Глюконеогенез. Роль печени в углеводном обмене

Выход АТФ при аэробном распаде глюкозы.

Образование АТФ при гликолизе может идти 2 путями:

1. Субстратным фосфорилированием, когда для синтеза АТФ из АДФ и Н₃РО₄ используется энергия макроэргической связи субстрата.

2. Окислительным фосфорилированием за счет энергии переноса электронов и протонов по ЦПЭ (комплексы тканевого дыхания).

В аэробных условиях «экономятся» 2 молекулы НАДН → дыхательная цепь и образуют 3 · 2 = 6 молекул АТФ. (Дыхательная цепь, окисляющая НАДН имеет 3 пункта фосфорилирования – это I, III, IV. Комплексы дыхательной цепи на одну молекулу О₂ – 3 молекулы Н₃РО₄. (Р/О = 3) – коэффициент фосфорилирования.) Учитывая 2 молекулы АТФ, синтезированные в реакциях фосфорилирования до стадии образования пирувата, на первом этапе получаем 2АТФ + 6АТФ = 8АТФ.

Если в дыхательной цепи окисляются ФАД-зависимые субстраты, то пунктов сопряжения остается 2: III и IV комплексы (Р/О = 2) на одну молекулу О₂ – 2 молекулы Н₃РО₄.

Таким образом на третьем этапе за счет водороддонорной и собственно энергетической функции цикла Кребса получаем 24 АТФ.

В сумме на всех трех этапах аэробного окисления 1 моля глюкозы получаем 38 молей АТФ.

Полная энергия распада глюкозы составляет 2880 кДж/моль. Свободная энергия гидролиза высокоэнергетической связи АТФ равна 50 кДж/моль. Для синтеза АТФ при окислении глюкозы используется 38 · 50 = 1900 кДж, что составляет 65% от всей энергии распада глюкозы. Это максимально возможная эффективность использования энергии глюкозы.

Значение анаэробного гликолиза.

Анаэробный гликолиз, несмотря на небольшой энергетический эффект, является основным источником энергии для скелетных мышц в начальном периоде интенсивной работы, т.е. в условиях, когда снабжение кислородом ограничено.

Кроме того, зрелые эритроциты извлекают энергию за счет анаэробного окисления глюкозы, потому что не имеют митохондрий.

Глюконеогенез – это синтез глюкозы из веществ неуглеводной природы.

Главные субстраты глюконеогенеза:

Пируват

Лактат – продукт анаэробного гликолиза в эритроцитах и работающих мышцах, используется в глюконеогенезе постоянно.

Глицерин – высвобождается при гидролизе жиров или при физической нагрузке.

Аминокислоты – образуются при распаде мышечных белков и включаются в глюконеогенез при длительном голодании или продолжительной мышечной работе.

Субстраты цикла Кребса

Жирные кислоты служить источником глюкозы не могут.

Схема включения субстратов в глюконеогенез.

Глюконеогенез обеспечивает потребность организма в глюкозе в тех случаях, когда понижение уровня глюкозы не компенсируется гликогеном печени. Например: при относительно длительном голодании или резком ограничении углеводов в питании.

Функции глюконеогенеза.

Поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. В анаэробных условиях мышцы для энергетических нужд используют только глюкозу;

Постоянное поступление глюкозы в качестве источника энергии абсолютно необходимо нервной ткани (мозгу) и эритроцитам.

Глюкоза необходима и жировой ткани для синтеза глицерина – составной части липидов.

Процесс глюконеогенеза в основном протекает в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также слизистой оболочке кишечника.

Реакции гликолиза протекают в цитозоле, а часть реакций глюконеогенеза протекает в митохондриях.

Включение различных субстратов в гликонеогенез зависит от физиологического состояния организма.

Суммарное уравнение глюконеогенеза:

Наиболее значимо образование глюкозы, в первую очередь из пирувата, так как в него легко превращается основная гликогенная аминокислота – аланин, а так же молочная кислота, которая, поступая в значительных количествах в кровь из мышц после физической нагрузки, в печени под действием ЛДГ окисляется в пируват. В процессе катаболизма субстратов цикла Кребса образуется оксалоацетат, который также включается в реакции глюконеогенеза.

Основные стадии глюконеогенеза совпадают с реакциями гликолиза и катализируются теми же ферментами, только протекают они в обратном направлении.

Однако имеется очень важная особенность, обусловленная тем, что 3 реакции в гликолизе, катализируемые киназами: гексокиназой, фосфофруктокиназой и пируваткиназой, необратимы. Эти барьеры обходятся в глюконеогенезе с помощью специальных реакций.

Рассмотрим реакции глюконеогенеза, которые отличаются от реакций гликолиза и происходят в глюконеогенезе с использованием других ферментов.

1. Образование фосфоенолпирувата из пирувата (обход пируваткиназной реакции).

Реакция катализируется двумя ферментами: пируваткарбоксилазой и фосфоенолпируваткарбоксикиназой.

Первая реакция протекает в митохондриях. Фермент – пируваткарбоксилаза является биотинзависимым (реакции карбоксилирования в клетках протекают с участием витамина Н):

Пируват + СО₂ + АТФ + Н₂О ^{пируваткарбоксилаза} Оксалоацетат (ЩУК) +АДФ + Н₃РО₄

Реакция протекает с использованием АТФ.

Затем в реакцию вступает второй собственный фермент глюконеогенеза – фосфоенолпируваткарбоксикиназа, реакция протекает в цитозоле:

ЩУК + ГТФ ^{фосфоенолпируваткарбокскниаза} Фосфоенолпируват + СО₂ + ГДФ

В этой реакции образование мактоэргической связи фосфоенолпирувата осуществляется за счет энергии ГТФ, одновременно происходит декарбоксилирование оксалоацетата.

Далее следуют реакции гликолиза в обратном направлении до стадии образования фруктозо-1,6-дифосфата.

1. Гидролиз фруктозо-1,6-дифосфата (обход фосфофруктокиназной реакции).

Фермент - фруктозо-1,6-бифосфатаза.

Фруктозо-1,6-дифосфат +Н₂О Фруктозобифосфатаза Фруктозо-6-фосфат + Н₃РО₄

1. Гидролиз фруктозо-6-фосфата (обход гексокиназной реакции)

Фермент - фосфатаза глюкозо-6-фосфата – фосфогексоизомераза.

Глюкозо-6-фосфат+Н₂О Глюкозо-6-фосфатаза Глюкоза + Н₃РО₄

Свободная глюкоза, образующаяся в ходе этой реакции, поступает из печени в кровь и утилизируется тканями.

Энергетический баланс глюконеогенеза из пирувата: расходуется 6 моль АТФ на синтез 1 моль глюкозы и 2 моль пирувата.

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 воздействием глицерокиназы превращается в α-глицерофосфат, затем окисляющийся под действием глицерофосфатдегидрогеназы в фосфодиоксиацетон – субстрат гликолиза.

Далее фосфодиоксиацетон используется в синтезе глюкозы т.е. в глюконеогенезе.

Глюконеогенез из лактата.

Лактат, образовавшийся при аэробном гликолизе превращается в печени в пируват, а лактат, образовавшийся в интенсивно работающих мышцах поступает в кровь, а затем в печень и превращается под действием ЛДГ в пируват, который включается в глюконеогенез, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и поглощается скелетными мышцами – эту последовательность называют циклом Кори или глюкозо-лактатным циклом.

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 из лактата 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.

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

Следовательно, в результате действия цикла Кори (глюкозо – лактатного цикла) работающие мышцы добывают 2 АТФ за счет расходования 6 АТФ в печени.

Дата добавления: 2014-01-04