Образование глюкозы из аминокислот

Важная и проверенная информация на тему: "образование глюкозы из аминокислот" от профессионалов для спортсменов и новичков.

Глюконеогенез

Глюконеогенез – это метаболический путь синтеза глюкозы из неуглеводных компонентов (ПВК, молочная кислота, глицерол, ряд аминокислот; такие аминокислоты называют гликогенными). Иными словами, предшественниками глюкозы в глюконеогенезе может быть пируват или любое соединение, превращающееся в процессе катаболизма в пируват или один из промежуточных продуктов ЦТК.

У позвоночных наиболее интенсивно глюконеогенез протекает в митохондриях клеток печени и почек (в корковом веществе).

Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение реакций гликолиза. Только 3 реакции гликолиза (гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная) необратимы, поэтому в процессе глюконеогенеза на этих 3 этапах используются другие ферменты с получением обходных путей.

1. Обходной путь пируваткиназной реакции

Превращение пирувата в фосфоенолпируват

Первоначально пируват под влиянием пируваткарбоксилазы и при участии СО2 и АТФ карбоксилируется с образованием оксалоацетата:

Затем оксалоацетат в результате декарбоксилирования и фосфорилирования под влиянием фермента фосфоенолпируваткарбоксилазы превращается в фосфоенолпируват. Донором фосфатного остатка в реакции служит гуанозинтрифосфат (ГТФ):

2. Обходной путь фосфофруктокиназной реакции

Превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат. Фосфоенолпируват, образовавшийся из пирувата, в результате ряда обратимых реакций гликолиза превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат. Далее следует фосфофруктокиназная реакция, которая необратима. Глюконеогенез идет в обход этой эндергонической реакции. Превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат катализируется специфической фосфатазой:

3. Обходной путь гексокиназной реакции

Образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата. В последующей обратимой стадии биосинтеза глюкозы фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат.

Роль аминокислот в глюконеогенезе

Глюконеогенез представляет собой процесс получения энергии для гликолитического метаболизма, в частности при физической нагрузке, из неуглеводных источников. Глюкозо-аланиновый цикл является одной из составных частей глюконеогенеза. В соответствии с существующими представлениями, при использовании в качестве источника энергии мышечных белков аминокислоты с разветвленными боковыми цепочками отрываются от волокон миозина, частично преобразуясь в аминокислотный аланин, который и служит источником для синтеза глюкозы в печени, Таким образом, свободные аминокислоты с боковыми цепочками, принимаемые в качестве пищевых добавок, способны значительно снизить распад мышечной ткани под влиянием интенсивной тренировки.

В цикле преобразования глюкозы аминокислоты с разветвленной цепочкой являются донорами химических групп для пируватов с последующим образованием аланина. Преобразуясь в глюкозу, аминокислоты участвуют в работе цикла трикарбоновых кислот, вырабатывающего энергию в мышцах. С учетом других химических реакций во время интенсивных физических упражнений распаду подвергается до 80-85 % аминокислот с разветвленными боковыми цепочками, что подчеркивает важность применения пищевых добавок, содержащих легкоусваиваемые протеины и аминокислоты для восстановления.

В экспериментах на животных хорошо показана роль аминокислот в глюконеогенезе. Данные, полученные X. Си-дрански и Т. Баба, свидетельствуют о том, что при питании аминокислотными смесями в печени откладываются гликоген и жир. Однако в этих же опытах были получены и данные об о’пасности применения чрезмерных количеств аминокислот. Белковый избыток вызывал дефицит валина в организме, а это, в свою очередь, повышало летальность среди животных.

«Роль аминокислот в глюконеогенезе» и другие статьи из раздела Питание и спорт

[1]

Образование глюкозы из аминокислот

Когда запасы углеводов в организме становятся ниже нормы, некоторое количество глюкозы может образовываться из аминокислот и составной части жиров — глицерола. Этот процесс называют глюконеогенезом.

Глюконеогенез особенно важен для предупреждения существенного снижения уровня глюкозы в крови во время голодания. Глюкоза является основным субстратом, используемым для получения энергии такими тканями, как нервная ткань и клетки крови, поэтому в крови должно присутствовать достаточное количество глюкозы в промежутках между приемами пищи, которые могут составлять несколько часов.

Печень играет ключевую роль в поддержании уровня глюкозы в крови натощак, обеспечивая превращение депонированного гликогена в глюкозу (гликогенолиз), а также путем синтеза глюкозы, главным образом из лактата и аминокислот (глюконеогенез). Приблизительно 25% глюкозы, синтезированной печенью натощак, образуется путем глюконеогенеза, что способствует доставке необходимого мозгу количества глюкозы.
В условиях длительного отсутствия пищи значительное количество глюкозы может образовываться в почках из аминокислот и других предшественников.

Приблизительно 60% аминокислот из присутствующих в организме белков свободно превращаются в углеводы. Остальные 40% имеют химическую структуру, затрудняющую их превращение в углеводы или делающую этот процесс невозможным. Превращение каждой аминокислоты в глюкозу сопряжено с индивидуальными особенностями химических реакций.

Например, путем дезаминирования аланин может напрямую превращаться в пировиноградную кислоту; затем пировиноградная кислота превращается в глюкозу или запасается в виде гликогена. Большая часть используемых аминокислот может объединяться, превращаясь в различные сахара, содержащие 3, 4, 5 и даже 7 атомов углерода. Затем они вступают в фосфоглюконатные реакции и преобразуются в глюкозу.

Таким образом, путем дезаминирования и некоторых простых преобразований большое количество аминокислот становится глюкозой. Подобным способом глицерол также преобразуется в глюкозу или гликоген.

Регуляция глюконеогенеза. Уменьшение количества углеводов в клетках или снижение сахара в крови является основным стимулом для увеличения скорости глюконеогенеза. Кроме того, уменьшение количества углеводов может стать причиной изменения направления гликолитических или фосфоглюконатных реакций, что способствует превращению дезаминированных аминокислот в углеводы, наряду с глицеролом. Такой гормон, как кортизол, играет особенно важную роль в регуляции процессов глюконеогенеза.

Читайте так же:  Сколько нужно принимать креатин

Роль кортикотропина и глюкокортикоидов в глюконеогенезе. Если количество углеводов в клетках не соответствует нормальному уровню, это по не совсем понятной причине приводит к тому, что аденогипофиз начинает продуцировать большое количество гормона кортикотропина. Кортикотропин стимулирует кору надпочечников к продукции больших количеств глюкокор-тикоидных гормонов, особенно кортизола.

В свою очередь, кортизол мобилизует белки из большинства тканей организма, повышая уровень аминокислот в жидких средах организма. Большая часть выделяемых аминокислот сразу дезаминируется в печени и становится прекрасным субстратом для превращения в глюкозу. Таким образом, один из наиболее важных способов стимуляции глюконеогенеза опосредован выделением глюкокортикоидов из коры надпочечников.

Нормальная концентрация глюкозы в крови, взятой натощак спустя 3-4 ч после приема пищи, составляет 90 мг/дл. После приема пищи, содержащей большое количество углеводов, уровень глюкозы в крови иногда достигает почти 140 мг/дл, даже если у человека нет сахарного диабета.
Регуляция концентрации глюкозы в крови тесно связана с гормонами поджелудочной железы, инсулином и глюкагоном.

Синтез глюкозы из лактата

Лактат, образованный в анаэробном гликолизе, не является конечным продуктом метаболизма. Использование лактата связано с его превращением в печени в пируват. Лактат как источник пирувата важен не столько при голодании, сколько при нормальной жизнедеятельности организма. Его превращение в пируват и дальнейшее использование последнего являются способом утилизации лактата. Лактат, образовавшийся в интенсивно работающих мышцах или в клетках с преобладающим анаэробным способом катаболизма глюкозы, поступает в кровь, а затем в печень. В печени отношение NADH/NAD+ ниже, чем в сокращающейся мышце, поэтому лактатдегидрогеназная реакция протекает в обратном направлении, т.е. в сторону образования пирувата из лактата. Далее пируват включается в глюконеогенез, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и поглощается скелетными мышцами. Эту последовательность событий называют «глюкозо-лактатным циклом», или «циклом Кори» . Цикл Кори выполняет 2 важнейшие функции: 1 — обеспечивает утилизацию лактата; 2 — предотвращает накопление лактата и, как следствие этого, опасное снижение рН (лактоацидоз). Часть пирувата, образованного из лактата, окисляется печенью до СО2 и Н2О. Энергия окисления может использоваться для синтеза АТФ, необходимого для реакций глюконеогенеза.

Цикл Кори (глюкозолактатный цикл). 1 — поступление лаюгата из сокращающейся мышцы с током крови в печень; 2 — синтез глюкозы из лактата в печени; 3 — поступление глюкозы из печени с током крови в работающую мышцу; 4 — использование глюкозы как энергетического субстрата сокращающейся мышцей и образование лактата.

При некомпенсированном лактоацидозе содержание лактата в крови увеличивается до 5 ммоль/л (в норме до 2 ммоль/л). При этом рН крови может составлять 7,25 и менее (в норме 7,36-7,44). Повышение содержания лактата в крови может быть следствием нарушения метаболизма пирувата

Нарушения метаболизма пирувата при лактоацидозе. 1 — нарушение использования пирувата в глюконеогенезе; 2 — нарушение окисления пирувата. глюкоза биологический катаболизм глюконеогенез

Так, при гипоксии, возникающей вследствие нарушения снабжения тканей кислородом или кровью, уменьшается активность пируватдегидрогеназного комплекса и снижается окислительное декарбоксилирование пирувата. В этих условиях равновесие реакции пируват — лактат сдвинуто в сторону образования лактата. Кроме того, при гипоксии уменьшается синтез АТФ, что следовательно, ведёт к снижению скорости глюконеогенеза — другого пути утилизации лактата. Повышение концентрации лактата и снижение внутриклеточного рН отрицательно влияют на активность всех ферментов, в том числе и пируваткарбоксилазы, катализирующей начальную реакцию глюконеогенеза.

Возникновению лактоацидоза также способствуют нарушения глюконеогенеза при печёночной недостаточности различного происхождения. Кроме того, лактоацидозом может сопровождаться гиповитаминоз В1, так как производное этого витамина (тиаминдифосфат) выполняет коферментную функцию в составе ПДК при окислительном декарбоксилировании пируват . Дефицит тиамина может возникать, например, у алкоголиков с нарушенным режимом питания.

Итак, причинами накопления молочной кислоты и развития лактоацидоза могут быть:

активация анаэробного гликолиза вследствие тканевой гипоксии различного происхождения;

поражения печени (токсические дистрофии, цирроз и др.);

нарушение использования лактата вследствие наследственных дефектов ферментов глюконеогенеза, недостаточности глюкозо-6-фосфатазы;

нарушение работы ПДК вследствие дефектов ферментов или гиповитаминозов;

применение ряда лекарственных препаратов, например бигуанидов (блокаторы глюконеогенеза, используемые при лечении сахарного диабета).

Возможность превращения аминокислот в углеводы.

Получены доказательства синтеза глюкозы из большинства аминокислот. Для некоторых аминокислот (аланин, аспарагиновая и глутами-новая кислоты) связь с глюконеогенезом является непосредственной, для других она осуществляется через побочные метаболические пути. Следует особо подчеркнуть, что три α-кетокислоты (пируват, оксалоацетат и кетоглутарат), образующиеся соответственно из аланина, аспартата и глутамата, не только служат исходным материалом для синтеза глюкозы, но являются своеобразными кофакторами при распаде ацетильных остатков всех классов пищевых веществ в цикле Кребса для получения энергии.

Процесс синтеза углеводов из аминокислот получил название глюконеогенеза. Он доказан прямым путем в опытах на животных с экспериментальным диабетом: более 50% введенного белка превращается в глюкозу. Как известно, при диабете организм теряет способность утилизировать глюкозу, и энергетические потребности покрываются за счет окисления аминокислот и жирных кислот. Доказано также, что исходными субстратами для глюконеогенеза являются те аминокислоты, распад которых сопровождается образованием прямо или опосредованно пировиноградной кислоты (например, аланин, серин, треонин и цистеин). Более того, имеются доказательства существования в организме своеобразного циклического процесса – глюкозоаланинового цикла, участвующего в тонкой регуляции концентрации глюкозы в крови в тех условиях, когда в период между приемами пищи организм испытывает дефицит глюкозы. Источниками пирувата при этом являются указанные аминокислоты, образующиеся в мышцах при распаде белков и поступающие в печень, в которой они подвергаются дезами-нированию. Образовавшийся аммиак в печени обезвреживается, участвуя в синтезе мочевины, которая выделяется из организма. Дефицит мышечных белков затем восполняется за счет поступления аминокислот пищи.

[2]

Образование глюкозы из аминокислот

Некоторые ткани, такие, как мозг и эритроциты, зависят от постоянного снабжения глюкозой. Если получаемое с пищей количество углеводов недостаточно, необходимая концентрация глюкозы в крови может поддерживаться некоторое время за счет расщепления гликогена печенью (см. с. 158). Если истощены также и эти запасы, в печени запускается синтез глюкозы de novo, глюконеогенез (см. с. 302). Наряду с печенью высокой глюконеогенезной активностью обладают также клетки почечных канальцев (см. с. 320). Исходными соединениями в глюконеогенезе являются аминокислоты мышечной ткани. При длительном голодании это приводит к массивному распаду мышечного белка. Другими важными исходными веществами для синтеза глюкозы служат лактат , образующийся в эритроцитах и мышечной ткани при недостатке О 2 , а также глицерин , образующийся при расщеплении жиров. Напротив, жирные кислоты не могут трансформироваться в глюкозу в организме животных, так как в данном случае деградация жирных кислот не является анаплеротическим процессом (см. с. 140). В организме человека за счет глюконеогенеза образуется несколько сотен граммов глюкозы в сутки.

Читайте так же:  Витамины в первом триместре беременности

Многие реакции глюконеогенеза катализируются теми же ферментами, что и процессы гликолиза (см. с. 152). Некоторые ферменты специфичны для глюконеогенеза и синтезируются только по мере необходимости под воздействием кортизола и гпюкагона (см. с. 160). На схеме представлена только эта группа ферментов. В то время как гликолиз протекает в цитоплазме, глюконеогенез происходит также в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме.

Первые стадии реакционной цепи протекают в митохондриях. Причиной такого «обходного» пути является неблагоприятная константа равновесия пируваткиназной реакции (см. с. 152). Для перевода пирувата непосредственно в фосфоенолпируват(PEP) недостаточно энергии расщепления АТФ. Пируват , образующийся из лактата или аминокислот, переносится в матрикс митохондрий и там карбоксилируется в оксалоацетат в биотинзависимой реакции, катализируемой пируваткарбоксилазой [ 2 ]. Оксалоацетат является промежуточным метаболитом цитратного цикла. Поэтому аминокислоты, которые включаются в цитратный цикл или конвертируются в пируват, могут непосредственно превращаться в глюкозу (глюкогенные аминокислоты, см. с. 182).

Оксалоацетат, образующийся в митохондриальном матриксе, восстанавливается в малат [ 3 ]. который может переноситься в цитоплазму с помощью специальных переносчиков (см. с. 214). Оксалоацетат может также переноситься из митохондрии в цитоплазму после переаминирования в аспартат (малатный челночный механизм, см. с. 206).

В цитоплазме малат вновь превращается цитоплазматической малатдегидрогеназой в оксалоацетат, который в реакции, катализируемой ГТФ-зависимой РЕР-карбоксикиназой [ 4 ], переводится в фосфоенолпируват . Последующие стадии до фруктозо-1,6-дифосфата представляют собой модификации соответствующих реакций гликолиза. При этом для образования 1,3-дифосфоглицерата дополнительно расходуется АТФ.

Две глюконеогенез-специфичные фосфатазы отщепляют по очереди фосфатные остатки от фруктозо-1,6-дифосфата . Промежуточной стадией является изомеризация фруктозо-6-фосфата в глюкозо-6-фосфат , одна из реакций гликолиза. Глюкозо-6-фосфатаза печени [ 5 ] является мембранным ферментом, локализованным внутри гладкого эндоплазматического ретикулума. Перенос глюкозо-6-фосфата в эндоплазматический ретикулум и возврат образующейся глюкозы в цитоплазму осуществляется специфическими переносчиками. Из цитоплазмы глюкоза поступает в кровь.

Глицерин прежде всего фосфорилируется [ 7 ] в положении 3. Образующийся 3-глицерофосфат окисляется НАД + -зависимой дегидрогеназой [ 8 ] в дигидроксиацетон-3-фосфат , который далее включается в глюконеогенез.

Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из аминокислот, глицерина и молочной кислоты. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори).

Синтез глюкозы de novo в печени происходит, когда кончаются запасы гликогена в печени, а мозг требует свои «дрова». Где-то через сутки после голодания гликоген кончается в конец, а клетки мозга не способны себя снабжать энергией от окисления жирных кислот.

Глюконеогенез — процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Основная функция — поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных тренировок.

Первиные субстраты глюконеогенеза — лактат, аминокислоты и глицерол. Лактат практически всегда есть в организме используется постоянно для синтеза глюкозы. Глицерол при гидролизе жиров в жировой ткани. Аминокислоты — когда все остальные запасы, по факту, закончились.

ЦИКЛ КОРИ. (или глюкозолактатный цилк). Лактат образуется в интенсивно работающих мышцах или в клетках с преобладающим анаэробным способом катаболизма глюкозы, поступает в кровь, а затем в печень. В печени отношение НАДН/НАД+ ниже, чем в сокращающейся мышце, поэтому лактатдегидрогеназная реакция протекает в обратном направлении, т.е. в сторону образования пирувата из лактата. Далее пируват включается в глюконеогенез, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и поглощается скелетными мышцами.

Данный цикл выполняет две важнейшие функции: — обеспечивает утилизацию лактата. — предотвращает накопление лактата и как следствие этого, опасное снижение рН. (Лактоацидоз).

Представление о пентозофосфатном пути превращений глюкозы. Окислительные реакции (до стадии рибулозо-5-фосфата). Распространение и суммарные результаты этого пути (образование пентоз, НАДФН и энергетика).

Энергетика пентофосфатного пути. Участвует шесть молекул глюкозы, образуется 36 молекул АТФ.

Читайте так же:  Как действует жиросжигатель на организм

А, биологическое значение, сейчас, один момент.

На окислительном этапе получаем восстановленный НАДФН+Н+ который идет на синтез жирных кислот, стероидов и обезвреживание веществ.

Неокислительный этап дает пластический материал для:

Глюконеогенез. Роль печени в углеводном обмене

Читайте также:

  1. III. Материальное обеспечение
  2. IV. ЭВАКУАЦИЯ НАСЕЛЕНИЯ. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ И МЕДИКО-САНИТАРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВАКУАЦИИ НАСЕЛЕНИЯ
  3. IY. Учебно-материальное обеспечение
  4. V. Учебно-материальное обеспечение
  5. Автоматизированные информационные системы 7. Информационное обеспечение принятия решений в юридической деятельности
  6. Альтернативные формы жизнеустройства детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей.
  7. Анализ выбора средств разработки программного обеспечения для системы автоматизированного проектирования технологических процессов
  8. В местах пересечения междуэтажных перекрытий трубы заключают в гильзы для обеспечения свободного их движения.
  9. В системе пароводяного отопления для обеспечения бесперебойной работы устанавливают два теплообменника, каждый из которых рассчитывается на половину тепловой мощности системы.
  10. В.4. Нормативное обеспечение акционерных обществ
  11. ВЕЩЕСТВА, ПОВЫШАЮЩИЕ ФУНКЦИЮ ПЕЧЕНИ
  12. Виды программного обеспечения

Выход АТФ при аэробном распаде глюкозы.

Образование АТФ при гликолизе может идти 2 путями:

1. Субстратным фосфорилированием, когда для синтеза АТФ из АДФ и Н3РО4 используется энергия макроэргической связи субстрата.

2. Окислительным фосфорилированием за счет энергии переноса электронов и протонов по ЦПЭ (комплексы тканевого дыхания).

В аэробных условиях «экономятся» 2 молекулы НАДН → дыхательная цепь и образуют 3 · 2 = 6 молекул АТФ. (Дыхательная цепь, окисляющая НАДН имеет 3 пункта фосфорилирования – это I, III, IV. Комплексы дыхательной цепи на одну молекулу О2 – 3 молекулы Н3РО4. (Р/О = 3) – коэффициент фосфорилирования.) Учитывая 2 молекулы АТФ, синтезированные в реакциях фосфорилирования до стадии образования пирувата, на первом этапе получаем 2АТФ + 6АТФ = 8АТФ.

Если в дыхательной цепи окисляются ФАД-зависимые субстраты, то пунктов сопряжения остается 2: III и IV комплексы (Р/О = 2) на одну молекулу О2 – 2 молекулы Н3РО4.

Таким образом на третьем этапе за счет водороддонорной и собственно энергетической функции цикла Кребса получаем 24 АТФ.

В сумме на всех трех этапах аэробного окисления 1 моля глюкозы получаем 38 молей АТФ.

Полная энергия распада глюкозы составляет 2880 кДж/моль. Свободная энергия гидролиза высокоэнергетической связи АТФ равна 50 кДж/моль. Для синтеза АТФ при окислении глюкозы используется 38 · 50 = 1900 кДж, что составляет 65% от всей энергии распада глюкозы. Это максимально возможная эффективность использования энергии глюкозы.

Значение анаэробного гликолиза.

Анаэробный гликолиз, несмотря на небольшой энергетический эффект, является основным источником энергии для скелетных мышц в начальном периоде интенсивной работы, т.е. в условиях, когда снабжение кислородом ограничено.

Кроме того, зрелые эритроциты извлекают энергию за счет анаэробного окисления глюкозы, потому что не имеют митохондрий.

Глюконеогенез– это синтез глюкозы из веществ неуглеводной природы.

Главные субстраты глюконеогенеза:

Видео (кликните для воспроизведения).

Пируват

Лактат – продукт анаэробного гликолиза в эритроцитах и работающих мышцах, используется в глюконеогенезе постоянно.

Глицерин – высвобождается при гидролизе жиров или при физической нагрузке.

Аминокислоты – образуются при распаде мышечных белков и включаются в глюконеогенез при длительном голодании или продолжительной мышечной работе.

Субстраты цикла Кребса

Жирные кислоты служить источником глюкозы не могут.

Схема включения субстратов в глюконеогенез.

Глюконеогенез обеспечивает потребность организма в глюкозе в тех случаях, когда понижение уровня глюкозы не компенсируется гликогеном печени. Например: при относительно длительном голодании или резком ограничении углеводов в питании.

Поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. В анаэробных условиях мышцы для энергетических нужд используют только глюкозу;

Постоянное поступление глюкозы в качестве источника энергии абсолютно необходимо нервной ткани (мозгу) и эритроцитам.

Глюкоза необходима и жировой ткани для синтеза глицерина – составной части липидов.

Процесс глюконеогенеза в основном протекает в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также слизистой оболочке кишечника.

Реакции гликолиза протекают в цитозоле, а часть реакций глюконеогенеза протекает в митохондриях.

Включение различных субстратов в гликонеогенез зависит от физиологического состояния организма.

Суммарное уравнение глюконеогенеза:

Наиболее значимо образование глюкозы, в первую очередь из пирувата, так как в него легко превращается основная гликогенная аминокислота – аланин, а так же молочная кислота, которая, поступая в значительных количествах в кровь из мышц после физической нагрузки, в печени под действием ЛДГ окисляется в пируват. В процессе катаболизма субстратов цикла Кребса образуется оксалоацетат, который также включается в реакции глюконеогенеза.

Основные стадии глюконеогенеза совпадают с реакциями гликолиза и катализируются теми же ферментами , только протекают они в обратном направлении.

Однако имеется очень важная особенность, обусловленная тем, что 3 реакции в гликолизе, катализируемые киназами: гексокиназой, фосфофруктокиназой и пируваткиназой, необратимы. Эти барьеры обходятся в глюконеогенезе с помощью специальных реакций.

Рассмотрим реакции глюконеогенеза, которые отличаются от реакций гликолиза и происходят в глюконеогенезе с использованием других ферментов.

  1. Образование фосфоенолпирувата из пирувата (обход пируваткиназной реакции).

Реакция катализируется двумя ферментами: пируваткарбоксилазой и фосфоенолпируваткарбоксикиназой.

Первая реакция протекает в митохондриях. Фермент – пируваткарбоксилаза является биотинзависимым (реакции карбоксилирования в клетках протекают с участием витамина Н):

Пируват + СО2 + АТФ + Н2О пируваткарбоксилаза Оксалоацетат (ЩУК) +АДФ + Н3РО4

Реакция протекает с использованием АТФ.

Читайте так же:  Перфектил витамины для волос

Затем в реакцию вступает второй собственный фермент глюконеогенеза – фосфоенолпируваткарбоксикиназа, реакция протекает в цитозоле:

ЩУК + ГТФ фосфоенолпируваткарбокскниаза Фосфоенолпируват + СО2 + ГДФ

В этой реакции образование мактоэргической связи фосфоенолпирувата осуществляется за счет энергии ГТФ, одновременно происходит декарбоксилирование оксалоацетата.

Далее следуют реакции гликолиза в обратном направлении до стадии образования фруктозо-1,6-дифосфата.

  1. Гидролиз фруктозо-1,6-дифосфата (обход фосфофруктокиназной реакции).

Фруктозо-1,6-дифосфат +Н2О Фруктозобифосфатаза Фруктозо-6-фосфат + Н3РО4
  1. Гидролиз фруктозо-6-фосфата (обход гексокиназной реакции)

Фермент — фосфатаза глюкозо-6-фосфата – фосфогексоизомераза.

Глюкозо-6-фосфат+Н2О Глюкозо-6-фосфатаза Глюкоза + Н3РО4

Свободная глюкоза, образующаяся в ходе этой реакции, поступает из печени в кровь и утилизируется тканями.

Энергетический баланс глюконеогенеза из пирувата: расходуется 6 моль АТФ на синтез 1 моль глюкозы и 2 моль пирувата.

Важное значение имеет глюконеогенез из глицерина и аминокислот.

При голодании, когда усиленно потребляются в качестве источников энергии жирные кислоты, в большом количестве образуется глицерин, который, активируясь с помощью АТФ под воздействием глицерокиназы превращается в α-глицерофосфат, затем окисляющийся под действием глицерофосфатдегидрогеназы в фосфодиоксиацетон – субстрат гликолиза.

Далее фосфодиоксиацетон используется в синтезе глюкозы т.е. в глюконеогенезе.

Глюконеогенез из лактата.

Лактат , образовавшийся при аэробном гликолизе превращается в печени в пируват, а лактат, образовавшийся в интенсивно работающих мышцах поступает в кровь, а затем в печень и превращается под действием ЛДГ в пируват, который включается в глюконеогенез, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и поглощается скелетными мышцами – эту последовательность называют циклом Кори или глюкозо-лактатным циклом.

На каждую молекулу лактата при глюконеогенезе расходуется три молекулы АТФ (точнее, две АТФ и одна ГТФ); поскольку для образования глюкозы необходимо 2 молекулы лактата, суммарный процесс глюконеогенеза из лактата описывается так:

2 лактат + 6 АТФ + 6 Н2О → глюкоза + 6 АДФ + 6 Н3РО4.

Образовавшаяся глюкоза может вновь поступать в мышцы и там превращаться в молочную кислоту.

Глюкоза + 2 АДФ + 2 Н3РО4 → 2 лактат + 2 АТФ + 2 Н2О.

Следовательно, в результате действия цикла Кори (глюкозо – лактатного цикла) работающие мышцы добывают 2 АТФ за счет расходования 6 АТФ в печени.

| следующая лекция ==>
Аэробное окисление глюкозы. Энергетический баланс аэробного окисления 1 молекулы глюкозы | Лекция 16

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 1649 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

СИНТЕЗ ГЛЮКОЗЫ В ПЕЧЕНИ (ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ)

Глюконеогенез — это процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. У млекопитающих эту функцию выполняет в основном печень, в меньшей мере — почки и клетки слизистой кишечника. Главными суб­стратами глюконеогенеза являютсяпируват, лактат, глицерин, аминокислоты (рис.10).

Глюконеогенез обеспечивает потребности орга­низма в глюкозе в тех случаях, когда диета содержит недостаточное количество углеводов (физическая нагрузка, голодание). Постоянное поступление глюкозы особенно необходимо для нервной системы и эри­троцитов. При понижении концентрации глюкозы в крови ниже определенного критического уровня нарушается функционирование мозга; при тяжелой гипогликемии возникает коматозное состояние и мо­жет наступить летальный исход.

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:

Глюкоза необходи­ма для жировой ткани как источник глицерола, входящего в состав глицеридов; она играет существенную роль в поддержании эффек­тивных концентраций метаболитов цикла лимон­ной кислоты во многих тканях. Даже в условиях, когда большая часть потребностей организма в калориях обеспечивается за счет жира, всегда сохраняется определенная потребность в глю­козе. Кроме того, глюкоза служит единственным ви­дом топлива для работы скелетной мышцы в анаэробных условиях. Она является предшествен­ником молочного сахара (лактозы) в молочных же­лезах и активно потребляется плодом в период раз­вития. Механизм глю­конеогенеза используется для удаления из крови продуктов тканевого метаболизма, например лактата, образующегося в мышцах и эритроцитах, глицерола, непрерывно образующегося в жировой ткани

Включение различных субстратов в глюконео­генез зависит от физиологического состояния орга­низма. Лактат является продуктом анаэробного гликоли­за в эритроцитах и работающих мышцах. Глицерин высвобождается при гидролизе жиров в жировой ткани в постабсорбтивный период или при физической нагрузке. Аминокислоты образуются в результате распада мышечных белков.

Рисунок 11. Глюконеогенез. Ферменты: 1- пируваткарбоксилаза, 2- фосфоенолпируваткарбоксикиназа, 3- фосфатаза фру-1,6-дифосфата, 4- глюкозо-6-фосфатаза.

Семь реакций гликолиза легко обратимы и используются в глюконеогенезе. Но три киназные реакции необратимы и должны шунтироваться (рис. 12). Так, фруктозо-1,6-дифосфат и глюкозо-6-фосфат дефосфорилируются специфическими фосфатазами, а пируват фосфорилируется до образования фосфоенолпирувата посредством двух промежуточных стадий через оксалоацетат. Образование оксалоацетата катализируется пируваткарбоксилазой. Этот фермент содержит в качестве кофермента биотин. Оксалоацетат образуется в митохондриях, транспортируется в цитозоль и включается в глюконеогенез. Следует обратить внимание на то, что каждая из необратимых реакций гликолиза вместе с соответствующей ей необратимой реакцией глюконеогенеза составляют цикл, называемый субстратным:

Таких циклов существует три — соответственно трем необратимым реакциям. Эти циклы служат точками приложения регуляторных механизмов, в результате чего изменяется поток метаболитов либо по пути распада глюкозы, либо по пути ее синтеза.

Читайте так же:  Витамин д для чего он нужен

Направление реакцийпервого субстратного цик­ла регулируется главным образом концентрацией глюкозы. При пищеварении концентрация глюко­зы в крови повышается. Актив­ность глюкокиназы в этих условиях максимальна. Вследствие этого ускоряется гликолитическая реак­цияглюкоза ® глюкозо-6-фосфат. Кроме того, инсу­лин индуцирует синтез глюкокиназы и ускоряет тем самым фосфорилирование глюкозы. Поскольку глюкокиназа печени не ингибируется глюкозо-6-фосфатом (в отличие от гексокиназы мышц), то основная часть глюкозо-6-фосфата направляется по гликолитическому пути.

Превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу катализируется другой специфической фосфатазой—глюкозо-6-фосфатазой. Она присутствует в пе­чени и почках, но отсутствует в мышцах и жировой ткани. Наличие этого фермента позволяет ткани по­ставлять глюкозу в кровь.

Распад гликогена с образованием глюкозо-1-фосфата осуществляется фосфорилазой. Синтез гликогена идет по совершенно другому пути, через образование уридиндифосфатглюкозы, и катализи­руетсягликогенсинтазой.

Второй субстратный цик­л: превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат, катализи­руется специфическим ферментомфруктозо-1,6-бисфосфатазой. Этот фермент имеется в печени и почках, он был также обнаружен в поперечнополосатых мышцах.

Направление реакцийвторого субстратного цик­ла зависит от активности фосфофруктокиназы и фосфатазы фруктозо-1,6-бисфосфата. Активность этих ферментов зависит от концентрации фруктозо-2,6-бисфосфата.

[3]

Фруктозо-2,6-бисфосфат образуется путем фосфорилирования фруктозо-6-фосфата при участии би­функционального фермента (БИФ), который ка­тализирует также и обратную реакцию.

Киназная активность проявляется, когда бифунк­циональный фермент находится в дефосфорилированной форме (БИФ-ОН). Дефосфорилированная форма БИФ характерна для абсорбтивного периода, когда инсулин-глюкагоновый индекс высокий.

При низком инсулин-глюкагоновом индексе, ха­рактерном для периода длительного голодания, происходят фосфорилирование БИФ и проявление его фосфатазной активности, результатом чего яв­ляются снижение количества фруктозо-2,6-бисфосфата, замедление гликолиза и переключение на глюконеогенез.

Киназная и фосфатазная реакции катализируют­ся разными активными центрами БИФ, но в каждом из двух состояний фермента — фосфорилиро-ванном и дефосфорилированном — один из актив­ных центров ингибирован.

Дата добавления: 2015-09-18 ; просмотров: 2215 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Организм умеет синтезировать глюкозу

В клетках организма всегда существует потребность в глюкозе:

  • для эритроцитов глюкоза является единственным источником энергии,
  • нервная ткань потребляет около 120 г глюкозы в сутки и эта величина практически не зависит от интенсивности ее работы. Только в экстремальных ситуациях (длительное голодание) она способна получать энергию из неуглеводных источников (кетоновые тела),
  • глюкоза играет весомую роль для поддержания необходимых концентраций метаболитов цикла трикарбоновых кислот (в первую очередь оксалоацетата).

Таким образом, при определенных ситуациях – при низком содержании углеводов в пище, голодании, длительной физической работе, т.е. когда глюкоза крови расходуется и наступает гипогликемия, организм должен иметь возможность синтезировать глюкозу и нормализовать ее концентрацию в крови. Это достигается реакциями глюконеогенеза.

По определению, глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата, глицерола, кетокислот цикла Кребса и других кетокислот, из аминокислот.

Необходимость глюконеогенеза и его значение для организма демонстрируют два цикла – глюкозо-лактатный и глюкозо-аланиновый.

Глюкозо-лактатный цикл (цикл Кори)

Глюкозо-лактатный цикл – это циклический процесс, объединяющий реакции глюконеогенеза и реакции анаэробного гликолиза. Глюконеогенез происходит в печени, субстратом для синтеза глюкозы является лактат, поступающий в основном из эритроцитов или мышечной ткани.

В эритроцитах молочная кислота образуется непрерывно, так как для них анаэробный гликолиз является единственным способом образования энергии.

В скелетных мышцах высокое накопление молочной кислоты (лактата) является следствием гликолиза при очень интенсивной, субмаксимальной мощности, работе, при этом внутриклеточный рН снижается до 6,3-6,5. Но даже при работе низкой и средней интенсивности в скелетной мышце всегда образуется некоторое количество лактата.

Большая часть лактата крови захватывается гепатоцитами, окисляется в пировиноградную кислоту и вступает на путь глюконеогенеза. Глюкоза, образованная в печени, используется самим гепатоцитом или возвращается обратно в мышцы, восстанавливая во время отдыха запасы гликогена. Также она может распределиться по другим органам.

Глюкозо-лактатный (выделен желтым) и глюкозо-аланиновый циклы

Глюкозо-аланиновый цикл

Целью глюкозо-аланинового цикла также является уборка пирувата, но кроме этого решается еще одна немаловажная задача – доставка аминного азота из мышцы в печень.

При мышечной работе и в покое в миоците распадаются белки и образуемые аминокислоты трансаминируются с α-кетоглутаратом и полученный глутамат взаимодействует с пируватом. Образующийся аланин является транспортной формой аминного (аминокислотного) азота и пирувата из мышцы в печень. В гепатоците идет обратная реакция трансаминирования, аминогруппа через глутамат передается на синтез мочевины, пируват используется для синтеза глюкозы.

Видео (кликните для воспроизведения).

Кроме мышечной работы, глюкозо-аланиновый цикл активируется во время голодания , когда белки мышц и других тканей распадаются и многие аминокислоты используются в качестве источника энергии, а их азот необходимо доставить в печень.

Источники


  1. Маркова, А. 700 вопросов о вредных и лечебных продуктах питания и 699 честных ответов на них / А. Маркова. — М.: Вектор, 2010. — 256 c.

  2. Деймонд Дж. Райнегл Как рисовать спортсменов; Попурри — Москва, 2012. — 534 c.

  3. Голощапов, Б. Р. История физической культуры и спорта / Б.Р. Голощапов. — М.: Академия, 2015. — 320 c.
Образование глюкозы из аминокислот
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here