Автономная саморегуляция гбф-пути.

Рассмотрим регуляцию на примере мышечной ткани, потому что именно в этой ткани наблюдается очень быстрый и огромный перепад в расходовании энергии АТФ (от состояния покоя к интенсивной мышечной работе и обратно к состоянию покоя).

1. ИНТЕНСИВНАЯ МЫШЕЧНАЯ РАБОТА.

Резко падает [АТФ] и возрастает [АДФ]. Это приводит к активации ключевых ферментов ЦТК цитратсинтазы и изоцитратдегидрогеназы. ЦТК работает интенсивнее, что приводит к снижению концентраций его начальных продуктов: Ацетил-КоА и цитрата. В итоге ацетил-КоА прекращает активировать ключевой фермент гликонеогенеза - пируваткарбоксилазу - то есть синтез углеводов резко замедляется. Снижение концентраций цитрата и АТФ приводит к прекращению их угнетающего действия на ФФК, а накопление АДФ еще и активирует ФФК - 3-я стадия 1-го этапа ГБФ-пути идет быстрее и понижается концентрация метаболитов-предшественников, в том числе глюкозо-6-фосфата. При этом снимается тормозящее действие глюкозо-6-фосфата на гексокиназу (поэтому глюкоза утилизируется быстрее) и его активирующее действие на гликогенсинтазу (прекращается синтез гликогена). Уменьшение [АТФ] снимает ее ингибирующее действие на фосфорилазу (ключевой фермент распада гликогена), а накопление АДФ активирует этот фермент - поэтому усиливается распад гликогена и его продукты окисляются в ГБФ-пути.

Эти механизмы приводят к увеличению синтеза АТФ.

2. ПЕРЕХОД ОТ ИНТЕНСИВНОЙ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЫ К СОСТОЯНИЮ ПОКОЯ.

Действуют всё те же механизмы, но в обратном направлении. Это приводит к уменьшению продукции АТФ.

Г М Ф - П У Т Ь.

(гексозомонофосфатный путь метаболизма глюкозы)

Протекает в цитоплазме. Состоит из 2-х этапов:

1. Окислительный.

2. Неокислительный.

Студенты должны уметь писать реакции 1-го этапа, а второй - схематически.

I. ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП.

Таким образом, окислительный этап заключается в 2-х реакциях окисления гексозофосфата. Обе реакции не требуют участия кислорода. Н₂ переносится на НАДФ. Затем отщепляется СО₂. Образуется молекула пентозо-фосфата, НАДФН₂ и молекула СО₂.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ I ЭТАПА ГМФ-ПУТИ:

1. Происходит прямое окисление глюкозо-фосфата без участия кислорода.

2. Этот этап является одним из главных источников НАДФН₂ для клетки.

Образуется этот НАДФН₂ в цитоплазме, поэтому он не передает свой водород по системе митохондриального окисления на кислород и АТФ не образуется. Он отдает свой водород на синтез жирных кислот, холестерина и других стероидов, а также на монооксигеназные реакции (см. в лекции по биоокислению раздел "Окисление по оксигеназному типу".)

3. На 1-м этапе ГМФ-пути образуется СО₂ - один из конечных продуктов метаболизма без участия кислорода.

4. Образуются пентозы. Эти пентозы являются строительным материалом для синтеза нуклеотидов, коферментов и некоторых других веществ.

II - НЕОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП.

Совокупность большого количества обратимых реакций. Каждая из них - это перенос 2-х или 3-х углеродного фрагмента с одного моносахарида на другой. Между моносахаридами происходит взаимный обмен частями своих молекул. При этом из пентозофосфатов, вступающих в реакцию, образуются моносахариды с разным числом углеродных атомов. Это триозы (например, фосфоглицериновый альдегид (ФГА)), тетрозы, гексозы, гептозы (их формулы знать необязательно, но нужно знать схему реакций.

Реакции неокислительного этапа катализируются ферментами трансальдолазами и транскетолазами. В состав кофермента транскетолаз входит витамин В₁ (тиамин).

В результате 6 молекул рибозо-5-фосфата превращаются в 5 молекул глюкозо-6-фосфата.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ II ЭТАПА ГМФ-ПУТИ:

1. Обеспечивает завершение 1-го этапа (утилизирует продукты 1-го этапа).

2. Является источником моносахаридов с разным числом углеродных атомов. Это строительный материал для разных синтезов, в том числе для синтезов различных олигосахаридов, которые входят в состав различных клеточных рецепторов.

3. Образующийся ФГА является точкой сопряжения между ГМФ-путем и некоторыми другими путями метаболизма. Например: ФГА может восстанавливаться до фосфоглицерина, который нужен для синтеза жиров. Фосфоглицерин может окисляться до ФГА. ФГА также образуется в ГБФ-пути, являясь общим метаболитом.

Значит, ФГА, образующийся в ГМФ-пути, может быть использован в ГБФ-пути.

Таким образом, весь ГМФ-путь заключается в том, что молекулы глюкозы превращаются в молекулы глюкозо-6-фосфата, каждая из которых два раза окисляется и дает молекулу рибозо-5-фосфата, 2 молекулы НАДФН₂ и 1 молекулу СО₂. Затем из каждых 6-ти молекул рибозо-5-фосфата получается 5 молекул глюкозо-6-фосфата. Эти 5 молекул глюкозо-6-фосфата вместе с еще одной, поступающей дополнительно, опять вступают в ГМФ-путь. Получается цикл. На каждом его "обороте" происходит частичное окисление 6-ти молекул глюкозо-6-фосфата, то есть 5 молекул глюкозо-6-фосфата остаются нетронутыми, а одна молекула полностью расщепляется до СО₂ и Н₂О.

Итоговое уравнение ГМФ-пути:

С₆Н₁₂О₆ + 6 Н₂О + 12 НАДФ ------> 6 CO₂ + 12 НАДФН₂

ГМФ-путь протекает без участия кислорода, при этом половина молекулы кислорода в составе СО₂ получается из Н₂О.

Половина молекулы водорода, попадающей в состав НАДФН₂, получается не из глюкозы, а из Н₂О, которая вступает в ГМФ-путь на 1-м этапе.