Глава 19. ВЗАИМОСВЯЗЬ ПУТЕЙ МЕТАБОЛИЗМА

И ИХ РЕГУЛЯЦИЯ

Превращения различных классов органических веществ в клетке тесно связаны друг с другом, а также с состоянием ее энергетического обеспечения.

Так, биосинтез белка тесно связан с образованием аминокислот. В свою очередь синтез аминокислот находится в неразрывных отношениях с превращениями углеводов в процессах гликолиза и апотомического окисления, а также промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот (рис. 153). При этом в качестве важнейшего источника образования исходного субстрата цикла Кребса выступают окислительные превращения моносахаридов и жирных кислот.

Прослеживается и обратная взаимосвязь: при распаде белков осво-бождаются свободные аминокислоты, которые разными путями превращаются в промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот и, таким образом, используются для образования предшественников углеводов, липидов, простетических групп ферментов и др. При этом, как видно из рис. 153, роль центрального связующего звена метаболизма выполняет цикл трикарбоновых кислот, который обеспечивает объединение различных путей метаболизма в единое целое.

Рисунок 153 – Взаимоотношения между превращением

различных веществ в клетке

Важную роль в обеспечении взаимосвязи между различными путями метаболизма играют ключевые промежуточные продукты обмена веществ. К ним относятся такие вещества, которые могут использоваться в разных ферментативных процессах. Подобные метаболиты, являясь продуктами одного пути обмена веществ, выступают в роли субстратов других путей. Так, продукт гликолиза – пировиноградная кислота далее может использоваться в качестве предшественника синтеза глюкозы (в глюконеогенезе), образовании аминокислот (в реакции трансаминирования), реакции окислительного декарбоксилирования, в которой образуется исходный субстрат окисления для цикла трикарбоновых кислот и синтеза высших жирных кислот, образовании яблочной кислоты и др. (рис. 154). Таким образом, через пировиноградную кислоту оказываются связанными большинство путей обмена веществ в клетке.

Рисунок 154 – Ключевая роль пировиноградной кислоты в обмене веществ

Помимо пировиноградной кислоты, к ключевым метаболитам относятся:

· глюкозо-6-фосфат;

· ацетил-КоА;

· α-кетоглутаровая кислота;

· глутаминовая кислота;

· изопентилпирофосфат и многие другие.

Итак, ключевые метаболиты обеспечивают взаимодействие различных путей обмена веществ в клетке. При этом возникает закономерный вопрос: если промежуточный продукт обмена способен использоваться в различных химических превращениях, то, что же будет приобретать решающее значение в определении направленности его сиюминутных превращений? С этим вопросом тесно связан также и вопрос о причинах существования тканевых особенностей в обмене ключевых метаболитов в многоклеточных организмах.

Ответы на данные вопросы кроются в каталитической природе подавляющего большинства химических превращений в клетках. Ввиду того, что обменные процессы обеспечиваются соответствующими энзимами, направленность метаболических потоков (т.е. пути использования промежуточного продукта обмена веществ), определяется уровнем каталитической активности соответствующего фермента, а также особенностями экспрессии его гена.

Активность ферментов находится под жестким контролем большого количества самых различных регуляторных факторов, которые оказывают непосредственное влияние на состояние метаболических потоков в клетках. Существует несколько основных путей регуляции метаболических потоков, которые связаны, в частности, с регуляцией активности ферментов.