Механизм сопряжения дыхания и фосфорилирования в митохондриях 4 страница

3. Бесхлорофильнын фотосинтез

Бесхлорофильиый фотосинтез обнаружен у солелюбивых бактерий, имеющих фиолетовый светочувствительный пигмент. Этим пигментом оказался белок бактериородопсин, содержащий, подобно зрительному пурпуру сетчатки — родопсину производное витамина А — ретиналь. Бактериородопсин, встроен­ный в мембрану солелюбивных бактерий, образует на этой мембране в ответ на поглощение ретин ал ем света протонный потенциал, преобразующийся в АТФ. Таким образом, бактериородопсин является бесхлорофнльным преобра­зователем энергии света.

4. Фотосинтез и внешняя среда

Фотосинтез возможен только при наличии света, воды и диоксида углерода. КПД фотосинтеза не более 20% у культурных видов растений, а обычно он не превышает 6—7%. В атмосфере примерно 0, 03% (об.) CO_s, при повыше­нии его содержания до 0, 1%' интенсивность фотосинтеза к продуктивность растений- возрастают, поэтому целесообразно подкармливать растения гндро- карбонатами. Однако содержание СО_г в воздухе выше 1, 0% оказывает вред­ное действие на фотосинтез. За год только наземные растения усваивают 3% всего С0₂ атмосферы Земли, т. е. около 20 млрд. т. В составе синтезируемых нз С0₂ углеводов аккумулируется до 4 • 10¹⁸ кДж энергии света'. Это соответ­ствует мощности электростанции в 40 млрд. кВт. Побочный продукт фотосин­теза— кислород—жизненнд необходим для высших организмов и аэробных микроорганизмов. Сохранить растительный покров — значит сохранить жизнь на Земле.

В. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ

ГЛАВА 17. ОБМЕН УГЛЕВОДОВ

Превращение углеводов в тканях организма складывается из ферментативных процессов, ведущих к распаду углеводов (катаболнческие пути) или их синтезу (анаболические). В ходе распада углеводов освобождается энергия или обра­зуются необходимые для других биохимических процессов промежуточные продукты. Синтез углеводов служит для восполнения запасов резервных полисахаридов или обновления структурных углеводов. Мощность различных путей обмена углеводов в тканях и органах определяется наличием в них соответствующих ферментов.

пентозофосфатный цикл называют циклом Варбурга—Диккенса—Хорекера— Энгельгардта.

Пентозофосфатный цикл представляет собой полиферментную систему, где важным промежуточным продуктом, судя по названию, служат пентозо- фосфаты. Этот цикл является как бы ответвлением, или шунтом, гликолиза на стадии глюкозо-б-фосфата.

Пентозофосфатный цикл

Для протекания всех стадий пентозофосфатного цикла требуется не менее трех молекул глюкозо-б-фосфата. Рассмотрим отдельные реакции этого цикла.

1. Дегидрирование глюкозо-6-фосфата — реакция, направляющая глю- коэо-6-фосфат по пентозофосфатному пути, катализируется гмокозо-6-фосфат- дегидрогенаэой по уравнению (для полного описания циклического процесса в уравнениях реакций сразу используем три молекулы глюкозо-6-фосфата)

Дегидрогеназа глюкозо-б-фосфата — димер с молекулярной массой около 135 ООО. Имеется 7—8 изоферментов этого фермента, разделяющихся при электрофорезе. Особенностью этой реакции является образование НАДФ • Н₂. Равновесие реакции сильно сдвинуто вправо, потому что образующийся лак- тон или спонтанно, или с участием лактоназы гидролизуется.

2. Гидролиз 6-фосфоглюконолактоца с образованием 6-фосфоглюконата:

Н, С—ОРО, Н₂

б.фосфоглоюмт

3. Дегидрирование 6-фосфоглюконата с образованием рнбулозо-5-фосфа-

та. Эта реакция катализируется 6-фосфоглюконат-дегидрогеназой по урав­нению

соон

I

н—с—он

I

3 но—с—н

н—< j: —он

н—с—он

I

н₂с—ого₃н₂

& -фосфоглююмат

Равновесие реакции сдвинуто вправо. б-Фосфоглюконат-дегидрогеназа—ди- мер с молекулярной массой около 100 000. Имеется несколько изоферментов этой дегидрогеназы. Особенность реакции состоит в том, что при дегидриро­вании образуется нестойкое промежуточное соединение, которое на поверх­ности этого же фермента декарбоксилируется. Это вторая реакция окисления в пентозофосфатном цикле, приводящая к образованию НАДФ • Н₂, поэтому превращение глюкозо-6-фосфата до рибулозо-5-фосфата принято называть окислительной фазой пентозофосфатного цикла. Фаза от рибулозо-5-фосфата до образования вновь глюкозо-6-фосфата называется неокислительной или анаэробной фазой этого цикла.

4. Взаимопревращение, или изомеризация, пеитозофосфатов. Рибулозо- 5-фосфат может обратимо изомеризоваться в другие пентозофосфаты — кси- лулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат. Катализируют эти реакции два разных фермента — пентозофосфат-эпимераза и пентозофосфат-изомераза по урав­нениям:

н, с—он н„с—он

< i-o < i-o

I П«атсаофосфат I Певтоаофосфат- |

2 НО—С—H миррам, 3 Н—С—ОН иомерам _{| Н}—С—ОН

н—(?: —он н—(?: —он н—<!: —он

—■ OPOjHJ Hjti—opOjHj Hjd—OPOJHJ

D - ксилулоэ о -S -фосфат D- р кбул оао-5-фосфат

D -ревою- 5-фосфат

I

н—с—он

Образование из рибулозо-5-фосфата двух других пеитозофосфатов — рибозо 5-фосфата и ксилулозо-5-фосфата необходимо для последующих реакций цик­ла. Причем требуется две молекулы ксилулозо-5-фосфата и одна молекула рнбозо-5-фосфата.

5. Перенос гликодевого альдегида с ксилулозо-5-фосфата на рнбозо-5- фосфат, или первая трансхетолазнан реакция. В следующей реакции, катали­зируемой транскетолазой, используются образовавшиеся в предыдущей реак­ции пентозофосфаты (в рамку взят переносимый фрагмент):

Н₂С—ОН! н—с-о! с = о!

I I 1 ^и-т—

__с=о_ | Н—с—он но—с—н н—с=о

1—1—Н 4- H-tt—ОН Jfygszy'??, Н-С—ОН + н-с—о. 1-е—он н-^-он ^{м? 1+} H-d-ои H_s< i-o.

Hjd—opo, Hj н, с—.оро, н, н—с!; —он

i

hjc—0p0₃h_{s dmime}

В транскетолазной реакции расходуются молекулы рибозо-5-фосфата и одна из двух молекул ксилулозо-5-фосфата. Другая молекула используется позд­нее, во второй транскеголазной реакции.

Транскетолаза — димер с молекулярной массой 140 000. Коферментом ее является тиаминдифосфат. Реакция требует ионов Mg²⁺. Оба продукта транскетолазной реакции используются на следующей стадии цикла в качест­ве субстратов.

6. Перенос дигидроксиацетонового фрагмента с седогептулозо-7-фосфата на глицеральдегид-3-фосфат. Эта обратимая реакция катализируется траке- альдолазой по уравнению

> Н₂С—он

; Lo.

Н—С—он

I

н—с—он I

н-с—он h_s< -; —opo₃h_s

н₂с—он]

и!

но—d: —н J н—J—он

н—с—он I

hjc—орозн,

13 фруктозе 6-фосфаг

H—С = 0

н—d—он ^h н—(!: —он н₅с—ор6, н_}

Трансальдолаза — димер с молекулярной массой около 70 000. Молекула фруктозо-6-фосфата, образующаяся в этой реакции, подключается к глико­лизу, а эритрозо-4-фосфат используется как субстрат для последующих стадий цикла.

7- Перенос гликолевого альдегида с ксилулозо-5-фосфата на эритрозо-4- фосфат, или вторая транскетолазная реакция. Эта реакция сродни первой транскетолазной реакции и катализируется тем же ферментом. Отли­чие ее в том, что акцептором гликолевого альдегида служит эрнтрозо- 4-фосфат:

U--Q

-j- ^J н—d; —.

НО—С—Н + I Tp.Hci_tCTG_< .»»_t НО—С—Н I

I H-d-он " ------ I + н-с-

н—С—ОН I н—С—г-

I HtC—OPO.H, I

H_SC—OPOjH, Н—С—<

Hi-

5-фосфат Дмфаг' HjC—OPOjHj

Фруктозо-б-фосфат и глнцеральдегид-3-фосфат подключаются к гликолизу.

Следовательно, в ходе реакций, катализируемых собственно ферментами пеитозофосфатного цикла, из трех молекул глюкозо-6-фосфата образуется две молекулы фруктозо-6-фосфата, одна молекула глнцеральдегнд-3-фосфата и три молекулы диоксида углерода. Кроме того, образуется шесть молекул НАДФ • Н₂. Суммарное уравнение пеитозофосфатного цикла:

ЗГлюкоэо-6-фосфат + 6НАДФ⁺ -*■ 2Фруктозо-6-фосфат + Глицеральдегвд-З-фосфат +

+6НАДФ-Ц + 3CO_s

Взаимосвязь пеитозофосфатного цикла и гликолиза

Оба пути превращения углеводов тесно связаны (рис. 49). Продукты пеитозо­фосфатного пути — фруктозо-б-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат — явля­ются также метаболитами гликолиза, поэтому они вовлекаются в гликолиз и превращаются его ферментами. Две молекулы фруктозо-6-фосфата могут регенерироваться в две молекулы глюкозо-6-фосфата с помощью глюкозо- фосфатнзомеразы — фермента гликолиза. В этом случае пентозофосфатный

Рис. 49. Схема интеграции вентозофосфатиого шунта с гликолизом

путь выглядит как цикл. Другой продукт — глнцеральдегид-3-фосфат, вклю­чившись в гликолиз, превращается в анаэробных условиях в лактат, а в аэробных сгорает до С0₂ и Н₂0. Нетрудно подсчитать, что прн превращении глицеральдегид-3-фосфата до лактата образуется две молекулы АТФ, а при сгорании до С0₂ и H_sO — 20 молекул АТФ. Следовательно, в физиологиче­ских условиях, когда пентозофосфатный путь превращения углеводов подклю­чен к гликолизу, можно выразить суммарные уравнения превращения глюкозо- б-фосфата через пентозофосфатный цикл. В анаэробных условиях: 3 Г лю козо- б • фосф ат 4-6НАДФ ⁺ + 2Ф„-»- 2Глюкозо-б-фосфат+Лактат + 2АТФ + 6НАДФ • Н₈+ЗСО, В аэробных условиях: 3 Гл ю козо-6 -фосфат+6НАД ф ⁺ + 20АДФ + 20Ф, -»-

-»- 2Г л нжозо-6-фосфат + 6НАДФ -Н, + 6COj+6Н, 0+20АТФ Казалось бы, энергетическая ценность Такого превращения глюкозо-6-фосфа- та через пентозофосфатный цикл ниже, чем по пути аэробного гликолиза (ведь последний дает максимум 38 молекул АТФ). Однако нужно учесть, что большая доля энергии аккумулируется в НАДФ • Н₂. Энергетически б моле­кул НАДФ • Н_г равнозначны! 8 молекулам АТФ. Следовательно, энергетиче­ский эффект тот же.

Биологическая функция певтоэофвсфагиого цикла

Биологическая функция пентозофосфатного цикла связана с производством двух веществ —- НАДФ • Н₂, являющегося «восстановительной силой» при синтезе различных веществ, и метаболита — рибозо-5-фосфата, использующе­гося как строительный материал в синтезе различных веществ (см, рис. 52). Перечислим его основные функции:

1) амфкболнческая— ои яаляется путем распада углеводов и одновре­менно веществ, используемых в синтетических реакциях (НАДФ • Н₂ и рибо- зо-5-фосфат);

2) энергетическая, так как при подключении его продуктов (глицераль- дегид-3-фосфат) к гликолизу образуется энергия;,.

3) синтетическая — основная функция, связанная с использованием НАДФ • Н_г и рибозо-5-фосфата.

НАДФ • Н₂ используется: 1) в обезвреживании лекарств и ядов в моно- окснгеназной цепи окисления эидоплазматической сети печени;

2) в синтезе жирных кислот и других структурных и резервных липидов;

3) в синтезе холестерина и его производных — желчных кислот, стероид­ных гормонов (кортикостероиды, женские н мужские половые гормоны), витаминов D;

4) в обезвреживании аммиака при восстановительном аминировании.

Рибозо-5-фосфат используется в синтезе гистидина, нуклеозидов н нук­леотидов (нуклеотндмоно-, ди- н трифосфатов), нуклеотидных коферментов (НАД, НАДФ, ФАД, КоА) и полимерных производных нуклеотндов — поли- нуклеотидов (ДНК, РНК, коротких олигонуклеотидвв).

Пентозофосфатный путь превращения углеводов активен прежде всего в тех органах и тканях, в которых требуется интенсивное использование НАДФ • Н₂ в реакциях восстановительных синтезов и рибозо-5-фосфата в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Поэтому высокая активность этого пути отмечается в жировой ткани, печени, ткани молочной железы, особенно в период лактации.(так как необходимо синтезировать жир молока), над­почечниках, половых железах, костном мозге, лимфоидвой ткани. Относитель­но активны дегидрогеназы пеитозофосфатного шунта в эритроцитах. Низкая активность его наблюдается в мышечной ткани (сердце, *скелетная мышца).

2. Биосинтез углеводов в⁴ тканях

В тканях и органах человека н животных происходит синтез углеводов. Поскольку исходной структурной единицей для образования других ^М|> чп- сахаридов и для сборки полисахаридов является глюкоза, рассмотрим воз­можные пути синтеза глюкозы в тканях и органах. На образование глюкозы из веществ неуглеводной природы указывает тот факт, что при длительном голодании (в лечебных целях или крайних жизненных ситуациях) углеводные запасы резервных нолисахаридов быстро расходуются, а глюкоза в крови цир­кулирует, снабжая ткани, особенно мозг, энергией.

Глюконеогенез

Синтез глюкозы из неуглеводных источников называется глкнчонеогенезол или новообразованием глюкозы. Он возможен не во всех тканях организма. Главным местом глюкоаеогенез.а является печень. В меньшей степени он про­текает в почках, слизистой кишечника.

Механизм глкжонеогенеза. Поскольку в гликолизе имеются три энергети­чески необратимые стадии на уровне пируваткиназы, фосфофруктокиназы и гексокиназы, то образованна глюкозы нз простых неуглеводных веществ, например пирувата или лактата, путем обратного гликолиза («снизу вверх>) невозможно. Необходимы обходные реакции.

Первый обходный путь при синтезе глюкозы связан с-образова- нием фосфоенолпирувата из пирувата в обход пируваткиназы. Он катализиру­ется двумя- ферментами. Сначала пируват превращается в оксалоацетат. Реакция происходит в митохондриях, куда проникает пируват, и катализиру­ется- пируваткарбоксилазой по уравнению

СН_а—С—СООН + НСО7 + АТФ ^П»Р> 1«™»Р^Я°'^Ц; '" «³% НООС—СН; —С—СООН + АДФ + н₈го₄

Этот фермент в качестве кофактора, как и все ферменты, усваивающие COj, содержит биотин. Оксалоацетат поступает из митохондрий в цитоплазму, где протекает глюконеоген$э. В цитоплазме оксалоацетат превращается в фосфо- енолпируват в реакции, катализируемой фосфоеяолпнруват-карбоксилазой:

НООС—CHj—С—СООН -1- ГТФ(АТФ) —, СН, - С—СООН + ГДФ (АД Ф) +СО, О POjHJ

Равновесие реакции сдвинуто вправо. Источником фосфатных групп служит главным образом ГТФ, но может быть и АТФ.

От фосфоенолпирувата до фруктозо-1, 6-бисфосфата все реакции гликоли­за обратимы, поэтому образовавшиеся молекулы фосфоенолпирувата исполь­зуются для образования фруктозо-1, 6-бисфосфата теми же ферментами гли­колиза.

Второй обходный путь связан с образованием из фруктозо-1, 6- бисфосфата фруктозо-6-фосфата в обход фосфофруктокиназной реакции. Ре­акция катализируется фруктоэо-бисфосфатаэой:

Ф р уктозо-1.6-6 и сф Осф ат + Н ₈0 висфосфатчз» фр_уктс)30.6-фосфат + Н₃РО,

Реакция необратимо сдвинута вправо. Фруктозо-б-фосфат изомеризуется в глюкозо-б-фосфат с помощью глюкозофосфатизомеразы.

• Третий обходный суть связан с образованием из глюкозо-б- фосфата свободной глюкозы в обход гёксокиназной реакции. Эта реакция катализируется глюкозо-6-фосфатаэой:

Гл ю коз о- 6-фосф at + H_sO Глюком-6-фосфмм» Глюкоза -с Н, Р0₄

Свободная глюкоза, образующаяся в этой реакции, поступает нз ткани в кровь. Общая схема глюконеогенеза из пирувата предстаалена на рис. 50. На примере глкжонеогенеза можно видеть экономичность организации путей обмена, поскольку помимо четырех специальных ферментов глкжонеогенеза: пнруваткарбоксилазы, фосфопируваткарбокснлазы, фруктозо-бисфосфатазы и глюкозо-6-фосфатазы для новообразования глюкозы используются отдель­ные ферменты гликолиза.

Неуглеводные источники для глкжонеогенеза. Субстратами для синтеза глюкозы служат не только пируват или лактат, поступающие в печень и почки, но и другие неуглеводные соединения. Согласно схеме глюконеогенеза (см. рис. 50), можно предсказать, что все вещества неуглеводной природы, которые превращаются или в один из метаболитов гликолиза (первая группа веществ), или в пируват (вторая группа), или в оксалоацетат (третья груп­па), являются потенциальными источниками новообразования глюкозы. К.ве­ществам первой группы можно отнести глицерин, который превращается в днгидроксиацетонфосфат, а далее в зависимости от условий идет по пути глюконеогенеза или по пути гликолиза. Вовлечение глицерина в глюконе'огеиез происходит по схеме

ГлИЦеролфосфокмнам

1) Глицерин > о -Г л и иеролфосф ат

АТФ АЛФ

а -Глмиеролфосфатлегиарогеиго

2) о -Г ли иеролфосф а т..—. * д и гид роке и ацетон фосфат

f* ^

НАД НАД-Н+Н ⁺

Далее дигияроксияцетонфосфат используется в синтезе глюкозы.

К субстратам глюконеогенеза можно отнести и кислоты цикла Кребса, которые превращаются в оксалоацетат (вещества третьей группы). Однако главными источниками глюконеогенеза являются аминокислоты, превращаю-

Рнс. 50. Схема глюконеогенеза

щнеся и в пируват, и в оксалоацетат, а следовательно, и в глюкозу. Амино­кислоты, участвующие в новообразовании глюкозы, называются гликогенны- ми. К ним относятся все белковые аминокислоты, кроме лейцина.

Биосинтез гликогена

(г л и ко ген огеяез)

Синтез гликогена осуществляется во всех клетка^ организма (может быть, исключение составляют эритроциты), но особенно активно о~н протекает в скелетных мышиах и печени. Реакция распада гликогена, катализируемая гликогенфосфосфорилааой, почти необратима, поэтому она не участвует в синтезе гликогена. Возможно два варианта его синтеза. Один заключается в наращивании глюкозных единиц иа существующий фрагмент гликогена (за­травка гликогена), а другой начинается с молекул глюкозы. Источником остатков глюкозы при синтезе гликогена служит активная форма ее — уридни- дифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза), которая образуется из глЮкозо-1-фосфота и УТФ с участием фермента глюкозо-1-фосфат-уридиАТрансферазы по урав­нению

Глюкозо-l-фосфат + утФз* УДФ-глюкоза +Н₄Р_аО_т

На следующей стадии происходит перенос остатка глюкозы с УДФ-глюкозы на затравку гликогена с помощью фермента гликогенсинтетазы:

УДФ-глюкоза + (Глюкоза)„-> -УД Ф +■ (Глюкоэа)„+1

Причем гликогеисинтетаза катализирует образование только а-I—4-гликозид- ных связей. «Ветвящий» фермент — амило- (а-1, 4 -*■ а-1, б)-трансгликозилаза переносит короткие фрагменты (по 2—3 глюкозных остатка) с одного участка гликогена на другой и образует а-1 -»6-гликозидные связи (точки ветвле­ния). Путем чередования действия этих двух ферментов наращивается моле­кула гликогена.

Если синтез начинается с молекул глюкозы, то сначала происходит пе­рекос остатков глюкозы с УДФ-глюкозы на промежуточный акцешир — Оили- холфосфат (полипренолфосфат). На долихолфосфате синтезируется олигоса- харид, который затем переносится на белок. Достраивание олигосахаридных цепей до молекулы гликогена происходит так же, как и в первом варианте. О приемлемости второго варианта синтеза гликогена говорит то, что гликоген всегда связан с небольшим количеством белка.

Взаимоотношение процессов синтеза и распада гликогена. Гликогеисин­тетаза существует в двух формах, переходящих одна в другую. Фосфорилиро- ванная, или неактив(шя, форма ее называется гликогеисинтетаза D, нефос- форилированная, или активная, форма — гликогеисинтетаза I. Переход из од­ной формы в другую осуществляется с помощью двух ферментов — киназы гликогенсинтетазы (1) и фосфатазы гликогенсинтетазы (2) по уравнениям:

АТФ АД»

Гликогеисинтетаза I i Глигогенсинтепм D

(неф осф ори ли ро-, ^ ' —•**" < ф осф ор или ро ванн ы й МННЫЙ фермент) f 2 фермент)

К, Р0₄

Процессы синтеза и 'распада гликогена в клетках регулируются благодаря включению механизмов фосфорилирования ключевых ферментов обмена гли­когена — гликогенсинтетазы и гликогёнфосфорнлазы. Активация аденилатци- клазы (например, под действием адреналина или глюкапона) приводит к об­разованию цАМФ, запускающего «каскадный» механизм фосфорилирования гликогенсинтетазы н гликогёнфосфорнлазы, что приводит, к образованию неактивной (фосфорилированной) гликогенсинтетазы D и активной (фосфори- лированНой) гликогёнфосфорнлазы А. Эта ситуация благоприятствует распаду гликогена. Напротив, включение механизма дефосфорилирования указанных ферментов с помощью фосфопротендфосфатазы приводит к образованию не­активной гликогёнфосфорнлазы В н активной гликогенсинтетазы I, что спо­собствует синтезу, а не распаду гликогена.

Биосинтез других олнгосахаридов и полисахаридов

Гомо- и гетерополисахариды входят в качестве углеводного компонента в плазменные и структурные гликопротеиды млекопитающих. Эти углеводы образуются из небольшого ассортимента моносахаридов: галактозы, маннозы. N-ацетилглюкозамина, N-ацетилгалактозамнна, фукозы, ейаловой кислоты. Полисахариды соединительной ткани содержат глюкуроновую кислоту, ндуро- новую кислоту, ксилозу и сульфатированные производные N-ацетил глюкоза- мина или N-ацетилгалактозамина. Для сборки этих гомо- и гетерогликанов необходимы активированные формы моносахаридов в виде нуклеозидфосфат- производных моносахаридов. - Для синтеза используются УДФ-производные глюкозы, галактозы, N-ацетилглюкозамина, N-ацетилгалактозамина, глюкуро- новой кислоты и ксилозы; ГДФ-производные макнозы и фукозы; ЦМФ-произ- водные сиаловой кислоты. Образование большинства нуклеозидфосфатсаха- ров происходит путем взаимодействия моносахаридов или их производных с соответствующими нуклеозидтрифосфатами. В некоторых случаях образова­ние одних моносахаридов из других происходит в составе нухлеознддифосфат- сахаров. Например, из УДФ-глюкозы образуется УДФ-глюкуроновая кислота и УДФ-ксилоза:

УДФ-глюкоза—^^ УДФ-глюкуроновая кислота ■ ^ > УДФ-ксило»

2ЧАД ⁺ 2 Н АЛ-Н 2 СО]

Из ГДФ-маннозы'образуется ГДФ-фукоза:

ГДФ-манном ГДФ-фукоза + HjO

НАДФ' НАДФ Н₂

Следует отметить, что, например, УДФ-глюкуроновая кислота образуется в тканях не только для синтеза полисахаридов, но и для обезвреживания и выведения токсических или бесполезных для организма веществ и чужеродных соединений, попадающих в организм.

Синтез олигосахаридов происходит с участием специфических еликозил• трансферов, от разнообразия и специфичности действия которых в каждой клетке зависит образование того или иного типа гомо- или гетероглнкаяа. Гликозилтрансферазы связаны в клетках с мембранами эндоялазматической сети или аппарата Гольджи, где и происходит наиболее активно сборка олигосахаридов. Первоначально сборка, очевидно, идет на молекуле полипре- нолфосфата, на который гликозилтрансферазы последовательно переносят моносахарндные остатки от нуклеозидфосфатсахаров. Затем синтезированный олигосахарид переносится на белок с образованием гликопротеидов. Возмож­ны сразу перенос гликозильных остатков и сборка олиго- и полисахаридов ма белковой основе.

3. Регуляция обмена углеводов в организме

Интенсивность рассмотренных путей превращения углеводов в разных тканях организма неодинакова и определяется особенностями обмена каждой ткани и органа. Однако в условиях целого организма некоторая специализация путей превращения углеводов -в отдельных тканях удачно дополняет друг друга. Например, при активной мышечной работе требуется энергия, которая первоначально извлекается в ходе распада гликогена до молочной кислоты. Последняя вымывается в кровь, с которой поступает в печеночную ткань, где из нее образуется глюкоза в. ходе глюконеогенеза. Глюкоза из печени с кровью достигает скелетных мышц, где расходуется на образование энергии и откла­дывается в виде гликогена. Этот межтканевый (или межорганный) цикл в обмене углеводов получил название цикла Кори:

Наиболее важное значение для организма имеет поддержание на постоян­ном уровне глюкозы в крови, поскольку глюкоза является основным энергети­ческим субстратом для нервной ткани. В норме содержание глюкозы в крови составляет 3, 3—4, 0 ммоль/л. Повышение ее в крови называется гипергликеми­ей. Если гипергликемия достигает 9—10 ммоль/л. то глюкоза выделяется с мочой, т. е. наступает глюкозурия. Снижение содержания глюкозы в крови называется гипогликемией. Если гипогликемия достигает порядка 1, 5 ммоль/л, то возникает обморочное состояние, а если еще ниже, то повышается возбуди­мость нервной системы вплоть до судорог.

Для понимания механизма регуляции уровня глюкозы в крови необходи­мо рассмотреть процессы, которые способствуют его повышению» или пониже­нию (рис. 54).

Процессы, ведущие к гипергликемин:

J) всасывание глюкозы из кишечника (пищевая гяпергликемня);

2) распад гликогена до глюкозы (как правило, в печени);

3) глюконеогенез (в печени и почках).

Процессы, ведущие к гипогликемии:

1) транспорт глюкозы из крови в ткани и окисление ее до конечных продуктов;

2) синтез из глюкозы гликогена в печени и скелетных мышцах;

3) образование из глюкозы триацнлглицерина в жировой ткани.

Прием углеводов с пищей вызывает скоропреходящую (через 1—2 ч) ги­пергликемию, а иногда и глюкозурию. Голодание приводит к мобилизации запасов гликогена в печени и скелетной, мышце, что препятствует развитию гипогликемии, но лишь.» течение нескольких часов. Затем при продолжи­тельном голодании уровень глюкозы поддерживается только благодаря ново­образованию глюкозы, главным образом за счет аминокислот белков, распа­дающихся в тканях. По существу, резер­вами белков, расходующихся на образо­вание глюкозы, определяется потенциаль­ная возможность выдержать срок голо­дания.

Уровень глюкозы в крови находится под контролем нервно-гормональных ме­ханизмов. Возбуждение симпатического отдела вегетативной нервной системы повышает уровень глюкозы в крови, а парасимпатического, — снижает. Единст­венным гормоноц снижающим содержа­ние глюкозы, является инсулин. Он сти­мулирует все три процесса усвоения глю­козы (транспорт внутрь клеток и ее

9—271

распад, синтез гликогена, синтез триацилглицерина из глюкозы в жировой ткани). Все остальные гормоны повышают уровень глюкозы, поэтому их иногда называют контринсулярными. К ним относятся адреналин, глюкагон, тироксин и трииодтиронин, соматотропин (стимулируют распад гликогена), глюкокортикоиды (стимулируют глюконеогенез).

ГЛАВА 18. ОБМЕН ЛИПИДОВ

В тканях организма происходит непрерывное обновление липидов. Основную массу липидов тела человека составляют триацнлглицерины, которые имеются в виде включений в большинстве тканей, но особенно ими богата жировая ткапь, почти полностью состоящая ич трианилглицеринов. Поскольку они играют энергетическую роль, то процессы обновления трнглицеридоа (период полупревращения их в разных органах колеблется от 2 до 18 сут) связаны с мобилизацией и депонированием их в процессе образования энергии.

Сложные липиды (фосфолипиды, сфинголипиды, гликолипиды, холесте­рин и его эфиры), входящие в состав биологических мембран, обновляются ченее интенсивно, чем триацил глицерины. Их обновление связано или с вос­становлением поврежденного участка мембраны, или с заменой «дефектной» молекулы на новую.

Обновление липидов тклней требует предварительного внутриклеточного гидролиза их ферментами.

1. Распад липидов в тканях Внутриклеточный гидролиз липидов Гидролиз триацилглицеринов в тканях осуществляется тканевой триацилгли- церинлипазой, которая гидролизует их на глицерин и свободные жирные кис­лоты. Имеется несколько разновидностей тканевых липаз, отличающихся прежде всего оптимумом рН и локализацией в клетке. Кислая липаза содер­жится в лизосомах, щелочная — в микросомах, нейтральная — в цитоплазме- Характерным свойством тканевой липазы является чувствительность к гормо­нам, которые, активируя аденилатциклазу, вызывают переход неактивной липазы тканей в активную путем фосфорилироваиия с помощью протеинкина- зы, Механизм этот сходен с активированием фосфорилазы В. Под действием липазы происходит мобилизация триацилглицеринов- Этот процесс называется также тканевым липолизом.