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

Главный, но возможно не единственный путь распада белков в организме – гидролиз. Гидролитический распад белков протекает в любой клетке организма в основном в специальных субклеточных элементах – лизосомах, где сосредоточены гидролитические ферменты и где осуществляется деструкция высокомолекулярных веществ до низкомолекулярных метаболитов.

Вместе с тем, определенная часть ферментов, ускоряющих распад белков, есть в цитоплазме клетки, а некоторые из них секретируются в желудочно-кишечном тракте, обеспечивая внеклеточное переваривание белков.

Гидролиз белков может быть частичным (до пептидов) и полным (до аминокислот). При частичном (неполном) гидролизе в белковой молекуле распадаются лишь некоторые пептидные связи, как правило, по соседству со строго определенными амнокислотными радикалами. Этот процесс ускоряется специфическими протеолитическими ферментами (протеиназы).

В свою очередь пептиды гидролизуются до аминокислот при участии ряда пептидаз.

Следовательно, ферментный аппарат пищеварительного тракта осуществляет поэтапное, строго избирательное расщепление пептидных связей белковой молекулы вплоть до конечных продуктов гидролиза белков – свободных амнокислот.

Свободные аминокислоты могут подвергаться дальнейшему распаду, включаясь в гликолиз или сразу же в цикл Кребса (рис. 2, Приложение А).

Катаболизм аминокислот

Первая реакция, которой подвергается аминокислота при катаболизме, это реакция освобождения от аминогруппы, которая может осуществляться либо путем переаминирования, либо дезаминирования. В реакции переаминирования участвуют все аминокислоты за исключением лизина. В результате этой реакции образуются -кетокислоты.

Для животных тканей, растений и большинства микрорганизмов преобладающим типом реакций является окислительное дезаминирование аминокислот, за исключением гистидина, подвергающегося внутримолекулярному дезаминированию.

Окислительное дезаминирование аминокислот приводит к образованию аммиака и углеродного скелета в форме -кетокислоты. Эта реакция идет в две ступени: в первой – аминокислота окисляется до иминокислоты:

во второй – иминокислота превращается в кетокислоту:

В результате окислительного дезаминирования образуются -аминокислоты, которые могут включаться в цикл Кребса через пируват, ацетил-КоА, оксалоацетат,-кетоглутарат и т.д.

Например, при окислительном дезаминировании аланина образуется пируват:

Пируват, как было сказано ранее, является главным конечным продуктом процесса гликолиза при катаболизме углеводов. Далее ПВК в результате окислительного декарбоксилирования (этап III) превращается в ацетил-КоА, который окисляется в цикле Кребса (рис. 2, Приложение А).

Включение остальных аминокислот можно представить в виде общей сводной схемы:

Рисунок 6 – Катаболизм аминокислот

Пять аминокислот (Фен, Лиз, Лей, Трп, Тир) считаются «кетогенными», поскольку они являются предшественниками кетоновых тел, в частности ацетоуксусной кислоты, в то время как большинство других аминокислот, обозначаемых как «гликогенные», служат в организме источником энергии, или углеводов, в частности глюкозы. Разделение аминокислот на «кетогенные» и «гликогенные» носит, однако, условный характер, поскольку отдельные участки углеродных атомов Лиз, Трп, Фен, Тир могут включаться и в молекулы предшественников глюкозы, например Фен и Тир – в фумарат. Истинно «кетогенной» аминокислотой является только Лейцин.

Биосинтез (анаболизм) органических веществ

Отдельные процессы обмена веществ в организме, отдельные стороны обмена веществ – обмен углеводов, жиров, белков и т.д. – теснейшим образом связаны друг с другом. Взаимосвязь обменов отдельных классов веществ особенно хорошо выражена в процессах их взаимного превращения (хотя и не сводится к этому).

Взаимосвязь липидов и углеводов
1. Синтез углеводов из жиров

Процесс синтеза углеводов из жиров можно представить общей схемой:

Рисунок 7 – Общая схема синтеза углеводов из жиров

Один из основных продуктов расщепления липидов – глицерин – легко используется в синтезе углеводов через образование глицеральдегид-3-фосфата и его вступление в глюнеогенез. У растений и микроорганизмов столь же легко используется на синтез углеводов и другой важный продукт расщепления липидов– жирные кислоты (ацетил-КоА), через глиоксилатный цикл.

Но общая схема не отражает всех биохимических процессов, происходящих в результате образования углеводов из жиров.

Поэтому рассмотрим все этапы данного процесса.

Схема синтеза углеводов и жиров более полно представлена на рисунке 8 и происходит в ряд этапов.

1 этап. Гидролитическое расщепление жира под действием фермента липазы на глицерин и высшие жирные кислоты (см. п.1.2). Продукты гидролиза должны, пройдя ряд превращений, превратиться в глюкозу.

Рисунок 8 – Схема биосинтеза углеводов из жиров

2 этап. Превращение высших жирных кислот в глюкозу. Высшие жирные кислоты, которые образовались в результате гидролиза жира, разрушаются преимущественно путем -окисления (этот процесс был рассмотрен ранее в разделе 1.2 пункт 1.2.2). Окончательным продуктом этого процесса является ацетил-КоА.

Глиоксилатный цикл

Растения, некоторые бактерии и грибы могут использовать ацетил-КоА не только в цикле Кребса, но и в цикле, получившим название глиоксилатного. Этот цикл играет важную роль в качестве связующего звена в метаболизме жиров и углеводов.

Особенно интенсивно глиоксилатный цикл функционирует в особых клеточных органеллах–глиоксисомах – при прорастании семян масличных растений. При этом происходит превращение жира в углеводы, необходимые для развития проростка семени. Этот процесс функционирует до тех пор, пока у проростка не разовьется способность к фотосинтезу. Когда в конце прорастания запасной жир истощается, глиоксисомы в клетке исчезают.

Глиоксилатный путь специфичен только для растений и бактерий, у животных организмов он отсутствует. Возможность функционирования глиоксилатного цикла связана с тем, что растения и бактерии способны синтезировать такие ферменты, как изоцитратлиазаималатсинтаза,которые вместе с некоторыми ферментами цикла Кребса участвуют в глиоксилатном цикле.

Схема окисления ацетил-КоА по глиоксилатному пути показана на рисунке 9.

Рисунок 9 – Схема глиоксилатного цикла

Две начальные реакции (1 и 2) глиоксилатного цикла идентичны таковым цикла трикарбоновых кислот. В первой реакции (1) ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом под действием цитратсинтазы, с образованием цитрата. Во второй реакции цитрат изомеризуется в изоцитрат при участии аконитатгидратазы. Следующие реакции, специфичные для глиоксилатного цикла, катализируются специальными ферментами. В третьей реакции изоцитрат под действием изоцитратлиазы расщепляется на глиоксилевую кислоту и янтарную кислоту:

В ходе четвертой реакции, катализируемой малатсинтазой, глиоксилат конденсируется с ацетил-КоА (второй молекулой ацетил-КоА, вступающей в глиоксилатный цикл) с образованием яблочной кислоты (малат):

Затем в пятой реакции малат окисляется до оксалоацетата. Эта реакция идентична конечной реакции цикла трикарбоновых кислот; она же является конечной реакцией глиоксилатного цикла, т.к. образовавшийся оксалоацетат вновь конденсируется с новой молекулой ацетил-КоА, начиная тем самым новый оборот цикла.

Образовавшаяся в третьей реакции глиоксилатного цикла янтарная кислота не используется этим циклом, а подвергается дальнейшим превращениям.