Вторинний шлях окислення глюкози, пов'язаний з утворенням глюкуронової і аскорбінової кислот
Глюкуронова і аскорбінова кислоти відіграють важливу роль в метаболізмі. Глюкуронова кислота бере участь в знешкодженні токсичних і чужорідних речовин в організмі тварин. Аскорбінова кислота є водорозчинним вітаміном, що бере участь в різних окислювально-відновних реакціях.
Для утворення цих продуктів метаболізму глюкозо-6-фосфат під дією фосфоглюкомутази перетворюється в глюкозо-1-фосфат (рис. 94).
Малюнок 94 - Шлях освіти глюкуронової кислоти з глюкози
Глюкозо-1-фосфат далі взаємодіє з УТФ, в результаті чого утворюється УДФ-глюкоза. УДФ-глюкоза піддається окисленню з утворенням УДФ-глюкуронової кислоти, яка представляє собою активну форму глюкуронової кислоти. Крім того, цей проміжний продукт обміну виступає в якості попередника аскорбінової кислоти:
З представленого малюнка видно, що заключна реакція процесу освіти аскорбінової кислоти каталізується ферментом гулонолактоноксідазой. Важливо зауважити, що цей ензим відсутній в організмі людини, морської свинки і деяких приматів. Тому аскорбінова кислота у них проявляє властивості вітаміну і є незамінним компонентом їжі.
Для забезпечення синтезу глюкуронової кислоти і вітаміну С зазвичай використовується невелика частка внутрішньоклітинного пулу глюкози. Однак значення цього шляху метаболізму важко переоцінити.
Синтез глюкози в тваринних і рослинних організмах відбувається різними шляхами. Найбільш ефективним шляхом утворення глюкози в рослинах є фотосинтез.
Синтез глюкози в рослинах забезпечується енергією поглинається світла і відбувається під час темнової стадії фотосинтезу в циклі Кальвіна (рис. 85). У тварин організмах глюкоза утворюється в процесі глюконеогенезу. В процесі глюконеогенезу і перетворень в циклі Кальвіна зустрічається багато однакових ферментативних реакцій, що забезпечують обіг необоротних реакцій гліколізу.
Глюконеогенез являє собою процес синтезу глюкози з неуглеводістих з'єднань. Як попередників глюкози можуть виступати молочна і піровиноградна кислоти, гліцерин, гликогенние амінокислоти (аланін, серин, цистеїн, треонін і ін.) І проміжні продукти циклу Кребса.
Глюконеогенез і гліколіз є антагоністичними шляхами метаболізму (рис. 95). У них використовується ряд однакових ферментативних реакцій (фосфоглюкоізомеразная, альдолазная, глицеральдегид-3-фосфатдегідро-геназная і ін.), Які представляють собою оборотні реакції гліколізу.
Разом з тим глюконеогенез не представляє собою просте звернення гліколізу. У процесі гліколізу виділяються три незворотні ключові реакції (гексокіназну, фосфофруктокіназная і піруваткіназная), для яких в глюконеогенезі існують специфічні обхідні шляхи. Перетворення проміжних продуктів обміну в цих шляхах катализируются ключовими ферментами глюконеогенезу.
На рис. 96 представлений механізм утворення глюкози з піровиноградної кислоти. З представленого малюнка видно, що в глюконеогенезі існують три обхідних шляху незворотних реакцій гліколізу.
Малюнок 95 - Взаємовідносини процесів гліколізу і глюконеогенезу з
піровиноградної кислоти (ФЕПКаза - фосфоенолпіруваткарбоксікіназа)
Перший обхідний шлях пов'язаний з перетворенням піровиноградної кислоти в фосфоенолпіруват. Він здійснюється в кілька етапів. Перший з них відбувається всередині мітохондрій, де під впливом ферменту піруваткарбоксілази, відбувається утворення оксалоацетата з пірувату:
Піруваткарбоксілази є біотінзавісімим аллостерическим ферментом. Як його активатора виступає ацетил-КоА.
Усі наступні перетворення проміжних продуктів глюконеогенезу протікають в цитоплазмі клітини. Разом з тим внутрішня мітохондріальна мембрана непроникна для оксалоацетата. Його перенесення з мітохондрій в цитозоль клітини забезпечується специфічною системою транспорту (рис. 92).
Малюнок 96 - Механізм перенесення оксалоацетата з мітохондрій в цитозоль (МДГ мт - мітохондріальна малатдегідрогеназа,
МДГ цит - цитоплазматична малатдегідрогеназа,
ГДК - переносник дикарбоксилат)
Як видно з наведеної схеми, в мітохондріальному матриксе відбувається відновлення оксалоацетата в малатдегідрогеназной реакції. Новоутворена при цьому яблучна кислота транспортується через внутрішню мітохондріальну мембрану за допомогою переносника дикарбоксилат. Опинившись в цитоплазмі, вона знову окислюється в оксалоацетат в реакції, що каталізується цитоплазматичної малатдегідрогеназа
У цитоплазмі оксалоацетат вступає в реакцію, яка каталізується ферментом фосфоенолпіруваткарбоксікіназой (ФЕПКазой):
З представленого рівняння видно, що процес утворення фосфоенолпіравата з оксалоацетата є енергозалежною. Для його забезпечення потрібна молекула ГТФ.
Другий обхідний шлях глюконеогенезу пов'язаний з перетворенням фруктозо-1,6-дифосфата у фруктозо-6-фосфат. Він каталізує ключовим ферментом глюконеогенезу-фруктозо-1,6-дифосфатази, яка відноситься до класу гідролаз:
Утворився фруктозо-6-фосфат потім в фосфоглюкоізомеразной реакції перетворюється в глюкозо-6-фосфат.
Третій обхідний шлях глюконеогенезу пов'язаний з перетворенням глюкозо-6-фосфату в вільну глюкозу. Він каталізує глюкозо-6-фосфатазою:
Глюкозо-6-фосфатаза присутня не в усіх тканинах внутрішніх органів тварин. Найбільш активна вона в кірковому шарі нирок, печінки і слизовій оболонці тонкого кишечника. В інших органах глюкозо-6-фосфатаза відсутній. Тому процес глюконеогенезу в них не відбувається.
Підсумовуючи уявлення про глюконеогенезі, можна уявити балансове рівняння цього процесу в наступному вигляді:
Як видно з балансового рівняння, новоутворення глюкози в тваринних клітинах вимагає значних енергетичних витрат. При синтезі молекули глюкози з піровиноградної кислоти споживається шість молекул макроергічних фосфатів (АТФ і ГТФ) і дві молекули відновленого НАД. У зв'язку з цим глюконеогенез може відбуватися тільки при досить високому рівні енергетичного забезпечення клітин.
Іншим важливим джерелом глюкози є гомополісахаріди, представлені в рослинних клітинах крохмалем, а в тварин - гликогеном. Обидва ці полісахариди являють собою легко мобілізіруемую запасну форму глюкози.
Розпад крохмалю і глікогену відбувається за допомогою однакових механізмів.