Глюконеогенез из аминокислот

Протеиногенные аминокислоты можно разделить на гликогенные, кетогенные и смешанного типа. Гликогенными аминокислотами являются те из них, чьи углеродные скелеты могут использоваться в синтезе глюкозы (глюконеогенез). Эти же аминокислоты могут участвовать в синтезе гликогена (гликогенез). Большинство протеиногенных аминокислот относятся к гликогенным. Исключительно кетогенной аминокислотой можно считать лейцин. При катаболизме этой аминокислоты образуется кетон – ацетоацетат, поэтому аминокислота называется кетогенной. Ацетоацетат превращается в ацетил-КоА, поступающий далее в биосинтез жирных кислот, холестерола или производных этих соединений.

 К аминокислотам смешанного типа можно отнести тирозин, фенилаланин, триптофан, лизин, треонин. Часть углеродного скелета аминокислот смешанного типа трансформируется в продукты, из которых синтезируется глюкоза, а часть в продукты, из которых синтезируются липиды. Так, например, часть молекул тирозина и фенилаланина превращается в фумаровую кислоту (может участвовать в глюконеогенезе), а часть молекулы в ацетоацетат (участвует в липогенезе). Деление аминокислот на гликогенные и кетогенные, отчасти условно. Дело в том, что гликогенные аминокислоты: a-аланин, серин, цистеин, глицин превращаются в пировиноградную кислоту, которая может карбоксилироваться до оксалоацетата, таким образом, вступая в глюконеогенез, однако пируват может декарбоксилироваться до ацетил-КоА и вступать в реакции липогенеза. С другой стороны,

Примечание: ГЭР – гладкий эндоплазматический ретикулум.

Рис. 7. Участие гликогенных аминокислот в глюконеогенезе и гликогенезе.

Рис. 8. Синтез глюкозы из глутаминовой кислоты.

кетогенный лейцин, трансформируется до ацетил-КоА, вступая в цикл Кребса в виде этого соединения. Углеродные атомы ацетата через реакции цикла Кребса в конечном итоге поступают в яблочную кислоту (малат), из которой может синтезироваться глюкоза (в синтезированной таким образом глюкозе не все атомы будут принадлежать ацетату).

Более подробно глюконеогенез из аминокислот можно разобрать на примере синтеза глюкозы из глутамата (рис. 8).

Синтез глюкозы из глутамата начинается с реакций дезаминирования (как показано на рисунке) или реакций трансаминирования с a-кетокислотами (ПВК, ЩУК и др.). Образующаяся в этих реакциях a-кетоглутаровая кислота (a-кетоглутарат) поступает в цикл Кребса, где преобразуется до малата. Все эти реакции происходят в матриксе митохондрий. Малат из митохондрий выводится в цитозоль, где вступает в глюконеогенез. В глюконеогенезе, в основном, используются ферменты гликолиза катализирующие обратимые реакции. Дополнительными к гликолизу реакциями являются реакции катализируемые фосфоенолпируваткарбоксикиназой, фруктозо-1,6-бисфосфатазой и глюкозо-6-фосфатазой. Биоэнергетика синтеза глюкозы из глутамата составит – 1 АТФ (с учетом затраты 4 АТФ на синтез мочевины в орнитиновом цикле).

 Гликогенез из аминокислот осуществляется при их избыточном поступлении в организм, главным образом в печени. В гликогенезе используются большая часть ферментов и реакций глюконеогенеза. Точкой разветвления гликогенеза и глюконеогенеза является глюкозо-6-фосфат, который в гликогенезе изомеризуется в глюкозо-1-фосфат, а в глюконеогенезе гидролизуется до глюкозы и ортофосфата. Дальнейшие реакции синтеза гликогена приведены на рис. 7.

Усиление глюконеогенеза отмечается при голодании и сахарном диабете. При голодании оно связано с дефицитом глюкозы в крови. В этом случае в глюконеогенез поступают аминокислоты образованные в результате протеолиза белков мышц, печени и крови. Увеличение скорости глюконеогенеза из аминокислот при сахарном диабете связано, по-видимому, с исчезновением ингибирующего действия инсулина на синтез фосфоенолпируваткарбоксикиназы (ключевой фермент глюконеогенеза).

 Как видно из приведенной схемы, углеродные скелеты аминокислот сначала трансформируются в промежуточный продукт цикла Кребса, далее выходят из него в виде малата, который выводится из митохондрий в цитозоль дикарбоксилатной транспортной системой. Основные реакции глюконеогенеза осуществляются в цитозоле, а завершающая реакция (гидролиз глюкозо-6-фосфата до глюкозы и неорганического фосфата) осуществляется глюкозо-6-фосфатазой ферментом, локализованным в мембране гладкого эндоплазматического ретикулума с активным центром, обращенным в просвет цистерны ретикулума.