ы и к системе [АТР]/[AMP]. Относительно небольшие изменения в [NAD ] или [АТР] вызывают относительно большие изменения в [NADH] или [AMP] соответственно и потому приводят к значительному ингибированию или стимуляции гликолиза, глюконеогенеза и синтеза жирных кислот. В стационарном состоянии в нормальной печени преобладает восстановленная форма NADP. Такое отличие от системы NAD/NADH объясняется влиянием концентрации С02 на равновесие реакции, катализируемой малик-ферментом. Рассмотрим те две реакции, которые включают пиридинуклеотиды и пируват (последний участвует в обеих реакциях) , а именно лактатдегидрогеназную реакцию и реакцию, катализируемую малик-ферментом.

[лактат] [NAD+] [пируват] =-щщ-. К,,

[малат] [NADP+] [пируват] = [со2| [NADPHI -?·'

[NAD+]/[NADH] К2 [малат]

[NADP+]/[NADPH| ~ Кг [лактат] [С02] ~УУ U "

Поскольку [NAD+]/[NADH] = 1000, [NADP+]/[NADPH] = 0,01.

7. Второй ряд контрольных механизмов основывается на количествах присутствующих ферментов. В принципе, как отмечалось ранее в этой главе, ферментный набор печени меняется при рождении от такового у органа, адаптированного к достаточному снабжению углеводами и лнпидами, которое обеспечивается плацентой, и получающего энергию путем окисления этого постоянно поступающего топливного материала, к набору ферментов необходимого для установления гомеостаза за счет глюкозы крови. Принципиальные изменения заключаются в появлении глюкозо-6-фос-фатазы, фруктозо-1,6-дифосфатазы, фосфоенолпируваткарбоксики-назы и различных аминотрансфераз (гл. 21) в цитозоле. Во время переходного периода несколько дней после рождения, необходимого для развития этих ферментов в печени, наблюдается критическая зависимость от соответствующего потребности притока углеводов извне.

.598

III. МЕТАБОЛИЗМ

14.7.1. Регуляция гликолиза и глюконеогенеза в условиях голодания

В отсутствие притока углеводов с пищей за счет депонированного в печени гликогена лишь несколько часов может обеспечиваться поддержание адекватной концентрации глюкозы в крови. После этого поступление глюкозы в кровь становится зависимым от глюконеогенеза и включаются внутренние контрольные механизмы, рассмотренные выше. Однако наряду с этим процессы глюконеогенеза и гликолиза находятся и под эндокринным контролем, который определяет количественное содержание отдельных ключевых •ферментов. Во время продолжительного голодания наблюдается усиленная секреция глюкокортикоидных гормонов коры надпочечников (гл. 45); эти гормоны усиливают печеночный синтез фос-фоенолпируваткарбокснкиназы, глюкозо-6-фосфатазы (концентрация которой в этих случаях может превышать норму в 5 раз) н аминотрансфераз (гл. 21). Последние, во-первых, делают возможным увеличение скорости превращения глюконеогенных аминокислот (гл. 23) в такие формы, которые могут поступать в глюко-неогенный поток (пируват, ?-кетоглутарат и оксалоацетат), и, во-вторых, приводят к возрастанию концентрации аланина в печени, что необходимо для ингибирования пируваткиназы. Отметим, что все это те ферменты, которые появляются в периоде, следующем за рождением, и все они могут быть индуцированы прежде времени введением гормонов коры надпочечников.

При голодании секретируются также адреналин (гл. 45) и глю-кагон (гл. 46). Эти гормоны стимулируют образование сАМР с последующим фосфорилированием и инактивацией пируватдегид-рогеназы (разд. 12.2.4). Таким образом, в то время как отношение активного к инактивнрованному ферменту в нормальной почке и печени составляет ~2, при голодании оно может достигать таких низких значений, как 0,2. Благодаря тому что эти же гормоны значительно усиливают лнполиз нейтральных триацилглицеринов в жировой ткани с освобождением жирных кислот в кровяное русло, обеспечивается поступление топлива для печени равно, как и приток ацетил-СоА для активации пируваткарбоксилазы. Одновременно в печени примерно до 20% убывает активность глюкоки-назы по сравнению с таковой у получавшего корм животного и таким образом сводится к минимуму конкуренция между печенью и другими тканями за глюкозу, которую печень отдает в кровяное русло.

8. Главными источниками углерода для глюконеогенеза служат аминокислоты. В ходе продолжительного голодания мужчины (масса тела 70 кг) такое большое количество белка как 5 кг может расщепиться и быть использованным в качестве источника энергии, эквивалентного 20 000 ккал. Как показано на рис. 14.1,

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

599

места входа углерода аминокислот в глюконеогенез находятся в цикле лимонной кислоты. Специфические реакции, благодаря которым отдельные аминокислоты, иные, чем аланин, аспарагиновая и глутаминовая, превращаются в предшественников цикла лимонной кислоты, рассмотрены в гл. 23.

9. Адаптация к богатым углеводами рационам по своему характеру противоположна адаптации к голоданию. Печени крыс, получавших диету, содержавшую 75% сахарозы и очень мало жира, характеризовались повышенными концентрациями пируватки-назы, обеих NADP-восстанавливающих дегидрогеназ фосфоглюко-натного пути (см. ниже) и ацетил-СоА — карбоксилазы (разд. 17.6.1) и, следовательно, обладали повышенной мощностью в превращении глюкозы в пируват и последнего в свою очередь в жирные кислоты.

Наконец, следует заметить, что во всех тканях наличие кислорода приводит к снижению или остановке гликолиза. Это явление получило название эффект Пастера и было впервые обнаружено этим ученым у микроорганизмов. В настоящее время очевидно, что за большинство аспектов эффекта Пастера могут быть ответственны регуляторные свойства фосфофруктокиназы. Ингибирование этого фермента АТР, цитратом и т. д. отражает эффекты, связанные с функционированием окислительного фосфорилирования, в то время как стимуляция ADP, AMP и Р, отражает ситуацию, когда имеется дефицит кислорода (рис. 14.9).

14.8. Фосфоглюконатный окислительный путь

Существование альтернативного пути для окисления глюкозы с образованием С02 и пентоз было обозначено на рис. 14.1. Используя ряд цитоплазматических ферментов, совершенно независимых от ферментов гликолиза, и объединяя их с некоторыми гли-колитическими ферментами, не трудно представить себе, каким образом этот ряд реакций мог бы приводить к полному окислению глюкозы до С02. Однако такой подход означал бы неверную интерпретацию метаболического значения указанного пути, который выполняет две основные роли: источника восстановительных эквивалентов для восстановления NADP+ в NADPH и механизма, синтезирующего и поставляющего пентозы.

В фосфоглюконатном пути АТР требуется лишь для образования глюкозо-6-фосфата и нигде не генерируется. В противоположность гликолизу и циклу лимонной кислоты функционирование этой последовательности нельзя представить в виде ряда превращений, приводящих прямо от глюкозо-6-фосфата к шести молекулам СОо. Для понимания фосфоглюконатного пути желательно сначала рассмотреть участвующие ферменты, их субстраты и продукты реакций. Реакции суммированы на рис. 14.11.

«00

III. МЕТАБОЛИЗМ

Глюкозо-6-фосфат — дегидрогеназа. Фермент млекопитающих, а также фермент из большинства, хотя и не из всех других, источников катализирует ЫАОР+-зависимое окисление глюкозо-б-фосфата. Первая стадия реакции заключается в образовании б-лакто-на; это свободно обратимый процесс. Хотя лактон исключительно нестабилен и спонтанно гидролнзуется, гидролиз ускоряется спе-

\пекшозо-Р-изомераза

Нг- С-ОР03г-

Зиоксиаиетон- ?

Рис. 14.11. Реакции фосфоглюкоиатного окислительного пути. [Horecker В. L., in: A. Kornberg, В. L. Horecker, L. Cornudella, J. Ото, eds.. Reflections on Biochemistry, Pergamon Press., New 'iork, 1976, p. 69.]

999

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

601

цифической лактоназой. Равновесие процесса в целом сильно сдвинуто вправо. Дегидрогеназа представляет димер субъединиц с молекулярной массой по 67 500; фермент проявляет отрицательную кооперативность; его действие легко подавляется продуктом реакции NADPH. Д-глюкозо*.р=3)6 МКМОль/л; ?^?? =5,4 мкмоль/л.

Особый интерес к этому ферменту обусловлен тем, что при его полном отсутствии или же наличии в эритроцитах одного из нескольких генетических его вариантов появляется тяжелая форма анемии (гл. 32). Те варианты фермента, которые наиболее совместимы с клеточными условиями, характеризуются более высоким сродством к NADP+, что способствует снижению его концентрации, необходимой для связывания в каталитическом центре; NADPH — это конкурентный ингибитор NADP+. Для варианта A~/C^ADP+ довольно низка. Таким образом, хотя количество имеющегося фермента ограничено, он полностью активен и оборачивается быстрее, чем это может делать нормальный фермент при существующих условиях в клетке; это очень важно, поскольку содержащие вариант А- эритроциты не обладают какой-либо иной формой дегидрогеназы. Вариант В, однако, серьезно лимитирует жизнь клетки, так как /C^ADP+превосходит [NADP+], доступную для эритроцита; у таких людей часто развивается гемолитическая

анемия.

\

НСОН I

нсон I

носн I

нсон

I

нс-

о

НоСС

с=о I

нсон

I

носн I

нсон I

нс-

о

_ :ого3н2

nadp+

г л юкозо -6- фосфат

н2соро3н2

nadph + н+

6-фосфоглюионо-iT-лактон

соон I

нсон I

носн I

нсон I

нсон н,соро,н»

Б-фосфоткжоноввя кислота

Фосфоглюконатдегидрогеназа. Дальнейшее окисление 6-фосфо-глюконата катализируется NADP+- и Мп2+-зависимыми ферментами, которые осуществляют окислительное декарбоксилирование ?-оксикислот и поэтому подобны малик-ферменту и изоцитратде-гидрогеназе. Являющаяся промежуточным продуктом ?-кетокисло-та не изолирована и предполагают, что она подвергается декар-¦боксилированию в момент своего образования на поверхности ¦фермента. Фермент печени крысы состоит из двух одинаковых субъединиц с мол. массой по 51 ООО. Поскольку фермент ингибируется NADPH (Ki=20 мкмоль/л) и /(Nadp+ составляет

15 мкмоль/л, то при нормальных концентрациях в печени этот фер-

5—1358

602

III. МЕТАБОЛИЗМ

мент обычно полностью блокирован; начинает функционировать только после того, как NADPH окисляется в ходе какого-либо процесса, например