Главная Обратная связь

Дисциплины:






Рассказ с элементами беседы (текст излагаемого материала). Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных предшественников



Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных предшественников. У млекопитающих эту функцию выполняет в основном печень, в меньшей мере – почки и клетки слизистой оболочки кишечника. Запасов гликогена в организме достаточно для удовлетворения потребностей в глюкозе в период между приемами пищи. При углеводном или полном голодании, а также при длительной физической работе концентрация глюкозы в крови поддерживается за счет глюконеогенеза. В этот процесс могут быть вовлечены вещества, которые способны превратиться в пируват или любой другой метаболит глюконеогенеза.

 

       
 
ГЛЮКОЗА
 
   

 


Диоксиацетонфосфат
Фосфоенолпируват
Оксалоацетат
Пируват

                                       
       
 
   
         
 
 
Лактат
 
Аминокислоты
 
Глицерин


Использование первичных субстратов в глюконеогенезе происходит при различных физиологических состояниях. Так, в условиях голодания часть тканевых белков распадается до аминокислот, которые затем используются в глюконеогенезе. При распаде жиров образуется глицерин, который через диоксиацетонфосфат включается в глюконеогенез. Лактат, образующийся при интенсивной физической работе в мышцах, печени превращается в глюкозу. Следовательно, физиологическая роль глюконеогенеза из лактата, аминокислот и глицерина различна.

 

Глюконеогенез в основном протекает по тому же пути, что и гликолиз, но в обратном направлении. Однако имеется очень важная особенность, обусловленная тем, что 3 реакции в гликолизе, катализируемые киназами: гесокиназой, фосфофруктокиназой и пируваткиназой, необратимы и на этих стадиях глюконеогенеза отличаются от реакций гликолиза.

Превращение пирувата в фосфоенолпируват осуществляется при участии двух ферментов – пируваткарбоксилазы (а) и карбоксикиназы фосфоенолпирувата (б):

пируваткарбоксилаза

Пируват + АТФ + СО2 + Н2О ЩУК + АДФ + Н3РО4 (а),

фосфоенолпируват-

ЩУК + ГТФ карбоксикиназа фосфоенолпируват + СО2 + ГДФ (б).

 

Две другие необратимые реакции катализируются фосфатазой фруктозо-1,6-бисфосфата и фосфатазой глюкозо-6-фосфата:

 

Фруктозо-1,6-бисфосфат +Н2О → фруктозо-6-фосфат + Н3РО4,

 

Глюкозо-6-фосфат + Н2О → глюкоза + Н3РО4.

На каждую молекулу лактата при глюконеогенезе расходуется три молекулы АТФ (точнее, две АТФ и одна ГТФ); поскольку для образования глюкозы необходимо 2 молекулы лактата, суммарный процесс глюконеогенеза описывается так:



 

2 лактат + 6 АТФ + 6 Н2О → глюкоза + 6 АДФ + 6 Н3РО4.

 

Образовавшаяся глюкоза может вновь поступать в мышцы и там превращаться в молочную кислоту.

Сравним реакцию глюконеогенеза с суммарной реакцией гликолиза:

 

Глюкоза + 2 АДФ + 2 Н3РО4 → 2 лактат + 2 АТФ + 2 Н2О.

 

Из этого сопоставления следует, что в результате действия цикла Кори работающие мышцы добывают 2 АТФ за счет расходования 6 АТФ в печени.

 

 

Глюкозолактатный цикл – цикл Кори.

Глюкозолактатный цикл начинается с образования лактата в мышцах в результате анаэробного гликолиза (особенно в белых мышечных волокнах, в которых митохондрий меньше, чем в красных). Лактат переносится кровью в печень, где в процессе глюконеогенеза превращается в глюкозу, которая затем с током крови может возвращаться в работающую мышцу. Таким образом, печень снабжает мышцу глюкозой и, следовательно, энергией для сокращений. В печени часть лактата может окисляться до СО2 и Н2О, превращаясь в пируват и далее в общих путях катаболизма.

 

Таким образом, вся имеющаяся в организме глюкоза в конечном счете окисляется до СО2 и Н2О аэробным путем. Анаэробный распад служит вспомогательным путем использования энергии глюкозы, например, в эритроцитах или временно, в работающей мышце. Продукт анаэробного распада – молочная кислота – в конечном счете тоже окисляется аэробным путем.

Глюкоза может синтезироваться не только из лактата, но и из других веществ, способных превращаться в пируват, ЩУК, глицеральдегидрофосфат.

Кроме синтеза глюкозы из молочной кислоты важное значение имеет глюконеогенез из глицерина и аминокислот.

При голодании, когда усиленно потребляются в качестве источников энергии жирные кислоты, в большом количестве образуется глицерин, который активируясь с помощью АТФ, под действием глицерокиназы превращается в α-глицерофосфат, а затем окисляется под действием глицерофосфатдегидрогеназы в фосфодиоксиацетон – субстрат гликолиза:

глицерокиназа

Глицерин + АТФ α-глицерофосфат + АДФ,

 

α-глицерофосфат-

α-глицерофосфат+НАД+ фосфодиоксиацетон+НАДН+Н+

дегидрогеназа

Фосфодиоксиацетон используется в синтезе глюкозы.

 

Регуляторами глюконеогенеза являются глюкокортикоиды. С одной стороны, они оказывают катаболическое действие на мышечную ткань, что приводит к увеличению поступления аминокислот в кровоток; с другой стороны, они индуцируют биосинтез ферментов глюконеогенеза в печени (анаболический эффект гормонов), благодаря чему поступившие в печень аминокислоты могут использоваться для синтеза глюкозы.

На регуляцию глюконеогенеза оказывают влияние, противоположное по действию, гормоны поджелудочной железы – глюкагон и инсулин. Глюкагон ингибирует гликолиз и активирует процесс глюконеогенеза в печени путем увеличения концентрации цАМФ, которая вызывает фосфорилирование пируваткиназы – фермента гликолиза. Но так как фосфорилированная пируваткиназа неактивна, гликолиз прекращается; соответственно активируются ферменты глюконеогенеза.

Таким образом, глюкагон является индуктором синтеза ферментов глюконеогенеза и одновременно ингибитором ключевых ферментов гликолиза. Инсулин является индуктором синтеза глюкокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы (ключевые ферменты гликолиза) и одновременно – ингибитором пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируваткарбоксикиназы, фруктозо-1,6-бисфосфатазы, глюкозо-6-фосфатазы (ключевые ферменты глюконеогенеза).

Ферменты, катализирующие главные реакции гликолиза и глюконеогенеза, являются аллостерическими белками, и их регуляция происходит по принципу «обратной связи» под влиянием аллостерических эффекторов.

Скорость гликолиза и глюконеогенеза зависит от энергетического статуса клетки. Высокие концентрации АТФ и НАДН ингибируют гликолиз и, тем самым, предотвращается дальнейшее накопление этих веществ. Поскольку при высокой концентрации АТФ концентрации АДФ и АМФ будут низкими, то ингибирование карбоксилазы и фруктозо-1,6-бисфосфатазы прекращается и скорость глюконеогенеза увеличивается. Высокие концентрации АДФ и АМФ, наоборот, стимулируют гликолиз и подавляют глюконеогенез.

Углеводный обмен может нарушаться вследствие многих причин.

Возможны наследственные нарушения обмена фруктозы вследствие дефектов двух ферментов.

1) При дефекте фруктокиназы печени нарушается фосфорилирование фруктозы, и развивается заболевание эссенциальная фруктозурия, которая проявляется повышением фруктозы в крови (фруктоземия) и выделением её с мочой (фруктозурия). Заболевание протекает бессимптомно, так как энергетическое обеспечение клеток осуществляется глюкозой и не страдает.

2) Возможен генетический дефект выработки альдолазы фруктозо-1-фосфата, что приводит к развитию непереносимости фруктозы – заболеванию фруктоземии. Оно проявляется судорогами, рвотой, гипогликемией, поражением печени и почек. Заканчивается смертельным исходом.

 

Гипогликемия является следствием ингибирования фруктозо-1-фосфатом, накапливающимся в крови и тканях, ферментов фосфорилазы гликогена, альдолазы фруктозо-1,6-бисфосфата, фосфоглюкомутазы, т.е. нарушается энергообеспечение клеток.

Болезнь обычно обнаруживается после перехода с грудного кормления на пищу, содержащую сахарозу, и проявляется приступами рвоты и судорог после еды. При устранении фруктозы из рациона дети развиваются нормально.

 

При генетическом дефекте гексозо-1-фосфатуридилтрансферазы развивается заболевание галактоземия. У больных при этом заболевании в крови увеличивается содержание сахара, но не за счет глюкозы, а за счет галактозы (до 11-16 ммоль/л), в крови накапливается галактозо-1-фосфат, развивается галактозурия, происходит накопление галактозы в тканях, рвота, понос, цирроз печени, поражение почек, у детей болезнь обнаруживается с первых дней кормления ребенка грудью, проявляется в отказе от еды, рвоте, поносе. Ребенок отстает в уственном развитии. Характерным для галактоземии является развитие катаракты. Эти глубокие расстройства могут привести к смерти.

Токсическое действие галактозо-1-фосфата связано с ингибированием им фосфоглюкомутазы (нарушение энергообеспечения клеток, и прежде всего, нервных) и образованием спирта галактитола, вызывающего катаракту.

Исключение молока из диеты больных и замена его соевым устраняет накопление галактозы.

 

 





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...