Анаэробный метаболизм углеводов

Человек является аэробным организмом, так как основным ко­нечным акцептором отщепляемых от окисляемых субстратов атомов во­дорода является кислород. Парциальное давления кислорода в тканях составляет в среднем 35-40 мм рт. ст. Но это вовсе не значит, что при определенных условиях в тканях не возникает дефицит кислорода,

делающий невозможным протекание аэробных окислительных процессов.

Торможение окислительных процессов при дефиците кислорода связано с тем, что клеточный пул НАД⁺ и других коферментов. способных ак­цептировать атомы водорода от окисляемых субстратов, весьма ограни­чен. Как только основная их масса переходит в восстановленное состояние из-за дефицита кислорода, дегидрирование субстратов прекращается. Развивается гипоэнергетическое состояние, которое может стать причиной гибели клеток.

В подобного рода условиях в клетках различных органов и тка­ней включаются механизмы, обеспечивающие клетки энергией, не за­висящие от наличия кислорода. Основными из них являются анаэроб- ное окисление глюкозы - анаэробный гликолиз, и анаэробное расщеп­ление гликогена - гликогенолиз. В анаэробных условиях расщепление глюкозы и гликогена идет абсолютно идентичными по сравнению с ра­нее рассмотренными нами метаболическими путями вплоть до образо­вания пирувата. Однако далее эти пути расходятся: если в аэробных условиях пируват подвергается окислительному декарбоксилированию, то в анаэробных условиях пировиноградная кислота восстанавливает­ся в молочную кислоту. Реакция катализируется ферментом лактатде- гидрогеназой:

СООН СООН

^| |

С=О + НАДН+Н⁺ ------> НСОН + НАД⁺

^{| |}

СН₃ СН₃

_{Поскольку в ходе лактатдегидрогеназной реакции используются молекулы НАДН+Н}⁺_{, ранее образовавшиеся при окислении 3-фосфогли­цериноваго альдегида в 1,3-дифосфоглицериновую кислоту:}

Глюкоза(гликоген) --> Гл-6-ф --> Фр-6-ф --> Фр-1,6-бисфосфат -->

3-фосфогли- 1,3-дифосфо-

----> 2 цериновый ---------------> 2 глицериновая ---

альдегид -------->-- кислота |

| | |

| | |

2 НАД⁺ 2 НАДН+Н⁺ |

^ | |

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

2 Молочная <-------------------- 2 Пировиног- <-- кислота радная кислота

система становится независимой от кислорода, т.е. может работать в

анаэробных условиях. Комбинация реакций, в ходе которых окисление

3-ФГА в 1,3-ДФГК генерирует НАДН+Н⁺, используемый в дальнейшем для восстановления пирувата в лактат, получила название гликоли- тической оксидоредукции.

Разумеется, расщепление глюкозы до лактата сопровождается высвобождением лишь 1/12 - 1/13 всей заключенной в химических связях глюкозы энергии ( ~ 50 ккал/моль ), тем не менее на каждую распавшуюся в ходе анаэробного гликолиза молекулу глюкозы клетка получает 2 молекулы АТФ (2 АТФ расходуется и 4 АТФ синтезируется).

При гликогенолизе клетка получит 3 молекулы АТФ на каждый остаток глюкозы из молекулы гликогена ( 1 АТФ расходуется и 4 АТФ синте­зируется ). Несмотря на очевидную невыгодность в отношении коли­чества высвобождаемой энергии анаэробные гликолиз и гликогенолиз позволяют клеткам существовать в условиях отсутствия кислорода.

Суммарное уравнение гликолиза:

Анаэробный путь окисления глюкозы и анаэробное расщепление гликогена играют важную роль в обеспечении клеток энергией, во-

первых, в условиях высокой экстренно возникающей функциональной нагрузки на тот или иной орган или организм в целом, примером че­го может служить бег спортсмена на короткую дистанцию. Во-вторых, эти процессы играют большую роль в обеспечении клеток энергией при гипоксичеких состояниях, например, при тромбозах артерий в период до развития коллатерального кровообращения или при тяжелых шоковых состояниях с выраженными расстройствами гемодинамики.

Активация анаэробного окисления углеводов приводит к увели­чению продукции лактата в клетках и тканях. При сохранении крово­обращения этот наработанный в клетках лактат выносится кровью и основная его часть метаболизируется в печени или в сердечной мыш­це. В миокарде лактат окисляется до углекислого газа и воды; в печени же лишь примерно 1/5 поступающего лактата подвергается окислению до конечных продуктов, а 4/5 - ресинтезируются в глюкозу

в ходе интенсивно идущего в печени процесса глюконеогенеза.

Если же вынос лактата из гипоксической ткани невозможен, то при его накоплении в клетках за счет повышения концентрации про­тонов ингибируется фосфофруктокиназа, в результате чего ингибиру­ются и гликолиз, и гликогенолиз. Клетки, лишенные последних ис­точников энергии, обычно погибают, что наблюдается при инфарктах различных органов, в особенности при инфаркте миокарда.

Следует заметить, что в клетках некоторых органов и тканей человека образование молочной кислоты происходит и в обычных, т.е. в аэробных условиях. Так. в эритроцитах, не имеющих мито­хондрий. все необходимое для них количество энергии вырабатывает­ся в ходе гликолиза. К тканям с относительно высоким уровнем аэ­робного гликолиза относятся также сетчатка глаза и кожа. Высокий урове О Б М Е Н У Г Л Е В О Д О В

Поиск по сайту: