Вторичный путь окисления глюкозы, связанный с образованием глюкуроновой и аскорбиновой кислот

Глюкуроновая и аскорбиновая кислоты играют важную роль в метаболизме. Глюкуроновая кислота принимает участие в обезвреживании токсических и чужеродных веществ в организме животных. Аскорбиновая кислота является водорастворимым витамином, участвующим в различных окислительно-восстановительных реакциях.

Для образования этих продуктов метаболизма глюкозо-6-фосфат под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-1-фосфат (рис. 94).

Рисунок 94 – Путь образования глюкуроновой кислоты из глюкозы

Глюкозо-1-фосфат далее взаимодействует с УТФ, в результате чего образуется УДФ-глюкоза. УДФ-глюкоза подвергается окислению с образованием УДФ-глюкуроновой кислоты, которая представляет собой активную форму глюкуроновой кислоты. Кроме того, этот промежуточный продукт обмена выступает в качестве предшественника аскорбиновой кислоты:

Из представленного рисунка видно, что заключительная реакция процесса образования аскорбиновой кислоты катализируется ферментом гулонолактоноксидазой. Важно заметить, что этот энзим отсутствует в организме человека, морской свинки и некоторых приматов. Поэтому аскорбиновая кислота у них проявляет свойства витамина и является незаменимым компонентом пищи.

Для обеспечения синтеза глюкуроновой кислоты и витамина С обычно используется небольшая доля внутриклеточного пула глюкозы. Однако значение этого пути метаболизма трудно переоценить.

Синтез глюкозы

Синтез глюкозы в животных и растительных организмах происходит различными путями. Наиболее эффективным путем образования глюкозы в растениях является фотосинтез.

Синтез глюкозы в растениях обеспечивается энергией поглощаемого света и происходит во время темновой стадии фотосинтеза в цикле Кальвина (рис. 85). В животных организмах глюкоза образуется в процессе глюконеогенеза. В процессе глюконеогенеза и превращений в цикле Кальвина встречается много одинаковых ферментативных реакций, обеспечивающих обращение необратимых реакций гликолиза.

Глюконеогенез

Глюконеогенез представляет собой процесс синтеза глюкозы из неуглеводистых соединений. В качестве предшественников глюкозы могут выступать молочная и пировиноградная кислоты, глицерин, гликогенные аминокислоты (аланин, серин, цистеин, треонин и др.) и промежуточные продукты цикла Кребса.

Глюконеогенез и гликолиз являются антагонистическими путями метаболизма (рис. 95). В них используется ряд одинаковых ферментативных реакций (фосфоглюкоизомеразная, альдолазная, глицеральдегид-3-фосфатдегидро-геназная и др.), которые представляют собой обратимые реакции гликолиза.

Вместе с тем глюконеогенез не представляет собой простое обращение гликолиза. В процессе гликолиза выделяются три необратимые ключевые реакции (гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная), для которых в глюконеогенезе существуют специфические обходные пути. Превращения промежуточных продуктов обмена в этих путях катализируются ключевыми ферментами глюконеогенеза.

На рис. 96 представлен механизм образования глюкозы из пировиноградной кислоты. Из представленного рисунка видно, что в глюконеогенезе существуют три обходных пути необратимых реакций гликолиза.

Рисунок 95 – Взаимоотношение процессов гликолиза и глюконеогенеза из

пировиноградной кислоты (ФЭПКаза – фосфоенолпируваткарбоксикиназа)

Первый обходной путь связан с превращением пировиноградной кислоты в фосфоенолпируват. Он осуществляется в несколько этапов. Первый из них происходит внутри митохондрий, где под влиянием фермента пируваткарбоксилазы, происходит образование оксалоацетата из пирувата:

Пируваткарбоксилаза является биотинзависимым аллостерическим ферментом. В качестве его активатора выступает ацетил-КоА.

Все последующие превращения промежуточных продуктов глюконеогенеза протекают в цитозоле клетки. Вместе с тем внутренняя митохондриальная мембрана непроницаема для оксалоацетата. Его перенос из митохондрий в цитозоль клетки обеспечивается специфической системой транспорта (рис. 92).

Рисунок 96 – Механизм переноса оксалоацетата из митохондрий в цитозоль (МДГ мт – митохондриальная малатдегидрогеназа,

МДГ цит – цитоплазматическая малатдегидрогеназа,

ПДК – переносчик дикарбоксилатов)

Как видно из представленной схемы, в митохондриальном матриксе происходит восстановление оксалоацетата в малатдегидрогеназной реакции. Образовавшаяся при этом яблочная кислота транспортируется через внутреннюю митохондриальную мембрану с помощью переносчика дикарбоксилатов. Оказавшись в цитозоле, она вновь окисляется в оксалоацетат в реакции, катализируемой цитоплазматической малатдегидрогеназой

В цитозоле оксалоацетат вступает в реакцию, которая катализируется ферментом фосфоенолпируваткарбоксикиназой (ФЭПКазой):

Из представленного уравнения видно, что процесс образования фосфоенолпиравата из оксалоацетата является энергозависимым. Для его обеспечения требуется молекула ГТФ.

Второй обходной путь глюконеогенеза связан с превращением фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат. Он катализируется ключевым ферментом глюконеогенеза-фруктозо-1,6-дифосфатазой, которая относится к классу гидролаз:

Образовавшийся фруктозо-6-фосфат затем в фосфоглюкоизомеразной реакции превращается в глюкозо-6-фосфат.

Третий обходной путь глюконеогенеза связан с превращением глюкозо-6-фосфата в свободную глюкозу. Он катализируется глюкозо-6-фосфатазой:

Глюкозо-6-фосфатаза присутствует не во всех тканях внутренних органов животных. Наиболее активна она в корковом слое почек, печени и слизистой оболочке тонкого кишечника. В других органах глюкозо-6-фосфатаза отсутствует. Поэтому процесс глюконеогенеза в них не происходит.

Суммируя представления о глюконеогенезе, можно представить балансовое уравнение этого процесса в следующем виде:

Как видно из балансового уравнения, новообразование глюкозы в животных клетках требует значительных энергетических затрат. При синтезе молекулы глюкозы из пировиноградной кислоты потребляется шесть молекул макроэргических фосфатов (АТФ и ГТФ) и две молекулы восстановленного НАД. В этой связи глюконеогенез может происходить только при достаточно высоком уровне энергетического обеспечения клеток.

Другим важным источником глюкозы являются гомополисахариды, представленные в растительных клетках крахмалом, а в животных – гликогеном. Оба эти полисахариды представляют собой легко мобилизируемую запасную форму глюкозы.

Распад крахмала и гликогена происходит с помощью одинаковых механизмов.