Джефферсон - Сборник упражнений и задач - 2000 / Student Guide11

Глава 11: Синтез глюкозы в организме (глюконеогенез)

80

Глава 11

Синтез глюкозы в организме (глюконеогенез)

Резюме главы

В этой главе описывается синтез глюкозы из пирувата. Большое внимание уделено двум реакциям, необходимым для превращения пирувата в фосфоенолпируват. Системный ответ на голодание включает использование альтернативных источников пирувата. Заостряется внимание на значении цикла Кори и способах кругооборота глицерина при гидролизе ТАГ. Обратимость пути обмена между глюкозой и пируватом сопоставлена с невозможностью непосредственного превращения ацетил-СоА в глюкозу. В общих чертах рассматривается глиоксилатный цикл, осуществляющий такое превращение у растений.

Цели урока

♦Важность глюкозы для организма и последствия голодания.

♦У животных пируват может быть превращен обратно в глюкозу, а ацетилСоА - нет.

♦Термодинамические причины, определяющие обратимость некоторых (но не всех) этапов гликолиза.

♦Ферменты глюконеогенеза, участвующие в обходных этапах гликолиза.

♦Механизм утилизации лактата, образующегося в мышце в анаэробных условиях, для синтеза глюкозы (цикл Кори).

♦Механизм использования глицерина, образующегося при гидролизе ТАГ, для синтеза глюкозы.

♦Виды организмов, способные синтезировать сахар из жира.

♦Роль глиоксилатного цикла в непосредственном использовании ацетил-СоА для синтеза глюкозы.

♦Ферменты и промежуточные продукты гликсилатного цикла.

Глава 11: Синтез глюкозы в организме (глюконеогенез)	81

Прогулка по главе

Синтез глюкозы

Глюкоза является единственным используемым пищевым источником для ……..……….(1) и, поскольку в ………………………(2) запасаются лишь ограниченные (суточные) запасы глюкозы в виде ……………..(3), то в условиях голодания, продолжающегося дольше этого интервала времени, глюкозу необходимо синтезировать. Пируват (трехуглеродный продукт гликолиза) может быть превращен снова в глюкозу, но если пируват уже превратился в ацетил-СоА, то глюкозу из него животные синтезировать не могут. Это означает, что у животных жирные кислоты, которые обратимо связаны с ацетил-СоА либо в катаболическом, либо в …………………….(4)

сопряженных путях обмена, с глюкозой не связаны. Растения - другое дело.

Многие реакции, в ходе которых пируват превращается в глюкозу, сходны с таковыми при гликолизе, за исключением……………..(5) реакций, являющихся ……………….(6) вследствие термодинамического энергетического барьера. Синтез глюкозы идет в обход этих трех этапов. Пируват превращается в фосфоенолпируват (ФЕП) с помощью альтернативного механизма, включающего два этапа и потребляющего одну молекулу ……..(7) и одну ………….(8). В этом процессе обратное превращение ФЕП в пируват ингибируется. Двумя другими термодинамически необратимыми реакциями гликолиза являются реакции фосфорилирования под действием

…………….(9); эти реакции могут быть обойдены посредством простых реакций гидролиза, катализируемых ферментами фосфатазами.

Ответы: (1) головного мозга; (2) печени; (3) гликогена; (4) анаболическом; (5) трех; (6) необратимыми; (7) АТР; (8) GTP; (9) киназ.

Заполните следующее

82 Глава 11: Синтез глюкозы в организме (глюконеогенез)

Öèêë Êîðè

Главным источником пирувата для синтеза глюкозы после использования всех резервов являются белки …………….(1). Аланин играет ключевую роль, поскольку он транспортируется кровью из мышцы в ….....…................(2), а также является одной из аминокислот, способных превращаться в ….................………(3) через цикл лимонной кислоты и далее в пируват. Вторым источником пирувата служит лактат, образующийся при анаэробном гликолизе в результате энергичной мышечной работы, когда скорость гликолиза превышает способность ………………(4) к реокислению NADH. Цикл транспорта лактата из мышцы в печень и образования пирувата, используемого для синтеза глюкозы, известен как цикл …………..(5); это путь кругооборота лактата, образующегося в результате вызванного мышечным перенапряжением стресса.

Ответы: (1) мышц; (2) печень; (3) оксалоацетат; (4) митохондрий; (5) Кори.

Заполните следующее

Глицерин, образующийся при гидролизе ТАГ в ………..…(1) ткани, может быть использован для синтеза глюкозы в печени. Процесс включает фосфорилирование под действием киназы и окисление спирта с образованием …………………(2) фосфата, который может поступать в гликолитический цикл, как было описано.

Глиоксилатный цикл

Ограничение, связанное с невозможностью синтеза сахаров из жира, не распространяется на все организмы (ср. E.coli и семена растений). В дополнение к циклу лимонной кислоты эти организмы обладают ферментами, необходимыми для протекания ...…………(3) цикла, который включает кратчайший путь в цикл лимонной кислоты, позволяющий избежать этапы ………………..(4). Это происходит таким образом, что регенерирующиеся соединения углерода повышают полезный выход промежуточного метаболита ……….………………..(5), необходимого для синтеза глюкозы. Используя этот путь, ацетил-СоА, образующийся при окислении жирной кислоты, может быть превращен в глюкозу. Глиоксилат представляет собой двууглеродный метаболит, имеющий альдегидную и карбоксильную группы.

Глава 11: Синтез глюкозы в организме (глюконеогенез)	83

Ответы: (1) жировой; (2) дигидроксиацетон; (3) глиоксилатного; (4) декарбоксилирования; (5) оксалоацетата.

Заполните следующее

Обзор вопросов в конце главы 11

∙Всегда поучительно рассмотрение вопроса о целесообразности построения тех или иных метаболических систем. Почти всегда существуют веские причины, в силу которых система работает определенным образом. В этом случае обмен энергии в головном мозге и эритроцитах почти всецело зависит от доступности глюкозы.

∙Фосфоенолпируват является намного более высокоэнергетическим метаболитом, по сравнению с пируватом. Спонтанное превращение енольной формы пирувата в кето-форму сильно сдвинуто вправо

åíîë

кетон

Поэтому превращение пирувата в фосфоенолпируват в глюконеогенезе осуществляется в две стадии, на каждой из которых используется высокоэнергетический фосфат.

84	Глава 11: Синтез глюкозы в организме (глюконеогенез)

∙Фосфатазы катализируют гидролитическое отщепление определенной фосфатной группы.

∙Фосфорилирование глюкозы предотвращает ее обратную диффузию из клетки. Мышцы никогда не нуждаются в высвобождении уже имеющейся в них глюкозы, и поэтому не содержат эту фосфатазу.

∙Цикл Кори включает в себя транспорт лактата из мышцы в печень, синтез глюкозы и ее последующий обратный перенос в мышцу для использования.

∙Только печень способна синтезировать глюкозу из глицерина. В этом процессе участвует фермент глицеринкиназа.

∙Глиоксилатный цикл функционирует у растений и бактерий.

Дополнительные вопросы к главе 11

1.Какие три ферментативных этапа гликолиза нужно обойти в процессе глюконеогенеза?

2.Что является главным источником пирувата для синтеза глюкозы после того, как ее запасы будут исчерпаны?

3.Каким образом лактат, образующийся в мышце в анаэробных условиях, удовлетворяет потребность животных в глюкозе?

4.Почему при голодания необходимо затормозить реакцию, катализируемую пируваткиназой

âпечени?

5.Аланин из мышцы транспортируется в печень для синтеза глюкозы. В чем структурное сходство между аланином и пируватом?

6.Где происходит разветвление между циклом лимонной кислоты и глиоксилатным путем?