Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Путь образования глюкуроновой кислоты



Глюкуроновая кислота является соединением, выполняющим в ор­ганизме несколько функций:

а) она входит в состав гетероолиго- и гетерополисахаридов, выполняя таким образом структурную функцию,

б) она принимает участие в процессах детоксикации,

в) она может быть преобразована в клетках в пентозу - ксилу­лозу ( которая , кстати, является общим промежуточным метаболитом с пентозным циклом окисления глюкозы ).

В организме большинства млекопитающих по этому метаболическому пути идет синтез аскорбиновой кислоты; к сожалению, у приматов и морских свинок не синтезируется один из ферментов, необходимых

для превращения глюкуроновой кислоты в аскорбиновую и человек нуждается в поступлении аскорбиновой кислоты с пищей.

Схема метаболического пути синтеза глюкуроновой кислоты:

СН2ОН СН2ОРО3Н2 СН2ОН

| АТФ АДФ | |

С----О | ^ С----О С----О

Н /Н \Н ------- Н /Н \Н Н /Н \ОН

С С ---------> С С ----> С С --->

НО\ОН Н/ОН Гексоки- НО\ОН Н/ОН ФГМ НО\ОН Н/О-РО3Н2

С--- С наза С--- С С--- С

Н ОН Н ОН Н ОН

СН2ОН СООН

УТФ Ф-Ф | 2НАД+ 2НАДН+Н+ |

| ^ С--- О | ^ С--- О

------ Н /Н \Н -------- Н /Н \Н

-----------> С С ---------------> С С

УДФ-глюкозо-НО\ОН Н/О - УДФ Дегидрогеназа НО\ОН Н/О - УДФ

пирофосфори- С--- С УДФ-глюкозы С--- С

лаза Н ОН Н ОН

Г л ю к о н е о г е н е з

В условиях недостаточного поступления углеводов в пище или даже их полного отсутствия все необходимые для организма человека углеводы могут синтезироваться в клетках. В качестве соединений, углеродные атомы которых используются при биосинтезе глюкозы,мо­гут выступать лактат, глицерол, аминокислоты и др. Сам процесс синтеза глюкозы из соединений неуглеводной природы носит название глюконеогенез. В дальнейшем из глюкозы или из промежуточных про­дуктов ее метаболизма могут быть синтезированы все другие соеди­нения, относящиеся к углеводам.

Рассмотрим процесс синтеза глюкозы из лактата. Как мы уже упоминали, в гепатоцитах примерно 4/5 поступающего из крови лак­тата преобразуется в глюкозу. Синтез глюкозы из лактата не может быть простым обращением процесса гликолиза, так как в гликолиз включены три киназные реакции: гексокиназная,фосфофруктокиназная и пируваткиназная - необратимые по термодинамическим причинам. Вместе с тем, в ходе глюконеогенеза используются ферменты гликоли-

за, катализирующие соответствующие обратимые равновесные реакции,

типа альдолазы или енолазы.

Глюконеогенез из лактата начинается с превращения последнего в пируват с участием фермента лактатдегидрогеназы:

СООН СООН

| |

2 НСОН + 2 НАД+ ------> 2 С=О + 2 НАДН+Н+

| |

СН3 СН3

Лактат Пируват

Наличие индекса "2" перед каждым членом уравнения реакции обус­ловлено тем, что для синтеза одной молекулы глюкозы требуется две молекулы лактата.

Пируваткиназная реакция гликолиза необратима, поэтому невоз­можно получить фосфоенолпируват (ФЭП) непосредственно из пирува­та. В клетке эта трудность преодолевается с помощью обходного пу­ти, в котором участвуют два дополнительных фермента, не работаю­щие при гликолизе. Вначале пируват подвергается энергозависимому карбоксилированию с участием биотинзависимого фермента пируват- карбоксилазы:

СООН СООН

| |

2 С=О + 2 СО2+ 2 АТФ ------> 2 С=О + 2 АДФ + 2 Ф

| |

СН3 СН2

Пируват |

СООН

Щавелевоуксусная к-та

А затем в результате энергозависимого декарбоксилирования щавеле­воуксуная кислота превращается в ФЭП. Эту реакцию катализирует фермент фосфоенолпируваткарбоксикиназа ( ФЭП-карбоксикиназа ), а источником энергии является ГТФ:

СООН Щавелево- |

2 уксусная + 2 ГТФ -------> 2 С ~О-РО3Н2 +2 ГДФ +2 Ф кислота |

СН2

Фосфоенолпируват

Далее все реакции гликолиза вплоть до реакции, катализируе­мой фосфофруктокиназой обратимы. Необходимо лишь наличие 2 моле­кул восстановленного НАД, но он получен в ходе лактатдегидроге­назной реакции. Кроме того, необходимы 2 молекулы АТФ для обраще­ния фосфоглицераткиназной киназной реакции:

2 ФЭП + 2 НАДН+Н+ + 2 АТФ ----> Фр-1,6-бисФ + 2НАД++ 2АДФ + 2Ф

Необратимость фосфофруктокиназной реакции преодолевается пу­тем гидролитеческого отщепления от Фр-1,6-бисФ остатка фосфорной кислоты, но для этого требуется дополнительный фермент фруктозо- 1,6-бисфосфатаза:

Фр-1,6-бисФ + Н2О ----> Фр-6-ф + Ф

Фруктозо-6-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат, а от последнего гидролитеческим путем при участии фермента глюко- зо-6-фосфатазы отщепляется остаток фосфорной кислоты, чем преодо­левается необратимость гексокиназной реакции:

Гл-6-Ф + Н2О ------> Глюкоза + Ф

Суммарное уравнение глюконеогенеза из лактата:

2 лактат + 4 АТФ + 2 ГТФ -------> Глюкоза + 4 АДФ 6 Н2О -------> 2 ГДФ + 6 Ф

Из уравнения следует, что на синтез 1 молекулы глюкозы из 2 молекул лактата клетка затрачивает 6 макроэргических эквивалентов.

Это означает, что синтез глюкозы будет идти лишь в том случае, когда клетка хорошо обеспечена энергией.

Промежуточным метаболитом глюконеогенеза являются ЩУК, кото­рая одновременно является и промежуточным метаболитом цикла три­карбонывых кислот. Отсюда следует: любое соединение, углеродный скелет которого может быть превращенв ходе обменных процессов в один из промежуточных продукта цикла Кребса или в пируват, можетчерез преобразование его в ЩУК быть использовано для синтеза глю­козы. Этим путем для синтеза глюкозы используются углеродные ске-

леты ряда аминокислот. Некоторые аминокислоты, например, аланин

или серин, в ходе своего расщепления в клетках преобразуются в

пируват, также, как мы уже выяснили, являющийся промежуточным

продуктом глюконеогенеза. Следовательно, и их углеродные скелеты

могут быть использованы для синтеза глюкозы. Наконец, при расщеп­лении глицерола в клетках в качестве промежуточного продукта об­разуется 3-фосфоглицериновый альдегид, который тоже может вклю­чаться в глюконеогенез.

Мы выяснили, что для протекания глюконеогенеза требуется 4 фермента, не принимающих участия в окислительном расщеплении глю­козы - это пируваткарбоксилаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа, фруктозо-1,6-бисфосфатаза и глюкозо-6-фосфатаза. Естественно ожи­дать, что регуляторными ферментами глюконеогенеза будут ферменты, не принимающие участие в расщеплении глюкозы. Такими регуляторны­ми ферментами являются пируваткарбоксилаза и фруктозо-1,6-бисфос­фатаза. Активность пируваткарбоксилазы ингибируется по аллостери­ческому механизму высокими концентрациями АДФ,а активность Фр-1,6-

бисфосфатазы также по аллостерическому механизму угнетается

высокими концентрациями АМФ. Таким образом, в условиях дефицита

энергии в клетках глюконеогенез будет заторможен, во-первых,

из-за недостатка АТФ, а, во-вторых, из-за аллостерического инги­бирования двух ферментов глюконеогенеза продуктами расщепления АТФ -- АДФ и АМФ.

Нетрудно заметить, что скорость гликолиза и интенсивность глюконеогенеза регулируются реципрокно. При недостатке энергии в клетке работает гликолиз и ингибирован глюконеогенез, в то время как при хорошем энергетическом обеспечении клеток в них работает глюконеогенез и ингибировано расщепление глюкозы.

Важным звеном в регуляции глюконеогенеза являются регулятор­ные эффекты ацетил-КоА, который выступает в клетке как аллостери­ческий ингибитор пируватдегидрогеназного комплекса и одновременно служит аллостерическим активатором пируваткарбоксилазы. Накопле­ние ацетил-КоА в клетке, образующегося в больших количествах при окислении высших жирных кислот, ингибирует аэробное окисление глюкозы и стимулирует её синтез.

Биологическая роль глюконеогенеза чрезвычайно велика, так как глюконеогенез не только обеспечивает органы и ткани глюкозой, но еще и перерабатывает образующийся в тканях лактат, препятствуя

тем самым развитию лактат-ацидоза. За сутки в организме человека

за счет глюконеогенеогенеза может быть синтезировано до 100-120 г

глюкозы, которая в условиях дефицита углеводов в пище в первую

очередь идет на обеспечение энергетики клеток головного мозга.

Кроме того , глюкоза необходима клеткам жировой ткани как источ­ник глицерола для синтеза резервных триглицеридов, глюкоза необ­ходима клеткам различных тканей для поддержания нужной им концен­трации промежуточных метаболитов цикла Кребса, глюкоза служит единственным видом энергетического топлива в мышцах в условиях гипоксии , её окисление является также единственным источником энергии для эритроцитов.

3.4. Общие представления об обмене гетероолиго­и гетерополисахаридов

Соединения смешанной природы, одним из компонентов которых является углевод, получили собирательное название - гликоконьюга­ты. Все гликоконьюгаты принято делить на три класса:

1.Гликолипиды.

2.Гликопротеиды ( на углеводный компонент приходится не бо­лее 20% общей массы молекулы ).

3.Гликозаминопротеогликаны ( на белковую часть молекулы обычно приходится 2-3% общей массы молекулы ).

Биологическая роль этих соединений была рассматрена ранее. Следу­ет лишь еще раз упомянуть о большом разнообразии мономерных единиц, образующих углеводные компоненты гликоконьюгатов: моносахариды с раз­личным числом атомов углерода, уроновые кислоты, аминосахара, сульфа­тированные формы различных гексоз и их производных, ацетилированные формы аминосахаров и др. Эти мономеры могут быть соединены между собой различными типами гликозидных связей с образованием линейных или раз­ветвленных структур, и если из 3 различных аминокислот можно построить лишь 6 различных пептидов, то из 3 мономеров углеводной природы можно построить до 1056 разных олигосахаридов. Такое разнообразие структуры гетерополимеров углеводной природы говорит о колоссальном объёме со­держащейся в них информации, вполне сопоставимом с объемом информации, имеющимся в белковых молекулах.

3.4.1. Представление о синтезе углеводных компонентов гликозаминопротеогликанов

Углеводными компонентами гликозаминопротеогликанов являются гете­рополисахариды: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансуль­фат или дерматансульфат, присоединенные к полипептидной части молекулы с помощью О-гликозидной связи через остаток серина. Молекулы этих по­лимеров имеют неразветвленную структуру. В качестве примера можно при­вести схему строения гиалуроновой кислоты:

|

|

Сер-О-Ксил-О-Галакт-О-Галакт-О-Глюкур- О -| Ацетил- -О- Глюкур-|

| к-та | глюкоз- к-та |n

| амин

Из приведенной схемы следует,что молекула гиалуроновой кисло­ты присоединена к полипептидной цепи белка с помощью О-гликозидной связи. Сама же молекула состоит из связующего блока, состоящего из 4 мономерных единиц ( Кси, Гал, Гал и Гл.К ), соединенных меж­ду собой опять-таки гликозидными связями и основной части, пост­роенной из "n"-ного числа биозных фрагментов, в состав каждого из которых входит остаток ацетилглюкозамина ( АцГлАм ) и остаток глюкуроновой кислоты ( Гл.К), причем связи внутри блока и между блоками -- О-гликозидные. Число "n" составляет несколько тысяч.

Синтез полипептидной цепи идет на рибосомах с помощью обыч­ного матричного механизма. Далее полипептидная цепь поступает в аппарат Гольджи и уже непосредственно на ней происходит сборка ге-

терополисахаридной цепи. Синтез носит нематричный характер, поэ­тому последовательность присоединения мономерных единиц определя­ется специфичностью участвующих в синтезе ферментов. Эти ферменты носят общее название гликозилтрансферазы. Каждая отдельная глико­зилтрансфераза обладает субстратной специфичностью как к присое­диняемому ею моносахаридному остатку, так и к структуре надстраи­ваемого ею полимера.

Пластическим материалом для синтеза служат активированные формы моносахаридов. В частности, при синтезе гиалуроновой кисло-

ты используются УДФ-производные ксилозы, галактозы, глюкуроновой

кислоты и ацетилглюкозамина.

Вначале под действием первой гликозилтрансферазы ( Е1 ) про­исходит присоединение остатка ксилозы к радикалу серина полипеп-

тидной цепи, затем при участии двух различных гликозилтрансфераз

( Е2 и Е3 ) к строящейся цепи присоединяется 2 остатка галактозы

и при действии четвертой галактозилтрансферазы ( Е4 ) завершается

формирование связующего олигомерного блока присоединением остатка

глюкуроновой кислоты. Дальнейшее наращивание полисахаридной цепи

идет путем повторного чередующегося действия двух ферментов, один

из которых катализирует присоединение остатка ацетилглюкозамина

( Е5 ) , а другой - остатка глюкуроновой кислоты ( Е6 ).

Схема биосинтеза

УДФ УДФ УДФУДФ

^ ^ ^ ^

| УДФ-Кси | УДФ-Гал | УДФ-Гал | УДФ-Гл.К.|

| -------- -------- -------- -------

Сер --- О --- Кси --- О --- Гал --- О --- Гал ---О---Гл.К.--

| Е1Е2Е3Е4

|

УДФ УДФ

^ ^

УДФ- АцГлАм | УДФ-Гл.К. |

| --------- --------- |

-- | ------- О ----АцГлАм ---- О ---- Гл.К.---- |

| Е5 Е6 | "n"

Синтезированная таким образом молекула поступает из аппарата Гольджи в область наружной клеточной мембраны и секретируется в межклеточное пространство.

В состав хондроитинсульфатов, кератансульфатов и др. гликоз­аминогликанов встречаются сульфатированные остатки мономерных единиц. Это сульфатирование происходит после включения соответс-

твующего мономера в полимер и катализируется специальными фермен­тами. Источником остатков серной кислоты является фосфоаденозин­фосфосульфат ( ФАФС ) - активированная форма серной кислоты.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.