Գլյուկոնեոգենեզի հիմնական ռեակցիաները. Ինչպե՞ս են նյութերը ներգրավված գլյուկոնեոգենեզում: Գլյուկոզայի սինթեզ ամինաթթուներից

16.2.1. Գլյուկոնեոգենեզը տարբեր ոչ ածխաջրային միացություններից գլյուկոզայի կենսասինթեզն է։ Գլյուկոնեոգենեզի կենսաբանական դերը արյան մեջ գլյուկոզայի մշտական ​​մակարդակի պահպանումն է, որն անհրաժեշտ է հյուսվածքների նորմալ էներգիայի մատակարարման համար, որոնք բնութագրվում են ածխաջրերի շարունակական կարիքով: Սա հատկապես ճիշտ է կենտրոնական նյարդային համակարգի համար:

Գլյուկոնեոգենեզի դերը մեծանում է սննդից ածխաջրերի անբավարար ընդունմամբ: Այսպիսով, ծոմ պահող մարդու օրգանիզմը կարող է օրական սինթեզել մինչև 200 գ գլյուկոզա։ Գլյուկոնեոգենեզն ավելի արագ է արձագանքում, քան մյուս նյութափոխանակության գործընթացները սննդակարգի փոփոխություններին. մեծ քանակությամբ սպիտակուցների և ճարպերի ներմուծումը սննդի հետ ակտիվացնում է գլյուկոնեոգենեզի գործընթացները; ածխաջրերի ավելցուկը, ընդհակառակը, խանգարում է գլյուկոզայի ձևավորմանը:

Ինտենսիվ ֆիզիկական ակտիվությունը ուղեկցվում է օրգանիզմում գլյուկոզայի պաշարների արագ սպառմամբ։ Այս դեպքում գլյուկոնեոգենեզը ածխաջրային ռեսուրսների համալրման հիմնական միջոցն է՝ կանխելով հիպոգլիկեմիայի զարգացումը։ Օրգանիզմում գլյուկոնեոգենեզը նույնպես սերտորեն կապված է ամոնիակի չեզոքացման և թթու-բազային հավասարակշռության պահպանման գործընթացների հետ։

16.2.2. Գլյուկոզայի կենսասինթեզի հիմնական վայրը de novoլյարդն է. Գլյուկոնեոգենեզը տեղի է ունենում նաև երիկամների կեղևում: Ընդհանուր առմամբ ընդունված է, որ ֆիզիոլոգիական պայմաններում երիկամի ներդրումը գլյուկոնեոգենեզում կազմում է օրգանիզմում սինթեզված գլյուկոզայի մոտ 10%-ը. պաթոլոգիական պայմաններում այս համամասնությունը կարող է զգալիորեն աճել: Բարակ աղիքի լորձաթաղանթում հայտնաբերվել է գլյուկոնեոգենեզի ֆերմենտների աննշան ակտիվություն։

16.2.3. Գլյուկոնեոգենեզի ռեակցիաների հաջորդականությունը ներկայացնում է գլիկոլիզի համապատասխան ռեակցիաների հակադարձումը։ Միայն երեք գլիկոլիզի ռեակցիաներ են անշրջելի՝ դրանց ընթացքում տեղի ունեցող էներգիայի զգալի տեղաշարժերի պատճառով.

ա) գլյուկոզայի ֆոսֆորիլացում; բ) ֆրուկտոզա-6-ֆոսֆատի ֆոսֆորիլացում; գ) ֆոսֆոենոլպիրվատի փոխակերպումը պիրուվատի:

Այս էներգետիկ արգելքների շրջանցումն ապահովում են գլյուկոնեոգենեզի հիմնական ֆերմենտները:

Պիրուվատի հակադարձ փոխակերպումը ֆոսֆոենոլպիրուվատի պահանջում է երկու ֆերմենտի մասնակցություն։ Առաջինն է պիրուվատ կարբոքսիլազ - կատալիզացնում է օքսալացետատի ձևավորման ռեակցիան (Նկար 16.4, ռեակցիա 1): Պիրուվատ կարբոքսիլազայի կոենզիմը բիոտինն է (վիտամին H): Ռեակցիան շարունակվում է միտոքոնդրիայում. Նրա դերն է նաև լրացնել օքսալացետատի ավազանը Կրեբսի ցիկլի համար:

Գլյուկոնեոգենեզի բոլոր հետագա ռեակցիաները տեղի են ունենում ցիտոպլազմ . Միտոքոնդրիալ թաղանթն անթափանց է օքսալացետատի նկատմամբ, և այն տեղափոխվում է ցիտոպլազմա այլ մետաբոլիտների՝ մալատի կամ ասպարտատի տեսքով։ Ցիտոպլազմայում այդ միացությունները կրկին վերածվում են օքսալացետատի։ Գլխավոր դերում ֆոսֆոենոլպիրվատ կարբոքսիկինազ ֆոսֆոենոլպիրուվատը ձևավորվում է օքսալացետատից (Նկար 16.4, ռեակցիա 2):

Ֆոսֆոենոլպիրուվատը, գլիկոլիզի մի շարք ռեակցիաների հակադարձման արդյունքում, վերածվում է ֆրուկտոզա-1,6-բիֆոսֆատի։ Ֆրուկտոզա 1,6-բիֆոսֆատի փոխակերպումը ֆրուկտոզա 6-ֆոսֆատ կատալիզացվում է. ֆրուկտոզա դիֆոսֆատազ (Նկար 16.4, ռեակցիա 3):

Ֆրուկտոզա 6-ֆոսֆատը իզոմերիզացվում է գլյուկոզա 6-ֆոսֆատի: Գլյուկոնեոգենեզի վերջնական ռեակցիան գլյուկոզա-6-ֆոսֆատի հիդրոլիզն է գլյուկոզա-6-ֆոսֆատազ ֆերմենտի մասնակցությամբ (Նկար 16.4, ռեակցիա 4):

Նկար 16.4.Գլյուկոնեոգենեզի շրջանցման ռեակցիաները .

16.2.4. Գլյուկոնեոգենեզում գլյուկոզայի հիմնական աղբյուրներն են լակտատը, ամինաթթուները, գլիցերինը և Կրեբսի ցիկլի մետաբոլիտները:

Լակտատ- գլյուկոզայի անաէրոբ օքսիդացման վերջնական արդյունքը. Այն կարող է ներառվել գլյուկոնեոգենեզում՝ լակտատդեհիդրոգենազի ռեակցիայի մեջ պիրուվատի օքսիդացումից հետո (տես «Գլիկոլիզ» բաժինը, Նկար 15.4, ռեակցիա 11): Երկարատև ֆիզիկական աշխատանքի ժամանակ լակտատի հիմնական աղբյուրը կմախքային մկաններն են, որոնց բջիջներում գերակշռում են անաէրոբ պրոցեսները։ Մկաններում կաթնաթթվի կուտակումը սահմանափակում է դրանց կատարումը։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ հյուսվածքներում կաթնաթթվի կոնցենտրացիան մեծանալով, pH-ի մակարդակը նվազում է (կաթնաթթվով): pH-ի փոփոխությունները հանգեցնում են նյութափոխանակության կարևոր ուղիներում ֆերմենտների արգելմանը: Ստացված կաթնաթթվի տնօրինման մեջ կարևոր տեղ է պատկանում Cori գլյուկոզա-լակտատ ցիկլ (Նկար 16.5):

Նկար 16.5. Cori ցիկլը և գլյուկոզա-ալանինի ցիկլը (բացատրությունները տեքստում):

Գլյուկոգենային ամինաթթուներ, որոնք ներառում են սպիտակուցային ամինաթթուների մեծ մասը: Ամինաթթուների շարքում գլյուկոնեոգենեզում առաջատար տեղը պատկանում է ալանին , որը տրանսամինացիայի միջոցով կարող է վերածվել պիրուվատի։ Պահքի, ֆիզիկական աշխատանքի և այլ պայմանների ժամանակ օրգանիզմը գործում է գլյուկոզա-ալանինի ցիկլը , նման է Cori ցիկլի լակտատի համար (Նկար 16.2): Ալանին-գլյուկոզա ցիկլի առկայությունը կանխում է օրգանիզմի թունավորումը, քանի որ մկաններում չկան ամոնիակ օգտագործող ֆերմենտներ: Մարզումների արդյունքում այս ցիկլի հզորությունը զգալիորեն մեծանում է։

Այլ ամինաթթուները, ինչպես ալանինը, կարող են վերածվել պիրուվատի, ինչպես նաև Կրեբսի ցիկլի միջանկյալ նյութեր (α-ketoglutarate, fumarate, succinyl-CoA): Այս բոլոր մետաբոլիտները կարող են վերածվել օքսալացետատի և ներառվել գլյուկոնեոգենեզում:

Գլիցերին- ճարպային հյուսվածքում լիպիդային հիդրոլիզի արդյունք: Այս գործընթացը մեծապես նպաստում է ծոմապահությանը: Լյարդում գլիցերինը վերածվում է դիհիդրոքսիացետոն ֆոսֆատի՝ գլիկոլիզի միջանկյալ արտադրանքի և կարող է օգտագործվել գլյուկոնեոգենեզում։

Ճարպաթթու Եվ ացետիլ-CoA գլյուկոզայի պրեկուրսորներ չեն: Այս միացությունների օքսիդացումն էներգիա է ապահովում գլյուկոզայի սինթեզի գործընթացի համար։

16.2.5. Էներգետիկ հաշվեկշիռ.Պիրուվատից գլյուկոզայի սինթեզի ուղին (Նկար 16.6) պարունակում է երեք ռեակցիա, որոնք ուղեկցվում են ATP կամ GTP էներգիայի սպառմամբ.

ա) պիրուվատից օքսալացետատի ձևավորում (սպառվում է ATP մոլեկուլ); բ) օքսալոացետատից ֆոսֆոենոլպիրվատի ձևավորում (սպառվում է GTP մոլեկուլ); գ) առաջին ենթաշերտի ֆոսֆորիլացման հակադարձում՝ 3-ֆոսֆոգգլիցերատից 1,3-դիֆոսֆոգգլիցերատի ձևավորում (սպառվում է ATP մոլեկուլ)։

Այս ռեակցիաներից յուրաքանչյուրը կրկնվում է երկու անգամ, քանի որ պիրուվատի 2 մոլեկուլ (C3) օգտագործվում է 1 մոլեկուլ գլյուկոզա (C6) ձևավորելու համար։ Հետևաբար, պիրուվատից գլյուկոզայի սինթեզի էներգիայի հավասարակշռությունը կազմում է 6 մոլեկուլ նուկլեոզիդ տրիֆոսֆատներ (4 մոլեկուլ ATP և 2 մոլեկուլ GTP): Այլ պրեկուրսորների օգտագործման ժամանակ գլյուկոզայի կենսասինթեզի էներգիայի հավասարակշռությունը տարբեր է:

Նկար 16.6.Լակտատից գլյուկոզայի կենսասինթեզի էներգիայի հաշվեկշիռը:

16.2.6. Գլյուկոնեոգենեզի կարգավորում.Գլյուկոնեոգենեզի արագությունը որոշվում է սուբստրատների՝ գլյուկոզայի պրեկուրսորների առկայությամբ: Արյան մեջ գլյուկոզայի պրեկուրսորներից որևէ մեկի կոնցենտրացիայի աճը հանգեցնում է գլյուկոնեոգենեզի խթանմանը:

Որոշ մետաբոլիտներ գլյուկոնեոգենեզի ֆերմենտների ալոստերիկ էֆեկտորներ են: Օրինակ, ացետիլ-CoA-ն բարձր կոնցենտրացիաներում ալոստերիկորեն ակտիվացնում է պիրուվատ կարբոքսիլազը, որը կատալիզացնում է գլյուկոնեոգենեզի առաջին ռեակցիան: Ադենոզին մոնոֆոսֆատը, ընդհակառակը, արգելակող ազդեցություն ունի ֆրուկտոզա բիֆոսֆատազի վրա, իսկ ավելցուկային գլյուկոզան արգելակում է գլյուկոզա-6-ֆոսֆատազը։

Ենթաստամոքսային գեղձի գլյուկագոն հորմոնը, ադրենալին և կորտիզոլը բարձրացնում են գլյուկոզայի կենսասինթեզի արագությունը մարմնում՝ մեծացնելով գլյուկոնեոգենեզի հիմնական ֆերմենտների ակտիվությունը կամ ավելացնելով այդ ֆերմենտների կոնցենտրացիան բջիջներում: Ենթաստամոքսային գեղձի հորմոն ինսուլինը օգնում է նվազեցնել գլյուկոնեոգենեզի արագությունը մարմնում:

Գլյուկոնեոգենեզը ոչ ածխաջրածին արտադրանքներից գլյուկոզայի սինթեզն է: Նման արտադրանքները կամ մետաբոլիտներն են հիմնականում կաթնաթթուները և պիրուվիկ թթուները, գլիկոգեն ամինաթթուները, գլիցերինը և մի շարք այլ միացություններ։ Այլ կերպ ասած, գլյուկոնեոգենեզում գլյուկոզայի պրեկուրսորները կարող են լինել պիրուվատ կամ որևէ միացություն, որը կատաբոլիզմի ընթացքում վերածվում է պիրուվատի կամ եռաքարբոքսիլաթթվի ցիկլի միջանկյալ արտադրանքներից մեկի:

Ողնաշարավորների մոտ գլյուկոնեոգենեզն առավել ինտենսիվ է տեղի ունենում լյարդի և երիկամների բջիջներում (կեղևում): Գլյուկոնեոգենեզի քայլերի մեծ մասը ներառում է գլիկոլիտիկ ռեակցիայի հակադարձումը: Գլիկոլիզի միայն 3 ռեակցիաներ (հեքսոկինազ, ֆոսֆոֆրուկտոկինազ և պիրուվատ կինազ) անշրջելի են, հետևաբար 3 փուլով գլյուկոնեոգենեզի գործընթացում օգտագործվում են այլ ֆերմենտներ։

Ֆոսֆոենոլպիրվատի սինթեզն իրականացվում է մի քանի փուլով՝ 1) պիրուվատի վերածում օքսալացետատի. Պիրուվատը կարբոքսիլացվում է պիրուվատ կարբոքսիլազայով ATP-ի մասնակցությամբ: Պիրվատ կարբոքսիլազը, որը կատալիզացնում է այս ռեակցիան, ալոստերիկ միտոքոնդրիալ ֆերմենտ է: Acetyl-CoA-ն անհրաժեշտ է որպես այս ֆերմենտի ալոստերիկ ակտիվացնող:

Պիրուվատից առաջացած ֆոսֆոենոլպիրուվատը վերածվում է ֆրուկտոզա 1,6-բիֆոսֆատի մի շարք շրջելի գլիկոլիզի ռեակցիաների արդյունքում։ Դրան հաջորդում է ֆոսֆոֆրուկտոկինազի ռեակցիան, որն անշրջելի է։ Գլյուկոնեոգենեզը շրջանցում է այս ռեակցիան։ Ֆրուկտոզա 1,6-բիս-ֆոսֆատի փոխակերպումը ֆրուկտոզա 6-ֆոսֆատ կատալիզացվում է հատուկ ֆոսֆատազով.

Գլյուկոնեոգենեզի կարգավորում. Acetyl-CoA-ն խաղում է պիրուվատ կարբոքսիլազայի ալոստերիկ ակտիվացնողի դերը: Acetyl-CoA-ի բացակայության դեպքում ֆերմենտը գրեթե ամբողջությամբ անգործուն է: Երբ միտոքոնդրիալ ացետիլ-CoA-ն կուտակվում է բջջում, պիրուվատից գլյուկոզայի կենսասինթեզը ուժեղանում է: Հայտնի է, որ ացետիլ-CoA-ն միաժամանակ պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրի բացասական մոդուլատոր է: Acetyl-CoA-ի կուտակումը դանդաղեցնում է պիրուվատի օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացումը, ինչը նույնպես նպաստում է գլյուկոնեոգենեզի ակտիվացմանը։

Գլյուկոնեոգենեզի կարգավորման մեկ այլ կարևոր կետը ֆրուկտոզա-1,6-բիֆոսֆատազի կողմից կատալիզացված ռեակցիան է՝ ֆերմենտ, որը արգելակվում է AMP-ով: AMP-ն հակառակ ազդեցություն է ունենում ֆոսֆոֆրուկտոկինազի վրա, այսինքն՝ այս ֆերմենտի համար այն ալոստերիկ ակտիվացնող է: AMP-ի ցածր կոնցենտրացիաների և ATP-ի բարձր մակարդակների դեպքում գլյուկոնեոգենեզը խթանվում է: Ընդհակառակը, երբ ATP/AMP հարաբերակցությունը ցածր է, բջջում նկատվում է գլյուկոզայի քայքայում։ Գլյուկոնեոգենեզը և գլիկոլիզը կարգավորվում են փոխադարձաբար, այնպես որ եթե մի ճանապարհի ակտիվությունը համեմատաբար նվազում է, մյուս ճանապարհի ակտիվությունը մեծանում է։

Ֆրուկտոզա-2,6-բիֆոսֆատը ֆրուկտոզա-6-ֆոսֆատից ձևավորված մետաբոլիտ է և կատարում է միայն կարգավորիչ գործառույթներ: Ֆրուկտոզա 2,6-բիֆոսֆատի առաջացումը ֆրուկտոզա 6-ֆոսֆատի ֆոսֆորիլացման միջոցով կատալիզացվում է երկֆունկցիոնալ ֆերմենտի (BIF) կողմից, որը նույնպես կատալիզացնում է հակադարձ ռեակցիան։ ATP-ի օգտագործմամբ ֆրուկտոզա-6-ֆոսֆատի ֆոսֆորիլացման ռեակցիայի ժամանակ BIF-ն ցուցաբերում է կինազային ակտիվություն, իսկ ձևավորված ֆրուկտոզա-2,6-բիֆոսֆատի դեֆոսֆորիլացման դեպքում՝ ֆոսֆատազային ակտիվություն։ Այս հանգամանքը որոշեց երկֆունկցիոնալ ֆերմենտի անվանումը։

BIF kinase ակտիվությունը տեղի է ունենում, երբ ֆերմենտը գտնվում է իր դեֆոսֆորիլացված վիճակում (BIF-OH): BIF-ի դեֆոսֆորիլացված ձևը բնորոշ է այն ժամանակաշրջանին, երբ ինսուլին/գլյուկագոն ինդեքսը բարձր է: Այս ընթացքում ավելանում է ֆրուկտոզա-2,6-բիֆոսֆատի քանակությունը։ Ինսուլին/գլյուկագոնի ցածր ինդեքսով, որը բնորոշ է երկարատև ծոմ պահելու ժամանակաշրջանին, BIF-ը ֆոսֆորիլացված է և գործում է որպես ֆոսֆատազ: Արդյունքը ֆրուկտոզա-2,6-բիֆոսֆատի քանակի նվազում է

Գլյուկոնեոգենեզը կարող է կարգավորվել նաև անուղղակիորեն։ The glycolysis enzyme pyruvate kinase գոյություն ունի 2 ձեւով - L եւ M. L ձեւը (անգլերեն լյարդից - լյարդ) գերակշռում է գլյուկոնեոգենեզի ընդունակ հյուսվածքներում: Այս ձևը արգելակվում է ավելցուկային ATP-ի և որոշ ամինաթթուների, մասնավորապես ալանինի կողմից: M-ձևը (անգլերեն մկանից՝ մկաններ) նման կարգավորման ենթակա չէ։ Բջիջին բավարար էներգիայի մատակարարման պայմաններում արգելակվում է պիրուվատ կինազի L-ձևը։ Արգելակման արդյունքում գլիկոլիզը դանդաղում է և ստեղծվում են գլյուկոնեոգենեզի համար բարենպաստ պայմաններ։

Ինտենսիվ աշխատող մկաններում կամ գլյուկոզայի կատաբոլիզմի գերակշռող անաէրոբ մեթոդով բջիջներում ձևավորված լակտատը մտնում է արյուն, այնուհետև լյարդ: Լյարդում NADH/NAD+ հարաբերակցությունը ավելի ցածր է, քան կծկվող մկանում, ուստի լակտատդեհիդրոգենազի ռեակցիան ընթանում է հակառակ ուղղությամբ, այսինքն. լակտատից պիրուվատի ձևավորման ուղղությամբ: Այնուհետև պիրուվատը ներառված է գլյուկոնեոգենեզում, և ստացված գլյուկոզան մտնում է արյուն և ներծծվում կմախքի մկանների կողմից: Իրադարձությունների այս հաջորդականությունը կոչվում է գլյուկոզա-լակտատ ցիկլ կամ Կորի ցիկլ։

Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 Պիրուվատի օքսիդացումը դեպի ացետիլ-CoA տեղի է ունենում բազմաֆերմենտային համակարգի մասնակցությամբ, որը կոչվում է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիր, որը ձևավորվել է օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման գործընթացում" title=" Pyruvate + NAD+ + HS-KoA): –> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 Պիրուվատի օքսիդացումը դեպի ացետիլ-CoA տեղի է ունենում բազմաֆերմենտային համակարգի մասնակցությամբ, որը կոչվում է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիր, որը ձևավորվել է օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման գործընթացում:" class="link_thumb"> 22 !}Պիրուվատ + NAD+ + HS-KoA –> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 Պիրուվատի օքսիդացումը դեպի ացետիլ-CoA տեղի է ունենում բազմաֆերմենտային համակարգի մասնակցությամբ, որը կոչվում է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիր: Օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման ժամանակ առաջացած ացետիլ-CoA-ն ենթարկվում է հետագա օքսիդացման: CO2-ի և H2O-ի առաջացմամբ։ Acetyl-CoA-ի ամբողջական օքսիդացումը տեղի է ունենում եռաքարբոքսիլաթթվի ցիկլում (Krebs ցիկլ): Այս գործընթացը, ինչպես նաև պիրուվատի օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացումը տեղի է ունենում բջիջների միտոքոնդրիայում Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 Պիրուվատի օքսիդացումը դեպի ացետիլ-CoA տեղի է ունենում բազմաֆերմենտային համակարգի մասնակցությամբ, որը կոչվում է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիր, որը ձևավորվում է օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման գործընթացում: ացետիլ-CoA-ն առաջանում է բազմաֆերմենտային համակարգի մասնակցությամբ, որը կոչվում է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիր: Օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման գործընթացում ձևավորված ացետիլ-CoA-ն ենթարկվում է հետագա օքսիդացման՝ առաջացնելով CO2 և H2O: Ացետիլ-CoA-ի ամբողջական օքսիդացումը տեղի է ունենում եռաքարբոքսիլաթթուում: ցիկլ (Krebs ցիկլ): Այս գործընթացը, ինչպես նաև պիրուվատի օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացումը, տեղի է ունենում բջիջների միտոքոնդրիայում»> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 Պիրուվատի օքսիդացումը դեպի ացետիլ-CoA տեղի է ունենում բազմաֆերմենտային համակարգի մասնակցությամբ: կոչվում է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիր, որը ձևավորվում է օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման գործընթացում" title=" Pyruvate + NAD+ + HS-CoA –> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 Պիրուվատի օքսիդացումը դեպի ացետիլ-CoA տեղի է ունենում ացետիլ-CoA-ի մասնակցությամբ. բազմաֆերմենտային համակարգ, որը կոչվում է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիր, որը ձևավորվել է օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման գործընթացում"> title="Պիրուվատ + NAD+ + HS-KoA –> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2 Պիրուվատի օքսիդացումը դեպի ացետիլ-CoA տեղի է ունենում բազմաֆերմենտային համակարգի մասնակցությամբ, որը կոչվում է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիր, որը ձևավորվել է օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման գործընթացում:"> !}

E1 - պիրուվատ դեհիդրոգենազ; E2 - dihydrolipoylacetyltransferase; E3 - դիհիդրոլիպոյլդեհիդրոգենազ Կոֆերմենտներ՝ TPP, լիպոաթթվի ամիդ, կոենզիմ A, FAD, NAD գործընթացի փուլեր

Կրեբսի ցիկլը ացետիլային խմբերի օքսիդացման ընդհանուր վերջնական ուղին է (ացետիլ-CoA-ի տեսքով), որի մեջ կատաբոլիզմի ընթացքում փոխակերպվում են օրգանական մոլեկուլների մեծ մասը, որոնք խաղում են բջջային վառելիքի դերը՝ ածխաջրերը, ճարպաթթուները և ամինաթթուները: Ցիկլը տեղի է ունենում միտոքոնդրիալ մատրիցում և բաղկացած է ութ հաջորդական ռեակցիաներից

Երկրորդ ռեակցիայի արդյունքում ստացված կիտրոնաթթուն ենթարկվում է ջրազրկման՝ առաջացնելով ցիս-ակոնիտիկ թթու, որը ջրի մոլեկուլ ավելացնելով դառնում է իզոցիտրիկ թթու (իզոցիտրատ)։ Այս շրջելի հիդրացիա-ջրազրկման ռեակցիաները կատալիզացվում են ակոնիտատ հիդրատազ (aconitase) ֆերմենտի կողմից:

Երրորդ ռեակցիան սահմանափակում է Կրեբսի ցիկլի արագությունը: Իսոցիտրիկ թթուն ջրազրկվում է NAD-ից կախված իզոցիտրատ դեհիդրոգենազի առկայության դեպքում. NAD-ից կախված իզոցիտրատ դեհիդրոգենազը ալոստերիկ ֆերմենտ է, որը պահանջում է ADP որպես հատուկ ակտիվացնող: Բացի այդ, ֆերմենտը պահանջում է Mg2+ կամ Mn2+ իոններ՝ իր ակտիվությունը դրսևորելու համար:

Չորրորդ ռեակցիայի ժամանակ տեղի է ունենում α-կետօղլուտարաթթվի օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացում՝ առաջացնելով բարձր էներգիայի սուկցինիլ-CoA միացություն։ Այս ռեակցիայի մեխանիզմը նման է պիրուվատի ացետիլ-CoA-ի օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման մեխանիզմին: α-ketoglutarate dehydrogenase համալիրը կառուցվածքով նման է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրին: Երկու դեպքում էլ ռեակցիային մասնակցում են 5 կոֆերմենտներ՝ TPP, լիպոաթթվի ամիդ, HS-CoA, FAD և NAD+.

Հինգերորդ ռեակցիան կատալիզացվում է սուկցինիլ-CoA սինթետազ ֆերմենտի միջոցով: Այս ռեակցիայի ընթացքում սուկցինիլ-CoA-ն, GTP-ի և անօրգանական ֆոսֆատի մասնակցությամբ, վերածվում է սուկցինաթթվի (սուկցինատ): Միևնույն ժամանակ, GTP-ի բարձր էներգիայի ֆոսֆատային կապի ձևավորումը տեղի է ունենում սուկցինիլ-CoA-ի բարձր էներգիայի թիոեսթեր կապի շնորհիվ. ATP սուբստրատի ֆոսֆորիլացում:

Վեցերորդ ռեակցիայի արդյունքում սուկցինատը ջրազրկվում է ֆումարաթթվի։ Սուկցինատի օքսիդացումը կատալիզացվում է սուկցինատդեհիդրոգենազի միջոցով, որի մոլեկուլում FAD կոֆերմենտը սերտորեն (կովալենտորեն) կապված է սպիտակուցի հետ։ Իր հերթին, սուկցինատ դեհիդրոգենազը սերտորեն կապված է ներքին միտոքոնդրիալ մեմբրանի հետ.

Յոթերորդ ռեակցիան իրականացվում է ֆումարատ հիդրատազ (fumarase) ֆերմենտի ազդեցությամբ։ Ֆումարաթթուն խոնավացվում է, և ռեակցիայի արտադրանքը խնձորաթթուն է (մալատ): Հարկ է նշել, որ ֆումարատ հիդրատազը ստերեոսպեցիֆիկ է. ռեակցիայի ընթացքում առաջանում է L-խնձորաթթու.

NADH-ի մեկ մոլեկուլ (3 ATP մոլեկուլ) արտադրվում է պիրուվատի օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացումից մինչև ացետիլ-CoA: Երբ գլյուկոզայի մեկ մոլեկուլը քայքայվում է, ձևավորվում է պիրուվատի 2 մոլեկուլ, և երբ դրանք օքսիդացվում են մինչև ացետիլ-CoA-ի 2 մոլեկուլ և եռաքարբոքսիլաթթվի ցիկլի հաջորդ 2 պտույտները, սինթեզվում են 30 ATP մոլեկուլներ (հետևաբար, օքսիդացում պիրուվատի մոլեկուլը CO2-ին և H2O-ին արտադրում է 15 ATP մոլեկուլ): Այս քանակին պետք է ավելացվի 2 մոլեկուլ ATP, որը ձևավորվում է աերոբիկ գլիկոլիզի ժամանակ, և 6 մոլեկուլ ATP, որը սինթեզվում է էքստրամիտոխոնդրիալ NADH-ի 2 մոլեկուլների օքսիդացումով, որոնք ձևավորվում են գլիցերալդեհիդ-3-ֆոսֆատում 2 մոլեկուլների օքսիդացումից: գլիկոլիզի դեհիդրոգենազային ռեակցիա. Հետևաբար, երբ գլյուկոզայի մեկ մոլեկուլը քայքայվում է հյուսվածքներում, սինթեզվում են 38 ATP մոլեկուլներ: Կասկած չկա, որ էներգետիկ առումով գլյուկոզայի ամբողջական քայքայումն ավելի արդյունավետ գործընթաց է, քան անաէրոբ գլիկոլիզը:

Extramitochondrial NADH մոլեկուլները չեն կարողանում թաղանթ ներթափանցել միտոքոնդրիաների մեջ: Այնուամենայնիվ, նրանց նվիրաբերած էլեկտրոնները կարող են ներառվել կենսաբանական օքսիդացման միտոքոնդրիումային շղթայում՝ օգտագործելով այսպես կոչված գլիցերին ֆոսֆատի մաքոքային մեխանիզմը: Այս դեպքում, մեկ գլյուկոզայի մոլեկուլի ամբողջական օքսիդացման արդյունքում կարող է ձևավորվել 36 ATP մոլեկուլ: Այս մաքոքային մեխանիզմի օգնությամբ ցիտոզոլային NADH-ի կրճատված համարժեքները փոխանցվում են միայն կմախքի մկաններում, իսկ ուղեղը + H+ միտոքոնդրիայում:

Լյարդի, երիկամների և սրտի բջիջներում գործում է ավելի բարդ մալատ-ասպարտատ մաքոքային համակարգ։ Այս մաքոքային մեխանիզմի գործողությունը հնարավոր է դառնում մալատդեհիդրոգենազի և ասպարտատ ամինոտրանսֆերազի առկայության շնորհիվ և՛ ցիտոզոլում, և՛ միտոքոնդրիայում: Եթե ​​գործում է մալատ-ասպարատ մեխանիզմը, ապա գլյուկոզայի մեկ մոլեկուլի ամբողջական օքսիդացման արդյունքում կարող է առաջանալ ոչ թե 36, այլ 38 ATP մոլեկուլ։

Ածխաջրերի ուղղակի օքսիդացման, կամ, ինչպես կոչվում է, պենտոզաֆոսֆատային ցիկլը, հայտնաբերումը պատկանում է Օ.Վորբուրգին, Ֆ.Լիպմանին, Ֆ.Դիքենսին և Վ.Ա. Էնգելհարդ Կաթնասունների մոտ պենտոզաֆոսֆատային ցիկլի ակտիվությունը համեմատաբար բարձր է լյարդի, մակերիկամների, պտղի հյուսվածքի և կաթնագեղձի վրա լակտացիայի ընթացքում: Այս ճանապարհի նշանակությունը նյութափոխանակության մեջ մեծ է։ Այն ապահովում է նվազեցված NADPH, որն անհրաժեշտ է ճարպաթթուների, խոլեստերինի և այլնի կենսասինթեզի համար: Պենտոզաֆոսֆատային ցիկլի շնորհիվ ծածկված է NADPH-ի մարմնի կարիքի մոտավորապես 50%-ը: Ստացված NADPH-ն օգտագործվում է ցիտոզոլում՝ ռեդուկտիվ սինթեզների համար և չի մասնակցում օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացմանը, որը տեղի է ունենում միտոքոնդրիայում: Պենտոզաֆոսֆատային ցիկլը մատակարարում է պենտոզաֆոսֆատներ՝ նուկլեինաթթուների և բազմաթիվ կոֆերմենտների սինթեզի համար։

Պենտոզաֆոսֆատի ցիկլը սկսվում է գլյուկոզա-6-ֆոսֆատի օքսիդացումով և արտադրանքի հետագա օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացմամբ (արդյունքում ածխածնի առաջին ատոմը հեռացվում է հեքսոզաֆոսֆատից): Սա պենտոզաֆոսֆատային ցիկլի առաջին, այսպես կոչված, օքսիդատիվ փուլն է։

Առաջին ռեակցիան գլյուկոզա-6-ֆոսֆատի ջրազրկումն է՝ գլյուկոզա-6-ֆոսֆատդեհիդրոգենազ ֆերմենտի և NADP + կոենզիմի մասնակցությամբ։ Ռեակցիայի ընթացքում ձևավորված 6-ֆոսֆոգլուկոնո-δ-լակտոնը անկայուն միացություն է և հիդրոլիզվում է բարձր արագությամբ կամ ինքնաբուխ կամ 6-ֆոսֆոգլուկոնոլակտոնազ ֆերմենտի օգնությամբ՝ ձևավորելով 6-ֆոսֆոգլուկոնաթթու (6-ֆոսֆոգլուկոնատ) և NADPH.

Երկրորդ՝ օքսիդատիվ, ռեակցիայի մեջ, որը կատալիզացվում է 6-ֆոսֆոգլուկոնատդեհիդրոգենազով (դեկարբոքսիլացնող), 6-ֆոսֆոգլուկոնատը ջրազրկվում և ապակարբոքսիլացվում է։ Արդյունքում ձևավորվում է ֆոսֆորիլացված կետոպենտոզա՝ D-ribulose-5-ֆոսֆատ և ևս 1 NADPH մոլեկուլ.

Համապատասխան էպիմերազի ազդեցության տակ ռիբուլոզա-5-ֆոսֆատից կարող է առաջանալ մեկ այլ ֆոսֆոպենտոզ՝ քսիլուլոզ-5-ֆոսֆատ։ Բացի այդ, ռիբուլոզա-5-ֆոսֆատը, հատուկ իզոմերազի ազդեցությամբ, հեշտությամբ վերածվում է ռիբոզա-5-ֆոսֆատի։ Պենտոզաֆոսֆատների այս ձևերի միջև հաստատվում է շարժական հավասարակշռության վիճակ.

Պենտոզաֆոսֆատ ցիկլի ոչ օքսիդատիվ փուլ (փուլ): Այս փուլի ռեակցիաները կապված չեն թթվածնի օգտագործման հետ և առաջանում են անաէրոբ պայմաններում։ Այս դեպքում ձևավորվում են գլիկոլիզի առաջին փուլին բնորոշ նյութեր (ֆրուկտոզա-6-ֆոսֆատ, ֆրուկտոզա-1,6-բիֆոսֆատ, ֆոսֆոտրիոզներ) և պենտոզաֆոսֆատային ճանապարհին հատուկ այլ նյութեր (սեդոհեպտուլոզա-7-ֆոսֆատ, պենտոզա): -5-ֆոսֆատներ, էրիթրոզ-ֆոսֆատ) 4-ֆոսֆատ):

Պենտոզաֆոսֆատային ցիկլի ոչ օքսիդատիվ փուլի հիմնական ռեակցիաներն են տրանսկետոլազը և տրանսալդոլազը։ Այս ռեակցիաները կատալիզացնում են իզոմերային պենտոզա-5-ֆոսֆատների փոխակերպումը։ Տրանսկետոլազային ռեակցիայի կոֆերմենտը TPP-ն է, որը խաղում է գլիկոլ-ալդեհիդային խմբի միջանկյալ կրիչի դերը քսիլուլոզ-5-ֆոսֆատից մինչև ռիբոզա-5-ֆոսֆատ: Արդյունքում ձևավորվում են յոթ ածխածնային մոնոսաքարիդ սեդոհեպտուլոզ-7-ֆոսֆատ և գլիցերալդեհիդ-3-ֆոսֆատ.

Վերնիկե-Կոսակոֆի համախտանիշը (նյարդահոգեբուժական հիվանդություն) կապված է տրանսկետոլազի ունակության զգալի նվազման հետ (10 անգամ)՝ կապելու TPP կոֆերմենտը: Էրիտրոցիտներում գլյուկոզա-6-ֆոսֆատդեհիդրոգենազ գենի թերությունն ուղեկցվում է հեմոլիտիկ անեմիայով։ Պատճառը NADPH-ի պակասն է և, որպես հետևանք, նվազեցված գլուտատիոնի (GSH) պակասը, ինչը հանգեցնում է թթվածնի ռեակտիվ տեսակների ձևավորման և կարմիր արյան բջիջների հեմոլիզացման:

Գլյուկոզայի սինթեզը կաթնաթթվից

Ֆիզիկական գործունեության ընթացքում մկաններըարտադրվում է մեծ քանակությամբ կաթնաթթու, հատկապես եթե ծանրաբեռնվածությունը առավելագույն հզորությամբ է:Կաթնաթթուն նույնպես անընդհատ ձևավորվում է. կարմիր արյան բջիջները, անկախ մարմնի վիճակից։ Այն արյան հոսքի հետ մտնում է հեպատոցիտ և վերածվում պիրուվատի։ Հետագա ռեակցիաները ընթանում են դասական սխեմայի համաձայն:

Գլյուկոնեոգենեզի ընդհանուր ռեակցիան կաթնաթթվից.

Լակտատ + 4ATP + 2GTP + 2H 2 O → գլյուկոզա + 4ADP + 2GDP + 6P n

Գլյուկոզայի սինթեզ ամինաթթուներից

Մի շարք ամինաթթուներ գլյուկոգեն են, այսինքն՝ դրանց ածխածնային կմախքներն այս կամ այն ​​չափով ունակ են ներառվել գլյուկոզայի մեջ։ Ամինաթթուների մեծ մասը այսպիսին է բացիլեյցինը և լիզինը, որոնց ածխածնի ատոմները երբեք չեն մասնակցում ածխաջրերի սինթեզին։

Որպես ամինաթթուներից գլյուկոզայի սինթեզի օրինակ դիտարկենք այս գործընթացում գլյուտամատի, ասպարատի, սերինի և ալանինի մասնակցությունը։

Ասպարտիկ թթու(տրանսամինացիոն ռեակցիայից հետո) և գլուտամիկ թթու(դեամինացիայից հետո) վերածվում են TCA ցիկլի մետաբոլիտների, համապատասխանաբար, օքսալացետատի և α-կետօղլուտարատի:

Ալանինը, երբ տրանսամինացվում է, ձևավորում է պիրուվիկաթթու, որը կարող է կարբոքսիլացվել մինչև օքսալացետատ։ Օքսալացետատը, լինելով գլյուկոնեոգենեզի գործընթացի առաջին տարրը, այնուհետև ներառվում է գլյուկոզայի սինթեզի մեջ։

Սերինեռաստիճան ռեակցիայի դեպքում սերինդեհիդրատազի ազդեցությամբ այն կորցնում է իր ամինո խումբը և վերածվում պիրուվատի, որը մտնում է գլյուկոնեոգենեզ։

Ամինաթթուների ներառումը գլյուկոզայի սինթեզում

Գլյուկոզայի սինթեզը գլիցերինից

Ադրենալինի ազդեցության տակ ֆիզիկական ակտիվության կամ գլյուկագոնի և կորտիզոլի ազդեցության տակ ծոմ պահելու ժամանակ ճարպային բջիջները ակտիվորեն ենթարկվում են. տրիացիլգլիցերինների քայքայումը(լիպոլիզ): Այս գործընթացի արտադրանքներից մեկը ալկոհոլն է գլիցերինորը գնում է դեպի լյարդ. Այստեղ այն ֆոսֆորիլացվում է, օքսիդացվում է դիհիդրօքսիացետոն ֆոսֆատի և մասնակցում գլյուկոնեոգենեզի ռեակցիաներին։

Գլյուկոնեոգենեզ- գլյուկոզայի սինթեզը ոչ ածխաջրային բնույթի նյութերից, որոնք առաջանում են հիմնականում լյարդում, իսկ ավելի քիչ ինտենսիվ՝ երիկամների կեղևում և աղիների լորձաթաղանթում:

Գլյուկոնեոգենեզի գործառույթը- պահպանել արյան գլյուկոզի մակարդակը երկարատև ծոմապահության և ինտենսիվ ֆիզիկական գործունեության ընթացքում: Գլյուկոզայի մշտական ​​մատակարարումը որպես էներգիայի աղբյուր հատկապես անհրաժեշտ է նյարդային հյուսվածքի և արյան կարմիր բջիջների համար:

Գլյուկոնեոգենեզի սուբստրատներ- ՊՎՔ, կաթնաթթու, գլիցերին, ամինաթթուներ: Նրանց ընդգրկումը գլյուկոնեոգենեզում կախված է օրգանիզմի ֆիզիոլոգիական վիճակից։

Գլյուկոնեոգենեզի ռեակցիաների մեծ մասը գլիկոլիզի հակառակն է: Դրանք կատալիզացվում են նույն ֆերմենտներով, ինչ գլիկոլիզի համապատասխան ռեակցիաները։

Գլիկոլիզի երեք ռեակցիաները (հեքսոկինազ (1), ֆոսֆոֆրուկտոկինազ (3), պիրուվատ կինազա (10)) անշրջելի են, և գլյուկոնեոգենեզի ժամանակ այս փուլերում գործում են այլ ֆերմենտներ։

ՊՎՔ-ից գլյուկոզայի սինթեզ.

1-ին փուլ- ՊՎՔ-ից ֆոսֆենոլպիրվատի ձևավորում:

Ա) PVK-ի կարբոքսիլացումը պիրուվատ կարբոքսիլազայի ազդեցության տակ միտոքոնդրիայում օքսալացետատի ձևավորմամբ.

Պիրուվատ կարբոքսիլազը միտոքոնդրիալ ֆերմենտ է, որի ալոստերիկ ակտիվացնողը ացետիլ-CoA-ն է: Միտոքոնդրիալ թաղանթն անթափանց է օքսալոացետատի համար, ուստի միտոքոնդրիում օքսալացետատը վերածվում է մալատի՝ միտոքոնդրիալ NAD-ից կախված մալատդեհիդրոգենազի մասնակցությամբ.

Մալատը միտոքոնդրիային թողնում է միտոքոնդրիալ թաղանթի միջով դեպի ցիտոզոլ, որտեղ, ցիտոպլազմային NAD-ից կախված մալատդեհիդրոգենազի ազդեցության ներքո, այն օքսիդացվում է մինչև օքսալացետատ.

բ)բջջի ցիտոզոլում տեղի է ունենում օքսալացետատի դեկարբոքսիլացում և ֆոսֆորիլացում՝ ֆոսֆոենոլպիրվատի ձևավորմամբ. ֆերմենտ - ֆոսֆոենոլպիրվատ կարբոքսիկինազ.

2-րդ փուլ- ֆրուկտոզա-1,6-բիֆոսֆատի փոխակերպումը ֆրուկտոզա-6-ֆոսֆատի:

Հետադարձելի գլիկոլիզի ռեակցիաների արդյունքում ֆոսֆոենոլպիրվատը վերածվում է ֆրուկտոզա-1,6-ֆոսֆատի։ Դրան հաջորդում է գլիկոլիզի անդառնալի ֆոսֆոֆրուկտոկինազային ռեակցիան։ Գլյուկոնեոգենեզը շրջանցում է այս ռեակցիան.

3-րդ փուլ- ֆրուկտոզա-6-ֆոսֆատից գլյուկոզայի ձևավորում.

Ֆրուկտոզ-6-ֆոսֆատը վերածվում է գլյուկոզա-6-ֆոսֆատի, որը գլյուկոզա-6-ֆոսֆատազի ազդեցությամբ դֆոսֆորիլացվում է (ռեակցիան շրջանցում է հեքսոկինազին)։

Գլյուկոնեոգենեզ

Գլյուկոնեոգենեզը ոչ ածխաջրային պրեկուրսորներից գլյուկոզայի սինթեզն է։ Գլյուկոնեոգենեզը պահանջվում է ուղեղում, ամորձիներում, կարմիր արյան բջիջներում և երիկամային մեդուլայում, որտեղ գլյուկոզան էներգիայի միակ աղբյուրն է: Սակայն ծոմ պահելու ժամանակ ուղեղը կարող է էներգիա ստանալ կետոնային մարմիններից, որոնք վերածվում են ացետիլ CoA-ի։

Սկզբում պիրուվատը, պիրվատ կարբոքսիլազայի ազդեցության տակ և CO2-ի և ATP-ի մասնակցությամբ, կարբոքսիլացվում է՝ առաջացնելով օքսալացետատ (OA):

Պիրուվատ կարբոքսիլազը հայտնաբերված է միտոքոնդրիայում: Միտոքոնդրիալ թաղանթն անթափանց է ստացված PIKE-ի համար: Վերջինս այստեղ միտոքոնդրիում վերականգնվում է մալատի։

Ռեակցիան տեղի է ունենում միտոքոնդրիալ NAD-կախյալ մալատդեհիդրոգենազի մասնակցությամբ: Միտոքոնդրիայում NADH2/NAD+ հարաբերակցությունը համեմատաբար բարձր է, և, հետևաբար, ներմիտոքոնդրիալ AP-ն հեշտությամբ վերածվում է մալատի, որը հեշտությամբ հեռանում է միտոքոնդրիոնից՝ անցնելով միտոքոնդրիալ թաղանթով։ Ցիտոպլազմայում NADH2/NAD+ հարաբերակցությունը շատ փոքր է, և մալատը կրկին օքսիդանում է PAA-ի՝ NAD-ից կախված ցիտոպլազմային մալատդեհիդրոգենազի մասնակցությամբ:

Գլյուկոնեոգենեզի սուբստրատներ

Լակտատը ձևավորվում է արյան կարմիր բջիջներում և կմախքի մկանային բջիջներում անաէրոբ գլիկոլիզի ժամանակ: Լակտատի փոխակերպումը գլյուկոզայի տեղի է ունենում Cori ցիկլի արդյունքում։ Նշանակությունը - Cori ցիկլի մասնակցությամբ արյան կարմիր բջիջներից և կմախքի մկաններից գլիկոլիզի վերջնական արտադրանքները տեղափոխվում են լյարդ և օգտագործվում գլյուկոզայի սինթեզի համար:

Ալանինը հիմնական գլյուկոգեն ամինաթթուն է: Ալանինի փոխակերպումը գլյուկոզայի տեղի է ունենում ալանինի ցիկլում: Կմախքի մկաններում գլիկոլիզի ժամանակ առաջացած պիրուվատը կարող է վերածվել ալանինի։ Այս ռեակցիաների ժամանակ արտադրվող ալանինը NH2 խմբերի փոխադրման ձևն է մկաններից դեպի լյարդ, որտեղ նրանք ի վերջո մտնում են միզանյութի մոլեկուլների մեջ և արտազատվում: Երբ ալանինը մտնում է հեպատոցիտներ, այն կարող է վերածվել պիրուվատի և օգտագործվել որպես գլյուկոնեոգենեզի սուբստրատ: Նշանակությունը - Ամոնիակը չափազանց թունավոր միացություն է, և դրա մեծ մասը չեզոքացվում է լյարդի բջիջներում (օրնիտինի ցիկլում այն ​​կապված է միզանյութի մոլեկուլի հետ և այնուհետև արտազատվում): Ալանինը ծառայում է որպես ամոնիակի տրանսպորտային միջոց դեպի լյարդ, որտեղ այն չեզոքացվում է։

Այլ ամինաթթուներ. Միայն երկու ամինաթթուներ (լեյցին և լիզին) չեն կարող օգտագործվել գլյուկոնեոգենեզի գործընթացում: Սրանք խիստ ketogenic amino թթուներ են: Բոլոր մյուս գլյուկոգեն ամինաթթուները իրենց նյութափոխանակության ընթացքում առաջացնում են գլիկոլիզի կամ Կրեբսի ցիկլի միջանկյալ արտադրանք։

Գլիցերին. Այն ձևավորվում է ճարպային հյուսվածքի բջիջներում տրիացիլգլիցերինների կատաբոլիզմի ժամանակ, մտնում է արյուն, այնուհետև մտնում է լյարդ, որտեղ երկու ֆերմենտների (գլիցերին կինազ և ալֆա-գլիցերին ֆոսֆատ դեհիդրոգենազ) ազդեցության տակ վերածվում է ֆոսֆոդիօքսյացետոնի (PDA): գլիկոլիզի միջանկյալ արտադրանք:

Propionyl-CoA. Կենտ թվով ածխածնի ատոմներով ճարպաթթուների բետա-օքսիդացումը և որոշ ամինաթթուների (վալին, իզոլեյցին, տրիպտոֆան, մեթիոնին) նյութափոխանակությունը ուղեկցվում են պրոպիոնիլ-CoA-ի ձևավորմամբ, որը կարող է վերածվել սուկցինիլ-CoA-ի (Կրեբս): ցիկլային մետաբոլիտ) երկու ֆերմենտների ազդեցության տակ.

Propionyl-CoA կարբոքսիլազա (բիոտինը օգտագործվում է որպես կոենզիմ - տես վիտամին H):

Մեթիլմալոնիլ-CoA մուտազա (մեթիլկոբալամին որպես կոենզիմ - տես վիտամին B12):

Ամփոփիչ հավասարում.

2PVK + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 6H2O = գլյուկոզա + 4ADP + 2GDP + 6P + 2NAD+

Պիրուվատի երկու մոլեկուլներից գլյուկոզայի մոլեկուլի սինթեզը պահանջում է 4ATP և 2GTP: ՖԱ օքսիդացման գործընթացը էներգիա է մատակարարում գլյուկոնեոգենեզի համար: Կրճատման քայլերը պահանջում են NADH-ի երկու մոլեկուլ:

Պիրվատ կարբոքսիլազը, որը կատալիզացնում է առաջին ռեակցիան, ունի ալոստերիկ ակտիվացնող՝ ացետիլ CoA:

Գլյուկոնեոգենեզի կարգավորում

1) Այն ճնշվում է ածխաջրերով հարուստ սնունդ ուտելուց հետո (ինսուլինի ազդեցությամբ) և առաջանում է ծոմապահության, սթրեսի, շաքարախտի ժամանակ (գլյուկոկորտիկոիդների ազդեցության տակ):

2) ՖԱ օքսիդացման գործընթացը խթանում է գլյուկոնեոգենեզը: Խթանումն իրականացվում է ացետիլ-CoA-ի մակարդակի բարձրացման միջոցով։

3) Փոխադարձ հարաբերություններ.

AcetylCoA-ն արգելակում է pyruvateDH-ը և ակտիվացնում պիրուվատ կարբոքսիլազը:

ATP-ն ակտիվացնում է ֆրուկտոզա դիֆոսֆատազը, AMP-ն արգելակում է այն:

Ֆրուկտոզա 2,6-բիֆոսֆատը ակտիվացնում է ֆոսֆոֆրուկտոկինազ-1-ը և արգելակում ֆրուկտոզա դիֆոսֆատազ-1-ը:

Գլյուկոնեոգենեզի կենսաբանական դերը.

1. Ածխաջրային սովի ժամանակ արյան մեջ գլյուկոզայի մշտական ​​կոնցենտրացիայի ապահովում.

2. Օրգանների միջեւ նյութափոխանակության բեռի վերաբաշխում. Լյարդը վերցնում է մկանային բեռի մի մասը:

Սերտ կապ կա գլիկոլիզի, որն ինտենսիվորեն տեղի է ունենում մկանային հյուսվածքում իր ակտիվ գործունեության ընթացքում, և գլյուկոնեոգենեզի միջև, որը հատկապես բնորոշ է լյարդի հյուսվածքին: Առավելագույն մկանային ակտիվությամբ, գլիկոլիզի ավելացման արդյունքում, ձևավորվում է ավելցուկային կաթնաթթու, որը ցրվում է արյան մեջ, լյարդում դրա մի զգալի մասը վերածվում է գլյուկոզայի (գլյուկոնեոգենեզ): Այդպիսի գլյուկոզան այնուհետև կարող է օգտագործվել որպես մկանային հյուսվածքի գործունեության համար անհրաժեշտ էներգիայի սուբստրատ։ Ածխաջրերի նյութափոխանակության այս ցիկլը կոչվում է Cori ցիկլ (գլյուկոզա-լակտատային ցիկլ):

Գլիկոլիզի միջև, որը ինտենսիվորեն տեղի է ունենում մկանային հյուսվածքում, երբ այն ակտիվ է

7. Տրիկարբոքսիլաթթվի ցիկլի ռեակցիաների քիմիա. Ցիկլի անդառնալի ռեակցիաներ. Սուբստրատի ֆոսֆորիլացումը ցիկլի ընթացքում: Ցիկլի կարգավորում .

TCA ցիկլը կարելի է դիտարկել որպես բջջի կողմից արտադրվող մեխանիզմ, որն ունի երկակի նպատակ: Նրա հիմնական գործառույթն այն է, որ դա կատարյալ բջջային «կաթսա» է, որում իրականացվում է դրանում ներգրավված օրգանական սուբստրատի ամբողջական օքսիդացում և ջրածնի վերացում: Ցիկլի մեկ այլ գործառույթ է բջջին մատակարարել մի շարք պրեկուրսորներ կենսասինթետիկ գործընթացների համար: Որպես կանոն, TCA ցիկլը հետագա «վերնաշինություն» է բջջի անաէրոբ էներգիայի մեխանիզմների վրա: TCA ցիկլի սկզբնական սուբստրատը ացետիլ-CoA-ն է («ակտիվացված քացախաթթու»), որը ձևավորվում է աերոբներում պիրուվատից՝ պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրի կողմից իրականացվող ռեակցիայի արդյունքում.

CH3-CO-COOH + CoA-SH + NAD+ մտնում է

CH3-CO~S-CoA + NAD*H2 + CO2

TCA ցիկլը ինքնին (նկ. 92) սկսվում է ացետիլ-CoA-ի խտացումով օքսալոքացախաթթվի մոլեկուլով, որը կատալիզացվում է ցիտրատ սինթազով: Ռեակցիայի արտադրանքներն են կիտրոնաթթուն և ազատ կոֆերմենտ Ա։ Կիտրոնաթթուն ակոնիտազ ֆերմենտի միջոցով հաջորդաբար վերածվում է ցիս-ակոնիտային և իզոցիտրիկ թթուների։ Վերջինս փոխակերպվում է ալֆա-կետօղլուտարաթթվի ռեակցիայի մեջ, որը կատալիզացվում է իզոցիտրատ դեհիդրոգենազով։ Ռեակցիայի առաջին փուլում տեղի է ունենում իզոցիտրիկ թթվի ջրազրկում, որի արդյունքում առաջանում են օքսալոսուկցինաթթու և NAD*H2։ Երկրորդ քայլում օքսալոսուկցինաթթուն, որը դեռ հավանաբար կապված է ֆերմենտին, ենթարկվում է դեկարբոքսիլացման: Ռեակցիայի արտադրանքը ֆերմենտից ազատված ալֆա-կետօղլուտարաթթուն է և CO2:

Ալֆա-կետօղլուտարաթթուն ենթարկվում է հետագա օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման, որը կատալիզացվում է ալֆա-կետօղլուտարատ դեհիդրոգենազային համալիրով, որի արդյունքում առաջանում է սուկցինիլ-CoA: Այս ռեակցիան TCA ցիկլի տասը բաղադրիչների միակ անշրջելի ռեակցիան է։ Ռեակցիայի արտադրանքներից մեկը՝ սուկցինիլ-CoA-ն, բարձր էներգիայի թիոեթերային կապ պարունակող միացություն է։

Հաջորդ քայլը սուկցինիլ-CoA-ից սուկցինիլաթթվի ձևավորումն է՝ կատալիզացված սուկցինիլթիոկինազով, որի արդյունքում թիոեսթերային կապի խզման ժամանակ արձակված էներգիան պահվում է GTP-ի ֆոսֆատային կապում։ Այնուհետև GTP-ն իր ֆոսֆատային խումբը նվիրաբերում է ADP մոլեկուլին, որի արդյունքում ձևավորվում է ATP: Հետևաբար, TCA ցիկլի այս փուլում տեղի է ունենում սուբստրատի ֆոսֆորիլացում:

Սուկցինաթթուն օքսիդացվում է ֆումարաթթվի սուկցինատդեհիդրոգենազ ֆերմենտի միջոցով: Այնուհետև, ֆումարաթթուն խոնավացվում է ֆումարազով, ինչի արդյունքում առաջանում է խնձորաթթու, որը ենթարկվում է ջրազրկման՝ հանգեցնելով PKA-ի ձևավորմանը։ Ռեակցիան կատալիզացվում է NAD-կախյալ մալատդեհիդրոգենազով: Այս ռեակցիան ավարտում է TCA ցիկլը, քանի որ ընդունող մոլեկուլը (ASA) նորից վերականգնվում է՝ առաջացնելով ցիկլի հաջորդ հեղափոխությունը: Այնուամենայնիվ, քանի որ միջանկյալ մետաբոլիտների կենսասինթեզի համար ցիկլից մշտական ​​արտահոսք կա, ինչը հանգեցնում է ԱՊ-ի մակարդակի նվազմանը, դրա լրացուցիչ սինթեզի անհրաժեշտություն կա: Սա ձեռք է բերվում ինչպես պիրվատի կամ ֆոսֆոենոլպիրվատի կարբոքսիլացման ռեակցիաներում (Աղյուսակ 24), այնպես էլ երկու ռեակցիաների հաջորդականության միջոցով, որը կոչվում է գլիօքսիլատային շունտ (նկ. 92): Դրանցից առաջինում իզոցիտրիկ թթուն, իզոցիտրատ լիազի ազդեցությամբ, բաժանվում է սուկինինային և գլիօքսիլաթթուների։ Երկրորդ ռեակցիայում, որը կատալիզացվում է մալատային սինթետազով, գլիօքսիլաթթուն խտացվում է ացետիլ-CoA-ով և ձևավորում խնձորաթթու, որը հետագայում վերածվում է PCA-ի: Երկու նոր ռեակցիաների արդյունքում երկու C2 մնացորդներից սինթեզվում է C4 թթու։ Գլյոքսիլատային շունտը չի գործում, երբ աճեցվում է սուբստրատների վրա, որոնց կատաբոլիզացումը հանգեցնում է պիրուվիթթվի ձևավորմանը: Այն միացված է, երբ օրգանիզմները աճեցվում են C2 միացությունների վրա։

TCA ցիկլում մշակված էներգիայի «վառելիքը» ներառում է ոչ միայն ածխաջրեր, այլև ճարպաթթուներ (նախնական քայքայումից մինչև ացետիլ-CoA), ինչպես նաև բազմաթիվ ամինաթթուներ (դեամինացիայի կամ տրանսամինացման ռեակցիաներում ամինո խմբի հեռացումից հետո): Ցիկլի մեկ պտույտի արդյունքում տեղի է ունենում 2 դեկարբոքսիլացում, 4 ջրազրկում և 1 ֆոսֆորիլացում։ 2 դեկարբոքսիլացիայի արդյունքը ցիկլից 2 ածխածնի ատոմների (2 CO2 մոլեկուլ) հեռացումն է, այսինքն. ճիշտ այնքան, որքան այն ստացվել է ացետիլ խմբի տեսքով: 4 ջրազրկման արդյունքում առաջանում են NAD*H2-ի 3 մոլեկուլ և FAD*H2-ի 1 մոլեկուլ։ Ինչպես տեսնում եք, վերը նկարագրված փոխակերպումների գործընթացում ամբողջ ջրածինը հայտնվում է որոշակի կրիչների վրա, և այժմ խնդիրն այն այլ կրիչների միջոցով տեղափոխել մոլեկուլային թթվածին:

Ինչպե՞ս է սա ներկայացված էվբակտերիաներում: Մենք հանդիպում ենք ֆերմենտային ռեակցիաների որոշակի հաջորդականությունների, որոնք նման են էվբակտերիաներում TCA ցիկլում տեղի ունեցողների՝ էվոլյուցիոն զարգացման տարբեր փուլերում: Ցիկլի որոշ ռեակցիաներ գործում են անաէրոբ պայմաններում բակտերիաներում, որոնք էներգիա են ստանում խմորման գործընթացների միջոցով:

Պրոպիոնային բակտերիաների մեջ ֆերմենտացման ռեակցիաների հաջորդականությունը, որը տանում է դեպի պրոպիոնաթթվի սինթեզ, պարունակում է «ներկառուցված» ռեակցիաներ սուկինաթթվից դեպի ACA, որոնք նման են TCA ցիկլի ռեակցիաներին, որոնք ընթանում են հակառակ ուղղությամբ և կապված են երկու փուլով: ռեակցիայի սուբստրատների կրճատում (նկ. 54): Պրոպիոնաթթվի խմորման ժամանակ այս ռեակցիաները գործում են ջրածնի ընդունման համար՝ հանդիսանալով դոնոր-ընդունիչ խնդրի լուծման տարբերակներից մեկը անաէրոբ պայմաններում:

Այլ էվբակտերիաներում մենք հանդիպում ենք ռեակցիաների ավելի լիարժեք ձևավորված հաջորդականության, որը նման է TCA ցիկլին, բայց դեռ փակված չէ ամբողջական ցիկլի մեջ: Ամենից հաճախ բացակայում է ալֆա-կետօղլուտարաթթուն սուկցինաթթվի վերածելու ֆերմենտային քայլը, ինչի արդյունքում TCA ցիկլը կարծես «կոտրված» է (նկ. 85): «Կոտրված» TCA ցիկլը հայտնաբերվում է բակտերիաներում, որոնք իրականացնում են առանց թթվածնի ֆոտոսինթեզ, ցիանոբակտերիաներ, քիմոավտոտրոֆներ և որոշ քիմիհետերոտրոֆներ: Հավանաբար, այս ձևով TCA ցիկլը չի ​​կարող գործել բջջի էներգիա արտադրող մեխանիզմների համակարգում։ Այս դեպքում նրա հիմնական գործառույթը բիոսինթետիկ է: Այն փաստը, որ «կոտրված» TCA ցիկլը հայտնաբերվել է էվբակտերիաների տարբեր ֆիզիոլոգիական խմբերում, որոնք լայնորեն բաժանված են միմյանցից, ցույց է տալիս այս մեխանիզմի բարդ էվոլյուցիոն ուղիները: Այս հարցը որոշակի բացատրություն է պահանջում։

Ցիկլի կարգավորում

Կրեբսի ցիկլը կարգավորվում է «բացասական հետադարձ մեխանիզմով», մեծ քանակությամբ սուբստրատների առկայության դեպքում (ացետիլ-CoA, օքսալացետատ) ցիկլը ակտիվորեն աշխատում է, և երբ կա ռեակցիայի արտադրանքի ավելցուկ (NADH, ATP), այն արգելակվում է (Guldberg-Waage սկզբունքը): Կարգավորումն իրականացվում է նաև հորմոնների օգնությամբ, ացետիլ-CoA-ի հիմնական աղբյուրը գլյուկոզան է, հետևաբար հորմոնները, որոնք նպաստում են գլյուկոզայի աերոբիկ տարրալուծմանը, նպաստում են Կրեբսի ցիկլի աշխատանքին: Այդ հորմոններն են՝ ինսուլինը և ադրենալինը։ Գլյուկագոնը խթանում է գլյուկոզայի սինթեզը և արգելակում Կրեբսի ցիկլի ռեակցիաները։

Որպես կանոն, Կրեբսի ցիկլի աշխատանքը չի ընդհատվում անապլերոտիկ ռեակցիաների պատճառով, որոնք ցիկլը համալրում են սուբստրատներով՝ պիրուվատ + CO2 + ATP = օքսալացետատ (Կրեբսի ցիկլի սուբստրատ) + ADP + Fn: