Анаболическое значение катаболизма глюкозы.

Процесс катаболизма глюкозы, кроме энергетического значения, имеет также и анаболическое значение. Метаболиты гликолиза используются для синтеза ряда соединений. Так, фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат участвуют в образовании рибозо-5-фосфата - структурного компонента нуклеотидов; 3-фосфоглицерат может включаться в синтез аминокислот, таких как серин, глицин, цистеин. В печени и жировой ткани ацетил-КоА, образующийся из пирувата, используется как субстрат при синтезе жирных кислот, холестерола, а дигидроксиацетонфосфат как субстрат для синтеза глицерол-3-фосфата, необходимого для синтеза триацилглицеролов (ТАГ).

В гликолитическом пути может протекать дополнительная реакция, катализируемая бисфосфоглицератмутазой, превращающая 1,3-бисфосфо- глицерат в 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ), который может при участии 2,3-бисфосфоглицератфосфатазы возвращаться в гликолиз в виде 3-фосфоглицерата (рис. 6.16).

Рис. 6.16. Образование и катаболизм 2,3-бисфосфоглицерата

В большинстве тканей 2,3-БФГ образуется в небольших количествах. В эритроцитах его содержание значительно, так как он выполняет роль аллостерического регулятора функции гемоглобина. 2,3-БФГ, связываясь с гемоглобином, понижает его сродство к кислороду, способствует его диссоциации и переходу в ткани (см. модуль 1).

Регуляция катаболизма глюкозы в скелетных мышцах. Основное значение гликолиза - синтез АТФ, поэтому его скорость должна коррелировать с затратами энергии в организме.

Большинство реакций гликолиза обратимы за исключением трех, катализируемых гексокиназой, фосфофруктокиназой и пируваткиназой.Регуляторные факторы, изменяющие скорость гликолиза, а значит, и образование АТФ, направлены на необратимые реакции. Показателем потребления АТФ является накопление АДФ и АМФ - продуктов распада АТФ.

Даже небольшой расход АТФ ведет к заметному увеличению АДФ и АМФ. Отношение уровня АТФ к АДФ и АМФ характеризует энергетический статус клетки, а его составляющие служат аллостерическими регуляторами скорости как общего пути катаболизма, так и гликолиза (рис. 6.17).

Существенное значение для регуляции гликолиза имеет изменение активности фосфофруктокиназы, поскольку этот фермент катализирует наиболее медленную реакцию процесса. Фосфофруктокиназа активируется АМФ, но ингибируется АТФ. АМФ, связываясь с аллостерическим центром фосфофруктокиназы, увеличивает сродство фермента к фруктозо-6-фосфату и повышает скорость его фосфорилирования.

Повышение уровня АТФ относительно АДФ снижает скорость этой реакции, поскольку АТФ в этих условиях действует как ингибитор: связывается с аллостерическим центром фермента, вызывает конформационные изменения и уменьшает его сродство к субстрату - фруктозо-6-фосфату.

Снижение активности фосфофруктокиназы при высоком уровне АТФ ведет к накоплению как фруктозо-6-фосфата, так и глюкозо-6-фосфата, а последний ингибирует гексокиназу. Гексокиназа во многих тканях (за исключением печени и β-клеток поджелудочной железы) ингибируется глюкозо-6-фосфатом.

При высоком уровне АТФ снижается скорость цикла лимонной кислоты и дыхательной цепи. В этих условиях процесс гликолиза также замедляется. Следует напомнить, что регуляция ферментов ОПК и дыхательной цепи связана с изменением концентрации таких ключевых продуктов, как NADH, АТФ и некоторых метаболитов. Так, увеличение концентрации NADH, в том случае, если снижается скорость его окисления в дыхательной цепи, ингибирует некоторые аллостерические ферменты цитратного цикла (см. модуль 5).

Физиологическая роль гликолиза в печени и жировой ткани несколько иная, чем в других тканях. В печени и жировой ткани гликолиз в период пищеварения функционирует в основном как источник субстратов для синтеза жиров. Регуляция гликолиза в печени имеет свои особенности и будет рассмотрена позже.

Рис. 6.17. Регуляция катаболизма глюкозы в скелетных мышцах