисомы в митохондрию, включается там в реакции цикла Кребса и превращается в щавелевоуксусную кислоту, которая далее из митохондрии транспортируется в цитоплазму, где c участием соответствующих ферментов используется для синтеза углеводов.

СН₂-СООН СН₂

| + ГТФ ¾®|| + ГДФ + СО₂

СО-СООН СО~(Р)

щавелевоук- |

сусная кислота CООН

фосфоенол-

пировиноградная кислота

Под действием фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназы (4.1.1.32) щавелевоуксусная кислота с участием ГТФ подвергается декарбоксилированию, превращаясь в фосфоенолпировиноградную кислоту:

Образовавшаяся здесь фосфоенолпировиноградная кислота далее включается в уже известный нам цикл реакций обращения гликолиза (стр 375-377), конечным продуктом которого является фруктозо-6-фосфат. А из фруктозо-6-фосфата могут синтезироваться различные углеводы. Но если фруктозо-6-фосфат вступает в дыхательные реакции, дающие кетокислоты, то возможно его использование и на синтез аминокислот. Общая схема превращения жиров в углеводы показана на рисунке 39.

У бактерий реакции глиоксилатного цикла пространственно не отделены от цикла Кребса, поэтому глиоксилатный путь превращений ацетил-КоА можно рассматривать как видоизменённый цикл трикар-боновых кислот. У человека и животных глиоксилатный цикл отсутствует, в связи с чем у данных организмов отложенный в жировых тканях жир не может так легко использоваться для превращения в углеводы, как у бактерий или растений.

Весь процесс биосинтеза углеводов из продуктов распада жира получил название глюконеогенеза. Такое название он имеет вследствие того, что в ходе обращения реакций гликолиза из продукта распада ных кислот фосфоенолпировиноградной кислоты осуществляется синтез важнейшего представителя сахаров–глюкозы, из которой уже довольно легко могут синтезироваться другие углеводы.