Взаимосвязь обмена углеводов и аминокислот

Атомы углерода глюкозы и других моносахаридов могут быть использованы для синтеза большинства заменимых аминокислот.

Промежуточный метаболит расщепления глюкозы - 3 фосфоглицериновая кислота связана с синтезом серина, глицина и цистеина; из пирувата может образоваться аланин; через оксалоацетат идет синтез аспарагина и аспартата; чрез 2-оксоглутарат – пролина, глутамина, глутамата.

Лишь углеродный скелет тирозина не образуется в этой системе. Разумеется, для образования аминокислот необходим источник аминного азота и SH-групп (для синтеза цистеина).

В то же время в условиях дефицита углеводов в пище углеродные скелеты аминокислот могут широко использоваться для глюконеогенеза.

Узловыми соединениями, связывающими метаболические пути обмена углеводов и обмена аминокислот являются 3‑ фосфоглицериновая кислота, фосфоенолпируват, пируват и соединения цикла Кребса.

Взаимосвязь обмена углеводов и липидов

Углеводы в ходе их переработки в метаболической сети могут превращаться в жиры.

Узловыми метаболитами, обеспечивающими взаимодействие процессов окислительного расщепления глюкозы и процессов синтеза липидов, являются 3‑ фосфоглицериновый альдегид и фосфодигидроксиацетон, 3-фосфоглицериновая кислота, пируват и ацетил-КоА.

Использование липидов для синтеза глюкозы в организме человека крайне ограничено. Лишь остатки глицерола нейтральных жиров и глицерофосфолипидов могут быть использованы в глюконеогенезе.

Взаимосвязь обмена аминокислот и липидов

При использовании аминокислот для синтеза липидов возможны два варианта перехода их углеродного скелета в исходный субстрат для синтеза высших жирных кислот - ацетил-КоА.

Ø При первом варианте при расщеплении аминокислот образуется пируват, который после декарбоксилирования переходит в ацетил‑ КоА. Пируват образуется или непосредственно из углеродных скелетов аминокислот, что характерно для треонина, цистеина, серина, аланина, глицина, или же из аминокислот вначале образуются промежуточные продукты цикла Кребса, превращающиеся в оксалоацетат, который после декарбоксилирования дает пируват. Этим путем идет образование пирувата из глутамата, глутамина, аргинина, гистидина и ряда других аминокислот.

Ø При втором варианте ацетил-КоА образуется или непосредственно при окислительном расщеплении углеродного скелета аминокислоты, или через ацетоацетат, который в ходе тиолазной реакции распадается на две молекулы ацетил-КоА. По этому варианту идет расщепление лейцина, лизина и части углеродных скелетов фенилаланина и тирозина.

Поскольку все аминокислоты, при расщеплении которых образуются пируват или промежуточные продукты цикла Кребса могут участвовать в глюконеогенезе, их углеродные скелеты могут быть использованы для образования 3-фосфоглицеринового альдегида или фосфодигидроксиацетона — исходных соединений для синтеза 3-фосфоглицерола и далее триацилглицеринов.

Углеродные скелеты любой из аминокислот в принципе могут быть использованы для синтеза соединений стероидный природы, поскольку синтез стероидов в клетках идет из ацетил-КоА.

Узловыми метаболитами, обеспечивающими взаимосвязь обмена аминокислот с обменом липидов, являются промежуточные соединения цикла Кребса, пируват, ацетил-КоА, 3-фосфоглицериновая кислота, 3-фосфоглицериновый альдегид и фосфодигидроксиацетон.

Для синтеза углеродного скелета заменимых аминокислот может использоваться остаток глицерола триглицеридов или глицерофосфолипидов, однако в количественном отношении этот источник атомов углерода может иметь крайне ограниченное значение лишь в отсутствии углеводов.

Однако такой синтез некоторых заменимых аминокислот с использованием атомов углерода ацетил-КоА связан с расходованием оксалоацетата, а, следовательно, со снижением содержания в клетке промежуточных продуктов цикла Кребса, что для клетки крайне невыгодно.

Межорганные метаболические взаимосвязи

Метаболизм отдельных органов и тканей в рамках целостного организма также представляет собой высокоинтегрированную систему. В качестве примера межорганных метаболических взаимосвязей можно привести следующие:

Ø Синтез креатина начинается в почках, где из глицина и аргинина образуется промежуточный продукт синтеза гликоциамин. Гликоциамин с током крови поступает из почек в печень, где при участии S-аденозилметионина подвергается метилированию, превращаясь в креатин. Далее креатин поступает с током крови в клетки различных органов, например, клетки мозга или мышц, где и выполняет свою функцию, превращаясь в резервный макроэрг — креатинфосфат.

Ø При интенсивной мышечной работе в миоцитах идет распад гликогена и глюкозы с образованием лактата. Лактат из миоцитов выходит в кровь и с током крови поступает в печень.гепатоцитах часть лактата окисляется до конечных продуктов (СО₂ и Н₂О), остальной лактат используется для глюконеогенеза. Энергия, необходимая для глюконеогенеза, поставляется за счет окисления лактата.

Синтезированная в гепатоцитах глюкоза поступает в кровь, переносится с током крови в мышцы, где расщепляется с выделением энергии, используемой для мышечного сокращения.

Возникает своеобразный цикл взаимопревращения глюкозы и лактата, известный под названием цикла Кори. В ходе функционирования этого цикла, во-первых, происходит утилизация наработанного в мышцах лактата, во-вторых, в энергообеспечении мышечной деятельности принимает участие печень, поскольку энергия, затраченная гепатоцитами на синтез глюкозы из лактата затем выделяется при расщеплении глюкозы в миоциотах.

Ø При работе мышц образуется токсичный для клеток аммиак. Вынос и обезвреживание образовавшегося аммиака осуществляется в ходе так называемого глюкозо-аланинового цикла. В миоцитах образовавшийся аммиак используется для образования аланина из пирувата. Пируват образуется при расщеплении глюкозы и превращается в аланин в ходе трансреаминирования. Аланин поступает в кровь, доставляется в гепатоциты и там подвергается дезаминированию с образованием аммиака и пирувата. Аммиак превращается в мочевину в ходе известного защитного синтеза. Пируват же частично окисляется до конечных продуктов, а частично превращается в гепатоцитах в ходе глюконеогенеза в глюкозу, откуда с током крови глюкоза поступает в миоциты и, окисляясь, служит источником энергии для работы мышц. В ходе этого окисления вновь образуется пируват.

Подобного рода примеров межорганных метаболических связей можно привести множество. Эта многочисленность межорганных метаболических связей, наряду с интеграцией метаболических путей превращений углеводов, липидов и аминокислот, в полной мере подтверждает то, что обмен веществ в организме представляет собой единую высокоинтегрированную сеть метаболических процессов, протекающих в клетках различных органов и тканей.