ОСНОВНЫЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА УГЛЕВОДОВ

Распад углеводов в организме человека и животных начинается еще в ротовой полости. Полисахариды и олигосахариды распадаются на простые со­единения посредством реакций двух типов: гидролиза и фосфоролиза.

Гидролиз (или расщепление макромолекулы в присутсвии воды) крахмала ускоряется специфическими ферментами — амилазами, относящимися к классу гидролаз. В зависимости от характера фермента гидролитический разрыв эфирных связей меж­ду остатками a-D-глюкопиранозы в молекуле крахмала может происходить до глюкозы, мальтозы или олигосахаридов.

В природе найдено несколько амилаз: a-амилаза, b-амилаза, g-амилаза (глюкоамилаза) и амило-1,6-глюкозидаза.

a-Амилаза (a-1,4-глюкан-4-глюканогидролаза) ускоряет гид­ролиз внутренних a-1,4-гликозидных связей в молекуле крахмала. В качестве основного конечного продукта гидролиза крахмала при участии a-амилазы образуется мальтоза в a-форме. a-Амилаза най­дена у всех видов растений и животных.

b-Амилаза (a-1,4-глюкан-мальтогидролаза) ускоряет гидролиз a-1,4-гликозидных связей, начиная с невосстанавливающего конца молекулы крахмала, последовательно отщепляя остатки мальтозы. Мальтоза, освобождающаяся при гидролизе крахмала под действием b-амилазы, получается в b-форме. Образование последней происходит в момент гидролиза a-гликозидной связи вследствие изменения пространственной конфигурации образу­ющегося гликозидного гидроксила при первом углеродном ато­ме остатка глюкозы. b-Амилаза найдена лишь у высших расте­ний.

g-Амилаза (a-1,4-глюкан-глюкогидролаза, глюкоамилаза) уско­ряет гидролиз a-1,4-гликозидных связей в молекуле крахмала или олигосахаридов, последовательно отщепляя остатки глюкозы от невосстанавливающего конца молекулы.

Амило-1,6-глюкозидаза (амило-6-глюканогидролаза) ускоряет реакцию гидролиза 1,6-связей в молекуле крахмала (амилопектина), т.е. в точках разветвления полиглюкозидной цепи, и образует олигосахариды с тем или иным числом остатков a-D-глюкозы и зависимости от длины отщепляемой боковой цепи. Фермент ха­рактерен для животных тканей, но встречается также у растений и микроорганизмов. Характерной особенностью всех амилаз явля­ется отсутствие абсолютной специфичности действия. Они ускоряют гидролиз различных соединений: амилозы, амилопектина, гликогена и олигосахаридов.

Аналогично крахмалу и гликогену гидролизуются и другие при­родные полисахариды: целлюлоза — при участии фермента целлюлазы, хитин — хитиназы, гепарин — гепариназы и др. Дисахариды, возникающие в ряде случаев при гидролизе полисахаридов (например, мальтоза и целлобиоза) или существующие в орга­низме в свободном виде (лактоза, сахароза, трегалоза и др.), гид­ролизуются при каталитическом воздействии a- и b-гликозидаз до индивидуальных моносахаридов.

Другой путь распада полисахаридов и олигосахаридов — фосфоролиз — наиболее характерен для гликогена. Реакция фосфоролиза заключается в присоединении фосфорной кислоты по месту разрыва гликозидной связи между остатками моносахаридов в мо­лекулах олиго- или полисахаридов.

Реакции фосфоролиза ускоряются специфическими фермен­тами — фосфорилазами (гликозилтрансферазами), причем фосфоролитическому расщеплению подвергаются лишь 1,4-гликозидные связи. Поэтому в случае фосфоролиза, например, амидопектина распад прекращается в точках разветвления молекулы, где имеются 1,6-связи. Дальнейший фосфоролиз будет происходить лишь после расщепления 1,6-связей в остаточном декстрине при посредстве амило-1,6-гликозидазы.

Таким образом, при распаде олиго- и полисахаридов возника­ют свободные моносахариды или их фосфорные эфиры. В дальней­шем обмене моносахаридов участвуют только их фосфорные эфиры, свободные же монозы фосфорилируются, превращаясь в фос­форные эфиры, представляющие собой гораздо более реакционноспособные соединения по сравнению со свободными моноса­харидами.

Фосфорилирование моносахаридов осуществляется при их вза­имодействии с АТФ и ускоряется ферментами — фосфотрансферазами, носящими название киназ. Фосфорилирование глюкозы, например, идет по схеме: глюкокиназа

Глюкоза + АТФ ¾¾¾¾¾¾® Глюкозо-6-фосфат + АДФ.

В природе обнаружено около двух десятков индивидуальных фосфотрансфераз, переносящих остатки фосфорной кислоты от АТФ. Процесс обмена углеводов про­текает через некоторые их формы, занимающие ключевые пози­ции (например, глюкозо-6-фосфат и рибулозо-5-фосфат).

Глюкозо-6-фосфат образуется в организме разными путями, в том числе при фосфорилировании глюкозы, и, за счет изомери­зации (при уча­стии фермента фосфоглюкомутазы) глюкозо-1-фосфата, который образуется в свою очередь в процессе фосфоролиза олиго- и полисахаридов.

Глюкозо-6-фосфат подвергается разнообразным превращениям. В процессе его окислительного распада запасается энергия в мак-роэргических связях АТФ. Кроме того, многие из промежуточ­ных продуктов, образующихся при обмене глюкозо-6-фосфата, используются для синтеза аминокислот, нуклеотидов, глицери­на, высших жирных кислот и т. п.

Катаболизм глюкозо-6-фосфата осуществляется преимущественно двумя путями: дихотомическим (гликолиз), когда на определенной стадии молеку­ла распадается пополам, и апотомическим (пентозофосфатный путь), когда молекула теряет пер­вый углеродный атом.

На рисунке 4.6 показана схема, обобщающая основные пути распада углеводов.

 

 


Рисунок 4.6 - Схематическое изображение путей катаболизма

Полисахаридов

 

Взаимосвязи между путями распада углеводов сложны и опре­деляются как видовыми особенностями, так и условиями жизнедеятельности организмов. Даже в различных тканях и органах од­ного и того же организма соотношения путей распада углеводов могут быть различными. У подавляющего большинства организ­мов аэробный путь распада углеводов в целом превалирует над анаэробным, а дыхание подавляет гликолиз и брожение.

 

Дихотомический путь распада глюкозы (гликолиз)

 

Основным катаболическим процессом деструкции глюкозы в клетках животных и человека является последовательность ряда реакций ее окисления, в результате которых в анаэробных (без участия кислорода) условиях глюкоза превращается в лактат (молочную кислоту), а в аэробных (в присутствии кислорода) – в конечные продукты распада - СО2 и Н2О.

Гликолиз (от «glycys» - сладкий и «lysis» - растворение, распад) – это последовательность ферментативных рекций, в процессе которых глюкоза расщепляется на две молекулы пирувата (аэробный гликолиз), или лактата (анаэробный гликолиз), сопровождаясь выделением энергии АТФ. Ниже приведены реакции анаэробного (1) и аэробного (2) гликолиза с учетом всех стехиометрических коэффициентов:

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 ¾¾¾¾® 2СН3СНОНСООН + 2АТФ + 2Н2О (1)

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + НАД+ ¾¾¾¾® 2СН3СОСООН + 2АТФ +

2О + 2НАДН.Н+ (2)

Разделение на анаэробный и аэробный гликолиз носит чисто условный характер, поскольку первые реакции гликолиза в присутствии кислорода и без него одни и те же, отличия касаются лишь их скорости и конечных продуктов. При недостатке кислорода реокисление НАДН.Н+, образовавшегося в ходе гликолиза, осуществляется путем сопряжения с восстановлением пирувата в лактат, а в аэробных условиях НАДН.Н+ окисляется в ходе кислородзависимого фосфорилирования, результатом которого является образование большого количества АТФ.

В анаэробных условиях гликолиз – единственный процесс в организме животных, растений и микроорганизмов, приводящий к образованию АТФ.

В аэробных условиях реакции гликолиза, остановившиеся на стадии образования пирувата, составляют первую, начальную стадию деструкции углеводов, связанную с циклом трикарбоновых кислот (см. далее).

Весь этап гликолиза протекает в две стадии.

Первая стадия – подготовительная, или стадия активации глюкозы, которая включает пять реакций и завершается расщеплением глюкозы на две молекулы триозы – глицеральдегидфосфата (рисунок 4.7).

На первой стадии гликолиза глюкозо-6-фосфат претерпевает изомеризацию и превращается в b-D-фруктозо-6-фосфат (на схеме реакция 2), который далее фосфорилируется по первому угле­родному атому с образованием фруктозо-1,6-дифосфата (реакция 3). Это ключевая реакция процесса гликолиза, от которой зависит скорость всего гликолиза в целом.

Фруктозо-1,6-дифосфат подвергается далее дихотомическому распаду на две фосфотриозы (фосфоглицеральдегид и дигидроксиацетонфосфат) (реакция 4), превращающиеся друг в друга (на схеме реакция 5).

В дальнейший обмен вступает только 3-фосфоглицериновый альдегид. По мере расходования убыль этого соединения воспол­няется за счет фосфодиоксиацетона, который практически полностью в него превращается. Поэтому из каждой молекулы фруктозо-1,6-дифосфата возникают две молекулы 3-фосфоглицеринового альдегида. Все последующие реакции и их продукты удваиваются!

Вторая стадиястадия генерации АТФ, в которой энергия окислительных реакций трансформируется в энергию химической связи АТФ по механизму реакции субстратного фосфорилирования.

Процесс синтеза бога­той энергией АТФ при непосредственном участии окисляемого субстрата (в данном случае, 3-фосфоглицеринового альдегида) называетсяокисли­тельным фосфорилированием на уровне субстрата.


Первая стадия гликолиза
АДФ
АТФ
(глюкоза)n-1
Фн
АТФ
АДФ
глицеральдегид-3-фосфат
дигидроксиацетонфосфат
фруктозо-1,6-дифосфат
фруктозо-6-фосфат
глюкоза
глюкозо-6-фосфат
глюкозо-1-фосфат
гликоген

 

ф е р м е н т ы: 1 – гексокиназа (глюкокиназа); 1а – гликогенфосфорилаза; 1б – фосфоглюкомутаза; 2 – глюкозофосфатизомераза; 3 – фосфофруктокиназа; 4 – фруктозодифосфатальдолаза

(альдолаза); 5 – триозофосфатизомераза.

Рисунок 4.7 - Реакции гликолиза, гликогенолиза








Дата добавления: 2017-08-01; просмотров: 2661;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.012 сек.