Глюконеогенеза от аланин. Синтез на глюкоза от аминокиселини. Енергийни разходи за глюконеогенеза

Изискване за глюконеогенеза

• за червените кръвни клетки глюкозата е единственият източник на енергия;
• нервната тъкан консумира около 120 g глюкоза на ден и тази стойност практически не зависи от интензивността на нейната работа. Само в екстремни ситуации (продължително гладуване) е в състояние да получи енергия от невъглехидратни източници;
• глюкозата играе важна роля в поддържането на необходимите концентрации на метаболитите от цикъла на трикарбоксилната киселина (предимно оксалоацетат).

По този начин, в определени ситуации - с ниско съдържание на въглехидрати в храната, гладуване, продължителна физическа работа, тоест, когато кръвната глюкоза се изразходва и настъпи хипогликемия, тялото трябва да може да синтезира глюкоза и да нормализира нейната концентрация в кръвта. Това се постига чрез реакции на глюконеогенеза.

Необходимостта от глюконеогенеза в организма се демонстрира от два цикъла - глюкозо-лактатен и глюкозо-аланин.

Глюкозо-лактатни (в жълто) и глюкозо-аланинови цикли

Глюкозо-лактатен цикъл (цикъл на Кори)

Глюкозо-лактатният цикъл е цикличен процес, който съчетава реакциите на глюконеогенезата и реакциите на анаеробната гликолиза. Глюконеогенезата се извършва в черния дроб; субстратът за синтеза на глюкоза е лактат, който идва главно от червени кръвни клетки или мускулна тъкан.

В еритроцитите непрекъснато се образува млечна киселина, тъй като за тях анаеробната гликолиза е единственият начин за производство на енергия.

В скелетните мускули високото натрупване на млечна киселина (лактат) е следствие от гликолизата по време на много интензивна, субмаксимална силова работа, докато вътреклетъчното рН намалява до 6,3-6,5. Но дори по време на работа с ниска и средна интензивност, известно количество лактат винаги се образува в скелетните мускули. Има само един начин да премахнете млечната киселина - да я превърнете в пирогроздена киселина. Въпреки това самата мускулна клетка, нито по време на работа, нито по време на почивка, не е в състояние да преобразува лактат в пируват поради характеристиките на изоензима лактат дехидрогеназа-5. Но клетъчната мембрана е силно пропусклива за лактат и се движи навън по градиента на концентрация. Следователно, по време и след тренировка (по време на възстановяване), лактатът лесно се отстранява от мускула. Това се случва доста бързо, само след 0,5-1,5 часа вече няма лактат в мускула. Малка част от млечната киселина се екскретира с урината.

По-голямата част от кръвния лактат се поема от хепатоцитите, окислява се до пирогроздена киселина и влиза в пътя на глюконеогенезата. Глюкозата, произведена в черния дроб, се използва от самия хепатоцит или се връща обратно в мускулите, като възстановява запасите от гликоген по време на почивка. Може да се разпространи и в други органи.

Глюкозо-аланинов цикъл

Целта на цикъла глюкоза-аланин също е отстраняването на пирувата, но в допълнение към това се решава друга важна задача - отстраняването на излишния азот от мускула.

По време на мускулна работа и в покой, протеините се разграждат в миоцита и получените аминокиселини се трансаминират с α-кетоглутарат. Полученият глутамат взаимодейства с пирувата. Полученият аланин е транспортна форма на азот и пируват от мускула към черния дроб. В хепатоцита възниква реакция на обратно трансаминиране, аминогрупата се прехвърля към синтеза на урея, пируватът се използва за синтеза на глюкоза.

Глюконеогенезата е енергийно скъпа

Всички аминокиселини, с изключение на кетогенните левцин и лизин, могат да участват в синтеза на глюкоза. Въглеродните атоми на някои от тях - глюкогенни - са напълно включени в молекулата на глюкозата, някои - смесени - частично. В допълнение към производството на глюкоза, глюконеогенезата осигурява и отстраняването на "отпадъците" - лактат, постоянно образуван в червените кръвни клетки или по време на мускулна работа, и глицерол, който е продукт на липолизата в мастната тъкан.

Заобиколни решения

Както е известно, при гликолизата има три необратими реакции: пируват киназа (десета), фосфофруктокиназа (трета) и хексокиназа (първа). Тези реакции освобождават енергия за синтеза на АТФ. Следователно при обратния процес възникват енергийни бариери, които клетката заобикаля с помощта на допълнителни реакции.

Глюконеогенезата включва всички обратими реакции на гликолиза и специални байпасни пътища, т.е. не повтаря напълно реакциите на окисление на глюкозата. Неговите реакции могат да възникнат във всички тъкани, с изключение на последната глюкозо-6-фосфатазна реакция, която се проявява само в черния дроб и бъбреците. Следователно, строго погледнато, глюконеогенезата се извършва само в тези два органа.

Заобикаляне на десетата реакция на гликолиза

На този етап от глюконеогенезата работят два ключови ензима - пируват карбоксилаза в митохондриите и фосфоенолпируват карбоксикиназа в цитозола.

От химическа гледна точка, решението за десетата реакция е доста просто:

Опростена версия на заобикаляне на десетата реакция на гликолизата

Факт е обаче, че пируват карбоксилазата се намира в митохондриите, а фосфоенолпируват карбоксикиназата е в цитозола. Допълнителен проблем е непропускливостта на митохондриалната мембрана за оксалоацетат. Но малатът, прекурсор на оксалоацетата в цикъла на ТСА, може да премине през мембраната.

Следователно в действителност всичко изглежда по-сложно:

Заобикаляне на десетата реакция на гликолиза

1. В цитозола пирогроздената киселина може да се появи по време на окисляването на млечната киселина и в реакцията на трансаминиране на аланин. След това пируватът се внася с Н+ йони, движещи се по протонния градиент и навлиза в митохондриите. В митохондриите пируват карбоксилазата превръща пирогроздената киселина в оксалоацетат. Тази реакция протича постоянно в клетката, като е анаплеротична (зареждаща) реакция на TCA цикъла.
2. След това оксалоацетатът може да се превърне във фосфоенолпируват, но за да стане това, той трябва първо да влезе в цитозола. Следователно реакцията на редукция на оксалоацетат до малат протича с участието на малат дехидрогеназа. В резултат на това малатът се натрупва, навлиза в цитозола и се превръща обратно в оксалоацетат. Излишъкът на NADH в митохондриите позволява реакцията на малат дехидрогеназата да бъде обърната. NADH идва от β-окисление на мастни киселини, активирано при условия на глюкозен дефицит в хепатоцита.
3. В цитоплазмата фосфоенолпируват карбоксикиназата превръща оксалоацетата във фосфоенолпируват; реакцията изисква GTP енергия. Същият въглерод, който се добавя, се отстранява от молекулата.

Пируват и лактат

Пируватът се образува в черния дроб от лактат и аланин. Лактат дехидрогеназата окислява лактат до пируват, за да образува NADH. Аланин аминотрансферазата пренася аминогрупата от аланин към α-кетоглутарат, за да образува глутамат и пируват.

B Глюкогенни аминокиселини

Аминокиселините, които се катаболизират до пируват или метаболити от цикъла на ТСА, са потенциални субстрати на глюконеогенезата (метаболитите от цикъла на пируват и ТСА са способни да образуват оксалоацетат и да участват в глюконеогенезата). Такива аминокиселини се наричат ​​глюкогенни. Аминокиселините аланин и глутамин, които пренасят аминогрупи от мускулите към черния дроб, са особено важни глюкогенни аминокиселини в нашето тяло.

B Глицерол

Глицеролът влиза в тялото ни с храната и се синтезира в черния дроб и мастната тъкан. По време на гладуване триацилглицеролите (TAGs) се разграждат до глицерол и мастни киселини в адипоцитите. Глицеролът навлиза в кръвта и се транспортира до черния дроб. След това в хода на две ензимни реакции се превръща в дихидроксиацетон фосфат, който е метаболит на гликолизата и глюконеогенезата.

G Мастни киселини

Мастните киселини с нечетен брой атоми се окисляват, за да образуват пропионил-КоА. Той се превръща в метилмалонил-КоА, който образува сукцинил-КоА в друга ензимна реакция. Succinyl-CoA е метаболит на TCA цикъла и следователно има потенциал да участва в глюконеогенезата. Това се потвърждава от изследвания с C-14 въглеродни изотопи.

2.3 Реакции на глюконеогенеза

А Уравнения на реакциите

8. Дихидроксиацетон фосфат +Глицералдехид-3-фосфат Фруктозо-1,6-бисфосфат

9. Фруктоза 1,6-бисфосфат+ H2 O Фруктозо-6-фосфат + Fn

10. Фруктоза 6-фосфатГлюкозо-6-фосфат

11. Глюкозо-6-фосфат + H2O глюкоза + Fn

32 Глава 2 Глюконеогенеза

б Енергийни бариери и уникални реакции на глюконеогенезата

IN гликолизата е необратима 1-ва, 3-та и 10-та реакция. Тези реакции протичат само в една посока и се наричат енергийни бариери. При глюконеогенезата те се заобикалят чрез 4 реакции. Останалите реакции са общи за гликолизата и глюконеогенезата, тъй като те могат да протичат както в права, така и в обратна посока, в зависимост от излишъка на продукта или субстрата.

Реакция 1

В първата реакция на глюконеогенезата пируват карбоксилазакатализира карбоксилирането на пирувата до образуване на оксалоацетат с изразходването на 1 молекула АТФ. Реакцията протича в митохондриите в две фази:

1. Разкъсване на високоенергийна връзка в АТФ молекула с образуването на АДФ. Образува се високоенергийна карбоксифосфатна молекула, която след това се свързва с биотина и се „активира“.

2. Активната карбоксилна група се прехвърля от карбоксибиотин към молекулата на пирувата, за да се образува оксалоацетат.

Реакция 2

Реакции на глюконеогенеза 33

Хормонална регулация:

Някои хормони имат стимулиращ ефект върху експресията на PEP карбоксикиназния ген.

Втората реакция на глюконеогенезата води до образуването на високоенергийна молекула - фосфоенолпируват. По време на тази реакция оксалоацетатът се декарбоксилира за сметка на 1 молекула GTP.

Ориз. 7. Транспорт на оксалоацетат и фосфоенолпируват от митохондриите до цитозола.

Тази реакция се катализира от ензим PEP карбоксикиназа. При хората се намира както в митохондриите, така и в цитозола. Въпреки това, в някои тъкани той присъства само в цитозола, така че оксалоацетатът трябва да бъде прехвърлен там от митохондриите. Вътрешната митохондриална мембрана има транспортни протеини за малат и аспартат, но не и оксалоацетат, така че трябва да се превърне в едно от тези съединения, за които има транспортни протеини в мембраната.

Има два начина за това (виж фиг. 7): 1) оксалоацетатът се редуцира до малат; 2) оксалоацетатът приема аминогрупа в реакцията на трансаминиране и образува аспартат. Първият път изисква участието на NADH. Вторият е малък в черния дроб: аспартатът, който се прехвърля в цитозола от митохондриите, се дезаминира в цикъла на урея до оксалоацетат.

Реакции 3-8

Тези реакции се катализират от гликолитични ензими, но не протичат в права посока (за гликолиза), а в обратна посока.

Реакция 9

В 9-та реакция на глюконеогенезата фруктозо-1,6-бисфосфатът се хидролизира до фруктоза 6-фосфатс участието на ензим фруктозо-1,6-бисфосфатаза. Известни са няколко алостерични регулатора на този ензим (изброени по-горе).

Реакция 10

Фруктозо-6-фосфатът се изомеризира до глюкозо-6-фосфат. Тази реакция се катализира от гликолитичния ензим фосфоглюкоизомераза.

Реакция 11

Крайната реакция на глюконеогенезата е дефосфорилирането на глюкозата в ендоплазмения ретикулум, катализирано от глюкозо-6-фосфат-зой. Тази реакция произвежда глюкоза. Остатъкът от фосфорна киселина и глюкозата се транспортират обратно към цитозола съответно от протеините Т3 и Т2. След това свободната глюкоза се изнася от клетката от GLUT2 протеини.

Ензимът за тази реакция се намира само в черния дроб, бъбреците и тънките черва, така че тези органи могат да изнасят глюкоза в кръвта. Останалите клетки (не всички) синтезират глюкоза само за собствените си нужди.

Синтез на глюкоза от млечна киселина

При физическа активност в мускулипроизвежда се голямо количество млечна киселина, особено ако натоварването е интензивно, при максимална мощност.Млечна киселина също се образува непрекъснато червени кръвни телца, независимо от състоянието на тялото. Той навлиза в хепатоцита с кръвния поток и се превръща в пируват. По-нататъшните реакции протичат по класическата схема.

Общата реакция на глюконеогенезата от млечна киселина:

Лактат + 4ATP + 2GTP + 2H 2 O → Глюкоза + 4ADP + 2GDP + 6P n

Синтез на глюкоза от аминокиселини

Редица аминокиселини са глюкогенни, т.е. техните въглеродни скелети са в една или друга степен способни да бъдат включени в глюкозата. Повечето аминокиселини са така с изключениелевцин и лизин, чиито въглеродни атоми никога не участват в синтеза на въглехидрати.

Като пример за синтеза на глюкоза от аминокиселини, помислете за участието на глутамат, аспартат, серин и аланин в този процес.

Аспарагинова киселина(след реакцията на трансаминиране) и глутаминова киселина(след дезаминиране) се превръщат в метаболити от TCA цикъла, съответно оксалоацетат и α-кетоглутарат.

Аланин, когато се трансаминира, образува пирогроздена киселина, която може да се карбоксилира до оксалоацетат. Оксалоацетатът, който е първият елемент в процеса на глюконеогенезата, след това се включва в синтеза на глюкоза.

серинв тристепенна реакция под въздействието на серин дехидратаза, той губи своята аминогрупа и се превръща в пируват, който влиза в глюконеогенезата.

Включване на аминокиселини в синтеза на глюкоза

Синтез на глюкоза от глицерол

По време на физическа активност под въздействието на адреналин или по време на гладуване под въздействието на глюкагон и кортизол, адипоцитите активно се подлагат разграждане на триацилглицероли(липолиза). Един от продуктите на този процес е алкохолът глицеролкойто отива в черния дроб. Тук той се фосфорилира, окислява до дихидроксиацетон фосфат и участва в реакции на глюконеогенеза.

Сега се обръщаме към синтеза на глюкоза от невъглехидратни прекурсори, процес, наречен глюконеогенеза. Този метаболитен път е много важен, тъй като някои тъкани, и по-специално мозъкът, са силно зависими от глюкозата като основно гориво.

Ориз. 15.4. Схематично представяне на доменната структура на глутатион редуктазата. Всяка субединица на този димерен ензим се състои от NADP+ домейн, FAD домейн и граничен домейн. Глутатионът е свързан с FAD домейна на едната субединица и граничния домейн на другата субединица

Дневната нужда на мозъка на възрастен от глюкоза е приблизително 120 g, т.е. мозъкът покрива по-голямата част от общата нужда от глюкоза на тялото (160 g). Около 20 g глюкоза присъства в телесните течности, а приблизително 190 g глюкоза могат лесно да бъдат получени от гликогена, неговата резервна форма.Така „директните“ запаси от глюкоза са напълно достатъчни, за да задоволят нуждата от нея за един ден. По време на по-дълги периоди на гладуване, глюкозата трябва да се образува от невъглехидратни източници, за да се осигури жизнеспособността на тялото. Глюконеогенезата също играе важна роля по време на периоди на интензивна физическа активност.

Основните невъглехидратни прекурсори на глюкозата са лактат, аминокиселини и глицерол. Лактатът се образува в работещия скелетен мускул, когато скоростта на гликолизата надвишава скоростта на превръщане в цикъла на трикарбоксилната киселина и в дихателната верига (раздел 12.10). Аминокиселините идват от протеини, доставяни с храната, а по време на гладуване се образуват в резултат на разграждането на протеините на скелетните мускули

Ориз. 15.5. Път на тлуконеогенеза. Отличителните реакции на този път са показани с червени стрелки. Останалите реакции са общи за реакциите на гликолизата. Ензимите на тлюконеогенезата са локализирани в цитозола, с изключение на пируват карбоксилазата (в митохондриите) и глюкозо-6-фосфатазата (свързана с ендоплазмения ретикулум). Посочени са етапите („входни точки“), на които лактатът, глицеролът и аминокиселините се включват в глюконеогенезата.

(Раздел 23.8). В резултат на хидролизата на триацилглицеролите (раздел 17.4) в мастните клетки се образуват глицерол и мастни киселини. Глицеролът служи като прекурсор на глюкозата, докато мастните киселини не могат да се превърнат в глюкоза при животни по причини, които ще бъдат обсъдени по-късно (раздел 17.14). По пътя на глюконеогенезата пируватът се превръща в глюкоза. Включването на метаболити в този път става главно на ниво пируват, оксалоацетат и дихидроксиацетон фосфат (фиг. 15.5). Основното място на глюконеогенезата е черният дроб. Този процес протича и в кората на бъбреците, но общото количество глюкоза, образувана в бъбреците, е само 1/10 от това в черния дроб, което се обяснява с по-малката маса на бъбречната тъкан. Много малко глюконеогенеза възниква в мозъка и в скелетния и сърдечния мускул. Най-вероятно глюконеогенезата в черния дроб и бъбреците гарантира, че нивото на кръвната захар е такова, че мозъкът и мускулите могат да извличат достатъчно количество глюкоза от кръвта, за да задоволят своите метаболитни нужди.

Аеробно разграждане на глюкозата

Енергийна стойност на аеробното разграждане на глюкозата.

Аеробната гликолиза произвежда 10 mol ATPR на 1 mol глюкоза. Така в реакциите 7, 10, 4 mol ATP се образуват чрез субстратно фосфорилиране, а в реакцията 6, 6 mol ATP (на 2 mol глицероалдехидфосфат) се синтезират чрез окислително фосфорилиране.

Баланс на аеробна гликолиза.

Общият ефект на аеробната гликолиза е 8 mol ATP, тъй като реакции 1 и 3 използват 2 mol ATP. По-нататъшното окисляване на два мола пируват в общите катаболитни пътища е придружено от синтеза на 30 мола АТФ (15 мола за всяка молекула пируват. Следователно общият енергиен ефект от аеробното разграждане на глюкозата до крайни продукти е 38 мола АТФ .

Значението на анаеробната гликолиза

Анаеробната и аеробната гликолиза са енергийно неравностойни. Образуването на два мола лактат от глюкоза е придружено от синтеза само на два мола АТФ, тъй като NADH, получен от окисляването на глицероалдехид фосфат, не се използва от дихателната верига, а се приема от пируват.

Анаеробно разграждане на глюкозата.

Анаеробната гликолиза, въпреки малкия енергиен ефект, е основният източник на енергия за скелетните мускули в началния период на интензивна работа, т.е. при условия, когато доставката на кислород е ограничена. Освен това зрелите червени кръвни клетки извличат енергия чрез анаеробно окисляване на глюкозата, тъй като нямат митохондрии.

Алкохолна ферментация- химическа реакция ферментацияизвършва се от дрожди, в резултат на което една молекула глюкоза се превръща в 2 молекули етанол и 2 молекули въглероден диоксид.

Алкохолна ферментация (извършва се от дрожди и някои видове бактерии), по време на която пируватът се разгражда до етанол и въглероден диоксид. Една молекула глюкоза води до две молекули алкохол за пиене (етанол) и две молекули въглероден диоксид. Този тип ферментация е много важен при производството на хляб, пивоварството, винопроизводството и дестилацията. Ако закваската има висока концентрация на пектин, може да се получи и малко количество метанол. Обикновено се използва само един от продуктите; при производството на хляб алкохолът се изпарява по време на печенето, а при производството на алкохол въглеродният диоксид обикновено изтича в атмосферата, въпреки че наскоро бяха положени усилия за рециклирането му.

40.Глюконеогенеза- процесът на образуване в черния дроб и отчасти в кората на бъбреците (около 10%) на глюкозни молекули от молекули на други органични съединения - енергийни източници, например свободни аминокиселини, млечна киселина, глицерол

Общото уравнение за глюконеогенезата е: 2 CH 3 COCOOH + 4ATP + 2GTP + 2NADH. H + + 6 H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 2NAD + 4ADP + 2GDP + 6P n .

Роля в тялото

По време на гладуване човешкото тяло активно изразходва запасите от хранителни вещества ( гликоген, мастна киселина). Те се разделят на аминокиселини, кето киселинии други невъглехидратни съединения. Повечето от тези съединения не се отделят от тялото, а се рециклират. Веществата се транспортират по кръвен път до черен дробот други тъкани и се използват в глюконеогенезата за синтеза глюкоза- основният източник на енергия в тялото. По този начин, когато резервите на тялото са изчерпани, глюконеогенезата е основният доставчик на енергийни субстрати.

Повечето етапи глюконеогенезапредставлява обръщане на реакцията на гликолиза. Само 3 реакции на гликолиза(хексокиназа, фосфо-фруктокиназа и пируват киназа) са необратими, поради което други се използват в процеса на глюконеогенеза на 3 етапа ензими. Нека разгледаме пътя на синтеза глюкозаот пируват. Образуване на фосфоенолпируват от пируват. Синтезът на фосфоенолпируват се извършва на няколко етапа. Първоначално пируватът се влияе пируват карбоксилазаи с участието на CO 2 и АТФкарбоксилати за образуване на оксалоацетат: след това оксалоацетатът води до декарбоксилиранеи фосфорилиране под влияние ензимфосфоенолпируват карбоксилазата се превръща във фосфоенолпируват. Донорфосфатен остатък в реакциислужи като гуанозин трифосфат (GTP): Установено е, че процесът на образуване на фосфоенолпируват включва ензимицитозол и митохондриите. Първият етап на синтез се осъществява в митохондриите(фиг. 10.6). Пируват карбоксилаза, която катализира това реакция, е алостерична митохондриална ензим. Като алостерично активатордадено ензимнеобходим е ацетил-КоА. Мембранни амитохондриинепропусклив за получения оксалоацетат. Последният е тук митохондриите, се редуцира до малат: реакцияпротича с участието на митохондриални NAD-зависими малат дехидрогеназа. IN митохондриитесъотношението NADH/NAD + е относително високо и следователно интрамитохондриалният оксалоацетат лесно се редуцира до малат, който лесно се освобождава от митохондриитепрез митохондриалната мембрана. В цитозола съотношението NADH/NAD + е много малко и малатът отново се окислява с участието на цитоплазмен NAD-зависим малат дехидрогеназа: По-нататъшното превръщане на оксалоацетат във фосфоенолпируват става в цитозола клетки. Превръщане на фруктозо 1,6-бисфосфат във фруктозо 6-фосфат. Фосфо-енолпируват, образуван от пируват в резултат на поредица от обратими реакции на гликолизасе превръща във фруктоза 1,6-бисфосфат. Следва фосфофруктокиназата реакция, което е необратимо. Глюконеогенезаобикаля този ендергоничен реакции. Превръщането на фруктозо-1,6-бис-фосфат във фруктозо-6-фосфат се катализира от специфичен фосфатаза: .Образование глюкозаот глюкозо-6-фосфат. В последващия обратим етап биосинтеза на глюкозаФруктозо-6-фосфатът се превръща в глюкозо-6-фосфат. Последният може да бъде дефосфорилиран (т.е. реакциязаобикаля хексокиназата реакции) повлиян ензимглюкозо-6-фосфатаза: Регламент глюконеогенеза. Важен момент в регулацията на глюконеогенезата е реакция, катализиран пируват карбоксилаза. Ролята на положителен алостеричен модулатор на това ензимизвършва ацетил-КоА. При липса на ацетил-КоА ензимпочти напълно лишени дейност. Когато в клеткамитохондриален ацетил-КоА се натрупва, биосинтеза на глюкозаот пируват се засилва. Известно е, че ацетил-КоА е едновременно отрицателен модулатор на комплекса пируват дехидрогеназа (виж по-долу). Следователно, натрупването на ацетил-КоА забавя оксидацията декарбоксилиранепируват, който също допринася за превръщането на последния в глюкоза. Друг важен момент в регулацията глюконеогенеза – реакция, катализирано от фруктозо-1,6-бисфосфатаза – ензим, което е инхибирано AMF. Противоположно действие AMFзасяга фосфофруктокиназата, т.е за това ензимто е алостерично активатор. При ниско Концентрации на AMPи високо ниво АТФнастъпва стимулация глюконеогенеза. Напротив, когато стойността на съотн АТФ/AMFмалък, в клеткасе наблюдава разцепване глюкоза. Показано, това глюконеогенезаможе да се регулира и косвено, т.е. чрез промяна ензимна активност, които не участват пряко в синтеза глюкоза. Така е установено, че гликолизен ензимпируват киназата съществува в 2 форми - L и M. Форма L (от англ. черен дроб - черен дроб) преобладава в тъканиспособен на глюконеогенеза. Тази форма се инхибира от излишък АТФи няколко аминокиселини, по-специално Ala-nin. М-формата (от англ. muscle - мускули) не подлежи на такава регулация. В условията на достатъчно осигуряване клеткиенергия инхибира L-формата пируват киназа. Като следствие от инхибирането, той се забавя гликолизаи се създават благоприятни условия за глюконеогенезата. Накрая е интересно да се отбележи, че между гликолиза, интензивно вливаща се мускулна тъканс неговата активна дейност и глюконеогенеза, особено характерна за черния дроб тъкани, има тясна връзка. На максимум дейностмускулите в резултат на укрепване гликолизасе образува излишък млечна киселина, разпространявайки се навътре кръв, В черен дробзначителна част от него се превръща в глюкоза(глюконеогенеза). Такива глюкозаслед това може да се използва като енергия субстрат, необходими за дейност мускулна тъкан.

41. Гликоген- основната форма на отлагане на глюкоза в животински клетки. В растенията нишестето изпълнява същата функция. В структурно отношение гликогенът, подобно на нишестето, е разклонен полимер на глюкозата.

Гликогенът обаче е по-разклонен и компактен. Разклоняването осигурява бързото освобождаване на голям брой крайни мономери по време на разграждането на гликогена. Синтезът и разграждането на гликогена не са обратими; тези процеси протичат по различни начини.

Биосинтеза*** на гликоген

Гликогенът се синтезира по време на храносмилането (в рамките на 1-2 часа след приема на въглехидратна храна). Гликогенезата е особено интензивна в черния дроб и скелетните мускули. Първоначалните реакции произвеждат UDF-глюкоза (реакция 3), която е активираната форма на глюкозата, която участва директно в реакцията на полимеризация (реакция 4). Тази последна реакция се катализира от гликоген синтаза, която прикрепя глюкозата към олигозахарид или към гликогенова молекула, която вече присъства в клетката, разширявайки веригата с нови мономери. Енергията, необходима за подготовка и включване в нарастваща полизахаридна верига, е 1 мол ATP и 1 mol UTP. Разклоняването на полизахаридната верига става с участието на ензима амило-1,4-1,6-гликозил трансфераза чрез разкъсване на една -1,4 връзка и прехвърляне на олигозахаридния остатък от края на растящата верига към средата с образуването от -1 на това място, 6-гликозидна връзка. Молекулата на гликогена съдържа до 1 милион глюкозни остатъци, следователно значително количество енергия се изразходва за синтез. Необходимостта от превръщане на глюкозата в гликоген се дължи на факта, че натрупването на значително количество глюкоза в клетката би довело до повишаване на осмотичното налягане, тъй като глюкозата е силно разтворимо вещество. Напротив, гликогенът се съдържа в клетката под формата на гранули и е слабо разтворим. Разграждането на гликогена - гликогенолиза - се случва между храненията.

Вторият вариант за билет е 40.

Биосинтеза на глюкоза - глюконеогенеза

Глюконеогенезата е синтеза на глюкоза от невъглехидратни прекурсори. При бозайниците тази функция се изпълнява предимно от черния дроб и в по-малка степен от бъбреците и клетките на чревната лигавица. Гликогеновите резерви на тялото са достатъчни, за да задоволят нуждите от глюкоза между храненията. При въглехидратно или пълно гладуване, както и при продължителна физическа работа концентрацията на глюкоза в кръвта се поддържа благодарение на глюконеогенезата. Този процес може да включва вещества, които могат да бъдат превърнати в пируват или друг метаболит на глюконеогенезата.

Освен това, използването на първични субстрати в глюконеогенезата се случва в различни физиологични състояния. Така при условия на глад някои тъканни протеини се разпадат на аминокиселини, които след това се използват в глюконеогенезата. При разграждането на мазнините се образува глицерол, който чрез диоксиацетон фосфат се включва в глюконеогенезата. Лактатът, образуван по време на интензивна физическа работа в мускулите, след това се превръща в глюкоза в черния дроб. Следователно, физиологичната роля на глюконеогенезата от лактат и от аминокиселини и глицерол е различна. Синтезът на глюкоза от пируват протича като по време на гликолиза, но в обратна посока.

Глюконеогенеза.

Ензими: 1-пируват карбоксилаза, 2-фосфоенолпируват карбоксикиназа, 3-фосфатаза фру-1,6-дифосфат, 4-глюкоза-6-фосфатаза.

Седем реакции на гликолиза са лесно обратими и се използват в глюконеогенезата. Но три киназни реакции са необратими и трябва да бъдат заобиколени. Така фруктозо-1,6-бисфосфатът и глюкозо-6-фосфатът се дефосфорилират от специфични фосфатази, а пируватът се фосфорилира, за да образува фосфоенолпируват през два междинни етапа чрез оксалоацетат. Образуването на оксалоацетат се катализира от пируват карбоксилаза. Този ензим съдържа биотин като коензим. Оксалоацетатът се образува в митохондриите, транспортира се до цитозола и участва в глюконеогенезата. Трябва да се отбележи, че всяка от необратимите реакции на гликолизата, заедно със съответната необратима реакция на глюконеогенезата, съставляват цикъл, наречен субстрат.

Глюконеогенеза, необратими реакции.

Има три такива цикъла - съответстващи на три необратими реакции. Резултатът от едновременното протичане на реакции на субстратни цикли ще бъде консумацията на енергия. Субстратните цикли могат да възникнат при условия на нормален метаболизъм в черния дроб и имат много определено биологично значение. В допълнение, тези цикли служат като точки на приложение на регулаторни механизми, в резултат на което потокът от метаболити се променя или по пътя на разграждането на глюкозата, или по пътя на нейния синтез. Обобщено уравнение за глюконеогенеза от пируват:

2 пируват + 4 ATP + 2 GTP + 2(NADH) + 4 H 2 O глюкоза + 4 ADP + 2 GDP + 2 NAD+ + 6 H 3 PO 4.

В човешкото тяло на ден могат да се синтезират до 80 g глюкоза. Синтезът на 1 мол глюкоза от пируват изисква 6 високоенергийни връзки (4 ATP и 2 GTP).

Свързана информация.