Основы биохимии - А. А. Анисимов 1986

Углеводы
Глюконеогенез

Анаэробная фаза расщепления глюкозы — гликолиз — заканчивается образованием ПВК или молочной кислоты. Они при определенных условиях могут вновь ресинтезироваться в глюкозу. Из двух молекул молочной кислоты образуется одна молекула глюкозы, т. е. происходит как бы обращение гликолиза. Этот процесс называется глюконеогенезом. Если гликолиз — центральный путь катаболизма углеводов, то глюконеогенез — анаболический процесс, наиболее важный общий путь биосинтеза моносахаридов и полисахаридов у человека, животных, многих бактерий. У фотосинтезирующих организмов он играет обычно второстепенную роль.

Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение реакций гликолиза. Однако существуют три необратимые стадии гликолиза, протекающие с выделением значительного количества энергии, поэтому глюконеогенез идет в обход этих стадий.

Первая необратимая стадия — превращение ПВК в фосфоенол-пировиноградную. Фосфорилирование ПВК достигается за счет последовательности реакций, катализируемых как ферментами цитоплазмы, так и ферментами митохондрий. В митохондриях действует фермент пируваткарбоксилаза. Этот регуляторный фермент у животных активен только в присутствии ацетил-КоА. Он катализирует следующую реакцию:

Образовавшаяся ЩУК восстанавливается в яблочную здесь же в митохондриях с участием НАДН. Эта реакция протекает легко, так как внутри митохондрий отношение НАДН/НАД⁺ высоко:

Яблочная кислота из митохондрий диффундирует в цитоплазму. Она легко проходит через мембрану митохондрий, служит переносчиком восстановительных эквивалентов между двумя компартментами клетки — митохондриями и цитоплазмой. В цитоплазме яблочная кислота окисляется цитоплазматической НАД-зависимой малатдегидрогеназой. Отношение НАДН/НАД⁺ в цитоплазме очень мало, поэтому легко протекает реакция окисления:

Дальнейшие реакции протекают также в цитоплазме. Под действием фосфоенолпируват-карбоксикиназы из ЩУК образуется фос- фоенолпировиноградная кислота (ФЕП). Донором фосфата в этой реакции служат ГТФ или ИТФ (инозинтрифосфат):

Таков обходной путь образования ФЕП. Суммарное уравнение его следующее:

ПВК + АТФ + ГТФ ФЕП + АДФ + ГДФ + Ф_н

Образовавшаяся ФЕП далее легко превращается во фруктозо-1,6-дифосфат в результате ряда обратимых реакций гликолиза (рис. 6.18). Затем фермент фруктозо-дифосфатаза катализирует гидролитическое отщепление фосфатной группы, находящейся в первом положении:

Рис. 6.18. Реакции глюконеогенеза

Так преодолевается вторая необратимая стадия гликолиза. В следующей обратимой реакции фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат:

В большинстве клеток глюкозо-6-фосфат используется как предшественник моносахаридов, дисахаридов и полисахаридов. Только в некоторых органах и тканях, например в печени, почках, кишечном эпителии позвоночных животных и тканях некоторых растений, он может превращаться в свободную глюкозу под действием фермента глюкозо-6-фосфатазы:

Это третий, обходной путь, который используется для синтеза глюкозы из ПВК. Суммарное уравнение реакций глюконеогенеза следующее:

2СН₃СОСООН + 4АТФ + 2ГТФ + 2НАДН + 2Н⁺ + 6Н₂О →

→ Глюкоза + 2НАД⁺ + 4АДФ + 2ГДФ + 6Ф_Н

Таким образом, на синтез одной молекулы глюкозы расходуется шесть высокоэнергетических фосфатных связей и две молекулы НАДН в качестве восстановителя. Эта цепь реакций открывает путь для образования глюкозы из молочной кислоты или ПВК, а также из различных предшественников ПВК или фосфоенолпировиноградной кислоты. В молекулу глюкозы могут входить в конечном счете промежуточные продукты ЦТК, поскольку они способны превращаться в ЩУК. Те аминокислоты, которые могут превращаться в ЩУК, могут образовывать глюкозу (гликогенные аминокислоты). У растений и микроорганизмов ацетил-КоА, а также все аминокислоты превращаются в углеводы через глиоксилатный цикл и цикл Кребса с последующим вступлением в реакции глюконеогенеза.