Начальный этап метаболизма гликогена

Окислительное расщепление остатков глюкозы из молекулы гликогена чаще всего начинается с его фосфоролитического расщепления: при участии фермента фосфорилазы с использованием неорганического фосфата от молекулы гликогена последовательно отщепляются моносахаридные блоки с образованием глюкозо-1-фосфата. Гл-1-ф при участии фосфоглюкомутазы превращается в гл-6-Ф - метаболит окислительного пути расщепления глюкозы. Такой путь использования гликогена характерен для клеток мышц или печени.

Гала́ктоземи́я — наследственное заболевание, в основе которого лежит нарушение обмена веществ на пути преобразования галактозы в глюкозу(мутация структурного гена, ответственного за синтез фермента галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы).

Гликогенозы - заболевания, обусловленные дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Они проявляются или необычной структурой гликогена, или его избыточным накоплением

Фруктозурия – это группа болезней, объединенных одним признаком – значительным выделением фруктозы с мочой вследствие сниженного или полностью отсутствующего ее усвоения.

Аэробный дихотомический распад глюкозы в тканях, его основные этапы; биологическая роль. Окислительное декарбоксилирование пирувата; состав пируватдегидрогеназного комплекса. Регуляция процесса на уровне отдельных ферментов.

Дихотомический распад глюкозы:

1. Аэробный распад глюкозы до пирувата и далее до СО2 и Н2О.

Аэробный гликолиз включает 2 этапа:

•     1-й этап – подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется до 2х молекул фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с затратой 2 молекул АТФ

•     2-й этап – сопряженный с синтезом АТФ в результате фосфотреозы превращаются в пируват

2-й этап. Окислительное декарбоксилирование пирувата.

Пируват, образованный на первом этапе, направляется из растворимой части цитоплазмы в митохондрии и здесь подвергается окислительному декарбоксилированию. Окислительноедекарбоксилированиепирувата включает 5 реакций:

· - Декарбоксилирование. Осуществляется пируватдегидрогеназой, сложным ферментом, в простетической группе которого находится фосфорилированный витамин В: (тиамин) тиаминпирофосфат.

· - Данный фермент переносит протоны на НАД+(2-ая реакция). Полученное в результате соединение затем окисляется.

· Таким образом пируват окисляется и декарбоксилируется с образованием НАДН2. Продуктами реакции являются активная уксусная кислота (ацетил-коА) и углекислый газ.

· Энергетика. При окислительном декарбоксилировании одной молекулы пирувата образуется одна молекула НАДН2, т.е. = 3 АТФ.

· Все ферменты данного процесса объединены в единый пируватдегидрогеназный комплекс. Комплекс включает 3 фермента: пируватдегодрогеназу, дигидролипоилтрансацетилазу, дигидролиполидегидрогеназу и ряд коферментов:  липоевую кислоту, НS-КоА, ФАД и НАД.

Ключевые ферменты гликолиза:

1. Гексокиназа — это регуляторный фермент гликолиза во внепеченочных клетках. Гексокиназа аллостерически ингибируется глюкозо-6-фосфатом.

2.  Глюкокиназа — регуляторный фермент гликолиза в гепатоцитах. Синтез глюкокиназы индуцируется инсулином.

3. Фосфофруктокиназа-1. Это главный ключевой фермент, катализирует реакцию, лимитирующую скорость всего процесса (наиболее медленная реакция).

4. Пируваткиназа. Фермент активен в нефосфорилированной форме. Глюкагон (в гепатоцитах) и адреналин (в миоцитах) стимулируют фосфорилирование фермента, а значит инактивируют фермент. Инсулин, наоборот, стимулирует дефосфорилирование фермента, а значит активирует фермент.

Биологическая роль гликолиза:

1. Генерирование АТФ. Гликолиз — единственный процесс в клетках, продуцирующий АТФ без потребления кислорода.

2. Является источником углеводородных радикалов для процессов биосинтеза в клетках

 

· Окисли́тельное декарбоксили́рование пирува́та — необратимый процесс, заключающийся в отщеплении одной молекулы углекислого газа (СО₂) от молекулы пирувата и присоединения к декарбоксилированному пирувату кофермента А (СоА) с образованием ацетил-СоА; является промежуточным этапом между гликолизом и циклом трикарбоновых кислот. Декарбоксилирование пирувата осуществляет сложный пируватдегидрогеназный комплекс(PDH), включающий в себя 3 фермента (пируватдегидрогеназу, дигидролипоилтрансацетилазу и дигидролипоилдегидрогеназу⁾ и 2 вспомогательных белка, а для его функционирования необходимы 5 кофакторов (СоА, NAD⁺,тиаминпирофосфат (ТРР), FAD и липоевая кислота).

Стадии декарбоксилирования

· Стадия 1 идентична пируватдекарбоксилазной реакции. Первый атом углерода (С-1) пирувата уходит в виде СО₂, а С-2, в пирувате находящийся в альдегидной форме, прикрепляется к ТРР в виде гидроксиэтильнойгруппы (—СНОН—СН₃). Первая стадия является наиболее медленной и поэтому ограничивает скорость всего процесса. Кроме того, на этом этапе комплекс PDH проявляет свою субстратную специфичность. Эта реакция осуществляется пируватдегидрогеназой (Е₁).

· Стадия 2. Гидроксиэтильная группа окисляется до карбоновой кислоты (ацетата). Два электрона, освобождаемых при этой реакции, идут на восстановление связи —S—S— липоильной группы Е₂ до двух тиольных (—SH) групп.

· Стадия 3. Ацетильный остаток, образующийся в ходе окислительно-восстановительной реакции на стадии 2, сначала связывается тиоэфирной связью с липоильной —SH-группой, а затем переносится на СоА с образованием ацетил-СоА. Таким образом, энергия окисления идёт на образование высокоэнергетического тиоэфира ацетата. Стадии 2 и 3 катализируются дигидролипоилтрансацетилазой (Е₂).

· Стадия 4 и стадия 5 катализируются дигидролиполилдегидрогеназой (Е₃). В ходе этих двух последних реакций восстановленный липоиллизин снова возвращается в окисленную форму, который в дальнейшем может участвовать в следующем цикле окислительного декарбоксилирования пирувата. Электроны, изначально принадлежавшие гидроксиэтильной группе, при этом переносятся с липоиллизина сначала на FAD с образованием FADH₂, а потом на NAD⁺ с образованием NADH + H^+[8].

 

4.4 Анаэробный дихотомический распад глюкозы в клетках (гликолиз). Последова-тельность реакций до образования лактата, биологическая роль, регуляция. Утилизация лактата в организме. Представление о пентозофосфатном пути окисления глюкозы; его биологическая роль.

Анаэробный распад глюкозы происходит при недостаточном содержании кислорода, в клетках мышечной ткани животного организма. Данный путь распада называется дихотомическим, т.к. в процессе происходит образование двух молекул триоз, содержащих по 3 С-атома из одной молекулы гексозы (6 С-атомов)

ü реакцией гликолиза является фосфорилирование глюкозы, т.е. перенос остатка фосфорной кислоты на глюкозу за счет энергии АТФ с образованием глюкозо-6-фосфата

ü реакцией гликолиза является превращение глюкозо-6-фосфата под действием фермента глюкозо-6-фосфат-изомеразы во фруктозо-6-фосфат

ü реакция катализируется ферментом фосфофруктокиназой; образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй молекулы АТФ.

ü реакцию гликолиза катализирует фермент альдолаза. Под влиянием этого фермента фруктозо-1,6-бифосфат расщепляется на две фосфотриозы

ü реакция - это реакция изомеризации триозофосфатов. Kaтализируется ферментом триозофосфатизомеразой. Дальнейшим превращениям будет подвергаться только глицеральдегид-3-фосфат.

ü реакции глицеральдегид-3-фосфат в присутствии фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы, кофермента НАД и неорганического фосфата подвергается окислению с образованием 1,3- бифосфоглицериновой кислоты и восстановленной формы НАДН.

ü реакция катализируется фосфоглицераткиназой, при этом происходит передача богатого энергией фосфатного остатка (фосфатной группы в положении 1) на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицериноой кислоты (3-фосфоглицерат).

ü реакция сопровождается внутримолекулярным переносом оставшейся фосфатной группы, и 3-фосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту (2-фосфоглицерат)

ü реакция катализируется ферментом енолазой, при этом фосфоглицериновая кислота в результате отщепления молекулы переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту (фосфоенолпируват), а фосфатная связь в положении 2 становится высокоэргической.

ü реакция характеризуется разрывом высокоэргической связи и переносом фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ (субстатное фосфолирование). Катализируется ферментом пируваткиназой.

ü реакции происходит восстановление пировиноградной кислоты и образуется молочная кислота.

Биологическая роль

является основным источником энергии для скелетных мышц в начальном периоде интенсивной работы

Утилизация

Печень и почки являются основными органами, потребляющими лактат. При изъятии лактата главным метаболическим путем, используемым этими органами, становится глюконеогенез. В ходе этого процесса утилизируются водородные ионы, образующиеся при формировании молочной кислоты, что поддерживает кислотно-щелочное равновесие. В норме печень выделяет больше половины общей дневной нагрузки лактатом; почками же выделяется примерно 30 %

Пентозофосфатный путь - служит альтернативным путём окисления глюкозо-6-фосфата. Пентозофосфатный путь состоит из 2 фаз (частей) - окислительной и неокислительной.

· В окислительной фазе глюкозо-6-фосфат необратимо окисляется в пентозу - рибулозо-5-фосфат, и образуется восстановленный NADPH.

· В неокислительной фазе рибулозо-5-фосфат обратимо превращается в рибозо-5-фосфат и метаболиты гликолиза.

Пентозофосфатный путь обеспечивает клетки рибозой для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов и гидрированным коферментом NADPH, который используется в восстановительных процессах