Биосинтез углеводов

В процессе метаболизма углеводов происходит не только их катаболизм, но и взаимопревращение углеводов, биосинтез углеводов из неуглеводных предшественников и синтез полисахаридов из моносахаридов.

Общим центральным путем биосинтеза углеводов из неуглеводных предшественников является синтез глюкозы из пировиноградной кислоты, реализующийся путём обращения большинства реакций гликолиза. При этом для трех практически необратимых реакций (гексокиназной реакции, фосфофруктокиназной реакции и пируваткиназной реакции) существуют обходные ферментативные пути, обеспечивающие обратное превращение. В частности, внутри митохондрий пировиноградная кислота не может превратиться в фосфоенолпировиноградную кислоту путём обращения пируваткиназной реакции, и поэтому в начале под влиянием митохондриальной пируваткарбоксилазы пировиноградная кислота карбоксилируется в оксалоацетат. Реакция идёт при участии АТФ и положительного модулятора (активатора) фермента пируваткарбоксилазы – ацетил-КоА. Пируваткарбоксилаза является регуляторным ферментом. Реакция протекает в митохондриях.

Оксалоацетат восстанавливается затем в митохондриях в малат.

Малат переходит из митохондрий в цитоплазму (с помощью пермиаз), где окисляется цитоплазматической малатдегидрогеназой до оксалоацетата.

Под действием фосфоенолпируваткарбоксикиназы происходит превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват. При этом донором фосфата служит гуанозинтрифосфат (ГТФ) или инозинтрифосфат (ИТФ).

Далее фосфоенолпируват в силу обратимости реакций гликолиза легко превращается в фруктозо-1,6-дифосфат. Обратное превращение фруктозо-1,6-дифосфата в фруктозо-6-фосфат и глюкозо-6-фосфата в глюкозу обеспечивается соответствующими специфическими фосфатазами – дифосфофруктозофосфатазой и глюкозо-6-фосфатазой. Первая из них является регуляторным ферментом. Субстратами для синтеза глюкозы могут служить не только пируват, но и все вещества неуглеводной природы, способные превращаться в пируват или в один из метаболитов гликолиза или оксалоацетат. К таким веществам относится глицерин, который через α‑глицерофосфат и фосфодиоксиацетон способен превращаться в фосфоглицериновый альдегид, т.е. в метаболит гликолиза, а также лактат. К этим веществам относятся и промежуточные продукты лимоннокислого цикла, поскольку они могут превращаться в оксалоацетат. Однако главным источником новообразования глюкозы являются аминокислоты, превращающиеся в пируват и в оксалоацетат. Синтез глюкозы из неуглеводных источников получил название глюконеогенеза.

В процессе метаболизма углеводов происходит перестройка одного моносахарида в другой. Причем, многие биологически важные сахара могут образовываться не только в процессе апотомического распада углеводов, но и другим путем. Особенно реакционно-способными формами моносахаридов, наряду с их фосфорными эфирами, являются их соединения с пиримидиновыми нуклеотидами, в частности, с уридиндифосфатом. Моносахариды в соединении с уридиндифосфатом легко подвергаются изомеризации и гликозилтрансферазным реакциям. При участии уридин­дифосфата осуществляются синтезы дисахаридов. Уридиндифосфат принимает также участие в синтезе гликогена из глюкозы.

Как уже говорилось ранее, практически вся всосавшаяся из пищеварительного тракта глюкоза поступает в печень, где быстро при участии АТФ подвергается реакции фосфорилирования, катализируемой гексокиназой и далее может не только распадаться, но и участвовать в синтезе гликогена. В этом случае образовавшийся глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фосфат. Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена.

Этот синтез, согласно Лелуару, осуществляется следующим путем. Глюкозо-1-фосфат в присутствии особого фермента (гликозилтрансферазы) вступает во взаимодействиес уридинтрифосфатом (УТФ) с образованием уридиндифосфоглюкозы (УДФ-Глюк.) и пирофосфата.

Далее в присутствии особой трансферазы, получившей название гликогенсинтетазы, и «затравочного» количества гликогена (полиглюкозы, имеющей не менее четырех остатков глюкозы) происходит своеобразный ферментативный процесс – удлинение цепочки гликогена с невосстанавливающего конца с образованием 1-4 связи за счет присоединения остатков глюкозы, входящих в состав УДФ-глюкозы.

Образовавшийся УДФ затем вновь фосфорилируется за счет АТФ до УТФ и, таким образом, весь цикл превращения глюкозо-1-фосфата может начинаться сначала. Ветвление синтезируемой молекулы гликогена, как было показано А.Н. Петровой, осуществляется при участии особого фермента, катализирующего замыкание связей между 1 и 6 углеродными атомами остатков глюкозы-амилотрансгликозилазы.

Дата добавления: 2014-01-05