Переход_глюкозы_во_фруктозу

Синтез глюкозы из других сахаров

В организм человека поступает большое количество фруктозы. Основным источником данного моносахарида является пищевой сахар – сахароза. Фруктоза, образующаяся в результате гидролиза сахарозы под действием инвертазы (сахаразы), всасывается в тонком кишечнике и превращается в печени в глюкозу. В печени фруктоза фосфорилируется под действием фруктокиназы с образованием фруктозо-1-фосфата . Последний с участием специфической альдолазы расщепляется до дигидроксиацетонфосфата и глицеринового аль- дегида . В свою очередь глицериновый альдегид восстанавливается до глицерина, который превращается в дигидроксиацетонфосфат. Пути расходования глицерина в гепатоцитах указаны на схеме, приведенной на рис. 5.2. Рис. 5.2 Путь глюконеогенеза из глицерина. Образующиеся при расщеплении молекулы фруктозы две молекулы дигидроксиацетонфосфата могут превращаться в глюкозу по глюконеогенному пути или расходоваться на последних стадиях гликолиза. По аналогии с гликолизом, последовательность реакций превращения фруктозы в молочную кислоту получила название фруктолиза . Вместе с тем в организме человека фруктоза не только расщепляется, но в отдельных случаях синтезируется. Известно, что основным источником энергии в сперматозоидах является не глюкоза, а фруктоза, которая образуется в клетках семенных пузырьков из глюкозы:

Фруктоза секретируется из клеток семенных пузырьков в водную фазу и становится частью семенной жидкости. Несмотря на то, что концентрация фруктозы в семенной жидкости может достигать 10 mM, окружающие семенную жидкость ткани почти полностью лишены способности поглощать этот моносахарид, что делает его доступным только для сперматозоидов. Эти подвижные клетки способны окислять фруктозу до СО 2 и Н 2 О за счет присутствия в своем составе уникальных митохондрий. Сперматозоиды явля- ются единственными обладателями митохондрий, которые содержат лак- тат-дегидрогеназу . Во всех остальных клетках организма лактатдегидрогеназа локализована исключительно в цитоплазме. Поэтому образующаяся в ходе фруктолиза молочная кислота поступает в митохондрии сперматозоидов, что обеспечивает постоянную регенерацию NAD + в цитоплазме и делает ненужными челночные механизмы для транспорта восстанавливающих эквивалентов в митохондриальный матрикс. В митохондриальном компартменте сперматозоидов осуществляется окисление молочной кислоты с образованием NADH, который используется системой окислительного фосфорилирования.

Манноза

Манноза также является обычным компонентом любой диеты, но ее количество очень невелико. Метаболическое превращение маннозы в глюкозу отличается простотой. Сначала манноза подвергается фосфорилированию по шестому положению с участием гексокиназы с образованием маннозо-6- фосфата, а затем маннозо-6-фосфат превращается во фруктозо-6-фосфат под действием маннозофосфатизомеразы : 64

Дальнейшая судьба фруктозо-6-фосфата зависит от конкретных условий в клетке. Либо фруктозо-6-фосфат подвергается дополнительному фосфорилированию с образованием фруктозо-1,6-дифосфата, который вступает на гликолитический путь, либо глюкозофосфатизомераза , катализирующая вторую (обратимую) реакцию гликолиза, обеспечивает превращение фрукто- зо-6-фосфата в глюкозо-6-фосфат. Последний превращается в свободную глюкозу под действием глюкозо-6-фосфатазы :

Галактоза

Взаимопревращения шестиуглеродных моносахаридов зависят, в первую очередь, от одного из наиболее общих типов реакций – реакции эпимеризации . Например, обратимое превращение галактозы в глюкозу происходит в ходе реакции эпимеризации UDP-галактозы в UDP-глюкозу, катализируе- мой галактозо-4-эпимеразой . UDP-галактоза, которая принимает участие в реакции эпимеризации, в целом, является важным интермедиатом в обмене свободной галактозы. На первой стадии в цепи превращений галактозы данный моносахарид фосфо- рилируется галактокиназой с образованием галактозо-1-фосфата : Под действием галактозо-1-фосфатуридилилтрансферазы происходит образование UDP-галактозы за счет переноса UDP от UDP-глюкозы на галак- тозо-1-фосфат: 65

Другим способом, позволяющим обеспечить превращение галактозы в глюкозу является, уже упоминавшаяся реакция эпимеризации. В этом случае NAD + -зависимая галактозо-4-эпимераза превращает аксиальную гидроксиль- ную группу у С-4 атома углерода галактозы в экваториальную гидроксиль- ную группу глюкозы в процессе эпимеризации этих двух сахаров. Наиболее вероятным механизмом реакции является присоединение к NAD + атомов водорода, отщепляемых от С-4 атома углерода галактозы с образованием соответствующего 4-кето производного. При обратном переносе водорода от NADH на 4-кето производное происходит инверсия гидроксиль- ной группы , которую часто называют вальденовской инверсией . Комбинация описанных выше реакций обеспечивает эффективное превращение галактозы в глюкозо-1-фосфат, который вступает в дальнейшие реакции обмена углеводов. Реакции, обеспечивающие превращение галактозы в глюкозу представляют особый интерес для клинической биохимии, поскольку нарушения процессов обмена галактозы у людей связано с наследственными дефектами некоторых ферментов, что приводит к развитию опасного заболевания, называемого галактоземией . Дефекты ферментов обмена галактозы служат причиной развития таких клинических проявлений, как катаракта, задержка умственного развития и роста. В наиболее критических случаях наступает смерть больного из-за глубокого поражения печени. Наследственные заболевания, которые приводят к галактоземии, связаны с дефектами либо галактокиназы, сопровождающимися относительно слабой формой катаракты, либо галактозо-1-фосфат-уридилилтрансферазы, что приводит к намного более серьезным последствиям, описанным выше. Накопление в организме избытка неметаболизированной галактозы, как полагают, и является первопричиной возникновения описываемой патологии. Галактоза, присутствующая в избытке, восстанавливается до многоатомного спирта галактитола в реакции, подобной восстановлению глюкозы до сорбитола. Считают, что именно галактитол выступает инициатором развития катаракты хрусталика, а также принимает участие в повреждении цен-

Источник

Пути вхождения углеводов в гликолиз. Полное окисление фруктозы (начиная с фруктокиназной реакции). Биоэнергетика процесса, фруктозурия.

Полное окисление фруктозы. Установлено, что фруктоза, присутствующая в свободном виде во многих фруктах и образующаяся в тонкой кишке из сахарозы, всасываясь в тканях, может подвергаться фосфорилированию во фруктозо-6-фосфат при участии фермента гексокиназы и АТФ:

Эта реакция ингибируется глюкозой. Образовавшийся фруктозо-6-фос-фат либо превращается в глюкозу через стадии образования глюкозо-6-фосфата и последующего отщепления фосфорной кислоты, либо подвергается дальнейшим превращениям. Из фруктозо-6-фосфата под влиянием 6-фосфофруктокиназы и АТФ образуется фруктозо-1,6-бисфос-фат:

Далее фруктозо-1,6-бисфосфат может подвергаться дальнейшим превращением по пути гликолиза. Таков главный путь включения фруктозы в метаболизм мышечной ткани, почек, жировой ткани.

В печени, однако, для этого существует другой путь. В ней имеется фермент фруктокиназа, который катализирует фосфорилирование фруктозы не по 6-му, а по 1-му атому углерода:

Эта реакция не блокируется глюкозой. Образовавшийся фруктозо-1-фосфат расщепляется затем под действием кетозо-1-фосфатальдолазы на диоксиацетонфосфат и D-глицеральдегид:

Фруктозо-1-фосфат Диоксиацетонфосфат + D-глицеральдегид.

Образовавшийся D-глицеральдегид под влиянием соответствующей киназы (триокиназы) подвергается фосфорилированию до глицеральде-гид-3-фосфата. В этот же промежуточный продукт гликолиза переходит и дигидроксиацетонфосфат.

Существует врожденная аномалия обмена фруктозы, или эссенциальная фруктозурия, которая связана с врожденным недостатком фермента фрук-токиназы, т.е. в организме не образуется фруктозо-1-фосфат. В результате обмен фруктозы возможен только путем фосфорилирования до фрук-тозо-6-фосфата, но эта реакция тормозится глюкозой, вследствие чего фруктоза накапливается в крови. «Почечный порог» для фруктозы очень низок, поэтому фруктозурия обнаруживается уже при концентрации фруктозы в крови 0,73 ммоль/л.

Галактоза. Основным источником галактозы является лактоза пищи, которая в пищеварительном тракте расщепляется до галактозы и глюкозы. Обмен галактозы начинается с превращения ее в галактозо-1-фосфат. Эта реакция катализируется галактокиназой с участием АТФ:

В следующей реакции в присутствии УДФ-глюкозы фермент гексозо-1-фосфатуридилилтрансфераза катализирует превращение галактозо-1-фосфата в глюкозо-1-фосфат, одновременно образуется уридиндифосфат-галактоза (УДФ-галактоза):

Образовавшийся глюкозо-1-фосфат в дальнейшем либо переходит в глюкозо-6-фосфат и далее подвергается уже известным превращениям, либо под влиянием фосфатазы образует свободную глюкозу, а УДФ-га-лактоза подвергается весьма своеобразной эпимеризации:

Затем УДФ-глюкоза-пирофосфорилаза катализирует расщепление УДФ-глюкозы с образованием глюкозо-1-фосфата:

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник

Превращение фруктозы

Переход фруктозы в глюкозу осуществляется по двум направлениям. Сначала происходит активация фруктозы посредством фосфорилирования либо 6-го атома углерода при участии гексокиназы, либо 1-го атома при участии фруктокиназы. Но гексокиназа имеет гораздо более низкое сродство к фруктозе и этот путь не выражен. Фруктозо-6-фосфат далее изомеризуется и глюкозо-6-фосфатаза отщепляет уже ненужный фосфат.

Если образуется фруктозо-1-фосфат, под действием соответствующей альдолазы он превращается в глицеральдегид и диоксиацетонфосфат, которые в дальнейших реакциях либо используются в гликолизе, либо в реакциях глюконеогенеза превращаются в фруктозо-6-фосфат и далее в глюкозу.

Пути метаболизма фруктозы и ее превращение в глюкозу

Особенностью метаболизма фруктозы является то, что фермент фруктокиназа является инсулин-независимым. В результате превращение фруктозы в пировиноградную кислоту и ацетил-SКоАпроисходит быстрее, чем для глюкозы. Это объясняется «игнорированием» лимитирующей реакции метаболизма глюкозы, катализируемой фосфофруктокиназой. Дальнейший метаболизм ацетил-SКоА в данном случае может привести к избыточному образованию жирных кислот и триацилглицеролов.

Нарушения метаболизма фруктозы

Генетический дефект фруктокиназы приводит к доброкачественной эссенциальной фруктозурии, протекающей безо всяких отрицательных симптомов.

Наследственная фруктозурия

Заболевание формируется вследствие наследственных аутосомно-рецессивных дефектов других ферментов обмена фруктозы. Дефект фруктозо-1-фосфатальдолазы проявляется после введения в рацион младенца соков и фруктов, содержащих фруктозу.

Патогенез связан со снижением концентрации фосфора в крови, гиперфруктоземией, с тяжелой постпрандиальной гипогликемией. Отмечается вялость, нарушения сознания, почечный канальцевый ацидоз.

Диагноз ставится исходя из «непонятного» заболевания печени, гипофосфатемии, гиперурикемии, гипогликемии и фруктозурии. Для подтверждения проводят тест толерантности к фруктозе.

Лечение включает диету с ограничением сладостей, фруктов, овощей.

Дефект фруктозо-1,6-дифосфатазы проявляется сходно с предыдущим, но не так тяжело.

Глюкоза имеет широкие возможности

Наличие глюкозы в клетке обеспечивается, в первую очередь, проникновением ее из крови.

Активация глюкозы

После перемещения через мембраны глюкоза в цитозоле немедленно фосфорилируется ферментомгексокиназой, в связи с чем ее образно называют «ловушка глюкозы«. Фосфорилирование глюкозы решает несколько задач:

• фосфатный эфир глюкозы не в состоянии выйти из клетки, так как молекула отрицательно заряжена и отталкивается от фосфолипидной поверхности мембраны,
• наличие заряженной группы обеспечивает правильную ориентацию молекулы в активном центре фермента,
• уменьшается концентрация свободной (нефосфорилированной) глюкозы, что способствует диффузии новых молекул из крови.

Дефосфорилирование глюкозы осуществляется глюкозо-6-фосфатазой. Этот фермент есть только в печени и почках. В эпителии канальцев почек работа фермента связана с реабсорбцией глюкозы. В гепатоцитах фермент необходим, когда печень поддерживает гомеостаз глюкозы в крови.

Источник