Gloundogenes är en syntes glukos Från icke-tillförlitliga komponenter: laktata., piruvata., glycerol., ketokislotkrebs och andra Ketokislot-cykler, från aminosyror. Alla andra aminosyror än ketiogena leucin och lysin kan delta i glukossyntes. Kolatomer av några av dem är glidlarna - helt med i glukosmolekylen, av vissa blandade - delvis.
Förutom att erhålla glukos ger glukeGenesis och rengöring"Slagg" - laktata., permanent formad i röda blodkroppar eller med muskelarbete, och glycerol.vilken är en produkt av lipolys i fettvävnad.
Som du vet, i glykoliseradet finns tre irreversibla reaktioner: piruvatakenaznaya(tionde), fosfoFructureinaznaya(tredje) och hexokinaznaya (först). I dessa reaktioner frigörs energi för syntesen av ATP. Därför uppstår i omvänd process energibarriärervilken cell bypass med ytterligare reaktioner.
Gloundogenes inkluderar allt reversibla reaktioner Glykoliza, I. särskilda lösningar. Det upprepar inte helt glukosoxidationsreaktioner. Dess reaktioner kan gå i alla vävnader, förutom den sista glukos-6-fosfatasreaktionen, som endast är i leveroch njure. Därför är glykegenesen endast i dessa två organ.
I detta skede använder GlukeGenesis två viktiga enzymer - i mitokondrier piruvatakarboxylas och i cytosole.
I den kemiska planen ser bypassvägen för den tionde reaktionen enkel nog:
Förenklad bypass av den tionde glykolysreaktionen
Men faktum är det piruvatakarboxylasbeläget i Mitochondria, och fosfoenolpiruvat-karboxikinas - i cytozol. Kompletterar problemet ogenomträngligmitokondriellt membran för oxaloacetata. Men genom membranet kan passera malat., föregångare av oxaloacetat på CTC.
Därför ser allt i verkligheten mer svårt ut:
1. I cytosol kan pyrovino syra visas vid oxidation mjölksyra Och i transmistationsreaktionen alanina. Därefter är den enkla pyruvaten med H + joner som rör sig längs en protongradient, penetrerar mitokondrier. I mitokondrier piruvatakarboxylas förvandlar pyruvinsyra i oxaloacetat.
Pyruvaturboxylasreaktionen är i cellen ständigt, eftersom oxaloacetat är huvudregulatorn för CTC-hastigheten. Reaktionen kallas anaperotisk (fyllning) TSK-reaktion.
2. Nästa oxaloacetat kan bli fosfoenolpiruvat, men för det här bör det komma in i cytosolen. Därför finns det en reaktion av återvinningen av oxaloacetat i Malat med deltagandet malathydrogenas. Som ett resultat kommer malaten ackumuleras, går in i cytosol och här vänder tillbaka till oxaloacetat.
Vrid den malathydrogenas-TSK-reaktion mot omvänd tillåter ett överskott av naM i mitokondrier. NADN kommer från β-oxidation fettsyroraktiverad under förhållanden med glukosinsufficiens i hepatocyt.
3. I cytoplasma fosfoenolpiruvat-karboxikinas utför omvandlingen av oxaloacetat i fosfoenolpyruvatReaktionen kräver GTFs energi. Från molekylen klyvas samma kol, vilket sammanfogar.
Kringgå den tionde glykolysreaktionen
Kringgå den tredje glykolysreaktionen
Det andra hindret på glukossyntesens bana är fosfoffructinatreaktion - övervinner med ett enzym fruktos-1,6-difatas. Detta enzym är i njurarna, lever, korsriktade muskler. Således är dessa tyger kapabla att syntetisera fruktos-6-fosfat och glukos-6-fosfat.
Gloundoegenes - processen med glukosyntes från ämnen av icke-tillförlitlig natur. Dess huvudsakliga funktion är att bibehålla blodglukosnivåer under en period av lång svält och intensiv fysisk ansträngning. Processen fortsätter huvudsakligen i levern och mindre intensiv i njurens kortikala ämne, såväl som i tarmslimhinnan. Dessa tyger kan ge en syntes av 80-100 g glukos per dag. Hjärnans insats under svält står för det mesta av kroppens behov av glukos. Detta beror på det faktum att hjärncellerna inte är kapabla, till skillnad från andra vävnader, för att ge energibehov på grund av oxidation av fettsyror. Hjärnkomplexet, i glukosvävnader och celler i vilka den aeroba sönderdelningsbanan är omöjlig eller begränsad, för Exempel, erytrocyter (de är berövade mitokondrier), retinala celler, hjärnskikt av binjurar etc. Primär substrat glukoneogenes - laktat, aminosyror och glycerol. Inkluderingen av dessa substrat i glukoneogenes beror på fysiologisk stat organism.
Laktat - Produkt anaerob glykolys. Den är formad för alla stater i kroppen i röda blodkroppar och arbetsmuskler. Således används laktat i glukenesis ständigt.
Glycerol. Den frigörs vid hydrolys av fetter i fettvävnaden under svältperioden eller under långsiktig övning.
Aminosyror De är utformade som ett resultat av sönderfallet av muskelproteiner och ingår i glykgenes med lång svält eller långvarigt muskelarbete.
De flesta gluchegenesreaktioner fortsätter på grund av reversibla reaktioner av glykolys och katalyseras av samma enzymer. Emellertid är 3 glykolysreaktioner termodynamiskt irreversibla. Vid dessa steg fortskrider reaktionen av glukoneogenes med andra vägar. Det bör noteras att glykoliz strömmar i cytosol, och en del av glukoneogenesreaktioner uppträder i mitokondrier.
Fosfoenolpiruvatbildning från pyruvat . Bildandet av fosfoenolpiruvat från pyruvat uppträder under de två reaktionerna den första av vilka fortskrider i mitokondrier. Pyruvat, bildad av laktat eller några aminosyror, transporteras till matrismitokondrier och är karboxylerad där med bildandet av oxaloacetat.
Piruvat karboxylas men,katalyserar denna reaktion - det mitokondriella enzymet som koenfalen är biotin. Reaktionen fortskrider med användning av ATP.
Ytterligare omvandling av oxaloacetat fortskrider i cytozol. Följaktligen bör det i detta skede vara ett system för transport av oxaloacetat genom det mitokondriella membranet, vilket är ogenomträngligt för honom. Oxaloacetat i mitokondriella matrisen återställs till bildandet av en malation med NADHs deltagande (reaktionen av citratcykeln).
Den resulterande malaten passerar sedan genom det mitokondriella membranet med hjälp av speciella bärare. Dessutom kan oxaloacetat transporteras från mitokondrier till cytosol i form av aspartat under Malat-aspartial Shuttle-mekanismen. I cytosolen blir malaten till oxaloacetat under oxidationsreaktionen med deltagande av NAD + koenzym. Båda reaktionerna: restaureringen av oxaloacetat och oxidationen av malaga katalysatormalathydehydrogenas, men i det första fallet är det ett mitokondrialt enzym och i den andra-cytosolen. Oxaloacetatet, som bildas i cytosol, oxaloacetat omvandlas sedan till fosfoenolpiruvat under reaktionen som katalyseras av fosfoenolpuralaturboxykinas-GTF-beroende enzym.
Bildandet av glukos från laktat. Laktat, bildad i intensivt arbetsmuskler eller i celler med den rådande anaeroba metoden för katabolism av glukos, kommer in i blodet och sedan till levern. I levern är NADH / NAD + -förhållandet lägre än i skärmuskeln, därför fortsätter laktatdehydrogenasreaktionen i motsatt riktning, d.v.s. I riktning mot bildandet av pyruvat från laktat. Därefter ingår pyruvatet i glykgenes och den resulterande glukosen kommer in i blod och absorberas av skelettmuskler. Denna sekvens av händelser kallas " glukos-laktatcykel "eller" Corey Cycle " .
Cinema Cycle utför 2 viktiga funktioner: 1 - säkerställer bortskaffande av laktat; 2 - Förhindrar ackumulering av laktat och som ett resultat är en farlig minskning av pH (laktoacidos). En del av pyruvatet som bildas av laktat oxideras av levern till CO2 och H2O. Oxidationsenergin kan användas för att syntetisera ATP som är nödvändig för glukoneogenesreaktioner.
Bildandet av glukos från aminosyror. Aminosyror som i katabolism transformeras till pyruvat eller citratcykelmetaboliter kan betraktas som potentiella glukos- och glykogenprekursorer och kallas glykogena. Exempelvis är ox-loacetat, bildad av asparaginsyra, en mellanprodukt av både citratcykel och glukoneogenes. Av alla aminosyror som kommer in i levern faller cirka 30% på alanin. Detta beror på det faktum att en aminosyror bildas under splittringen av muskelproteiner, varav många blir pyruvat omedelbart eller först i oxaloacetat och därefter i pyruvat. Den senare blir till alanin, som förvärvar en aminogrupp från andra aminosyror. Alaninen från musklerna överförs till blodet i levern, där det omvandlas till pyruvat igen, vilket delvis oxideras och delvis ingår i glukosonogenes. Följaktligen finns det följande sekvens av händelser (glukos-alanincykel ) : Glukos i musklerna → piruvat i musklerna → alanin i musklerna → alanin i levern → glukos i levern → glukos i musklerna. Hela cykeln leder inte till en ökning av antalet glukos i musklerna, men det löser problemen med transport av amin kväve från musklerna i levern och förhindrar laktoakidos.
Glukosbildning från glycerol . Glycerol bildas i hydrolys av triacylglycer, huvudsakligen i fettvävnad. Det kan bara använda de vävnader där det finns ett glycerolkinasenzym, såsom lever, njure. Detta ATP-beroende enzym katalyserar omvandlingen av glycerol i a-glycertosfat (glycerol-3-fosfat). När glycerol-3-fosfatet är påslagen till glykegenesen är det dehydrogenering av nad-beroende dehydrogenas med bildandet av dihydroxiacetonfosfat, vilket vidare blir glukos.
35.35 Tanken med pentosofosfatvägen för glukosomvandlingar. Oxidativa reaktioner (upp till steget av ribulose-5-fosfat). Sprid I. totala resultat av den här vägen (bildning av pentos, napfn och makt)
Pentosofosfatvägen Också kallad hexomonofosfat shunt, tjänar som ett alternativt sätt att oxidera glukos-6-fosfat. Pentosofosfatvägen består av 2 faser (delar) - oxidativ och icke-oxidativ.
I oxidativfasen oxideras glukos-6-fosfatet oåterkalleligt i pentos-ribuloso-5-fosfatet och återvunnet NADPH bildas. I den icke-oxidativa fasen vänder ribulosa-5-fosfatet reversibelt till riboso-5-fosfat och glykolysmetaboliter. Pentosofosfatbanan ger ribosceller för syntesen av purin- och pyrimidin-nukleotider och den hydrogenerade NADPH-koenfen, som används för att reducera processer. Total ekvation pentosofosfatvägen Det uttrycks enligt följande:
3 glukos-6-fosfat + 6 NADP + → 3 s 2 + 6 (NADPH + N + ) + 2 fruktos-6-fosfat + glyceraldehyd-3-fosfat.
Enzymerna hos pentosofosfatbanan, såväl som enzymerna av glykolys, är lokaliserade i cytozol. Den mest aktiva pentosofosfatvägen strömmar in i binjurvävnad, lever, adrenalcortex, röda blodkroppar, bröst under amning, Semenniki.
I den oxidativa delen av pentosofosfatbanan glukos-6-fosfat utsätts för oxidativ dekarboxylering, som ett resultat av vilka pentoser bildas. Detta stadium innefattar 2 dehydrogeneringsreaktioner.
Den första dehydrogeneringsreaktionen är omvandlingen av glukos-6-fosfat i glukonolakton-6-fosfatkatalyserad av Nadro + -dependent glukos-6-fosfatdehydrogenas och åtföljs av oxidationen av aldehydgruppen vid den första kolatomen och bildningen av en molekyl av det utvunna nadph koenzymet. Därefter blir glukonolakton-6-fosfat snabbt till ett 6-fosfogluconat med deltagande av glukikonolaktonhydratenzym. Enzyme 6-fosfogluconatdehydrogenas katalyserar det andra svaret av dehydrogenering av den oxidativa delen, under vilken dekarboxylering uppstår. Samtidigt förkortas kolkedjan med en kolatom, det ribulose-5-fosfat och den andra hydrerade nadphmolekylen bildas. Återställd NADPH hämmar det första enzymet av det oxidativa steget av pentosofosfatbanan - glukos-6-fosfat dehydrogenas. Transformationen av nadph i det oxiderade tillståndet av NADP + leder till försvagningen av enzyminhiberingen. Samtidigt ökar hastigheten av lämplig reaktion, och mer NADPH bildas.
Den totala ekvationen för oxidationssteget pentosofospatabanorna kan representeras som:
Glukos-6-fosfat + 2 NADP + + N. 2 OH → Ribulose-5-fosfat + 2 NADPH + N + + S 2 .
De oxidativa stegreaktionerna tjänar som huvudkälla för nadph i celler. Hydrogenerade källor matas med vätebiosyntetiska processer, redoxreaktioner, inklusive cellskydd från de aktiva formerna av syre.
Det oxidativa steget för bildning av pentos och det icke-oxidativa steget (banan att returnera pentosen i hexoser) tillsammans den cykliska processen. En sådan process kan beskrivas med den allmänna ekvationen:
6 glukos-6-fosfat + 12 NADP + + 2 N. 2 OH → 5 glukos-6-fosfat + 12 NADPH +12 N + + 6 Co. 2 .
Detta innebär att 6 molekyler av glukos bildas med 6 molekyler av ribuloso-5-fosfat (pentoser) och 6 molekyler från 2. Enzymer av icke-oxidationsfas omvandlar 6 ribulosa-5-fosfatmolekyler i 5 glukosmolekyler (hexoser). Med ett konsekvent utförande av dessa reaktioner är den enda användbara produkten nadph bildad i den oxidativa fasen av pentosofosfatbanan. En sådan process kallas pentosofosfatcykel. Den flytande pentosofosfatcykeln medger att cellerna producerar nadPh, som är nödvändig för syntesen av fetter, utan att ackumulera pentoserna.
Den energi som släpptes under glukosförfall omvandlas till energin hos High-Energy-väte-donatorn - NADPH. Den hydrogenerade NADPH tjänar som en källa till väte för återställande synteser, och nadphenergin omvandlas och kvarhålles i nyligen syntetiserade substanser, såsom fettsyror, frigörs under deras katabolism och används av celler.
Gloundoegenes - Detta är en process av glukosyntes från ämnen av icke-tillförlitlig natur. I däggdjur fungerar den här funktionen huvudsakligen lever minst njure och celler av tarmslimhinnan . De huvudsakliga substraten av glukoneogenes är piruvat, laktat, glycerin, aminosyror (fig 10).
Figur 10.
Gloundogenes säkerställer kroppens behov i glukos i de fall där kosten innehåller en otillräcklig mängd kolhydrater (fysisk ansträngning, svält). Det permanenta flödet av glukos är särskilt nödvändigt för nervsystem och röda blodkroppar. När man sänker glukoskoncentrationen i blodet under en viss kritisk nivå störs hjärnfunktionen; Med svår hypoglykemi sker ett komatos tillstånd och ett dödligt resultat kan uppstå.
Glykogenreserver i kroppen är tillräckliga för att möta glukosbehov under perioden mellan måltiderna. Med kolhydrat eller fullständig svält, liksom under förhållanden med långsiktigt fysiskt arbete, bibehålls blodglukoskoncentrationen på grund av glukoneogenes. I denna process kan substanser som kan förvandlas till pyruvat eller någon annan metabolit av glukoneogenes. Figuren visar punkterna för införlivande av primära substrat i glukongenesis:
Glukos är nödvändig för fettvävnad som en källa till glycerol, som är en del av glycerider; Det spelar en betydande roll för att upprätthålla de effektiva koncentrationerna av citronsyra-metaboliter i många vävnader. Även under förhållanden, när de flesta av kroppens behov i kalorier säkerställs av fett, bevarade alltid ett visst behov av glukos. Dessutom tjänar glukos som den enda typen av bränsle för drift av skelettmuskeln i anaeroba förhållanden. Det är föregångaren till mjölksocker (laktos) i mjölkkörtlar och är aktivt förbrukad av frukten under utvecklingsperioden. Mekanismen för glukoneogenes används för att avlägsna produkter från vävnadsmetabolismprodukter, exempelvis laktat som bildas i muskler och röda blodkroppar, glycerol, kontinuerligt genererade i fettvävnad
Inkluderingen av olika substrat i glykgenes beror på kroppens fysiologiska tillstånd. Laktat Det är en anaerob glykolysprodukt i röda blodkroppar och driftsmuskler. Glycerol Den frigörs vid hydrolys av fetter i fettvävnad i en pre-saberial period eller under träning. Aminosyror De är utformade som ett resultat av kollapsen av muskelproteiner.
Sju glykolysreaktioner är lätt reversibla och används i glukeGenesis. Men tre kinasreaktioner är irreversibla och måste skaka (fig 12). Således är fruktos-1,6-difosfat och glukos-6-fosfat defosforylerade av specifika fosfataser och pyruvatet fosforyleras före fosfoenolpiruvatbildning med hjälp av två mellanliggande steg genom oxaloacetat. Bildandet av oxaloacetat katalyseras av piruvatatokoxylas. Detta enzym innehåller biotin som en koenzyment. Oxaloacetat bildas i mitokondrier, transporteras till cytosol och ingår i glykgenes. Det bör ägnas åt det faktum att var och en av de irreversibla glykolysreaktionerna, tillsammans med glukegenesen som motsvarar den, utgör en cykel, kallad substratet:
Figur 12.
Det finns respektive tre sådana cykler, tre irreversibla reaktioner. Dessa cykler är tjäna tillämpningspunkter för regleringsmekanismer , Som ett resultat förändras flödet av metaboliter antingen längs nedbrytningen av glukos eller längs vägen för sin syntes.
Reaktionsriktning första substratcykeln Regleras huvudsakligen av glukoskoncentration. I matsmältningen stiger koncentrationen av glukos i blodet. Aktiviteten av glukocinat i dessa förhållanden är maximal. Som ett resultat accelereras den glykolitiska reaktionen glukos ® glukos-6-fosfat. Dessutom inducerar insulin syntesen av glukocinat och accelererar fosforyleringen av glukos. Eftersom leverglukocinatet inte hämmas av glukos-6-fosfat (i motsats till muskelhexochinaser), är huvuddelen av glukos-6-fosfatet riktat längs den glykolitiska banan.
Omvandlingen av glukos-6-fosfat i glukos katalyseras av ett annat specifikt fosfatas glukos-6 fosfatas. Det är närvarande i levern och njurarna, men är frånvarande i musklerna och fettvävnaden. Närvaron av detta enzym tillåter vävnad att tillföra glukos i blod.
Förfallet av glykogen med bildandet av glukos-l-fosfat utförs genom fosforilas. Syntesen av glykogen går längs en helt annan väg, genom bildandet av uridindifosgradlukos och katalyserad glykogencintazoy.
Andra substrat Cykel: Transformation av fruktos-1,6-bisfosfat i fruktos-6-fosfat, katalyseras av ett specifikt enzym fruktos-1,6-bisfosfatas. Detta enzym är tillgängligt i levern och njurarna, det upptäcktes också i tvärgående muskler.
Reaktionsriktning andra substrat Cykeln beror på aktiviteten av fosforoductinas och fosfatasfrukto-1,6-bisfosfat. Aktiviteten hos dessa enzymer beror på koncentrationen av fruktos-2,6-bisfosfat.
Fruktos-2,6-bisfosfat bildas genom fosforylering av fruktos-6-fosfat med deltagande av det bifunktionella enzymet (BIF), vilket också katalyserar den omvända reaktionen.
Kinasaktivitet manifesterar sig när ett bifunktionellt enzym är i en defosforylerad form (Bif-OH). Den defosforiserade formformen är karakteristisk för den absorberande perioden när insulin-glukagonindexet är högt.
Med låginsulin-glukagonindex, kännetecken för en period av lång svält, uppträder bifffosforyleringen och manifestationen av dess fosfatasaktivitet, vilket resulterar i en minskning av mängden frukto-2,6-bisfosfat, saktar ner glykolysen och omkoppling till glukoneogenes.
Kinas- och fosfatasreaktioner katalyseras av olika aktiva Biff-centra, men i var och en av de två staterna i enzymet - fosforelbad och defosforylerade - en av de aktiva centra inhiberade.
Glykogenlager i levern är begränsade och efter 12-18 timmars fasta, försvinner de helt. Många celler behöver konstant glukos (erytrocyter, neuroner, muskulösa celler i anaeroba förhållanden). Gloundogenes är den metaboliska banan som löser detta problem. Gloundogenes är en metabolisk väg för omvandling av icke-tillförlitliga föreningar i glukos. Många föreningar kan delta i denna process. Det är mjölksyra och PVCs och aminosyror som faller till pyruvatet (alanin, cystein, glycin, serin, treonin, etc.) och glycerin och propiononyl-CoA och substraten i Krebs-cykeln (oxalacetat mm ., Fig. 5.8).
Gloundogenes är en modifiering av sådana förfaranden som glykoliz och Krebs-cykeln. De flesta av glykolysreaktionerna är reversibla. Undantagen är tre reaktioner som katalyserar hexokinas, fosfofuktur-1 och piruvatakenas och för att övervinna dessa reaktioner, speciella enzymer, vilka kallades nyckelglukoneogenesreaktioner. Dessa enzymer är koncentrerade i levern och njurens kortikala ämne. Tabell 5.2. Namnen på enzymer som katalyserar irreversibla reaktioner av glykolys och motsvarande nyckelglukoneoegenes-enzymer ges.
Tabell 5.2. Viktiga enzymer av glykolys och glykoe-genesis
Med det gemensamma arbetet med sådana enzymer finns det ett problem med den så kallade. "Tomma" substratcykler. Under tillståndet av den direkta och omvända reaktionskatalyseringen med olika enzymer blir produkten erhållen i en direkt reaktion substratet av ett annat enzym som katalyserar den omvända reaktionen, vrider produkten igen till substratet av det första enzymet. Det finns en fara för att "tomgång" rullning av reaktionsubstrat. Problemet löses av organisationen av reglering av flera nivåer, inklusive ömsesidig ändlösning och kovalent modifiering av enzymernas struktur.
Det är vanligt att betraktas som det initiala steget av glukoneogenes av reaktionen, som går runt piruvatkinasreaktionen av glykolys. Piruvatakenas - ett syfte med påverkan av regleringssystem (fig. 5,9), som styr hastigheten av glykolys, därför i förhållanden med gynns glukeGenesis (svält, etc.), bör aktiviteten hos detta enzym bromsas. Detta bidrar till en ökning av antalet alanin, vilket är en Alto-cellinhibitor av piruvatakenas och förbättrad glukagonsekretion. Den senare stimulerar bildandet av CAMF i hepatocyter som aktiverar proteinkinas A. fosforylering av piruvatakenas under påverkan av proteinkinas A kallar det till ett inaktivt tillstånd. Bromsning av piruvatakenasinas gynnar införandet av glukoneogenes.
. 
Fig. 5,9. Reglering av aktivitet av piruvatakinas
Fig. 5,10. Huvudsubstrat och glukoneogenes-enzymer:
1-laktat dehydrogenas; 2-pyruvatasyarboxylas; 3-malathydrogenas; 4-fosfoenolpyruvatkarboxikinas; 5-fruktos-1,6-difosfatas; 6-glukos-6-fosfatas; 7-glycerolkinas; 8-A-glycerolfosfathydrogenas
Om omvandlingen av fosfoenolpyruvat i en PVC, som katalyserar piruvatakenaset, representerar en kemisk reaktion, kräver den omvända transformationen av PVC i fosfoenolpyruvat flera reaktioner. Den första reaktionen är en karboxylering av pyruvat. Reaktionen katalyseras av pyruvatakerslas och fortskrider med deltagande av karboxibiotin - den aktiva formen av CO2 i cellen. Karboxyleringsprodukten - Oxaloacetat upptar en speciell plats i mitokondriernas metabolism, där denna reaktion äger rum. Detta är det viktigaste substratet i KREX-cykeln (se nedan) och dess utgång från mitokondrier är svårt. För att övervinna membranet reduceras mitokondrieroxaloacetat med användning av mitokondriell malasthydhydrogenas i en äpplesyra som lätt anses genom ugnen. Den senare, som lämnar mitokondrier, i cytosol oxiderar igen till oxaloacetat redan under påverkan av cytosolisk malathydhydrogenas. Ytterligare omvandling av oxaloacetat i feeph uppträder i cytosolceller. Här, med hjälp av fosfoenoporevatatakersykinas, är Ocoacetatet dekarboxylerat med kostnaden för energi som frigörs under hydrolys av GTF och FEPP-filmen bildas.
Efter bildningen av feblan representerar efterföljande reaktioner reversibla reaktioner av glykolys. Av varje två genererade 3-FGA omvandlas en molekyl med deltagande av fosfotyrisomeras till PDA och både trios under påverkan av aldolas kondenserad i fruktos-1,6-difosfat. En viss mängd PDA bildas genom oxidation av glycerolfosfatet, vilket sker under påverkan av glidolkinas från glycerol som kommer in i levern av fettvävnad. Detta är det enda substratet från lipider, vilket är involverat i glukegenesis. Omvandlingen av fruktos-1,6-difosfat i fruktos-6-fosfatkatalyserad fruktos-1,6-difosfatas-1 . Därefter är reaktionen omvänd glykolisera. Den slutliga glukoneogenesreaktionen katalyseras av enzymet glukos-6-fosfatas, som katalyserar hydrolysen av glukos-6-fosfatea bildad fri glukos kan lämna cellen.
Total glukosmolekylsyntesreaktion:
2 PVC + 4 ATF + 2 GTF + 2NANDAN + 2H + + 6H2O → Glukos + 2NV + + 4ADF + 2 GDF + 6 FN + 6H +
Således kostar syntesen av en glukosmolekyl "" cellens kostnad av kostnaden för sex makroer. 2 ATP-molekyler förbrukas för att aktivera CO2, 2 GTF-molekyler används i fosfoch 2 ATP-molekyler - för bildning av 1,3-difosfoglycerolsyra.
GlukeGenesis aktiveras i leverceller under svält, efter lång tid övning, när man äter rik på proteiner med lågt kolhydrater, etc.
Intensiteten av processen beror på antalet substrat och aktivitet och antalet viktiga enzymer av glykolys och glukoneogenes.
De viktigaste leverantörerna av substrat för levern är muskler, röda blodkroppar, fettvävnad. Den senare är vacker begränsade möjligheterEftersom endast glycerol kan användas för glukossyntes, och detta är endast ca 6% av vikten av den feta droppen.
Lactat, formad som ett resultat av muskeloperation i anaeroba förhållanden eller kommer från erytrocyter, en mer signifikant källa till glukos. De viktigaste källorna är glykogena aminosyror som kan komma med mat rik på proteiner eller från muskler i svält.
Fikon. 5.11. Cykla
För att kontinuerligt leverera glukosceller, för vilka det är den huvudsakliga energikällan, men de kan inte oxidera den helt på grund av frånvaron av mitokondrier (erytrocyter) eller på grund av arbete i anaeroba förhållanden etableras cykliska processer för utbyte av substrat mellan levern och dessa celler. En av dessa - Corey Cycles: Den resulterande i musklerna (erytrocyter) mjölksyra kommer in i det övergripande blodomloppet, fångas av levern och den används som ett substrat av glukoneogenes; Den glukos som syntetiserades samtidigt ges i blödning och metaboliseras av muskler eller erytrocyter för att producera energi (fig 5.11).
Fig. 5,12. Alnisk cykel
I motsats till mässlingscykeln fortsätter alanincykeln (fig 5.12) under förbrukning av syre perifera vävnader och kräver mitokondrier. När man äter mat rik på Vitryssland eller under fasta finns det en ganska aktiv utbyte mellan alanin och glukos och glukos. Alanin från musklerna sänds till leverceller, där den överförs och PVC används för att syntetisera glukos. Eftersom behovet av glukosen kommer in i musklerna och oxideras till PVC, och sedan genom återladdning, blir en alanin som igen kan upprepa denna cykel. Energiskt är detta ett mer lönsamt sätt än Corey-cykeln.
Och lever. Under perioder mellan måltider, lång svält eller intensiv fysiska belastningar Lagret av glukos kan vara uttömd, därför finns det en metabolisk väg av glukoneogenes, vilket säkerställer dess bildning från de inkonsekventa föregångarna, såsom pyruvat och nära tre- eller chothiricarboniska föreningar. Gloundogenes är en energisäker process.
Den metaboliska vägen för glukoneogenes är närvarande från representanter för alla större grupper av vilda djur: bakterier, archeback, växter, svamp och djur. Glukoneogenesreaktionerna är desamma i alla organismer i alla vävnader, men dess metaboliska sammanhang kan skilja sig.
GlukeGenesis tillhandahåller glukossyntes från pyruvat och glykoliz, tvärtom, klyvning av glukos till pyruvat, men glukoneogenes är inte en returkopia av glykolys, även om många reaktioner (sju av tio) är vanliga för båda banorna. Tre reaktioner av glykolys är mycket exzergonic (dvs har en större negativ förändring av fri energi) och irreversibel i levande celler: omvandling av glukos i glukos-6-fosfat, omvandling av fruktos-6-fosfat till fruktos-1, 6-bisfosfat och fosfoenolpiruvatuera omvandling (FEP) till piruvata (se glykoliz). I GlukeGenesis finns det lösningar (shunts) för dessa reaktioner, vilket också har en större negativ förändring. fri energi. Således är båda banorna glykoliz och glykegenesis - det finns irreversibla i buret.
1. Lokalisering och värde
Gloundogenes uppträder i bakterieceller, arkeobakterier, svamp, växter och djur. Liksom glykolys lokaliseras nästan alla omvandlingar av glukoneogenes i en cytoplasma, emellertid i Eukaryota, sker den första reaktionen av denna väg i mitokondrier.
Hos djur är de viktigaste glukosprekursorerna trivuala föreningar, såsom pyruvat, laktat, glycerol och vissa aminosyror. I däggdjurs glukonogenes strömmar de mest intensivt i levern, såväl som i viss utsträckning i njurskiktet och epitelet i tunntarmen. Under dagen i människokroppen syntetiseras upp till 80 g glukos. Efter fysiska belastningar bildas mjölksyra i skelettmuskler Blodet överförs till levern, där det blir glukos, som transporteras tillbaka i musklerna och tjänar där med ett substrat för syntesen av glykogen. Denna metaboliska väg kallas Corey-cykeln. Gloundogenes spelar ett speciellt värde under svält, Så var metoden för isotopisk tagg visat att vid 22 en timme av avhållsamhet från att äta ger den en utbildning 64% av all glukos i blodet och vid 46 timmar närmar sig denna siffra 100%.
Gloundogenes uppträder också intensivt i frön, vilka groddar och är en del av banan, blir reservlipider och proteiner i disackarider (främst sackaros), som kan transporteras i alla vävnader hos den unga växten. Dessutom behövs glukongenes för att omvandla primära fotosyntesprodukter till glukos. Det senare är nödvändigt för växter för syntesen av cellväggen och som en prekursor av nukleotider, koenzymer och många andra ämnen.
Många mikroorganismer börjar glukoneogenes från Barkarbonic och Tricarboxyle-föreningar tillgängliga i miljön där de bor, såsom acetat, laktat, propionat.
2. Gloundogenesreaktioner
Sju glukoneogenesreaktioner är omvända till glykolysreaktioner. Energibarriären av tre irreversibla glykolitiska reaktioner övervinns i glykegenesen av Coopers, de innefattar: Syntesfosfoenolpiruvatu med pyruvat, omvandling av frukto-1, 6-bisfosfat i fruktos-6-fosfat och omvandling av glukos-6-fosfat till glukos. En sådan organisation av motsatta metaboliska vägar tillåter inte bara att de är termodynamiskt fördelaktiga under samma villkor, men gör det också möjligt att lösa reglering.
2.1. Syntesfosfoenolpywatu med pyruvat
Den sista glykolysreaktionen är omvandlingen av fosfoenolpiruvatu i pyruvat med samtidig fosforylering ADP - har en större negativ förändring av fri energi och är irreversibel. I glukongenegenes uppträder den motsatta transformationen (pyruvat till fosfsphsfoenolpyruvat) i ett område, bestående av åtminstone två reaktioner och eukaryota kräver enzymer som mitokondrier och cytoplasma. Flödet av detta steg skiljer sig beroende på huruvida pyruvatet eller laktatet är föregångaren i syntesen av glukos.
Piruvat blir först till ett oxaloacetat av karboxyleringen av pyruvaturboxylas. Detta enzym använder biotin som en koenzy, reaktionen åtföljs av hydrolys av en ATP-molekyl. Biotin verkar som bärare av bikarbonat, föraktiveras genom bildandet av en blandad anhydrid (karboxyfosfat) på grund av överföringen av fosfatgrupp med ATP. Reaktionsekvation:
Piruvat + ATP + HCO - 3 → Oxaloacetat + ADP + F H;
Karboxyleringsreaktionen är nödvändig för den metaboliska aktiveringen av pyruvatet.
Följande reaktion är den samtidiga decaberosyluvan- och oxaloacetatfosforyleringen - katalyseras av enzymet fosfoenolp_ruvatkarboxykistas, vilket kräver närvaro av Mg2 + joner och GTF som fosfatdonor. Produkten av denna reaktion är fosfoenolpywat, den är omvänd med cellbetingelser.
Oxaloacetat + GTF → Fosfoenolpyruvat + GDF + CO2;
Total processekvation:
Pyruvat + ATP + GTF + HCO - 3 → Fosfoenolpyruvat + ADF + GDF + F H + CO2, ΔG 0 \u003d 0,9 kJ / mol.
För att omvandla pyruvatet till fosfoenolpiruvatu är hydrolysen av två nukleotidprofosfatmolekyler nödvändig, medan den motsatta processen i glykolys tillåter oss att syntetisera endast en ATP-molekyl. Fastän standardförändringen i fri energi för den totala processen är 0,9 kJ / mol, i reella förhållanden, på grund av en mycket låg koncentration av fosfoenolpiruvatuat ΔG \u003d -25 kJ / mol, dvs. Transformationen är mycket ecsergonic och irreversibel.
2.1.1. Shuttle Transport Oxaloacetata
Oxaloacetat är den så kallade anlerotiska reaktionen av trikarboxylsyracykeln, det vill säga, såsom stöder den tillräckliga nivån av dess metaboliter. Därför, såväl som CTC själv, förekommer det i mitokondriell matris, pyruvatkarboxylas är exklusivt mitokondriella enzymer i Eukaryota. Men lokaliseringen av Feu-karboxikinas skiljer sig från olika organismer: den finns i lever av möss och råttor endast i cytosol, i kaniner och duvor - endast i mitokondrier och i humana och marsvin är det ungefär lika fördelat mellan två fack. De återstående glukoneogenes-enzymerna är cytosol, sålunda, för passage av denna metaboliska väg, bör oxaloacetat eller fosfoenolpiruvat transporteras från mitokondrier till cytoplasma. Den specifika transportmekanismen beror på kroppen och substansen, utför prekursorn i syntesen av glukos.
Om föregångaren är pyruvat används en övervägande malatintransportbana. Pyeregradinsyra överförs till mitokondria matricex eller bildas där med alaninaminosyror i omladdningsreaktionen, reaktionen är karboxylaxyl. Oxaloacetatet bildas kan inte transporteras i cytzolen, på grund av det faktum att hans inre membran mitokondrier inte har någon transportör. Därför återställs oxaloacetat av malathydhydrogenas i malaten på grund av överföringen av jonhydridet med över H. Även om standardförändringen i fri energi för denna reaktion är tillräckligt hög, under betingelser av mitokondriell matris (i synnerhet hög koncentration av oxaloacetat) , det är reversibelt (ΔG ~ 0). L-Malat bildas lämnar mitokondrier genom medling av en speciell bärare och i cytoplasmen oxideras igen till oxaloacetat. Den senare blir till ett FEP. Denna väg ger export till cytosol inte bara oxaloacetat utan även rehabilitering av ekvivalenter av NAD, obehörig för flödet av glukoneogenes (restaurering av 1,3-bisfosgogenererat till glyceraldehyd-3-fosfat). I cytoplasman är förhållandet mellan OPH / Ovan + ca 8? 10 -4 och det finns hundra tusen gånger mindre än i mitokondrier. Malatbildning i matrismitokondrier, dess transport i cytoplasma och dehydrogenering ger en balans mellan bildad och användes i cytoplasma för glukongenes.
Början av glukoneogenes är något annorlunda när laktatet serveras som ett substrat för glukossyntes (bildad i erytrocyter eller skelettmuskler under intensiva belastningar). I detta fall dehydrogeniseras mjölksyran i en cytoplasma, denna reaktion är en NAD-källa, vilket innebär att det inte finns något behov av att överföra rehabilitering ekvivalenter i form av en matokondria matod. Pyruvat bildas av mitokondrier, där det är ett substrat för pyruvatkarboxylas. Därefter är oxaloacetat omedelbart i matrisen föremål för dekarboxylering och fosforylering på grund av mitokondriell fosfoenolpіruvatkarboxykinazi. Fosfoenolpyruvat bildas lämnas mitokondrier.
Det finns ett annat sätt, det ger inte överföringen av num - aspartat. I detta fall går oxaloacetatet i matrisen in i reaktionsreageringen med aminosyrorna med ASAT. Som ett resultat blir det aspartat som transporteras till cytosolen. Där uppstår omrepitation med delaktighet av asparpartaminotamiferas, som ett resultat av vilket oxaloacetat bildas. Denna väg används också när föregångaren i glukoneogenes är mjölksyra, i synnerhet organismer som inte innehåller mitokondriella Feu-kabelkakor.
2,2. Fosforylas glukoneogenesreaktion
Två andra irreversibla glykolyssteg - en kinasreaktion: fosforylering av fruktos-6-fosfat och glukos med användning av ATP. Omvända reaktioner skulle kräva överföring av fosfatgrupp från monosackarider tillbaka till ADP, men det förekommer inte i glukongenesen, vilket motsvarar transformationerna istället för att katalyseras av andra enzymer - fosfataser (fructo-1, 6-bisfosfatas (FBF-1) och glukos-6-fosfatas). Reaktionsfosfataset är enkel hydrolys, vars produkt är fosfatsyra:
Fruktos-1, 6-bisfosfat + H2O → Fruktos-6-fosfat + F n; Glukos-6-fosfat + H2O → glukos + FN.
Båda enzymet är magnesiumberoende. Glukos-6-fosfatas är frånvarande i de flesta vävnader, därför fullbordas glukos-6-fosfat, som kan användas för syntes av glykogen eller deltagande i andra metaboliska banor. Sådana tyger kan inte fylla på nivån av glukos i blodet, eftersom glukos-6-fosfat inte kan transporteras av plasmamembran. Glukos-6-fosfatas är närvarande i hepatocyter, och i mindre utsträckning i cellerna i levern och epitelet i tunntarmen. Den är lokaliserad i kaviteten hos den endoplasmiska retikulum, där glukos-6-fosfat transporteras av en speciell bärare, och senare laddas glukosen och fosfat till ett annat transportprotein.
3. Energikostnadsglukoneogenes
Bildningen av glukos från pyruvat är en termodynamiskt ofördelaktig process, så den måste vara konjugat med exzergongonreaktioner, nämligen hydrolys av nukleotidprofosfat. Den totala glukoneogenesekvationen, i fallet när en porvat verkar i utgångsmaterialet ser det ut så här:
2 pyruvat + 4ATF + 2GTF + 2NV (H +) + 4H20 → glukos + 4ADF + 2GTF + 6F N + 2NV +;
Så, för bildandet av en enda glukosmolekyl, är energin av sex villa-svärfosfatgrupper (fyra från ATP och två från GTF) nödvändig. Även i denna process används två hålmolekyler för att återställa 1,3-bisfosfoglycerat.
För jämförelse, den totala glykolysekvationen:
Glukos + 2AdF + 2F P + över + → 2 pyruvat + 2ATF + 2H2O + OUH (H +);
Självklart är glukoneogenes inte bara tillbaka till Glycilation, eftersom i det här fallet skulle endast två ATP-molekyler ha tillräckligt för sin passage. Gloundogenes i förhållande till energin "Kära" metabolisk väg, är många av energin nödvändig för att säkerställa dess irreversibilitet. Enligt cellbetingelser är den totala förändringen i den fria energin i glykolysens process ca -63 kJ / mol och i glukoneogenes - 16 kJ / mol.
4. Föredragare i glukosyntes
| Glukulenni aminosyror | |
|---|---|
| Alanin | Piruvat |
| Cystein | |
| Glycin | |
| Serin | |
| Thronin | |
| Tryptofan | |
| Arginin | a-ketoglutarat |
| Glutamat | |
| Glutamin | |
| Gistidin. | |
| Prolin | |
| Isoleucin | Succinyl-co. |
| Metionin | |
| Thronin | |
| Valin | |
| Fenylalanin | Fumarat |
| Tyrosin | |
| Sparris | Oxaloacetat |
| Aspartat | |
4.1. Pyruvat och mellanliggande tstk
Den beskrivna metaboliska vägen för glukoneogenes kan användas för glukosbiosyntes inte bara med pyruvat och laktat, såväl som många andra substanser, i synnerhet mellanprodukter av trikarboxylsyracykel (CTK). Sådana föreningar såsom citrat, isokitrat, a-ketoglutarat, succinyl-CoA, succinat, fumarat och malat omvandlas under TSK i oxaloacetat, och kan därför vara substrat för glukeGenesis.
Bland glukuin aminosyror det största värdet För glukoneogenes har alanin och glutamin, eftersom de är huvudbärare av aminogrupper från olika organ i levern. I mitokondrier av hepatocyter klyvas aminogrupper från dem, och karboxylskelett används på glukosbiosyntes.
4,2. Glycerol.
Föregångaren i syntesen av glukos kan också vara en produkt av hydrolys av neutrala fetter Gilzerol. För att göra detta, i levercellerna, fosforyleras det av glidolkinas, varefter oxidationen av den andra kolatomen uppstår och glyceraldehyd-3-fosfat bildas, vilket kan matas in i glykgenes. Fastän glycerolfosfatet är en viktig föregångare i syntesen av triglycerider i adipocyter, har dessa celler inte glycerolinas. Därför används de för syntesen av detta ämne en reducerad version av glykgenesis: gileteronogenes, som innefattar omvandling av pyruvat till dihydroxiacetonfosfat med dess efterföljande reduktion till glycerolfosfat.
4,3. Fettsyra
5. Reglering av glokéogenes
Om glykoliz och gluchegenes kunde gå samtidigt att flöda med hög intensitet i cellen, skulle resultatet vara värdelöst att konsumera energi och omvandla den till värme. Till exempel fosfoFructure och fruktos-1, 6-fosfatreaktion:
Fruktos-6-fosfat + ATP → Fructozoo-1, 6-bisfosfat + ADP; Fruktos-1, 6-bisfosfat + H2O → Fruktos-6-fosfat + F n;
skulle ge i mängden endast hydrolys av ATP (det finns en så kallad substratcykel)
ATP + H 2 O → ADF + FN.
Därför regleras dessa två sätt av den ömsesidiga, genom en kovalent modifiering av enzymer och reglering av deras syntes. Spalten av glukoneogenes påverkar också tillgången på hållande. I allmänhet, när cellen behövs, är glykoliziz mer aktivt att hända, och när energin i överskott, då råda glykegenesis.
5.1. Reglering av pyruvatakarboxylas
Piourvaturboxylas är det första regulatoriska enzymet av glukeGenesis. För funktion kräver det anslutningen av acetyl-cola-acetylaktivator hög nivå som indikerar en tillräcklig reserv av fettsyror, som kan oxideras för att erhålla energi. Emellertid är produkten av pyruvaturboxylasreaktionen oxaloacetat - som skall användas vid fyllning av cykeln av trikarboxylsyror och inte på glukeGenesis, om endast CTC inte hämmas av höga nivåer av ATP eller NAD. En negativ modulator av pyruvatkroboxylas är ADP.
5,2. Reglering av Feu karboxikinas
Feu-carboxikkinase katalyserar de första åtagandena av glukoneogenesens åtaganden (det vill säga unikt bestämmer metabolismen av en viss anslutning på den här sökvägen). I däggdjur sker dess reglering huvudsakligen på transkriptionsnivån som svar på förändringen i kosten och nivån av hormoner. I synnerhet glukagon, genen av Feu karboxikinas, aktiverar uttrycket av den senare.
5.3. Reglering av Fructo-1, 6-bisfosfatas
Det sista reglerande enzymet av glukoneogenes hämmas av AMP, vars höga nivå indikerar utmattning av ATP-lager. I hepatocyter är dess aktivitet bunden till blodglukosnivån på grund av franco-2-signalmolekylen, 6-bisfosfat, som samtidigt utför den aosteriska inhibitorn av fruktozoa-1, 6-bisfosfatas och hjälpaktivator av motsvarande enzymglykolys - fosfofrukturinas. Fruktos-2-koncentrationen, 6-bisfosfat beror på hastigheten av dess bildning från fruktos-6-fosfatfosfrofrykinas-2 (FFK-2) och Fructo-2 hydrolys-2, 6-bisfosfatas (FBFAZ-2). FFK-2 och FBAZA-2 är två olika aktiviteter Ett bifunktionellt enzym som "växlar" genom fosforylering.
I det fall då blodglukagonnivån är hög, stimulerar den den kamf-beroende signalvägen i hepatocyter, vilket leder till fosforylering av det bifunktionella enzymproteincinas A. Den fosforylerade formen av detta protein fungerar som FBFAZ-2 och hydrolyser fruktos-2, 6-bisfosfat, som ett resultat, som aktiveras av fruktos-1, 6-bisfosfatas och förtryck av fosfofuctinas-1. Så glukoneogenes uppträder mer intensiv än glykoliz. Insulin orsakar det motsatta svaret: defosforilyumanne bifunktionellt enzym, en ökning av koncentrationen av fructo-2, 6-bisfosfat, aktivering av FFK-1 och förtryck av FBFase-1.
Anteckningar
Källor
- Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L Biokemi 6: e. - WH Freeman och Company, 2007. ISBN 0-7167-8724-5.
- Nelson DL, COX MM Lehningar principer för biokemi 5: e. - WH Freeman, 2008. ISBN 978-0-7167-7108-1.
- Prescott LM. Mikrobiogi 5: e. - McGraw-Hill, 2002. ISBN 0-07-282905-2.
- Voet D., Voet JG Biokemi 4: e. - s. 487-496. - Wiley, 2011. ISBN 978-0470-57095-1.
- Gubsky yu.i. Biologisk kemi. - S. 191. - Kiev-Odessa: Ny bok, 2007.