Биохимия 8. Дихотомическое окисление глюкозы. Глюконеогенез

• Основной источник углеводов - пища.  

• Углеводы перевариваются до глюкозы, которая превращается в глюкозо-6-фосфат.  

• Глюкоза может накапливаться в виде гликогена в мышцах и печени.  

• Гликоген накапливается в мышцах для физической работы и в печени для обеспечения других органов.  

• Основное предназначение глюкозы - использование в качестве энергетического субстрата.  

• Глюкоза превращается в пируват через гликолиз.  

• Гликолиз - специфический путь катаболизма глюкозы.  

• Глюкоза делится на две триозы, что называется дихотомическим окислением.  

• В аэробных условиях глюкоза окисляется до углекислого газа и воды, в анаэробных - до лактата.  

• Аэробное дихотомическое окисление включает окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА.  

• Ацетил-КоА окисляется в цикле Кребса, что приводит к синтезу АТФ.  

• Глюкоза-6-фосфат превращается в фруктозо-6-фосфат и фруктозо-1,6-дифосфат.  

• Фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется на глицеральдегид-3-фосфат и диоксиацетон-фосфат.  

• В цепочке превращения глюкозы есть бифункциональные ферменты и обратимые реакции.  

• Ключевые ферменты и необратимые реакции требуют затрат энергии АТФ.  

• Гексакиназная реакция и фосфафруктокиназная реакция являются ключевыми.  

• Глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат через гексакиназную реакцию.  

• Глюкозо-6-фосфат изомеризуется в фруктозо-6-фосфат.  

• Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется фруктозо-6-фосфаткиназой.  

• Фруктозо-6-фосфат превращается в две фосфатриозы: диоксиацетон-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.  

• Диоксиацетон-фосфат в 95% случаев превращается в глицеральдегид-3-фосфат.  

• Фосфофруктокиназа является лимитирующим ферментом в дихотомическом окислении.  

• Окисление глицеральдегид-3-фосфата происходит в цитоплазме.  

• Окисление включает восстановление NADH и образование глицериновой кислоты.  

• Глицериновая кислота фосфорилируется в третьем положении, образуя 1,3-дифосфоглицерат.  

• Реакция сопряжена с субстратным фосфорилированием, образуя две молекулы АТФ.  

• Образовавшаяся 1,3-дифосфоглицериновая кислота превращается в первую промежуточную молекулу.  

• Восстановленный NADH должен быть окислен для продолжения процесса.  

• В цитоплазме NADH окисляется через малат-аспартатный механизм.  

• Малат-аспартатный механизм позволяет NADH передать водород на дыхательную цепь.  

• Образуется три молекулы АТФ и щавелевая кислота, которая возвращается в цитоплазму.  

• 1,3-дифосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту.  

• 2-фосфоглицериновая кислота превращается в фосфоенолпируват.  

• Ключевой фермент фосфоенолпируваткиназа превращает фосфоенолпируват в пируват, образуя две молекулы АТФ.  

• Энергетическая эффективность цитоплазматического этапа окисления глюкозы составляет 4 АТФ за счет субстратного фосфорилирования и 6 или  

• Окислительное декарбоксилирование пирувата образует шесть молекул ТФ.  

• В цикле Кребса образуется 24 молекулы ТФ.  

• Итого: 38 молекул ТФ при окислении одной молекулы глюкозы.  

• В эритроцитах и интенсивно работающих мышцах происходит анаэробное окисление глюкозы.  

• Конечный продукт - лактат молочная кислота.  

• В анаэробных условиях не работают челночные механизмы, и NADH не окисляется.  

• Превращение пирувата в лактат необходимо для предотвращения ингибирования гликолиза.  

• В гликолизе одна молекула глюкозы дает четыре молекулы ТФ.  

• Две молекулы ТФ затрачиваются на гексакиназную и фосфофруктокиназную реакции.  

• Лактат утилизируется в печени и сердце.  

• В сердце лактат окисляется, а в печени используется для образования глюкозы.  

• Это называется глюкозо-лактатным циклом Кори.  

• Аэробный и анаэробный гликолиз не могут протекать одновременно.  

• Аэробное окисление более эффективно, так как образует 38 молекул ТФ.  

• При аэробном окислении ингибируется гликолиз, что снижает потребление глюкозы клетками.  

• Спиртовое брожение глюкозы аналогично гликолизу.  

• Уксусный альдегид восстанавливается до этилового спирта.  

• Процесс включает ключевые ферменты гликолиза и обратимые стадии.  

• Глюконеогенез - это синтез глюкозы из неуглеводных продуктов.  

• Включает реакции, которые в гликолизе идут только в одном направлении.  

• Происходит в цитоплазме и интенсивно в печени и почках.  

• Глюконеогенез активируется при длительном голодании и интенсивной физической нагрузке.  

• Гликоген обеспечивает глюкозой организм в перерывах между едой.  

• При истощении гликогена глюконеогенез становится основным источником глюкозы.  

• Глюконеогенез важен для работы головного мозга, энергообеспечения клеток, физической нагрузки, метаболизма жировой ткани и функционирования эритроцитов.  

• В период грудного вскармливания глюконеогенез помогает удалять избыточные метаболиты, такие как лактат, из крови.  

• Глюконеогенез является процессом, обратным гликолизу, и происходит в трех местах с участием ключевых ферментов.  

• Пируват превращается в оксалоацетат, затем в малат, который возвращается в цитоплазму и превращается в фумарат.  

• Фумарат превращается в фосфоенолпируват с затратой АТФ или ГТФ.  

• Вторая ключевая реакция: фруктоза-дифосфат превращается в глюкозу-6-фосфат с помощью глюкозо-6-фосфатазы.  

• Глюконеогенез включает синтез глюкозы из неуглеводных продуктов, таких как лактат, аминокислоты и метаболиты цикла Кребса.  

• Суммарное уравнение глюконеогенеза включает затраты АТФ и ГТФ в двойном размере.  

• Регуляция гликолиза и глюконеогенеза происходит реципрокно, активируя или ингибируя оба процесса.  

• Основные регуляторы: инсулин, глюкокортикоиды и глюкагон.  

• Внутриклеточная регуляция осуществляется через аллостерические активаторы и ингибиторы, такие как АТФ и АДФ.  

• Решающее значение в регуляции принадлежит энергетическому статусу клетки.  

• При недостатке энергии запускаются процессы для синтеза АТФ, при достатке энергии активируются пластические процессы, включая глюконеогенез.  

• Рассмотрены утилизация глюкозы в клетке и регуляция гликолиза и глюконеогенеза.  

• Призыв к студентам пройти по ссылке и ответить на вопросы для контроля присутствия на лекции.