Глюконеогенез

1.

Глюконеогенез
P
P O CH2
H
O
H HO
P O CH2
OH
5
CH2 O P
OH H
H
H2O
O
H HO
OH
P O CH2
H
O OH
H
OH H
H
HO
H OH
CH2OH
OH H
фруктозо-1,6-дифосфат
фруктозо-6-фосфат
HO CH2
H
O OH
H
OH H
H
HO
OH
H
P
H2O
6
глюкоза
глюкозо-6-фосфат
дигидроксиацетон3-фосфат
глюкозо-6-фосфат
глицеральдегид-3фосфат
1,3-дифосфоглицерат
NADH
3-фосфоглицерат
ADP
8
NAD+
NAD
глицерин3-фосфат
HO C H
7
ATP
CH2 OH
HC
1
ATP
NADH
C
GDP
COO-
CH3
CH3
CH2
лактат
пируват
фосфоенолпируват
OH
GTP
1 лактатдегидрогеназа
COO-
4
C O P
O
глюкоза
3
2-фосфоглицерат
COO-
COO-
ADP
+
NAD+
NADH
C
O
CH2
CO2
COOоксалоацетат
цитоплазма
CH2 OH
глицерин
COOC
O
C
2
лактат
аминокислоты
пируват
ATP
O
ADP
COO-
HC
3
CH2
CH3
глицерин
COO-
COO-
CO2
NADH
NAD+
COOмалат
митохондрия
2
пируваткарбоксилаза
[биотин] 6.4.1.1
3
малатдегидрогеназа
1.1.1.37
4
РЕР-карбоксикиназа
4.1.1.32
5
фруктозо-1,6дифосфатаза
3.1.3.11
6
глюкозо-6-фосфатаза
3.1.3.9
7
глицеринкиназа
2.7.1.30
8
глицерин-3-фосфатдегидрогеназа
1.1.1.8
OH
CH2
оксалоацетат
аминокислоты
1.1.1.27
малат

2. Биосинтез глюкозы из неуглеводных предшественников носит название глюконеогенез. Пируват обеспечивает вхождение

предшественников в этот процесс. Глюконеогенез
протекает в основном по тому же пути, что и гликолиз, но в обратном направлении. Три реакции
гликолиза 1, 3 и 10 необратимы, однако в обход этих необратимых реакций в глюконеогенезе
протекают другие реакции с другой стехиометрией, катализируемые другими ферментами. В
глюконеогенезе
участвуют
четыре
фермента:
пируваткарбоксилаза,
фосфоенолпируваткарбоксикиназа,
фруктозо-1,6-дифосфатаза
и
глюкозо-6-фосфатаза,
которые не принимают участие в гликолизе, но обеспечивающие обратимость процесса. Эти
ферменты локализованы преимущественно в печени, где и происходит главным образом
глюконеогенез.
Лактат, накапливающийся в интенсивно работающих мышцах в процессе
анаэробного гликолиза, транспортируется в печень где снова превращается в пируват.
Окисление молочной кислоты происходит при участии лактатдегидрогеназы и кофермента
никотинамидадениндинуклеотида.
NAD+
NADH
COOHO C H
1
COOC
O
CH3
CH3
лактат
пируват
1 лактатдегидрогеназа
1.1.1.27

3. Превращение пирувата в фосфоенолпируват идет при участии двух ферментов: митохондриальной пируваткарбоксилазы и цитозольного

фосфоеноилпируваткарбоксикиназы,
т.е. в двух отдельных субклеточных компартментах – цитозоли и митохондрии.
Первая необратимая реакция глюконеогенеза катализируется митохондриальной
пируваткарбоксилазой, карбоксилирование пирувата с образованием оксалоацетата
происходит
при
участии
СО2,
АТР
и
биотина.
(Пируваткарбоксилаза - аллостерический фермент, активатором которого является
ацетил-СоА ). Однако для оксалоацетата внутренняя мембрана митохондрий непронициема и
пранспорт его в цитоплазму происходит с помощью малатного челночного механизма.
ATP
-
COO
C
O + CO2 + H2O
COO-
ADP
C
2
O
O
+ HO-P-OH
CH2
CH3
OH
-
COO
пируват
оксалоацетат
2
пируваткарбоксилаза
[биотин] 6.4.1.1

4. Превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват под действием ферментов цитозоля и митохондрий. Первый этап синтеза протекает в

митохондриях при участии малатдегидрогеназы,
восстанавливающей оксалоацетат до малата, который свободно выходит из митохондрий в
цитозоль через митохондриальную мембрану. Реакция проходит легко т.к. отношение
NADH/NAD+ в митохондриях относительно велико.
COOC
NAD+
NADH
O
3
CH2
COOHC
OH
CH2
COO-
COO-
оксалоацетат
малат
3
малатдегидрогеназа
1.1.1.37
в митохондрии

5. В цитозоле отношение NADH/NAD+ очень мало и цитоплазматическая малатдегидрогеназа легко вновь окисляет малат до оксалоацетата,

дальнейшие превращения
которого в фосфоенолпируват происходит в цитозоле клетки.
COOHC
OH
CH2
NAD
+
COO-
NADH
C
CH2
3
COO-
O
COO-
малат
оксалоацетат
3
малатдегидрогеназа
1.1.1.37
в цитоплазме

6. Последующие реакции декарбоксилирования и фосфорилирования оксалоацетата протекают при участии GTP:оксалоацетат карбоксилиазы

(фосфоенолпируват карбоксикиназы
GTP и Mg2+ - зависимой). Продуктом реакции является фосфоенолпируват, а СО2 снова
отщепляется. Таким образом, карбоксилирование пирувата в митохондриях имеет лишь
энергетическое значение.
COOC
GTP
GDP
COO-
O
4
CH2
COO-
CO2
оксалоацетат
4
O
CH2
фосфоенолпируват
РЕР-карбоксикиназа
4.1.1.32
COOC
C O P
COO+ ATP + GTP
C O P
CH3
CH2
пируват
фосфоенолпируват
G0 ' = 0,84 кДж/моль
+ ADP + GDP + H3PO4

7. Дефосфорилирование фруктозо-1,6-дифосфата осуществляется высокоспецифическим ферментом, гидролизующим фосфоэфирную связь

P
P O CH2
H
O
H HO
OH
5
CH2 O P
OH H
P O CH2
H2O
фруктозо-1,6-дифосфат
5
фруктозо-1,6-дифосфатаза
3.1.3.11
H
O
H HO
OH
CH2OH
OH H
фруктозо-6-фосфат

8. Глюкозо-6фосфат гидролизуется специфичной фосфатазой и превращается в глюкозу, процесс протекает в печени и позволяет

поставлять глюкозу в кровь
P O CH2
H
O OH
H
OH H
H
HO
H OH
H2O
6
глюкозо-6-фосфат
6
HO CH2
H
O OH
H
OH H
H
HO
H OH
P
глюкоза
глюкозо-6-фосфатаза
3.1.3.9

9. Реакция вовлечения глицерина в метаболизм углеводов

CH2 OH
HC
OH
ATP
ADP
7
CH2 OH
HC
OH
CH2 OH
CH2 O P
глицерин
глицерин3-фосфат
7
глицеринкиназа
2.7.1.30

10. Обратимая реакция кето-альдольной изомеризации продуктов, полученных действием глицерин-3-фосфатдегидрогеназы, и обратимая

реакции образования
фруктозо-1,6-дифисфата, катализируемая гликолитическим ферментом
альдолазой
CH2 OH
C
CH2 OH
HC
NAD+
NADH
O
дигидроксиацетон3-фосфат
CH2 O P
P O CH2
8
OH
CH2 O P
H
CH
глицерин3-фосфат
HC
O
OH
OH
CH2 O P
OH H
глицеральдегид-3фосфат
CH2 O P
8
O
H HO
глицерин-3-фосфатдегидрогеназа
1.1.1.8
фруктозо-1,6-дифосфат

11.

Синтез ди- и полисахаридов
Гликоген
UDP-глюкоза
UDP-глюкоза
Глюкозо-1-фосфат
Глюкозо-6-фосфат
O
HO CH2
HN
O
HO
OH
O
O
O P O P O CH2
OH
OO-
глюкоза
O
O
OH
N
OH
уридиндифосфат
Глюкоза

12.

Синтез ди- и полисахаридов
D-Галактозилтрансфераза
(протеин А)
Лактоза
Лактальбумин
(протеин В)
UDP-галактозил:глюкозогалактозилтрансфераза
HO CH2
HO
O
OH
HO CH2
O
OH
галактоза
UDP-галактоза
+ глюкоза
UDP
Лактоза
O
OH
OH
глюкоза
(H, OH)

13.

Структура гликогена
HO
O
CH2
OH
остатки глюкозы, соединенные
1,4 гликозидной связью
O
HO
HO
O
1,4 гликозидная связь
CH2
OH
OH
HO CH2
OH
O
O
O
восстанавливающий
концевой
мономер
1,6 гликозидная связь
H2C
O
O
O
HO O
HO CH2
остатки глюкозы, соединенные
1,6 гликозидной связью
OH
OH
OH
O
OH
не восстанавливающий
концевой
мономер

14.

Глюкоза
гексокиназа
глюкокиназа
ATP
ADP
Глюкозо-6-фосфат
глюкоза-6-фосфатизомераза
Глюкозо-1-фосфат
UTP
UDP-глюкопирофосфорилаза
PPi
UDP-глюкоза
гликогенсинтаза
Праймер
(олигосахарид)
UDP-глюкоза
UDP
фермент
"ветвления"
амило-1,4->1,6-глюкозилтрансфераза
Гликоген

15.

Гликоген
H3PO4
Глюкозо-1фосфат
Гликогенфосфорилаза
Олигосахаридтрансфераза
Глюкоза
1,6-глюкозидаза
H3PO4
гликогенфосфорилаза
n Глюкозо-1-фосфат
n Глюкозо-6-фосфат