Екатерина Владиславовна Неборак
Диалог с изучающим углеводы
РЕГУЛЯЦИЯ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА
86. Как регулируются глюконеогенез и гликолиз?
Глюконеогенез и гликолиз регулируются реципрокно: когда активность одного из этих путей находится на относительно низком уровне, другой – высокоактивен.
87. Какое значение для организма имеет глюконеогенез?
Глюконеогенез имеет важное значение, потому что метаболизм некоторых тканей, например, клеток головного мозга находится в прямой зависимости от количества глюкозы, являющейся основным источником энергии. При длительном голодании, а также при интенсивной физической нагрузке для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма глюкоза должна синтезироваться из неуглеводных источников.
88. Регуляция какого фермента является самым важным для глюконеогенеза?
Пируваткарбоксилаза является самым важным ферментом, от активности которого зависит уровень глюконеогенеза.
89. Какие другие ферменты могут регулировать глюконеогенез?
Также, регуляторным ферментом является фруктозо-1,6-бисфосфатаза, активность которой ингибируется АМФ. Для фермента гликолиза фосфофруктокиназы АМФ является аллостерическим активатором.
90. Какие ещё существуют пути регуляции глюконеогенеза и гликолиза?
Помимо прямого регулирования глюконеогенеза, существует опосредованная регуляция через изменение активности ферментов, не участвующих в синтезе глюкозы. Например, фермент пируваткиназа существует в двух формах – L и M. Форма L (от англ. liver – печень) ингибируется избытком АТФ и аминокислотами. Форма М (от англ. muscle – мышца) не регулируется. Когда в клетке достаточно высокий уровень энергии, происходит ингибирование L-формы пируваткиназы, и скорость гликолиза замедляется, создавая условия для глюконеогенеза.
91. Какие субстраты являются основными для глюконеогенеза?
Основными исходными субстратами для глюконеогенеза являются пируват и лактат. Плазматические мембраны большинства клеток обладают высокой проницаемостью для лактата и пирувата. Эти соединения легко проникают из активной скелетной мышцы в кровь и переносятся в печень. Лактат в печени окисляется лактатдегидрогеназой (ЛДГ) в пируват, из которого синтезируется глюкоза. Глюкоза из печени поступает в кровь и транспортируется в скелетные мышцы, где окисляется до пирувата или лактата.
92. Каким образом можно представить взаимосвязь процессов синтеза и окисления глюкозы (цикл Кори)?
ГЛИКОГЕНЕЗ
93. Какой процесс называют гликогенезом?
Путь биосинтеза гликогена из глюкозы называется гликогенезом.
94. Что происходит с глюкозой в печени?
В печени глюкоза фосфорилируется, превращаясь в глюкозо-6-фосфат:
95. В какое соединение в печени может превратиться глюкозо-6-фосфат?
Образовавшийся глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат. Эта обратимая реакция катализируется фосфоглюкомутазой.
96. Какой источник энергии, кроме АТФ, необходим для гликогенеза?
Образованный глюкозо-1-фосфат соединяет с УДФ с образованием уридиндифосфатглюкозы УДФ-глюкопирофосфорилаза.
УДФ-глюкопирофосфорилаза в качестве источника энергии использует УТФ.
97. Какой процесс происходит в заключительной стадии гликогенеза?
Непосредственный синтез гликогена осуществляется под действием фермента гликогенсинтазы, которая переносит глюкозу от УДФ-глюкоза и присоединяет её к растущей цепочке гликогена (С6Н12О6)n → С6Н12О6)n+1.
98. Какие связи возникают при непосредственном синтезе гликогена?
Во время синтеза гликогена образуются α-1,4-гликозидные связи. Регенерация УДФ в УТФ совершается при участии АТФ, и образовавшийся УТФ вновь вовлекается в гликогенез.
99. Что служит в качестве затравки для фермента гликогенсинтазы в печени?
В качестве затравки для гликогенсинтазы служит полисахаридная цепь, имеющая связь α –(1, 4) по крайней мере между четырьмя остатками глюкозы.
100. Под действием какого фермента осуществляется ветвление гликогена?
Ветвление гликогена осуществляется под действием фермента амило-1,4→ 1,6-глюкозилтрансферазы.
101. В каких тканях и органах депонируется гликоген?
Гликоген откладывается в основном в печени и мышцах, меньше его в других органах и тканях.
102. Можно ли рассматривать гликоген как резервную форму накопления глюкозы в организме?
Гликоген является резервной формой накопления глюкозы в организме. В случае повышения энергозатрат происходит распад гликогена и образование глюкозы. Распад гликогена в клетках печени, в основном, необходим для поддержания нормального уровня глюкозы в крови. Мышечный гликоген для этой цели не используется, так как в клетках мышц нет фермента глюкозо-6-фосфатазы.
АЭРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ УГЛЕВОДОВ
103. Как можно рассматривать аэробный путь распада глюкозы?
Путь аэробного окисления глюкозы можно представить следующим образом:
Пируват, образовавшийся при окислении глюкозы, не восстанавливается до лактата в аэробных условиях (+О2), а окисляется до СО2 и Н2О.
ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРОВИНОГРАДНОЙ КИСЛОТЫ
104. Какой процесс называют окислительным декарбоксилированием пирувата?
Процесс окисления пирувата до ацетил-КоА называется окислительным декарбоксилированием.
105. Где осуществляется окислительное декарбоксилирование пирувата?
Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты происходит в матриксе митохондрий при участии нескольких ферментов и коферментов. Они представляют мультиферментный пируватдегигидрогеназный комплекс, включающий пять последовательных реакций.
106. Какие ферменты и коферменты входят в пируватдегидрогеназный комплекс?
В пируватдегидрогеназный комплекс входят 3 фермента:
Е1 – пируватдекарбоксилаза (пируватдегидрогеназа);
Е2 – дигидролипоилтрансацетилаза (дигидролипоилацетилтрансфераза);
Е3 – дигидролипоилдегидрогеназа
и 5 коферментов:
• ТПФ
• Амид липоевой кислоты (ЛК)
• Коэнзим-А
• ФАД
• НАД+.
107. Какова последовательность превращений пирувата до ацетил-КоА в пируватдегидрогеназном комплексе?
Механизм окислительного декарбоксилирования пирувата осуществляется по следующей схеме:
108. Какой процесс происходит на первой стадии окислительного декарбоксилирования пирувата?
На 1-й стадии пируват теряет свою карбоксильную группу (декарбоксилирование) в результате взаимодействия с тиаминпирофосфатом (ТПФ) в составе активного центра фермента пируватдекарбоксилазы (Е1).
109. Какой процесс происходит на второй стадии окислительного декарбоксилирования пирувата?
На 2-й стадии гидроксиэтильная группа, связанная с ТПФ, окисляется с образованием ацетильной группы и переносится на липоамид. Реакция катализируется дигидролипоилацетилтрансферазой (Е2).
110. Что происходит на третьей стадии окислительного декарбоксилирования пирувата?
На 3-й стадии ацетильная группа переносится с ацетиллипоамида на коэнзим КоА (HS-КоА), образуя ацетил-КоА, высокоэнергетическое соединение. Этот процесс катализируется также дигидролипоилацетилтрансферазой (Е2).
111. Что происходит на четвёртой стадии окислительного декарбоксилирования пирувата?
На 4-й стадии происходит восстановление окисленной формы липоамида. Реакция катализируется ферментом дигидролипоилдегидрогеназой (Е3).
112. Чем завершается пятая стадия окислительного декарбоксилирования пирувата?
На 5-й стадии этого процесса восстановленный кофермент ФАДН2 дигидролипоилдегидрогеназы передает водород на кофермент НАД+ с образованием НАДН(Н+).
113. Как можно представить суммарную реакцию окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты?
Суммарную реакцию окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты можно представить в следующем виде:
114. Чему равен энергетический эффект окислительного декарбоксилирования одной молекулы пировиноградной кислоты?
При окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты образуется одна молекула НАДН(Н+) (НАДН2). Этот восстановленный кофермент является донором протонов (2Н+) и электронов (2ē) для дыхательной цепи, расположенной на внутренней мембране митохондрий. При прохождении по цепи переноса 2ē происходит синтез 2,5 молекул АТФ из АДФ в процессе окислительного фосфорилирования. Следовательно, энергетический эффект окислительного декарбоксилирования одной молекулы пировиноградной кислоты равен 2,5 АТФ.
115. Обратима ли реакция окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты?
Реакция окислительного декарбоксилирования практически необратима.
116. Что происходит с ацетил-КоА, образовавшимся в процессе окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты?
Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты ацетил-КоА подвергается окислению в цикле трикарбоновых кислот (Кребса).
117. Чем может ингибироваться окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты?
Ингибитором окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты является АТФ. Накопление АТФ в клетке приводит к подавлению активности пируватдегидрогеназного комплекса. Следовательно, происходит прекращение образования ацетил-КоА, необходимого для цикла трикарбоновых кислот.