Файл: Взаимосвязь процессов обемена угледоводов, жиров и белков_2005.doc

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:

Превращение феп в глюкозу. Глюконеогенез

Образовавшийся фосфоенолпируват по пути глюконеогенеза превращается в глюкозу.

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.

Рисунок 10– Схема глюконеогенеза

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 фосфоенолпируваткарбоксилазы превращается в фосфоенолпируват. Донором фосфатного остатка в реакции служит гуанозинтрифосфат (ГТФ):

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. 1.2.2.), 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

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. 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.

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

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

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.

Взаимосвязь липидов и углеводов
1. Синтез жиров из углеводов

Рисунок 12 – Схема превращения углеводов в липиды

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 дикарбоксилаттранспортирующей 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.