Центральные метаболические пути

Система взаимных превращений узловых метаболитов получила название центральных метаболических путей.В систему центральных метаболических путей входят: превращение фосфотриоз в пируват, переход пирувата в оксалоацетат, окислительное декарбоксилирование пирувата в ацетил-КоА, цикл трикарбоновых кислот Кребса, превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват, а также три реакции связывания аммиака с образованием аланина, аспартата и глутамата. Эта группа метаболических путей составляет остов или базу метаболизма, на которую надстраиваются все остальные обменные процессы.

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 ФЭП в пируват, превращение пирувата в ацетил-КоА и переход 2-оксоглутарата в сукцинил-КоА. Эта необратимость перечисленных реакций поддерживает систему в состоянии, далеком от равновесия, что и позволяет живой системе в конечном итоге извлекать энергию из поступающих в нее экзогенных питательных веществ.

Взаимные превращения соединений различных классов могут осуществляться как в пределах одной клетки, так и клетках разных типов. В соответствии с этим принято различать метаболические взаимосвязи на уровне отдельных клеток или же метаболические взаимосвязи на межорганном уровне.

Взаимосвязь обмена углеводов и аминокислот

Атомы углерода глюкозы и других моносахаридов могут быть использованы для синтеза большинства заменимых аминокислот.

Промежуточный метаболит расщепления глюкозы - 3 фосфоглицериновая кислота связана с синтезом серина, глицина и цистеина; из пирувата может образоваться аланин; через оксалоацетат идет синтез аспарагина и аспартата; чрез 2-оксоглутарат – пролина, глутамина, глутамата.

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.

Узловыми соединениями, связывающими метаболические пути обмена углеводов и обмена аминокислот являются 3‑фосфоглицериновая кислота, фосфоенолпируват, пируват и соединения цикла Кребса.

Взаимосвязь обмена углеводов и липидов

Углеводы в ходе их переработки в метаболической сети могут превращаться в жиры.

Узловыми метаболитами, обеспечивающими взаимодействие процессов окислительного расщепления глюкозы и процессов синтеза липидов, являются 3‑фосфоглицериновый альдегид и фосфодигидроксиацетон, 3-фосфоглицериновая кислота, пируват и ацетил-КоА.

Использование липидов для синтеза глюкозы в организме человека крайне ограничено. Лишь остатки глицерола нейтральных жиров и глицерофосфолипидов могут быть использованы в глюконеогенезе.

Взаимосвязь обмена аминокислот и липидов

При использовании аминокислот для синтеза липидов возможны два варианта перехода их углеродного скелета в исходный субстрат для синтеза высших жирных кислот - ацетил-КоА.

• При первом варианте при расщеплении аминокислот образуется пируват, который после декарбоксилирования переходит в ацетил‑КоА. Пируват образуется или непосредственно из углеродных скелетов аминокислот, что характерно для треонина, цистеина, серина, аланина, глицина, или же из аминокислот вначале образуются промежуточные продукты цикла Кребса, превращающиеся в оксалоацетат, который после декарбоксилирования дает пируват. Этим путем идет образование пирувата из глутамата, глутамина, аргинина, гистидина и ряда других аминокислот.

• При втором варианте ацетил-КоА образуется или непосредственно при окислительном расщеплении углеродного скелета аминокислоты, или через ацетоацетат, который в ходе тиолазной реакции распадается на две молекулы ацетил-КоА. По этому варианту идет расщепление лейцина, лизина и части углеродных скелетов фенилаланина и тирозина.

Поскольку все аминокислоты, при расщеплении которых образуются пируват или промежуточные продукты цикла Кребса могут участвовать в глюконеогенезе, их углеродные скелеты могут быть использованы для образования 3-фосфоглицеринового альдегида или фосфодигидроксиацетона — исходных соединений для синтеза 3-фосфоглицерола и далее триацилглицеринов.

Углеродные скелеты любой из аминокислот в принципе могут быть использованы для синтеза соединений стероидный природы, поскольку синтез стероидов в клетках идет из ацетил-КоА.

Узловыми метаболитами, обеспечивающими взаимосвязь обмена аминокислот с обменом липидов, являются промежуточные соединения цикла Кребса, пируват, ацетил-КоА, 3-фосфоглицериновая кислота, 3-фосфоглицериновый альдегид и фосфодигидроксиацетон.

Для синтеза углеродного скелета заменимых аминокислот может использоваться остаток глицерола триглицеридов или глицерофосфолипидов, однако в количественном отношении этот источник атомов углерода может иметь крайне ограниченное значение лишь в отсутствии углеводов.

Однако такой синтез некоторых заменимых аминокислот с использованием атомов углерода ацетил-КоА связан с расходованием оксалоацетата, а, следовательно, со снижением содержания в клетке промежуточных продуктов цикла Кребса, что для клетки крайне невыгодно.