Цикл кори биохимия схема

В клетках организма всегда существует потребность в глюкозе:

для эритроцитов глюкоза является единственным источником энергии,
нервная ткань потребляет около 120 г глюкозы в сутки и эта величина практически не зависит от интенсивности ее работы. Только в экстремальных ситуациях (длительное голодание) она способна получать энергию из неуглеводных источников (кетоновые тела),
глюкоза играет весомую роль для поддержания необходимых концентраций метаболитов цикла трикарбоновых кислот (в первую очередь оксалоацетата).

Таким образом, при определенных ситуациях – при низком содержании углеводов в пище, голодании, длительной физической работе, т.е. когда глюкоза крови расходуется и наступает гипогликемия, организм должен иметь возможность синтезировать глюкозу и нормализовать ее концентрацию в крови. Это достигается реакциями глюконеогенеза, идущими в печени.

По определению, глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата, глицерола, кетокислот цикла Кребса и других кетокислот, из аминокислот.

Необходимость глюконеогенеза и его значение для организма демонстрируют два цикла – глюкозо-лактатный и глюкозо-аланиновый.

Глюкозо-лактатный цикл (цикл Кори)

Глюкозо-лактатный цикл – это циклический процесс, объединяющий реакции глюконеогенеза и реакции анаэробного гликолиза. Глюконеогенез происходит в печени, субстратом для синтеза глюкозы является лактат, поступающий в основном из эритроцитов или мышечной ткани.

В эритроцитах молочная кислота образуется непрерывно, так как для них анаэробный гликолиз является единственным способом образования энергии.

В скелетных мышцах высокое накопление молочной кислоты (лактата) является следствием гликолиза при очень интенсивной, субмаксимальной мощности, работе, при этом внутриклеточный рН снижается до 6,3-6,5. Но даже при работе низкой и средней интенсивности в скелетной мышце всегда образуется некоторое количество лактата.

Убрать молочную кислоту можно только одним способом – превратить ее в пировиноградную кислоту. Однако сама мышечная клетка ни при работе, ни во время отдыха не способна превратить лактат в пируват из-за особенностей изофермента лактатдегидрогеназы-5. Зато клеточная мембрана высоко проницаема для лактата и он движется по градиенту концентрации наружу. Поэтому во время и после нагрузки (при восстановлении) лактат легко удаляется из мышцы. Это происходит довольно быстро, всего через 0,5-1,5 часа в мышце лактата уже нет. Малая часть молочной кислоты выводится с мочой.

Большая часть лактата крови захватывается гепатоцитами, окисляется в пировиноградную кислоту и вступает на путь глюконеогенеза. Глюкоза, образованная в печени, используется самим гепатоцитом или возвращается обратно в мышцы, восстанавливая во время отдыха запасы гликогена. Также она может распределиться по другим органам.

Глюкозо-аланиновый и глюкозо-лактатный циклы

Глюкозо-лактатный (выделен желтым) и глюкозо-аланиновый циклы

Глюкозо-аланиновый цикл

Целью глюкозо-аланинового цикла также является уборка пирувата, но кроме этого решается еще одна немаловажная задача – доставкааминного азота из мышцы в печень.

При мышечной работе и в покое в миоците распадаются белки и образуемые аминокислоты трансаминируются с α-кетоглутаратом и полученный глутамат взаимодействует с пируватом. Образующийся аланин является транспортной формой аминного (аминокислотного) азота и пирувата из мышцы в печень. В гепатоците идет обратная реакция трансаминирования, аминогруппа через глутамат передается на синтез мочевины, пируват используется для синтеза глюкозы.

Кроме мышечной работы, глюкозо-аланиновый цикл активируется во время голодания, когда белки мышц и других тканей распадаются и многие аминокислоты используются в качестве источника энергии, а их азот необходимо доставить в печень.

Источник

Лактат – конечный продукт анаэробного окисления глюкозы в мышцах, особенно в белых мышечных волокнах, где митохондрий меньше, чем в красных. Может включаться в глюконеогенез после окисления до пирувата в лактатдегидрогеназной реакции. При продолжительной физической работе основным источником лактата является скелетная мускулатура, в клетках которой преобладают анаэробные процессы. Накопление молочной кислоты в мышцах ограничивает их работоспособность. Это связано с тем, что при повышении концентрации молочной кислоты в ткани снижается уровень рН (молочнокислый ацидоз). Изменение рН приводит к ингибированию ферментов важнейших метаболических путей. В утилизации образующейся молочной кислоты важное место принадлежитглюкозо-лактатному циклу Кори.

Цикл Кори и глюкозо-аланиновый цикл (пояснения в тексте).

Лактат, образовавшийся в мышцах, переносится кровью в печень, где в процессе глюконеогенеза превращается в глюкозу, которая с током крови может возвращаться в работающую мышцу. В печени часть лактата может окисляться до углекислого газа и воды, превращаться в пируват и вовлекаться в общий путь катаболизма.

Значение цикла Кори:

1. Регуляция постоянного уровня глюкозы в крови.

2. Обеспечивает утилизацию лактата.

3. Предотвращает накопление лактата (снижение рН – лактоацидоз).

4. Экономичное использование углеводов организмом.

Регуляция обмена углеводов осуществляется на уровне тканей – кровь, печень, мышцы.

Глюкогенные аминокислоты, к которым относятся большинство белковых аминокислот. Ведущее место в глюконеогенезе среди аминокислот принадлежит аланину, который может превращаться в пируват путём трансаминирования. При голодании, физической работе и других состояниях в организме функционирует глюкозо-аланиновый цикл, подобный циклу Кори для лактата (рисунок 16.2). Существование цикла аланин – глюкоза препятствует отравлению организма, так как в мышцах нет ферментов, утилизирующих аммиак. В результате тренировки мощность этого цикла значительно возрастает.

Другие аминокислоты могут, подобно аланину, превращаться в пируват, а также в промежуточные продукты цикла Кребса (α-кетоглутарат, фумарат, сукцинил-КоА). Все эти метаболиты способны преобразовываться в оксалоацетат и включаться в глюконеогенез.

Глицерол – продукт гидролиза липидов в жировой ткани.Этот процесс значительно усиливается при голодании. В печени глицерол превращается в диоксиацетонфосфат – промежуточный продукт гликолиза и может быть использован в глюконеогенезе.

Жирные кислоты и ацетил-КоА не являются предшественниками глюкозы. Окисление этих соединений обеспечивает энергией процесс синтеза глюкозы.

Энергетический баланс. Путь синтеза глюкозы из пирувата (рисунок 16.6) содержит три реакции, сопровождающиеся потреблением энергии АТФ или ГТФ:

а) образование оксалоацетата из пирувата (затрачивается молекула АТФ);

б) образование фосфоенолпирувата из оксалоацетата (затрачивается молекула ГТФ);

в) обращение первого субстратного фосфорилирования – образование 1,3-дифосфоглицерата из 3-фосфоглицерата (затрачивается молекула АТФ).

Каждая из этих реакций повторяется дважды, так как для образования 1 молекулы глюкозы (С6) используются 2 молекулы пирувата (С3). Поэтому энергетический баланс синтеза глюкозы из пирувата составляет – 6 молекул нуклеозидтрифосфатов (4 молекулы АТФ и 2 молекулы ГТФ). При использовании других предшественников энергетический баланс биосинтеза глюкозы отличается.

Источник

Цикл
Кори (глюкозо-лактатный цикл) открыла
чешская ученая, лауреат Нобелевской
премии Тереза
Кори.
Он представляет собой биохимический
транспорт лактата
из мышц в печень и дальнейший синтез
глюкозы
из лактата, катализируемый ферментами
глюконеогенеза:

Цикл кори биохимия схема

При
интенсивной мышечной работе и в условиях
отсутствия или недостаточного числа
митохондрий
(например, в эритроцитах)
глюкоза
подвергается анаэробному гликолизу
с образованием лактата.
При накоплении лактата в мышцах возникает
лактат-ацидоз, раздражаются чувствительные
нервные окончания, что вызывает боль в
мышцах.

Лактат
переносится кровью в печень и превращается
в пируват, а затем в глюкозу (глюконеогенез),
которая с током крови может возвращаться
в работающую мышцу.

Направление
лактатдегидрогеназной реакции в
работающих мышцах и печени обусловлено
отношением концентраций восстановленной
и окисленной форм НАД+:
отношение НАД+/НАДН
в сокращающейся мышце больше, чем в
печени.

7.7. Спиртовое брожение

Спиртовое брожение
осуществляется дрожжеподобными
организмами, а также некоторыми плесневыми
грибками:

Механизм
реакции близок к гликолизу. Расхождение
начинается после этапа образования
пирувата. При гликолизе пируват при
участии фермента ЛДГ и кофермента НАДН
восстанавливается в лактат. При спиртовом
брожении пируват подвергается
декарбоксилированию, в результате
образуется ацетальдегид, а затем при
восстановлении его – этанол:

Цикл кори биохимия схема

При молочнокислом
брожении ПВК не декарбоксилируется, а,
как и при гликолизе в животных тканях,
восстанавливается при участии ЛДГ за
счет водорода НАДН.

7.8. Пентозофосфатный путь превращения глюкозы

Пентозофосфатный
путь –
альтернативный путь окисления глюкозы.
Его функции:

–
поставляет клеткам кофермент НАДФН,
использующийся как донор водорода в
реакциях восстановления;

–
обеспечивает клетки пентозофосфатами
для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых
кислот.

Пентозофосфатный
путь не приводит к синтезу АТФ.

Ферменты пути
локализованы в цитозоле.

В
пентозофосфатном пути превращения
глюкозы выделяют окислительный и
неокислительный пути образования
пентоз.

Читайте также: Где делать прививку корь

Окислительный
путь включает
две реакции дегидрирования. Коферментом
дегидрогеназ является НАДФ+,
восстанавливающийся в НАДФН. Пентозы
образуются при окислительном
декарбоксилировании.

Неокислительный
путь включает
реакции переноса 2- и 3-х углеродный
фрагментов с одной молекулы на другую.
Этот путь служит для синтеза пентоз.
Процесс обратим, и из пентоз могут
образовываться гексозы.

Пентозофосфатный
путь образования пентоз протекает в
печени, жировой ткани, молочной железе,
коре надпочечников, эритроцитах.

1).
Дегидрирование глюкозо-6-фосфата при
участии глюкозо-6-фос-фатдегидрогеназы
и кофермента НАДФ+
с образованием 6-фосфоглюконо--лактона
и НАДФН:

Цикл кори биохимия схема

2).
6-фосфоглюконо--лактон
нестабилен и гидролизуется с образованием
6-фосфоглюконата (фермент –
6-фосфоглюконолактоназа):

Цикл кори биохимия схема

3).
Дегидрирование и декарбоксилирование
6-фосфоглюконата с образованием
рибулозо-5-фосфата (пентоза) и НАДФН при
участии декарбоксилирующей
6-фосфоглюконатдегидрогеназы:

Цикл кори биохимия схема

4).
Под действием эпимеразы из рибулозо-5-фосфата
образуется ксилулозо-5-фосфат (пентоза).
Под влиянием изомеразы рибулозо-5-фосфат
превращается в рибозо-5-фосфат (пентоза).
Между формами пентозофосфатов
устанавливается равновесие:

Цикл кори биохимия схема

На
этом этапе пентозофосфатный путь может
быть завершен. При других условиях
наступает неокислительная стадия
пентозофосфатного цикла, протекающая
в анаэробных условиях. Она заключается
в переносе двух- и трехуглеродных
фрагментов от одной молекулы к другой.
При этом образуются вещества, характерные
для гликолиза (фруктозо-6-фосфат,
фруктозо-1,6-бисфосфат, фосфотриозы), и
вещества, специфические для пентозофосфатного
пути (седогептулозо-7-фосфат,
пентозо-5-фосфаты, эритрозо-4-фосфат).

Шесть
молекул
глюкозо-6-фосфата в пентозофосфатном
цикле
образуют 6 молекул
рибулозо-5-фосфата и 6 молекул
СО2.
Из 6 молекул
рибулозо-5-фосфата регенерируется 5
молекул
глюкозо-6-фосфата:

Промежуточные
продукты цикла (фруктозо-6-фосфат и
глицеральдегид-3-фосфат) включаются в
гликолиз.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата, глицерола, кетокислот цикла Кребса и других кетокислот, из аминокислот. Все аминокислоты, кроме кетогенных лейцина и лизина, способны участвовать в синтезе глюкозы. Углеродные атомы некоторых из них (глюкогенных) полностью включаются в молекулу глюкозы, некоторых (смешанных) частично.

Кроме получения глюкозы, глюконеогенез обеспечивает и уборку лактата, постоянно образуемого в эритроцитах или при мышечной работе, и глицерола, являющегося продуктом липолиза в жировой ткани.

Как известно, в гликолизе существуют три необратимые реакции: пируваткиназная (десятая), фосфофруктокиназная (третья) и гексокиназная (первая). В этих реакциях происходит высвобождение энергии для синтеза АТФ. Поэтому в обратном процессе возникают энергетические барьеры, которые клетка обходит с помощью дополнительных реакций.

Глюконеогенез включает все обратимые реакции гликолиза, и особые обходные пути, т.е. он не полностью повторяет реакции окисления глюкозы. Его реакции способны идти во всех тканях, кроме последней глюкозо-6-фосфатазной реакции, которая идет только в печени и почках. Поэтому, строго говоря, глюконеогенез идет только в этих двух органах.

Обход десятой реакции гликолиза

На этом этапе глюконеогенеза работают два ключевых фермента – в митохондриях пируваткарбоксилаза и в цитозоле фосфоенолпируват-карбоксикиназа, при этом в реакциях тратятся два макроэрга – АТФ и ГТФ.

В химическом плане обходной путь десятой реакции выглядит достаточно просто:

Глюконеогенез просто

Упрощенный вариант написания обхода десятой реакции гликолиза

Однако дело в том, что пируваткарбоксилаза находится в митохондрии, а фосфоенолпируват-карбоксикиназа – в цитозоле. Дополняет проблему непроницаемость митохондриальной мембраны для оксалоацетата. Зато через мембрану может пройти малат, предшественник оксалоацетата по ЦТК.

Поэтому в реальности все выглядит более сложно:

1. В цитозоле пировиноградная кислота может появиться при окислении молочной кислоты и в реакции трансаминированияаланина. После этого пируват симпортом с ионами Н+, движущимися по протонному градиенту, проникает в митохондрии. В митохондриях пируваткарбоксилаза превращает пировиноградную кислоту в оксалоацетат.

Пируваткарбоксилазная реакция идет в клетке постоянно, так как оксалоацетат является главным регулятором скорости ЦТК. Реакция называется анаплеротической (пополняющей) реакцией ЦТК.

2. Далее оксалоацетат мог бы превратиться в фосфоенолпируват, но для этого сначала он должен попасть в цитозоль. Поэтому происходит реакция восстановления оксалоацетата в малат при участии малатдегидрогеназы. В результате малат накапливается, выходит в цитозоль и здесь превращается обратно в оксалоацетат.

Повернуть малатдегидрогеназную реакцию ЦТК вспять позволяет избыток НАДН в митохондриях. НАДН поступает из β-окисления жирных кислот, активируемого в гепатоците при голодании.

3. В цитоплазме фосфоенолпируват-карбоксикиназа осуществляет превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват, для реакции требуется энергия ГТФ. От молекулы отщепляется тот же углерод, что и присоединяется.

Обход десятой реакции

Обход десятой реакции гликолиза

Обход третьей реакции гликолиза

Второе препятствие на пути синтеза глюкозы – фосфофруктокиназная реакция – преодолевается с помощью фермента фруктозо-1,6-дифосфатазы. Этот фермент есть в почках, печени, поперечно-полосатых мышцах. Таким образом, эти ткани способны синтезировать фруктозо-6-фосфат и глюкозо-6-фосфат.

Обход третьей реакции

Обход третьей реакции гликолиза

Обход первой реакции гликолиза

Последняя реакция катализируется глюкозо-6-фосфатазой. Она имеется только в печени и почках, следовательно, только эти ткани могут продуцировать свободную глюкозу.

Обход первой реакции

Обход первой реакции гликолиза

Источник

Цикл кори биохимия схема

7.7. Спиртовое брожение

Спиртовое
брожение осуществляется дрожжеподобными
организмами, а также некоторыми плесневыми
грибками:

Цикл кори биохимия схема

При
молочнокислом брожении ПВК не
декарбоксилируется, а, как и при гликолизе
в животных тканях, восстанавливается
при участии ЛДГ за счет водорода НАДН.