Регуляция гликолиза и глюконеогенеза в печени

Дефосфорилирование глюкозо-б-фосфата.

Образование фруктозо-6-фосфата.

Следующая необратимая реакция гликолиза, катализируемая фосфофруктокиназой -образование из фруктозо-6-фосфата фруктозо-1,6-дифосфата с потреблением одной молеку­лы АТФ. Биосинтез глюкозы идет в обход этой реакции, что достигается при участии фер­мента фруктозодифосфатазы, осуществляющего необратимое отщепление фосфатной группы от первого углеродного атома фруктозо-1,6-дифосфата:

Фруктозо-1,6-дифосфат + НгО -> Фруктозо-6-фосфат + Ф_н.

Далее на обратимой стадии глюконеогенеза фруктозо-6-фосфат превращается при уча­стии фермента фосфогексоизомеразы в глюкозо-6-фосфат. В большинстве клеток организма образующийся в процессе глюконеогенеза глюкозо-6-фосфат используется как предшествен­ник резервных полисахаридов, дисахаридов и моносахаридов (кроме глюкозы), и только в печени и корковом веществе почек глюкозо-6-фосфат может дефосфорилироваться с образо­ванием свободной глюкозы. Расщепление до свободной глюкозы невозможно путем обраще­ния гексокиназной реакции гликолиза.

В организме свободная глюкоза образуется в цитозоле при участии глюкозо-6-фосфатазы - фермента эндоплазматической сети клеток печени и почек:

глюкозо-6-фосфат + НгО -> глюкоза + Pi.

Таким образом, на образование каждой молекулы глюкозы расходуется шесть макроэр-гических фосфатных связей, две молекулы НАДН используются в качестве восстановителей. Процесс протекает с выделением энергии, тогда как в случае превращения глюкозы в пиру­ват при гликолизе образуется только две молекулы АТФ. То есть избыточная «цена» глюко­неогенеза равна четырем высокоэнергетическим связям в расчете на одну молекулу глюкозы, синтезируемой из пирувата.

Наиболее интенсивно обмен глюкозы протекает в печени, и только там могут одновре­менно протекать два противоположно направленных процесса - гликолиз и глюконеогенез.

Переключение печени с гликолиза на глюконеогенез и наоборот происходит с участием инсулина и глюкагона и осуществляется с помощью:

- алостерических механизмов;

- ковалентной модификации ферментов путем фосфорилирования/дефосфорилирования;

- индукции/репрессии синтеза ключевых ферментов, катализирующих реакции суб­стратных циклов.

Регулируются необратимые стадии гликолиза и глюконеогенеза. Запуск реакций глико­лиза регулируется главным образом концентрацией глюкозы в крови. При пищеварении кон­центрация глюкозы в крови повышается. Активность глюкокиназы в этих условиях макси­мальна. Вследствие этого ускоряется гликолитическая реакция фосфор ил ирования глюкозы. Кроме того, повысившаяся в это время концентрация инсулина индуцирует синтез глюкоки­назы и ускоряет тем самым фосфорилирование глюкозы. Основная часть глюкозо-6-фосфата направляется по гликолитическому пути.

Следующий регуляторный фермент гликолиза - фосфофруктокиназа аллостерически активируется концентрацией фруктозо-2,6-дифосфата (Ф-2,6-ДФ), который уменьшает ин-гибирующее действие АТФ на фосфофруктокиназу и ингибирует фруктозо-1,6-дифосфатазу (фермент глюконеогенеза). Ф-2,6-ДФ образуется путем фосфорилирования фруктозо-6-фосфата, катализируется бифункциональным ферментом (БИФ) и требует затрат АТФ.

При высоком инсулин-глюкагоновом индексе в период пищеварения активность БИФ высокая, количество Ф-2,6-ДФ увеличивается и гликолиз активируется.

При низком инсулин-глюкагоновом индексе, характерном для периода длительного го­лодания, активность БИФ низкая, количество Ф-2,6-ДФ снижается, происходит замедление гликолиза и переключение на глюконеогенез.

В регуляции третьей необратимой реакции гликолиза основная роль принадлежит пируваткиназе, фосфорилированная форма которой неактивна, а дефосфорилированная - активна. В период пищеварения инсулин активирует протеинфосфатазу, которая дефосфорили-рует пируваткиназу, переводя ее в активное состояние. Следовательно, гликолитическая ре­акция фосфоенолпируват —» пируват ускоряется при пищеварении и замедляется в постаб-сорбтивном состоянии.

Дата добавления: 2015-07-13