Цикл кори молочная кислота
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
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:
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:
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.
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:
2).
6-фосфоглюконо--лактон
нестабилен и гидролизуется с образованием
6-фосфоглюконата (фермент –
6-фосфоглюконолактоназа):
3).
Дегидрирование и декарбоксилирование
6-фосфоглюконата с образованием
рибулозо-5-фосфата (пентоза) и НАДФН при
участии декарбоксилирующей
6-фосфоглюконатдегидрогеназы:
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:
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 – синтез глюкозы из неуглеводных продуктов de novo. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. Протекает в основном в печени и менее интенс. в корковом в-ве почек, в слиз. об-ке кишеч.Большинство р-ций глюконеогенеза протекает за счёт обратимых р-ций гликолиза и катализируется теми же ферментами. Однако 3 реакции необратимы. На этих стадиях р-ции глюконеогенеза протекают другими путями.
ПВК включ. в глюконеогенез, а образ-я глюкоза поступает в кровь и поглощ. скелет. м-цами – “глюкозо-лактатным циклом”, или “циклом Кори”, –обесп. утилизацию лактата; предотвращает его накопление- опасное снижение рН (лактоацидоз). Часть ПВК, обр. из лактата, окисляется печенью. Энергия ок. может исп. для синтеза АТФ, необхо. для р-ций глюконеогенеза. Из всех аминокислот, поступающих в печень, примерно 30% приходится на долю аланина. Аланин из мышц переносится кровью в печень, где преобразуется в ПВК, который частич. окисляется и частично включ. в глюкозонеогенез.
99.Глюконеогенез.см.выше и в метаболизме*
100-102. Аэробное окисление глюкозы(см.85).
103-104. Челночные механизмы транспорта.
*малат-аспартатный челнок. Перенос водорода из цитозоля НАДН в митохондрии происходит при участии специальных механизмов, называющихся челночными. Суть этих механизмов сводится к тому, что НАДН в цитозоле восстанавливает некоторое соединение, способное проникать в митохондрию; в митохондрии это соединение окисляется, восстанавливая внутримитохондриальный НАД+, и вновь переходит в цитозоль. Самая активная малат-аспартатная система, действующая в митохондриях печени, почек и сердца. На каждую пару электронов цитозольной НАДН, переданную на кислород по этой системе, образуется 3 молекулы АТФ.
В скелетных мышцах и мозге перенос восстановительных эквивалентов от цитозольной НАДН осуществляет глицеролфосфатная система. При этом восстановительные эквиваленты передаются в цепь переноса электронов через комплекс II, и поэтому синтезируется только 2 молекулы АТФ.
Глицеро-фосфатный челнок:
105. Роль инсулина и глюкагона в регуляции энергетического метаболизма при нормальном питании и при голодании.Инсулин и глюкагон играют главную роль в регуляции метаболизма при смене абсорбтивного и постабсорбтивного периодов и при голодании.Абсорбтивный период: Увеличение отношения инсулин/глюкагон вызывает ускорение использования метаболитов для запасания энергоносителей: происходит синтез гликогена, жиров и белков. Режим запасания включается после приёма пищи и сменяется режимом мобилизации запасов после завершения пищеварения.
Голодание: В отсутствие пищи в крови снижается уровень глюкозы, ам-к и ТАГ. инсулинглюкагоновый индекс снижается, и повышается концентрация контринсулярных гормонов, в первую очередь кортизола. Сущ.2 наиболее встречающиеся формы нарушения переваривания дисахари-дов в кишечнике – дефект лактазы(β-гликози-дазного комплекса) и сахаразы (сахаразо-изомальтазного комплекса непереноси-мостьлактозы и сахарозы. Отсутствие гидролиза соответствующих дисахаридов приводит к осмотическому эффекту и задержке воды в просвете кишечника.
Кроме этого, сахара активно потребляются микрофлорой толстого кишечника и метаболизируют с образованием органических кислот (масляная, молочная) и газов. Из-за этого симптомами лактазной или сахаразной недостаточности являются диарея, срыгивания, метеоризм, вспучивание живота, его спазмы и боли, атопический дерматит.
Сахарный диабет – заболевание, возникающее вследствие абсолютного или относительного дефицита инсулина. При сахарном диабете, как правило, соотношение инсулин/глюкагон снижено. При этом ослабевает стимуляция процессов депонирования гликогена и жиров, и усиливается мобилизация запасов энергоносителей. Печень, мышцы и жировая ткань даже после приёма пищи функционируют в режиме постабсорбтивного состояния.
Источник
Глюкоза
+ 2 АДФ + 2 H3PO4 =
2 Лактат + 2 АТФ + 2 Н2О
В
анаэробном гликолизе АТФ образуется
только за счет субстратного фосфорилирования
(2
моль АТФ на 1моль глюкозы).
Значение
анаэробного гликолиза особенно велико
для скелетных мышц. В интенсивно
работающих скелетных мышцах мощность
механизма транспорта кислорода
оказывается недостаточной для обеспечения
энергетической потребности, в этих
условиях резко усиливается анаэробный
гликолиз, и в мышцах накапливается
молочная кислота. Особое значение
анаэробный гликолиз имеет при
кратковременной интенсивной работе.
Так, бег в течение 30 с полностью
обеспечивается анаэробным гликолизом.
Однако уже через 4-5 мин бега энергия
поставляется поровну анаэробным и
аэробным процессами, а через 30 мин –
почти целиком аэробным процессом. При
длительной работе в аэробном процессе
используется не глюкоза, а жирные
кислоты.
Эритроциты
вообще не имеют митохондрий, поэтому
их потребность в АТФ удовлетворяется
только за счет анаэробного гликолиза.
Интенсивный гликолиз характерен также
для злокачественных опухолей.
Цикл Кори (глюкозо-лактатный цикл) и глюкозо-аланиновый цикл.
Молочная
кислота не является конечным продуктом
обмена, но ее образование – тупиковый
путь метаболизма: ее дальнейшее
использование связано опять с превращением
в пируват. Из клеток, в которых происходит
гликолиз, образующаяся молочная кислота
поступает в кровь и улавливается в
основном печенью, где и превращается в
пируват. Пируват в печени частично
окисляется, а частично превращается в
глюкозу. Часть пирувата в мышцах путем
трансаминирования превращается в
аланин, который транспортируется в
печень, и здесь снова образует пируват.
Рис.
Цикл Кори и глюкозо-аланиновый цикл
Биосинтез глюкозы (глюконеогенез).
Глюконеогенез
протекает в основном по тому же пути,
что и гликолиз, но в обратном направлении.
Однако три реакции гликолиза необратимы,
и на этих стадиях реакции глюконеогенеза
отличаются от реакций гликолиза.
Обходные пути глюконеогенеза.
I.
Первый обходной путь – превращение
пирувата в фосфоенолпируват.
Это
превращение осуществляется под действием
двух ферментов – пируваткарбоксилазы
(Е1) и карбокикиназы
фосфоенолпирувата (Е2).
II. Превращение
фруктозо-1,6-дифосфата во
фруктозо-6-фосфат катализирует
фермент фруктозо-1,6-дифосфатаза.
III. Образование
глюкозы из глюкозо-6-фосфата катализирует
фермент глюкозо-6-фосфотаза .
Этот
фермент отсутствует в клетках мозга,
скелетных мышц и др. тканях, поэтому
глюконеогенез, протекающий в этих тканях
не может поставлять глюкозу в кровь.
Глюкозо-6-фосфатаза локализована в
почках и, особенно, в печени, и
глюкозо-6-фосфат может превращаться в
глюкозу, если ее уровень в крови снижен.
Пентозофосфатный путь (пфп). Значение пфп.
Большая
часть глюкозы расщепляется по
гликолитическому пути. Наряду с гликолизом
существуют второстепенные пути
катаболизма глюкозы, одним из которых
является пентозофосфатный путь (ПФП).
Пентозофосфатный путь скорее даже –
анаболический путь, который использует
6 атомов С глюкозы для синтеза пентоз и
восстановительных эквивалентов в виде
НАДФН, необходимых для образования
липидов в организме. Однако, этот путь
– окисление глюкозы, и при определенных
условиях может завершиться полным
окислением глюкозы до СО2 и
Н2О.
Главные функции этого цикла следующие:
Генерирование
восстановительных эквивалентов в виде
НАДФН для восстановительных реакций
биосинтеза. Ферменты, которые катализируют
реакции восстановления, часто используют
в качестве кофактора НАДФ+/НАДФН,
а окислительные ферменты – НАД+/НАДН.
Восстановительные реакции биосинтеза
жирных кислот и стероидных гормонов
требуют НАДФН, поэтому клетки печени,
жировой ткани и др., где протекает синтез
липидов, имеют высокий уровень ферментов
ПФП. В печени около 30% глюкозы подвергаются
превращениям в
ПФП.
НАДФН
используется при обезвреживании лекарств
и чужеродных веществ в монооксигеназной
цепи окисления в печени.
НАДФН
предохраняет ненасыщенные жирные
кислоты эритроцитарной мембраны от
аномальных взаимодействий с активным
кислородом. Кроме того, эритроциты
используют реакции ПФП для генерирования
больших количеств НАДФН, который
необходим для восстановления глутатиона,
участвующего в системе обезвреживания
активного кислорода, что позволяет
поддерживать нормальную степень
окисления Fe2+ в
гемоглобине.
Снабжение
клеток рибозо-5-фосфатом для синтеза
нуклеотидов, нуклеотидных коферментов
и нуклеиновых кислот. Превращение
рибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды
также требует НАДФН, поэтому многие
быстро пролиферирующие клетки требуют
больших количеств НАДФН.
Хотя
это не значительная функция ПФП, он
принимает участие в метаболизме пищевых
пентоз, входящих в состав нуклеиновых
кислот пищи и может превращать их
углеродный скелет в интермедиаты
гликолиза и глюконеогенеза.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Источник