Цикл кори его биологическая роль
ОБМЕН УГЛЕВОДОВ
Классификация:
1) Моносахариды – глюкоза, фруктоза, галактоза.
2) Олигосахариды – мальтоза, сахароза, лактоза.
3) Полисахариды – крахмал и гликоген.
Гликоген – полисахарид в котором молекулы глюкозы соединены 1,4-гликозидными связями, а в местах ветвления 1,6-гликозидными связями.
Крахмал – гетерополисахарид, состоящий из линейной амилозы и разветвленного амилопектина. Строительная единица крахмала – глюкоза соединенная 1,4- и 1,6-гликозидными связями.
Переваривание углеводов:
Начинается в ротовой полости, под действием амилазы слюны, которая является эндоамилазой, то есть разрывает внутренные 1,4-гликозидные связи. Действие про pH=6,8-7.0
Амилаза в активном центре содержит Ca, активатором амилазы является анион Cl-.
Глубокого переваривания в ротовой полости не происходит, так как пища там находится недолго. Образуются промежуточные продукты гидролиза крахмала – декстрины(амило-, эритро-, мальто-, ахродекстрины).
При попадании пищевого комка в желудок амилаза слюны инактивируется, так как pH желудочного сока 1,5-2,5
Переваривание углеводов внутри пищевого комка не происходит, так как соляная кислота не попадает внутрь пищевого комка. Основное переваривание углеводов происходит в кишке под действием панкреатической амилазы(диастаза), которая разрывает внутренние 1,4-гликозидные связи.
Панкреатический сок содержит еще 2 фермента – Амило- и олиго-1,6-гликозидазы, которые разрывают 1,6-гликозидные связи.Конечными продуктами переваривания крахмала являются мальтоза, мальтотриоза, глюкоза.
Кишечный сок содержит сахаразу, которая действует на сахарозу и расщепляет её на сахарозу и фруктозу. Так же в нем есть мальтаза, которая действует на мальтозу, расщепляя ее на 2 остатка глюкозы. Лактаза действует на лактозу и расщепляет ее на глюкозу и галактозу.
Конечные продукты переваривания полисахаридов являются моносахариды. Образовавшиеся моносахариды всасываются с различной скоростью, скорость всасывания глюкозы 100 процентов.
Использование глюкозы .
1) синтез гликогена в печени и скелетных мышцах. Наибольшее количество гликогена откладывается в мышцах, запас гликогена хватает на 24 часа. Гликоген откладывается в виде гранул или глыбок, где содержаться ферменты и синтеза и распада гликогена.
Глюкоза, попав в клетку активируется или фосфорилируется с образованием глюкозо-6-фосфата. Эту реакции катализирует ферменты – глюкокиназа или гексокиназа, которая обладает различным сродством к глюкозе. Реакция не обратимая и требует АТФ. Глюкозо-6-фосфат основной метаболит обмена углеводов.
2) Глюкозо-6-фосфат(фермент изомераза)→ глюкоза-1-фосфат.
3) Глюкоза-1-фосфат взаимодействует с УТФ в результате образуется транспортная форма глюкозы при синтезе гликогена УДФ-глюкоза. Фермент реакции трансфераза.
4) УДФ-глюкоза передает свой остаток глюкоза-1-фосфат на затравочное количество гликогена с образование 1,4-гликозидной связи. Фермент гликогенсинтетаза – главный фермент синтеза гликогена, может существовать в двух формах: фосфорилированная неактивная, дефосфорилированная активная. В образовании 1,6-гликозидных связей участвует фермент ветвления.
Распад Гликогена
Протекает при участии фермента гликоген-фосфарилазы, который может находится в 2 формах:
-фосфорилированная активная
-дефосфорилированная неактивная
Активации гликоген-фосфорилазы осуществляют гормоны адреналин и глюкагон.
Адреналин действует при стрессах , активирует распад гликогенав печени и скелетных мышцах. Глюкагон действует в норме и в постабсортивный период, активируя распад гликогена только в печени.
Механизм действия глюкагона и адреналина
Так как для этих гормонов мембрана клетки не проницаема, рецепторы для них располагается на внешней поверхности клеточной мембраны. Происходит образование гормон-рецепторного комплекса, затем изменяется конформация G-белка за счет гидролиза ГТФ в ГДФ. G-белок расположен в самой мембране.
Активируется аденилатциклаза, расположенная на внутренней поверхности мембраны. Активированная аденилатциклаза в клетке катализирует реакцию образования цАМФ из АТФ.
цАМФ вторичный посредник или мессенджер в передаче гормонального сигнала внутрь клетки. На этом этапе происходит усиление гормонального сигнала цАМФ образуется много до 500 молекул, но время их жизни очень мало! так как они быстро гидролизируются ферментами. цАМФ активирует протеинкиназу, актиная протеинкиназа фосфорилирует белки-ферменты клетки. Активная гликоген-фосфорилаза отщепляет от гликогена глюкоза-1-фосфат→глюкозо-6-фосфат→глюкоза→в кровь.
Гликолиз
Протекает в цитоплазме может быть аэробный и анаэробный.
Анаэробный гликолиз – это окисление глюкозы в отсутствии кислорода до двух молекул лактата и 2-х АТФ.
1) Образование глюкозо-6-фосфат. Реакция необратима, затрачивается 1 молекула АТФ.
2) Глюкозо-6-фосфат(мутаза)→фруктозо-6-фосфат
3) Фруктозо-6-фосфат при участии АТФ и фермента фосфофруктокиназы фосфорилируется с образованием фруктоза-1,6—дифосфат. Реакция необратима, затрачивается АТФ. Эта реакция определяет скорость гликолиза в целом. Фосфофруктокиназа алостерический фермент его активность угнетается высоким содержанием АТФ и повышается при высоких концентрациях АМФ в клетке.
4) Фруктоза-1,6-фосфат при участии фермента альдолаза распадается на 2 фосфотриозы: диоксиацетонфосфат, глицероальдегидтрифосфат.
5)Диоксиацетонфосфат(триозофосфоизомераза)→ глицероальдегидтрифосфат.
На этом заканчивается неокислительная стадия гликолиза и начинается стадия гликолитической оксиредукции, в которую вступают 2 молекулы глицероальдегиттрифосфат.
6) Реакция окислительного фосфорилирования протекает при участии неорганического фосфата. (H3PO4) НАД и фермента глицероальдегидфосфатдегидрогиназа. В результате образуется 1,3-дифосфоглицерат + 2НАДН2.
7) Субстратное фосфорилирование. 1,3-дифосфоглицерат передает свой остаток фосфата из первого положения на АДФ в результате образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекул 3-фосфоглицерата. Фермент фосфоглицераткиназа.
8) 3-фосфоглицерат(мутаза)→2-фосфоглицерат.
9) 2-фосфоглицерат(енолаза)→фосфоенолпируват содержит макроэргическую связь, обозначаемую значком ~.
10) Субстратное фосфорилирование. 2-фосфоенолпируват + 2АДФ→2пируват + 2АТФ. Фермент пируваткиназа, реакция необратима.
11) При участии НАДН2, которые образовались в 6-й реакции, восстанавливается в лактат. Фермент лактат дегидрогиназа.
Энергетический выход анаэробного гликолиза:
1-3-й реакции затрачивается 2 молекулы АТФ. 7,10-й реакции образуется 4 молекулы АТФ. И того 4-2=2 молекулы АТФ.
Биологическое значение анаэробного гликолиза.
Заключается в том что клетка получает 2 молекулы АТФ в отсутствии кислорода.
Аэробный гликолиз – это окисление глюкозы в присутствии кислорода с образованием 2 молекул пирувата и 7 молекул АТФ. Аэробный гликолиз состоит из 10 реакций. Энергетический выход аэробного гликолиза:
1-3-й реакции затрачивается 2 молекулы АТФ. 6-й реакции 2 молекулы НАДН2, которые поступают в дыхательную цепь и там дают 2.5 молекулы АТФ*2=5 молекул АТФ.(одна молекула НАДН2 дает 2.5 молекул АТФ, а одна молекула ФАДН2 дает 1.5 молекулы АТФ). 7,10-й реакции образуется 4 молекулы АТФ. Итого 5+4-2=7 молекул АТФ.
Анаэробный гликолиз отличается от аэробного гликолиза:
1) условие проведения
2) количество реакций анаэробный – 11, аэробный – 10.
3) Конечные продукты анаэробный – 2 молекулы лактата, аэробный – 2 молекулы пирувата.
4) Количество энергии анаэробный – 2 молекулы АТФ, аэробный – 7 молекул АТФ.
Глюконеогенез
Это синтез глюкозы из неуглеводных продуктов – пируват, лактат, гликогенные аминокислоты(белки), глицерин(жиры). Синтезировать глюкозу из пирувата и лактата по пути гликолиза невозможно, так как 3 реакции гликолиза являются необратимыми 1,3,10. Поэтому в глюконеогенезе обходные пути и специальные ферменты. Например, надо синтезировать глюкозу из 2-х молекул пирувата. Пируват не может превратится в фосфоенолпируват по пути гликолиза, так как 10-я реакция необратима.
1-я обходная реакция пируват в митохондриях при участии 2-х молекул АТФ и CO2 карбоксилируется в оксалоацетат. Фермент этой реакции пируваткарбоксилаза, Кофермент витамин Н(биотин), при нехватки витамина активность фермента снижается. Оксалоацетат не может попасть в цитозоль, так как мембрана митохондрий для него не проницаема, сначала оксалоацетат превращается в малат, который переходит в цитозоль и вновь превращается в оксалоацетат. Оксалоацетат при участии 2-х молекул ГТФ и фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназа превращается в фосфоенолпируват. Далее идут реакции гликолиза фосфоенолпируват→2-фосфоглицерат→3-фосфоглицерат(2АТФ) →1,3-дифосфоглицерат→2 молекулы глицероальдегидтрифосфат (1 молекула дает фрутозо-1,6-дифосфат) другая молекула дает диоксиацетонфосфат→фрутозо-1,6-дифосфат, который не может превратится во фрутоза-6-фосфат по пути гликолиза, так как 3-я реакция гликолиза необратима.
2-я обходная реакция ее катализирует фермент фруктозодифосфотаза при участии которого фрутозо-1,6-дифосфат превращается во фруктозо-6-фосфат→глюкозо-6-фосфат, который не может превратится в свободную глюкозу по пути гликолиза, так как 1-я реакция гликолиза необратима.
3-я обходная реакция катализирует фермент глюкозо-6-фосфатаза. На синтез 1 молекулы глюкозы из 2-х молекул пирувата тратится 6 молекул АТФ. Глюконеогенез контролтрует кортизол.
Глюкозолактатный цикл(цикл Кори).
Гликолиз, который протекает в скелетных мышцах связан с глюконеогенезом, который протекает в печени. При мышечной работе в них накапливается лактат, который выходит в кровь и попадает в печень, где из него синтезируется глюкоза путем глюконеогенеза. Эта глюкоза выходит в кровь, затем попадает в мышцы где используется в качестве энергетического материала.
Пировиноградная кислота, которая образовалась в результате аэробного гликолиза, подвергается окислительному карбоксилированию с образованием ацетилКоА и НАДН2(2.5 АТФ). Эту реакцию катализирует пируватдегидрогиназный комплекс, который состоит из 3 ферментов и 5 коферментов.
3 фермента:
пируватдекарбоксилаза,липоацетилтрансфераза, липоамиддегидрогиназа.
5 коферментов: Тиаминпирофосфат, который связан с пируватдекарбоксилазой , липоат(липоевая кислота), Коэнзим А, ФАД, НАД.
Источник
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-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
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.
Источник