Центральные метаболические пути

Использование глюкозы и аминокислот для синтеза биологически важных азотсодержащих соединений

Углеродный скелет глюкозы или аминокислот, также как и атомы азота аминокислот могут использоваться в клетках для построения различных азотсодержащих соединений. На приведенной ниже схеме показана взаимосвязь обмена глюкозы и аминокислот с синтезом таких биологически важных соединений как гем или азотистые основания нуклеотидов:

Узловыми метаболитами в этих превращениях опять же являются соединения цикла Кребса, пируват, 3фосфоглицериновая кислота.

Если сопостатвить все приведенные схемы взаимных превращений соединений различных классов, то становится достаточно очевидным, что в основе этих взаимных превращений лежит довольно узкий круг реакций, обеспечивающий переход углевод в липиды, аминокислот в углеводы и т.д. В этих реакциях преимущественно участвуют соединения, которые мы ранее назвали узловыми метаболитами или узловыми пунктами метаболизма. Набор этих реакций или система взаимных превращений узловых метаболитов известна под названием центральных метаболических путей:

В систему центральных метаболических путей входят: превращение фосфотриоз в пируват, переход пирувата в оксалоацетат, окислительное декарбоксилирование пирувата в ацетилКоА, цикл трикарбоновых кислот Кребса, превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват, а также три реакции связывания аммиака с образованием аланина, аспартата и глутамата, из которых лишь реакция образования глутамата играет существенную роль в клетках млекопитающих.

Эта группа метаболических путей составляет как бы стержень или остов метаболизма, на который надстраиваются все остальные обменные процессы. Важность центральных метаболических путей подчеркивает и то обстоятельство, что они с незначительными вариациями едины для большинства живых организмов. Наличие центральных метаболических путей в совокупности с конвергентным принципом организации катаболических процессов обеспечивает легкость перехода организма с одного типа питания на другой, увеличивая тем самым адаптационные возможности организма к изменяющимся условиям существования.

В центральные метаболические пути включены три необратимых по термодинамическим причинам реакции: переход ФЭП в пируват, превращение пирувата в ацетилКоА и переход 2оксоглутарата в сукцинилКоА. Эта необратимость перечисленных реакций поддерживает систему в состоянии, далеком от равновесия, что и позволяет живой системе в конечном итоге извлекать энергию из поступающих в нее экзогенных питательных веществ.

1.4.6.Межорганные метаболические взаимосвязи

Метаболизм отдельных органов и тканей в рамках целостного организма также представляет собой высокоинтегрированную систему. Примеры межорганных метаболических взаимосвязей достаточно хорошо известны; в качестве таковых можно привести следующие:

а). В жировой ткани на высоте пищеварения идет превращение части поступающей из кишечника во внутреннюю среду организма глюкозы в триацилглицерины. В случае недостатка энергетического «топлива» в органах и тканях идет мобилизация резервных триглицеридов жировой ткани и жирные кислоты могут поступать с током крови или непосредственно в эти ткани, или же жирные кислоты поступают в печень, где превращаются в ацетоновые тела и с током крови направляются опятьтаки в клетки периферических органов и тканей, где и подвергаются утилизации.

б). Синтез креатина начинается в почках, где из глицина и аргинина образуется промежуточный продукт синтеза гликоциамин. Гликоциамин с током крови поступает из почек в печень, где при участии Sаденозилметионина подвергается метилированию, превращаясь в креатин. Далее креатин поступает с током крови в клетки различных органов, например, клетки мозга или мышц, где и выполняет свою функцию, превращаясь в резервный макроэрг креатинфосфат.

в). При интенсивной мышечной работе в миоцитах идет распад гликогена и поступающей в миоциты из крови глюкозы с образованием лактата. Лактат из миоцитов выходит в кровь и с током крови поступает в печень. В гепатоцитах часть лактата окисляется до конечных продуктов (СО2 и Н2О), остальной лактат используется для глюконеогенеза. Энергия, необходимая для глюконеогенеза, постав ляется за счет окисления лактата. Синтезированная в гепатоцитах глюкоза поступает в кровь, переносится с током крови в мышцы, где расщепляется с выделением энергии, используемой для мышечного сокращения. Возниркает своебразный цикл взаимопревращения глюкозы и лактата, известный под названием цикла Кори. В ходе функционирования этого цикла, вопервых, происходит утилизация наработанного в мышцах лактата, вовторых, в энергообеспечении мышечной деятельности принимает участие печень, поскольку энергия, затраченная гепатоцитами на синтез глюкозы из лактата затем выделяется при расщеплении глюкозы в миоциотах.

На схеме представлены глюкозолактатный и глюкозоаланиновый (см.ниже) циклы в качестве примеров межорганной метаболической связи:

Аэробное окисление г). При работе мышц образуется токсичный для клеток аммиак. Вынос и обезвреживание образовавшегося аммиака осуществляется в ходе так называемого глюкозоаланинового цикла. В миоцитах образовавшийся аммиак используется для образования аланина из пирувата. Пируват образуется при расщеплении глюкозы и превращается в аланин в ходе трансреаминирования. Аланин поступает в кровь, доставляется в гепатоциты и там подвергается дезаминированию с образованием аммиака и пирувата. Аммиак превращается в мочевину в ходе известного защитного синтеза. Пируват же частично окисляется до конечных продуктов, а частично превращается в гепатоцитах в ходе глюконеогенеза в глюкозу, откуда с током крови глюкоза поступает в миоциты и, окисляясь, служит источником энергии для работы мышц. В ходе этого окисления вновь образуется пируват.

Подобного рода примеров межорганных метаболических связей можно привести множество. Эта многочисленность межорганных метаболических связей, наряду с рассмотренными нами примерами интеграции метаболических путей превращений углеводов, липидов и аминокислот, в полной мере подтверждает исходный тезис: обмен веществ в организме представляет собой единую высокоинтегрированную сеть метаболических процессов, протекающих в клетках различных органов и тканей.

Дата добавления: 2015-01-03