Регуляция катаболизма глюкозы.

Значение гликолиза состоит в синтезе АТФ. Показателем потребления АТФ является накопление АДФ и АМФ. Отношение уровня АТФ к АМФ и АДФ характеризует энергетический статус клетки. Три реакции гликолиза катализируемые гексокиназой (или глюкокиназой), фосфофруктокиназой и пируваткиназой необратимы. Существенное значение для регуляции гликолиза имеет изменение активности фермента фосфофруктокиназы, т.к. этот фермент катализирует наиболее медленную реакцию гликолиза. Фосфофруктокиназа аллостерически активируется АМФ, но ингибируется АТФ. При высоком уровне АТФ снижается скорость ЦТК и ЦПЭ, в этих условиях процесс гликолиза замедляется. На скорость катаболизма глюкозы влияет скорость регенерации НАДН₂ в дыхательной цепи.

Глюконеогенез, цикл Кори. Пентозофосфатный путь

Пентозофосфатный путь превращения глюкозы (ПФП). ПФП называют также апотомическим (прямым) путем окисления глюкозы или гексомонофосфатным шунтом. ПФП состоит из двух стадий: окислительной и неокислительной.

1) В окислительной стадии происходит две реакции дегидрирования. Кофермент НАДФ восстанавливается до НАДФН₂. Пентозы образуются в результате реакции декарбоксилирования.

2) Неокислительная стадия может служить для образования гексоз из пентоз. С помощью этой стадии избыток пентоз, превышающий потребности клетки, может быть возвращен в фонд гексоз. Кроме того, в результате реакций неокислительной стадии из пентоз могут образоваться метаболиты гликолиза (фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат). Считают, что ПФП и гликолиз, протекающий в цитозоле, взаимосвязаны и способны переключаться друг на друга. При ряде патологических состояний (гипоксия, ишемия) удельный вес ПФП в окислении глюкозы возрастает.

Окислительная стадия синтеза пентоз и неокислительная стадия возвращения пентозх в гексозы вместе составляют циклический процесс – пентозофосфатный цикл. За один оборот цикла полностью распадается одна молекула глюкозы.

Суммарное уравнение пентозофосфатного цикла:

6 Глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ→6 СО₂+ 12 НАДФН₂+ 5 глюкозо-6-фосфат

Пентозофосфатный путь обеспечивает клетку рибозой, необходимой для синтеза

мононуклеотидов, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот и ряда коферментов. НАДФН₂ являются донором водорода при синтезе ВЖК и холестерина.

Наиболее активно ПФП протекает в жировой ткани, молочной железе, коре надпочечников, печени.

Глюконеогенез – процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. Процесс протекает в основном в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а так же в слизистой оболочке кишечника. Эти ткани могут обеспечивать синтез 80-100 г глюкозы в сутки. На долю мозга при голодании приходится большая часть потребности организма в глюкозе. Это объясняется тем, что клетки мозга неспособны, в отличие от других тканей, обеспечить потребности в энергии за счет окисления жирных кислот. Кроме мозга в глюкозе нуждаются ткани и клетки, в которых анаэробный путь распада невозможен или ограничен, например эритроциты (они лишены митохондрий), клетки сетчатки, мозгового слоя надпочечников и др. Первичные субстраты глюконеогенеза - лактат, аминокислоты, глицерол.

- Лактат – продукт анаэробного гликолиза. Он образуется в эритроцитах и работающих мышцах.

- Глицерол – высвобождается при липолизе в жировой ткани в период голодания или при длительной физической нагрузке.

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

Большинство реакций глюконеогенеза протекают за счет обратимых реакций гликолиза. 3 реакции гликолиза необратимы, они идут с использованием других ферментов (пируваткарбоксилазы, фосфоенлпируваткарбоксикиназы, фруктозо-1,6-бифосфатазы и глюкозо-6-фосфатазы).

Образование фосфоенолпирувата (первая необратимая реакция) начинается в митохондриях, пировиноградная кислота превращается в оксалоацетат под действием биотинсодержащего фермента пируваткарбоксилазы (+АТФ). Дальнейшее превращение оксалоацетата возможно только в цитозоле, но мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, поэтому он восстанавливается за счет НАДН₂ до малата. Малат переносится в цитозоль, где дегидрируется цитоплазматической НАД зависимой дегидрогеназой в оксалоацетат. Образованный оксалоацетат под действием фосфоенолпоруваткарбоксикиназы (ГТФ-зависимой) превращается в фосфоенолпируват.

Все остальные реакции до образования фруктозо-1,6-бифосфата катализируются ферментами гликолиза. Превращение фруктозо-1,6-бифосфата в глюкозо-6-фосфат (вторая необратимая реакция) катализируется ферментом глюкозо-1,6-бифосфатазой, а образование из глюкозо-6-фосфата глюкозы (третья необратимая реакция) идет под действием фермента глюкозо-6-фосфатазы, после чего свободная глюкоза выходит из клетки в кровь.