Биологическая химия - часть 83

Рис. 10.5. Метаболизм галак-

тозы.

тате обмен фруктозы возможен только путем фосфорилирования до фрук-

тозо-6-фосфата, но эта реакция тормозится глюкозой, вследствие чего

фруктоза накапливается в крови. «Почечный порог» для фруктозы очень

низок, поэтому фруктозурия обнаруживается уже при концентрации фрук-

тозы в крови 0,73 ммоль/л.

Галактоза. Основным источником галактозы является лактоза пищи,

которая в пищеварительном тракте расщепляется до галактозы и глюкозы

(рис. 10.5).

Обмен галактозы начинается с превращения ее в галактозо-1-фосфат.

Эта реакция катализируется галактокиназой с участием АТФ:

В следующей реакции в присутствии УДФ-глюкозы фермент гексо-

зо-1-фосфатуридилилтрансфераза катализирует превращение галактозо-1-

фосфата в глюкозо-1-фосфат, одновременно образуется уридиндифосфат-

галактоза (УДФ-галактоза):

Образовавшийся глюкозо-1-фосфат в дальнейшем либо переходит

в глюкозо-6-фосфат и далее подвергается уже известным превращениям,

337

Галактоза

АТФ

АДФ

Галактокиназа

Галактозо-1-фосфат

УДФ-глюкоза

Гексозо-1-фосфат-

уридилилтрансфераза

Глюкозо-1-фосфат

УДФ-галактоза

УДФ-глюкоза-4-эпимераза

УДФ-глюкоза

Пирофосфат

УТФ,

Глюкозо-1-фосфат

УДФ-глюкоза-пиро-

фосфорилаза

Галактоза

АТФ

АДФ

Галактокиназа

Галактозо-1-фосфат

Галактозо-1-фосфат + УДФ-глюкоза

Гексозо-1-фосфат-

уридилилтрансфераза

Глюкозо-1-фосфат + УДФ-галактоза.

либо под влиянием фосфатазы образует свободную глюкозу, а УДФ-га-

лактоза подвергается весьма своеобразной эпимеризации:

Затем УДФ-глюкоза-пирофосфорилаза катализирует расщепление

УДФ-глюкозы с образованием глюкозо-1-фосфата:

О дальнейших превращениях глюкозо-1-фосфата см. ранее.

Одно из патологических состояний, возникающих в результате на-

рушения обмена углеводов,– это рецессивно наследуемое заболевание га-

лактоземия. При этом заболевании общее содержание моносахаридов

в крови повышается главным образом за счет уровня галактозы, достигая

11,1–16,6 ммоль/л. Концентрация глюкозы в крови существенно не из-

меняется. Кроме галактозы, в крови накапливается также галактозо-1-фос-

фат. Галактоземия приводит к умственной отсталости и катаракте хрус-

талика. Возникновение данной болезни у новорожденных связано с

недостатком фермента гексозо-1-фосфатуридилилтрансферазы. С возрас-

том наблюдается ослабление этого специфического нарушения обмена

углеводов.

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ

Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных продуктов. Такими про-

дуктами или метаболитами являются в первую очередь молочная и пи-

ровиноградная кислоты, так называемые гликогенные аминокислоты, гли-

церол и ряд других соединений. Иными словами, предшественниками

глюкозы в глюконеогенезе может быть пируват или любое соединение,

превращающееся в процессе катаболизма в пируват или один из проме-

жуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот *.

У позвоночных наиболее интенсивно глюконеогенез протекает в клетках

печени и почек (в корковом веществе).

Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение

реакции гликолиза. Только 3 реакции гликолиза (гексокиназная, фосфо-

фруктокиназная и пируваткиназная) необратимы, поэтому в процесс глю-

конеогенеза на 3 этапах используются другие ферменты. Рассмотрим путь

синтеза глюкозы из пирувата.

Образование фосфоенолпирувата из пирувата. Синтез фосфоенолпирувата

осуществляется в несколько этапов. Первоначально пируват под влиянием

* У высших растений и микроорганизмов в процессе глюконеогенеза важную роль играет

г л и о к с и л а т н ы й цикл. Благодаря данному циклу высшие растения и микроорганизмы

способны превращать двууглеродные метаболиты, а следовательно, и ацетил-КоА в углеводы.

В клетках животных отсутствуют два ключевых фермента глиоксилатного цикла: изоцитрат-

лиаза и малат-синтаза, поэтому у них этот цикл осуществляться не может.

338

УД Ф-галактоза

УДФ-глюкоза-4-эпимераза

УДФ-глюкоза.

УДФ-глюкоза + Пирофосфат

УДФ-глюкоза-

пирофосфорилаза

Глюкозо-1-фосфат + УТФ.

пируваткарбоксилазы и при участии СО

2

 и АТФ карбоксилируется * с об-

разованием оксалоацетата:

Затем оксалоацетат в результате декарбоксилирования и фосфорили-

рования под влиянием фермента фосфоенолпируваткарбоксилазы превра-

щается в фосфоенолпируват. Донором фосфатного остатка в реакции

служит гуанозинтрифосфат (ГТФ):

Установлено, что в процессе образования фосфоенолпирувата участ-

вуют ферменты цитозоля и митохондрий.

Первый этап синтеза протекает в митохондриях (рис. 10.6). Пируват-

карбоксилаза, которая катализирует эту реакцию, является аллостери-

ческим митохондриальным ферментом. В качестве аллостерического акти-

ватора данного фермента необходим ацетил-КоА. Мембрана митохондрий

непроницаема для образовавшегося оксалоацетата. Последний здесь же,

в митохондриях, восстанавливается в малат:

Реакция протекает при участии митохондриальной НАД-зависимой

малатдегидрогеназы. В митохондриях отношение НАДН/НАД

+

 относи-

тельно велико, в связи с чем внутримитохондриальный оксалоацетат легко

восстанавливается в малат, который легко выходит из митохондрии через

митохондриальную мембрану. В цитозоле отношение НАДН/НАД

+

 очень

мало, и малат вновь окисляется при участии цитоплазматической НАД-за-

висимой малатдегидрогеназы:

* В реакцию вступает так называемая активная форма СО

2

, в образовании которой,

помимо АТФ, участвует биотин (см. главу 7).

339

Пируваткарбоксилаза

Пируват

Оксалоацетат

Фосфоенолпируват-

карбоксикиназа

Оксалоацетат

Фосфоенолпируват

Малатдегидрогеназа

(митохондриальная)

Оксалоацетат

Малат

+

 СО

2

 + АТФ

+ АДФ + Р

i

+

 ГТФ

+ ГДФ +

 СО

2

+ НАДH+Н

+

+ НАД

+

Дальнейшее превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват происхо-

дит в цитозоле клетки.

Превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат. Фосфо-

енолпируват, образовавшийся из пирувата, в результате ряда обратимых

реакций гликолиза превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат. Далее следует

фосфофруктокиназная реакция, которая необратима. Глюконеогенез идет

в обход этой эндергонической реакции. Превращение фруктозо-1,6-бис-

фосфата во фруктозо-6-фосфат катализируется специфической фосфатазой:

Образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата. В последующей обратимой

стадии биосинтеза глюкозы фруктозо-6-фосфат превращается в глюко-

Рис. 10.6. Образование фосфоенол-
пирувата из пирувата.

1 - пируваткарбоксилаза; 2 - малатде-

гидрогеназа (митохондриальная); 3 -

малатдегидрогеназа (цитоплазматиче-

ская); 4 - фосфоенолпируват-карбокси-

киназа.

340

Малатдегидрогеназа

(цитоплазматическая)

L-малат

Оксалоацетат

Фруктозо-1,6-бисфосфат + Н

2

О

Фруктозо-

бисфосфатаза

Фруктозо-6-фосфат + P

i

.

Цитоплазма

Митохондрия

Пируват

Пируват

СO

2

АТФ

АДФ + Н

3

РO

4

Оксалоацетат

НАДН + Н

+

НАД

+

Малат

Малат

НАД

+

НАДН+Н

+

Оксалоацетат

ГТФ

ГДФ

СO

2

Фосфоенолпируват

+ НАД

+

+ НАДН

 + Н

+

1

2

3

4