Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000

Розділ III. МЕТАБОЛІЗМ ОСНОВНИХ КЛАСІВ БІОМОЛЕКУЛ

ГЛАВА 12. МЕТАБОЛІЗМ ВУГЛЕВОДІВ. II. АЛЬТЕРНАТИВНІ ШЛЯХИ ОБМІНУ МОНОСАХАРИДІВ. РЕГУЛЯЦІЯ ОБМІНУ ГЛЮКОЗИ

12.2. МЕТАБОЛІЗМ ФРУКТОЗИ ТА ГАЛАКТОЗИ

Важливими субстратами енергетичного обміну є моносахариди D-фруктоза та D-галактоза, які надходять до організму людини переважно з харчовими дисахаридами рослинного та тваринного походження: фруктоза — у складі сахарози, що гідролізується в кишечнику ферментом сахарозою до глюкози та фруктози, галактоза — у складі «молочного цукру» лактози, що розщеплюється кишечною лактазою (β-галактозидазою) до галактози та глюкози.

Після проникнення через плазматичні мембрани всередину клітин фруктоза і галактоза включаються в обмінні процеси шляхом їх перетворення в фосфорильовані ефіри глюкози або її метаболітів — інтермедіатів гліколізу.

Перетворення фруктози

Включення фруктози в обмін глюкози здійснюється при дії таких ферментів:

а) неспецифічної гексокінази, що каталізує фосфорилювання різних гексоз:

Продукт реакції — D-фруктозо-б-фосфат є метаболітом гліколітичного окислення глюкози. Цей шлях метаболізму фруктози реалізується в клітинах багатьох органів, особливо в м’язах і нирках;

б) специфічної фруктокінази, що каталізує фосфорилювання фруктози не за 6-м, а за 1-м вуглецевим атомом:

Фруктокіназний шлях перетворення фруктози функціонує в печінці. Продукт реакції — D-фруктозо-І-фосфат розщеплюється під дією альдолази (фруктозо-1-фосфатальдолази) на дві тріози:

Діоксіацетонфосфат, що утворився, є інтермедіатом гліколізу, який перетворюється в гліцеральдегід-3-фосфат при дії тріозофосфатізомерази. Другий продукт альдолазної реакції — гліцеральдегід фосфорилюється з утворенням також гліцеральдегід-3-фосфату (фермент — тріозокіназа):

Таким чином, фруктокіназний шлях обміну фруктози перетинається з гліколізом на етапі утворення двох молекул фосфотріози — гліцеральдегід-3-фосфату.

Особливості обміну фруктози в організмі людини

Основним джерелом фруктози в організмі людини є її надходження з продуктами харчування, втім певна кількість цієї гексози синтезується в спеціалізованих тканинах із глюкози.

Синтез ендогенної фруктози відбувається через утворення з глюкози шестиатомного спирту сорбітолу за схемою:

1. В організмі людини фруктоза утворюється з глюкози в сім’яних везикулах; концентрація фруктози в сім’яній рідині досягає 10 мМ. Завдяки здатності мітохондрій сперматозоїдів окислювати фруктозу в процесі фруктолізу, вона є енергетичним джерелом для руху сперматозоїдів.

2. Фруктоза міститься в певних концентраціях у кришталику ока, де вона також утворюється з глюкози через сорбітол. Активність цього метаболічного шляху збільшується при цукровому діабеті; оскільки проникнення сорбітолу через клітинні мембрани є утрудненим, він, разом із фруктозою, накопичується в кришталику, що складає біохімічну основу розвитку діабетичної катаракти.

3. Існують спадкові ензимопатії, пов’язані з генетичними дефектами синтезу ферментів метаболізму фруктози:

а) непереносимість фруктози — захворювання, молекулярною основою якого є уроджена недостатність фруктозо-1-фосфатальдолази, що спричиняє накопичення в тканинах фруктозо-1-фосфату, який є інгібітором деяких ферментів вуглеводного обміну, зокрема фосфорилази глікогену. Патологія проявляється фруктоземією, фруктозурією та важкою гіпоглікемією, що розвиваються після споживання дієти, яка містить фруктозу;

б) фруктоземія — патологія обміну фруктози, спричинена недостатністю фруктокінази. Ензимопатія характеризується порушенням клітинної утилізації фруктози без суттєвих клінічних проявів.

Перетворення галактози

Включення галактози в метаболічні процеси відбувається за таким механізмом:

(1) фосфорилювання D-галактози за 1-м вуглецевим атомом (фермент галактокіназа):

(2) перетворення D-галактозо-1-фосфату в епімерну молекулу D-глюкозо-1-фосфату. Реакція відбувається при участі нуклеотиду коферментного типу УДФ (уридиндифосфату), який виконує функцію переносника гексозних груп у формі нуклеотидцукру УДФ-1-гексози:

Реакція каталізується ферментом галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазою (УДФ-глюкоза: D-галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазою).

Регенерація УДФ-1-глюкози, тобто перетворення галактозного радикала в глюкозний (та зворотний епімерний процес) відбувається у складі молекули нуклеотидцукру УДФ-гексози при дії НАД-залежного ферменту УДФ-галактозо-4-епімерази.

(3) Глюкозо-1-фосфат, що є продуктом реакції (2), перетворюється в глюкозо-6-фосфат при дії фосфоглюкомутази.

Послідовність реакцій включення галактози в обмін глюкози подано на рис. 12.4:

Рис. 12.4. Схема включення галактози в метаболізм глюкози. Е₁ — галактокіназа; Е₂ — галактозил-1-фосфат-уридилтрансфераза; Е₃ — УДФ-галактозо-4-епімераза; Е₄ — фосфоглюкомутаза.

Розглянута послідовність реакцій перетворення галактози в глюкозу використовується також для зворотного процесу — синтезу в молочних залозах галактози, де моносахарид використовується для утворення молочного цукру лактози.

Галактоземія

Спадковий дефект синтезу галактозо-1-фосфат-уридилтрансферази проявляється уродженою ензимопатією — галактоземією. Внаслідок неспроможності біохімічних систем організму перетворювати галактозу в глюкозу, в крові та внутрішніх органах хворих накопичуються галактоза та галактозо-1-фосфат, що проявляється збільшенням печінки, змутненням кришталика, затримкою розумового розвитку. Патологія виявляється в ранньому дитячому віці при споживанні молока, її розвиток може бути затриманий відповідними дієтичними обмеженнями.