Файл: МУ_об.doc

2. Превращение янтарной кислоты в фосфоенолпировиноградную (феп)

Поскольку в глиоксисоме отсутствуют ферменты, участвующие в превращении янтарной кислоты (сукцинатдегидрогеназа, фумаратгидратаза), то эта кислота не может подвергаться дальнейшим превращениям в глиоксилатном цикле. Из глиоксисом она поступает в митохондрию и включается в цикл трикарбоновых кислот, превращаясь сначала в фумаровую кислоту:

Фумаровая кислота в яблочную, а затем в щавелеуксусную кислоту (ЩУК):

Сопряжение глиоксилатного цикла с циклом трикарбоновых кислот приводит к интенсивному накоплению в растительной клетке оксалоацетата.

Последний здесь же в митохондриях восстанавливается в малат, который легко выходит из митохондрии в цитозоль клетки и вновь окисляется в оксалоацетат (переход оксалоацетата из митохондрии в цитозоль было рассмотрено ранее в разделе окисления жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов).

Превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват (ФЕП) происходит в цитозоле клетки под действием фосфоенолпируваткарбоксилазы:

3. Превращение феп в глюкозу. Глюконеогенез

Образовавшийся фосфоенолпируват по пути глюконеогенеза превращается в глюкозу.

Рисунок 10– Схема глюконеогенеза

Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных продуктов, и большинство стадий этого процесса представляют собой обращение реакций гликолиза (см. рис. 2) на стадии превращения ФЕП → глюкоза только две реакции гликолиза необратимы, а на стадии ПВК → глюкоза – три реакции необратимы, поэтому в процессе глюконеогенеза на этих этапах используются другие ферменты.

В первой необратимой реакции (1) синтез ФЕП из пирувата осуществляется в несколько этапов. Первоначально пируват под влиянием пируваткарбоксилазы и при участии СО₂и АТФ карбоксилируется с образованием оксалоацетата:

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

---

В процессе образования фосфоенолпирувата участвуют ферменты цитозоля и митохондрий. Пируваткарбоксилаза, которая катализирует реакцию ПВК → оксалоацетат, является аллостерическим митохондриальным ферментом, поэтому образовавшийся оксалоацетат находится в митохондрии, последний, как было описано ранее, непроницаем для мембраны митохондрий. Поэтому здесь же, в митохондриях, оксалоацетат восстанавливается в малат, который легко выходит из митохондрий в цитозоль и вновь окисляется в оксалоацетат, который уже в цитозоле клетки превращается в фосфоенолпируват (ФЕП).

Фосфоенолпируват, образовавшийся из пирувата, в результате ряда обратимых реакций гликолиза (рис. 10), превращается во фруктозо-1,6-дифосфат. Далее идет вторая (2) фосфофруктокиназная реакция, которая необратима. Превращение фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат катализируется специфической фосфатазой:

В последующей обратимой стадии биосинтеза глюкозы фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозу-6-фосфат. Последний, в результате третьей (3) необратимой реакции, под влиянием фермента глюкозо-6-фосфатазы превращается в глюкозу:

3 Этап. Превращение глицерина в глюкозу.

Этот этап идет через образование глицерина в фосфодиоксиацетон (см. п. 1.2.1), который под действием фермента триозофосфатизомиразы превращается в 3-фосфоглицериновый альдегид:

Далее при взаимодействии фосфодиоксиацетона и 3-фосфоглицеринового альдегида образуется фруктозо-1,6-дифосфат:

Фруктозо-1,6-дифосфат по пути глюконеогенеза (рис. 10) превращается в глюкозу:

Как видно из рисунка 8 связывающими соединениями в процессе синтеза углеводов из жиров служат: ацетил-КоА, фосфоенолпируват (ФЕП), фосфодиоксиацетон и 3-фосфоглицериновый альдегид.

Ацетил-КоА и глицерин – главные продукты распада липидов – служат исходными соединениями для биосинтеза глюкозы. Ацетил-КоА через глиоксилатный цикл и цикл Кребса переходит в ФЕП, а из нее – в глюкозу путем обращения реакций гликолиза (глюконеогенез). Превращение глицерина идет через фосфодиоксиацетон и последующей изомеризации в 3-фосфоглицериновый альдегид, а затем описанным выше способом до глюкозы. Из образовавшейся глюкозы могут синтезироваться различные олиго- полисахариды

---

2. Синтез жиров из углеводов

В организме человека исходным сырьем для биосинтеза жиров могут служить углеводы, поступающие с пищей, в растениях – сахароза, поступающая из фотосинтезирующих тканей. Основные этапы синтеза жира включают образование из углеводов глицерол-3-фосфата и жирных кислот, а затем сложноэфирных связей между спиртовыми группами глицерола и карбоксильными группами жирных кислот:

Рисунок 11– Общая схема синтеза жира из углеводов

Например, биосинтез жиров (триацилглицеролов) в созревающих семенах масличных растений также тесно связан с обменом углеводов. На ранних стадиях созревания клетки основных тканей семян – семядолей и эндосперма заполнены крахмальными зернами. Только потом, на более поздних стадиях созревания крахмальные зерна замещаются липидами, основным компонентом которых является триацилглицерол.

Рассмотрим более подробно основные этапы синтеза жира из углеводов (см. рис. 12).

Рисунок 12 – Схема превращения углеводов в липиды

1. Синтез глицерол-3-фосфата

Iэтап – при действии соответствующих гликозидаз углеводы подвергаются гидролизу с образованием моносахаридов (см. п.1.1.), которые в цитоплазме клеток включаются в процесс гликолиза (см. рис. 2). Промежуточными продуктами гликолиза являются фосфодиоксиацетон и 3-фосфоглицериновый альдегид.

IIэтап. Глицерол-3-фосфат образуется в результате восстановления фосфодиоксиацетона – промежуточного продукта гликолиза:

Кроме того, глицеро-3-фосфат может образоваться в ходе темновой фазы фотосинтеза.

2. Синтез жирных кислот

Строительным блоком для синтеза жирных кислот в цитозоле клетки служит ацетил-КоА, который образуется двумя путями: либо в результате окислительного декарбоксилирования пирувата. (см. рис. 12, Этап III), либо в результате-окисления жирных кислот (см. рис. 5). Напомним, что превращения образовавшегося при гликолизе пирувата в ацетил-КоА и его образование при-окислении жирных кислот происходит в митохондриях. Синтез жирных кислот протекает в цитоплазме. Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацетил-КоА. Его поступление в цитоплазму осуществляется по типу облегченной диффузии в виде цитрата или ацетилкарнитина, которые в цитоплазме превращаются в ацетил-КоА, оксалоацетат или карнитин. Однако главный путь переноса ацетил-коА из митохондрии в цитозоль является цитратный (см. рис. 13).

---

Вначале внутримитохондриальный ацетил-КоА взаимодействует с оксалоацетатом, в результате чего образуется цитрат. Реакция катализируется ферментом цитрат-синтазой. Образовавшийся цитрат переносится через мембрану митохондрий в цитозоль при помощи специальной трикарбоксилаттранспортирующей системы.

В цитозоле цитрат реагирует с HS-КоА и АТФ, вновь распадается на ацетил-КоА и оксалоацетат. Эта реакция катализируется АТФ-цитратлиазой. Уже в цитозоле оксалоацетат при участии цитозольной дикарбоксилат-транспортирующей системы возвращается в митохондриальный матрикс, где окисляется до оксалоацетата, завершая тем самым так называемый челночный цикл:

Рисунок 13 – Схема переноса ацетил-КоА из митохондрий в цитозоль

Биосинтез насыщенных жирных кислот происходит в направлении, противоположном их -окислению, наращивание углеводородных цепей жирных кислот осуществляется за счет последовательного присоединения к их концам двухуглеродного фрагмента (С₂) – ацетил-КоА (см. рис. 12, этапIV.).

Первой реакцией биосинтеза жирных кислот является карбоксилирование ацетил-КоА, для чего требуется СО₂, АТФ, ионыMn. Катализирует эту реакцию фермент ацетил-КоА – карбоксилаза. Фермент содержит в качестве простетической группы биотин (витамин Н). Реакция протекает в два этапа: 1 – карбоксилирование биотина с участием АТФ иII– перенос карбоксильной группы на ацетил-КоА, в результате чего образуется малонил-КоА:

Малонил-КоА представляет собой первый специфический продукт биосинтеза жирных кислот. В присутствии соответствующей ферментной системы малонил-КоА быстро превращается в жирные кислоты.

Нужно отметить, что скорость биосинтеза жирных кислот определяется содержанием сахаров в клетке. Увеличение концентрации глюкозы в жировой ткани человека, животных и повышение скорости гликолиза стимулирует процесс синтеза жирных кислот. Это свидетельствует о том, что жировой и углеводный обмен тесно взаимосвязаны друг с другом. Важную роль здесь играет именно реакция карбоксилирования ацетил-КоА с его превращением в малонил-КоА, катализируемая ацетил-КоА-карбоксилазой. Активность последней зависит от двух факторов: наличия в цитоплазме высокомолекулярных жирных кислот и цитрата.

Накопление жирных кислот оказывает тормозящее влияние на их биосинтез, т.е. подавляют активность карбоксилазы.

---