Цикл кори биологическая роль

56 Глюконеогенез. Цикл Корі
 Глюконеогенез – синтез глюкози з невуглеводних продуктів. Такими продуктами або метаболітами є в першу чергу молочна й пировиноградна кислоти, так звані глікогенні амінокислоти, гліцерол і ряд інших з’єднань. Іншими словами, попередниками глюкози в глюконеогенезі може бути пируват або будь-яка сполука, що перетворюється в процесі катаболізму в пируват або один із проміжних продуктів циклу трикарбонових кислот.

У хребетних найбільше інтенсивно глюконеогенез протікає в клітинах печінки й нирок (у корковій речовині).
 Більшість стадій глюконеогенезу являє собою обіг реакції гліколізу. Тільки 3 реакції гліколізу (гексокиназна, фосфо-фруктокіназна й пируваткіназна) необоротні, тому в процес глюконеогенезу на 3 етапах використаються др ферменти.
Більшість реакцій гліколізу, як було показано вище, є оберненими. При глюкогенезі вони ідуть у оберненому напрямі. Однак реакції гліколізу, які є незворотними, оскільки супроводжуються великими змінами вільної енергії, при глюкогенезі заміняються іншими, обхідними. Таких обхідних реакцій при глюкогенезі є три. Перша – це синтез фосфоенолпірувату із пірувату. Вона відбувається з утворенням проміжного продукту – оксалоацетату шляхом карбоксилювання пірувату та його наступного фосфорилювання і декарбоксилювання з утворенням фосфоенолпірувату:
  Розглянемо шлях синтезу глюкози з пирувата. Утворення фосфоенолпирувату з пирувату. Синтез фосфоенолпирувату здійснюється в кілька етапів. Спочатку пируват під впливом пируваткарбоксилази й при участі СО2 і АТФ карбоксилюється з утворенням оксалоацетату:

 
Потім оксалоацетат у результаті декарбоксилювання й фосфорилювання під впливом ферменту фосфоенолпируваткарбоксилази перетворюється у фосфоенолпируват. Донором фосфатного залишку в реакції служить гуанозинтрифосфат (ГТФ):
Установлено, що в процесі утворення фосфоенолпирувата беруть участь ферменти цитозоля й мітохондрій.
 Перший етап синтезу протікає в мітохондріях Пируват-карбоксилаза, що каталізує цю реакцію, є аллостеричним мітохондріальним ферментом. У якості аллостеричного активатору даного ферменту необхідний ацетил-Коа. Мембрана мітохондрій непроникна для що новоутвореного оксалоацетату. Останній тут же, у мітохондріях, відновлюється в малат:

COOH COOH
│ │
CH2 CH2
│ + НАДН+Н_______ │ + НАД+
C=O HCOH
│ │
COOH COOH

  Малатдегідрогеназа
  мітохондріальна

Реакція протікає при участі митохондріальной НАД залежної малатдегідрогенази. У мітохондріях відношення НАДН/НАД+ відносно велике, у зв’язку із чим внутрішньомітохондріальний оксалоацетат легко відновлюється в малат, що легко виходить із мітохондрії через митохондріальну мембрану. У цитозолі відношення НАДН/НАД+ дуже мало, і малат знову окисляється при участі цитоплазматичної НАД-залежної малатдегідрогенази:

COOH COOH
│ │
CH2 CH2
│ + НАД+————— │ + НАДH+H
CHOH C=O
│ │
COOH COOH
  
  Малатдегідрогеназа
  (цитоплазматична)  

Подальше перетворення оксалоацетата у фосфоенолпируват відбувається в цитозолі клітини.
Перетворення фруктозо-1,6-бісфосфату у фруктозо-6-фосфат. Фосфо-енолпируват, що утворився з пируват, у результаті ряду оборотних реакцій гліколізу перетворюється у фруктозо-1,6-бисфосфат. Далі треба фосфофруктокіназна реакція, що необоротня. Глюконеогенез іде в обхід цієї ендергонічної реакції. Перетворення фруктозо-1,6-біфосфату у фруктозо-6-фосфат каталізується специфічною фосфатазою
Утворення глюкози із глюкозо-6-фосфата. У наступній оборотній стадії біосинтезу глюкози фруктозо-6-фосфат перетворюється в глюкозо-6-фосфат. Останній може дефосфорилюватися (тобто реакція йде в обхід гексокиназной реакції) під впливом ферменту глюкозо-6-фосфатази
 
 

Загальна схема глюкогенезу
Існує взаємозв’язок між депо вуглеводів (печінкою) і працюючими органами (м’язами) в забезпеченні повторного використання ресурсів. При посиленому розпаді глікогену під час роботи в м’язах в кров виділяється молочна кислота. З током крові вона попадає в клітини печінки. Там з неї шляхом глюкогенезу синтезуються глюкоза і глікоген. При потребі глікоген печінки розпадається до глюкози, яка виходить в кров, транспортується в м’язи і забезпечує там ресинтез глікогену для виконання нового навантаження. В клітинах м’язів реакції глюкогенезу не відбуваються. Описаний процес називається циклом Корі:

Утворення глюкози із глюкозо-6-фосфата. У наступній оборотній стадії біосинтезу глюкози фруктозо-6-фосфат перетворюється в глюкозо-6-фосфат. Останній може дефосфорилюватися (тобто реакція йде в обхід гексокиназной реакції) під впливом ферменту глюкозо-6-фосфатази:
 
  
Цикл Корі

57.Регуляція глюконеогенеза. 
 Важливим моментом у регуляції глюконеогенезу є реакція, яка каталізується пируваткарбоксилазой. Роль позитивного алостеричного модулятору цього ферменту виконує ацетил-Коа. Під час відсутності ацетил-Коа фермент майже повністю позбавлений активності. Коли в клітині накопичується митохондріальний ацетил-Коа, біосинтез глюкози з пирувату активується . Відомо, що ацетил-Коа одночасно є негативним модулятором пируватдегідрогеназного комплексу Отже, нагромадження ацетил-Коа сповільнює окисне декарбоксилювання пирувата, що також сприяє перетворенню останнього в глюкозу.
 Інший важливий момент у регуляції глюконеогенезу – реакція, яка каталізується фруктозо-1,6-бисфосфатазою – ферментом, що інгібірується АМФ. Протилежна дія АМФ робить на фосфофруктокіназу, тобто для цього ферменту він є алостеричним активатором. При низькій концентрації АМФ і високому рівні АТФ відбувається стимуляція глюконеогенезу. Навпроти, коли величина відношення АТФ/АМФ невелика, у клітині спостерігається розщеплення глюкози.
В 1980 р. групою бельгійських дослідників (Г. Херс і ін.) у тканині печінки був відкритий фруктозо-2,6-бисфосфат, що є потужним регулятором активності двох перерахованих ферментів:
 
  Фруктозо-2,6-бисфосфат активує фосфофруктокіназу й інгибірує фруктозо-1,6-бісфосфатазу. Підвищення в клітині рівня фруктозо-2,6-біса-фосфату сприяє посиленню гліколізу й зменшенню швидкості глюконеогенезу. При зниженні концентрації фруктозо-2,6-бисфосфата відзначається зворотна картина.
 Установлено, що біосинтез фруктозо-2,6-бисфосфата походить із фруктозо-6-фосфата при участі АТФ, а розпадається ОН на фруктозо-6-фосфат і неорганічний фосфат. Біосинтез і розпад фруктозо-2,6-біфосфату каталізується тим самим ферментом, тобто даний фермент біфункціональний, він має й фосфокіназною, і фосфатазною активністю:
  Показано також, що біфункціональний фермент у свою чергу регулюється шляхом цАМФ-залежного фосфорилювання. Фосфорилювання приводить до збільшення фосфатазной активності й зниженню фосфо-кіназної активності біфункционального ферменту. Цей механізм пояснює швидкий вплив гормонів, зокрема глюкагона, на рівень фруктозо-2,6-бисфосфата в клітині
 Активність біфункціонального ферменту регулюється також деякими метаболітами, серед яких найбільше значення має гліцерол-3-фосфат. Дія гліцерол-3-фосфата на фермент по своїй спрямованості аналогічна ефекту, що спостерігається при його фосфорилюванні за допомогою цАМФ-залежить протеїнкіназ.
У цей час фруктозо-2,6-бисфосфат, крім печінки, виявлений і в інших органах і тканинах тварин, а також у рослин і мікроорганізмів.
 Показано, що глюконеогенез може регулюватися й непрямим шляхом, тобто через зміну активності ферменту, що безпосередньо не участвують у синтезі глюкози. Так, установлено, що фермент гліколізу пируваткіназа існує в 2 формах – L і М. Форма L (від англ. lіver – печінка) переважає в тканинах, здатних до глюконеогенезу. Ця форма інгібі-руєтсья надлишком АТФ і деякими амінокислотами, зокрема аланіном. М-форма (від англ. muscle – м’яза) такої регуляції не піддана. В умовах достатнього забезпечення клітини енергією відбувається інгибірування L-форми пируваткинази. Як наслідок інгибірування вповільнюється гліколіз і створюються умови, які сприяють глюконеоге-незу.
 Нарешті, цікаво відзначити, що між гліколізом, що інтенсивно протікає в м’язовій тканині при її активній діяльності, і глюконеогенезом, особливо характерним для печіночної тканини, існує тісний взаємозв’язок. При максимальній активності м’язів у результаті посилення гліколізу утвориться надлишок молочної кислоти, що дифундує в кров, у печінці значна її частина перетворюється в глюкозу (глюконеогенез). Така глюкоза потім може бути використана як енергетичний субстрат, необхідний для діяльності м’язової тканини.