Файл: Углеводы.Обмен углеводов_2006.doc

Глюкоза может не только окисляться в клетках, но и синтезироваться из различных продуктов метаболизма. Такими продуктами в первую очередь являются молочная и пировиноградная кислоты, так называемые гликогенные аминокислоты, глицерол и др. соединения, иначе говоря, предшественниками глюкозы в глюконеогенезе может быть пируват или любое соединение, превращающееся в процессе катаболизма в пируват или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот. Таким образом, ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ-это синтез глюкозы из неуглеводных продуктов.

Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение реакций гликолиза. Только 3 реакции гликолиза необратимы, поэтому на 3-х этапах используются другие ферменты.

Рассмотрим синтез глюкозы из пировиноградной кислоты.

Реакция превращения ПВК в фосфоенолпировиноградная кислоту необратима, поэтому ФЕП получается обходным путем. Первый этап протекает в митохондриях:

Коферментом пируваткарбоксилазы является биотин (витамин Н).

Оксалоацетат не может пройти через мембрану митохондрий, поэтомувосстанавливается в митохондриях до яблочной кислоты под действием митохондриальной малатдегидрогеназы:

Малат легко выходит из митохондрии в цитоплазму. Здесь он вновь окисляется при помощи цитоплазматической малатдегидрогеназы:

Путем декарбоксилирования и фосфорилирования оксалоацетат превращается в фосфоенолпировиноградную кислоту:

Далее идут обратимые реакции гликолиза, вплоть до превращения фруктозо-1,6-бисфосфат во фруктозо-6-фосфат. Это вторая необратимая реакция, катализируемая ферментом фосфатазой:

Фруктозо-6-фосфат обратимо превращается в глюкозо-6-фосфат, а далее следует третья необратимая реакция:

5.6.2 Фотосинтез

В растительных клетках глюкоза синтезируется за счет фотосинтеза.

Фотосинтез – это синтез углеводов и других органических соединений из неорганических – СО₂и Н₂О – под действием энергии солнечного света.

Различают две части фотосинтеза – световой и темновой процессы.

Световой процесс включает поглощение света, разложение воды на водород и кислород (фотоокисление),восстановление НАДФ⁺, фосфорилирование АДФ:

Темновой процесс фотосинтеза – это восстановление диоксида углерода за счет водорода НАДФН и энергии АТФ.

Суммарный результат светового и темнового процессов:

Выделяемый растениями кислород образуется из воды при ее разложении в световом процессе.

Механизм светового процесса

Свет поглощается хлорофиллом, связанным с белками. Хлорофилл-это производное порфирина, содержащее магний.

Поглощающие свет хлорофилл-белковые комплексы находятся в тилакоидах – мембранных структурах хлоропластов.

При поглощение света хлорофилл переходит в высокоэнергетическое, возбужденное состояние.

В этом состоянии он становится донором высокоэнергетического электрона. Электрон акцептируется электронпереносящей цепью мембраны тилакоидов, а молекула хлорофилла превращается в свободный радикал:

Этот же комплекс хлорофилла с белком осуществляет фоторазложение воды:

Электроны, образующиеся при восстановлении воды акцептируются радикалами хлорофилла, который возвращается в исходное, невозбужденное состояние.

Электронпереносящая цепь тилакоидных мембран содержит переносчики электронов,которые по механизму действия сходны с переносчиками митохондриальной электронпереносящей цепи. Как и в митохондриях перенос электронов сопровождается синтезом АТФ. Конечным акцептором электронов в тилакоидной мембране служит НАДФ⁺, который восстанавливается в НАДФН. Акцептором электронов с электропереносящей цепи может быть и радикал хлорофилла. В этом случае АТФ синтезируется, а фотолиз воды и восстановление НАДФ не происходят. С другой стороны возможны фотолиз воды и восстановление НАДФ без синтеза АТФ в электронпереносящей цепи.

Реакции темнового процесса.

Реакция фиксации СО₂катализируется рибозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазой

В результате получается две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты. Для синтеза одной молекулы глюкозы необходима фиксация шести молекул СО_2.

Далее 3-фосфоглицерат в реакциях, идентичных тем, которые происходят при глюконеогенезе, превращается во фруктозо-6-фосфат:

Одна из шести молекул фруктозо-6-фосфата составляет чистый выход и может превратиться в глюкозо-6-фосфат. Пять других молекул фруктозо-6-фосфата необходимы для возобновления цикла: они превращаются в шесть молекул рибулозо-5-фосфата по пути неокислительного образования пентоз. Наконец, рибулозо-5-фосфат при участии соответствующей киназы образует рибулозо-1,5-бисфосфат и цикл повторяется.

Следует отметить, что главными нефосфорилированными углеводами, образующимися при фотосинтезе, у большинства растений являются сахароза и крахмал, а не глюкоза.

5.6.3 Биосинтез сахарозы

При синтезе сахарозы донором глюкозы является уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза). Катализирует реакцию сахарозосинтаза:

5.6.4 Биосинтез гликогена и крахмала

Гликоген – это форма запасания углеводов у животных и человека, а крахмал – в клетках растений.

Биосинтез полисахаридов осуществляется путем последовательных реакций трансгликозирования.В реакциях участвует большое число молекул-доноров и молекула акцептора, называемая «затравкой».Донорами биосинтеза служат НДФ-сахара (нуклеозиддифосфатсахара),а затравкой - низкомолекулярный фрагмент синтезируемого полисахарида (п≥4).

Прежде всего глюкоза фосфорилируется при участии фермента гексокиназы:

Глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат:

Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена:

В биосинтезе крахмала может участвовать АДФ-глюкоза. На второй стадии происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы на гликозидную цепь гликогена («затравка»). При этом образуется α-(1→4)-связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозной цепи.

Эта реакция катализируется ферментом гликогенсинтазой (в крахмале-крахмалсинтазой).

Установлено, что гликогенсинтаза (крахмалсинтаза) неспособна катализировать образование α-(1→6) гликозидной связи, имеющейся в точках ветвления. Этот процесс катализирует специальный «ветвящий» фермент-гликозил (1→6)-трансфераза. Этот фермент катализирует перенос концевого олигосахаридного фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с нередуцирующего конца одной из боковых цепей, насчитывающей не менее 11 остатков, на 6-гидроксильную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена (крахмала).