ملحوظة! استحداث السكر هو آلية لتخليق الجلوكوز. سبيل فسفات البنتوز. استحداث السكر. التخليق الحيوي وتعبئة عضيات الجليكوجين في خلايا الكبد التي يحدث فيها تكوين الجلوكوز

استحداث السكر هو تخليق الجلوكوز من المنتجات غير الكربوهيدراتية. يمكن للجسم تصنيع مركبات الجلوكوز التي يمكن تحويلها أولاً إلى البيروفات، أي. من معظم الأحماض الأمينية واللاكتات التي تدخل الدم من العضلات العاملة. لا يمكن تصنيع الجلوكوز من أسيتيل CoA والأحماض الدهنية.

يحدث استحداث السكر بشكل مكثف في خلايا الكبد والكلى (في القشرة). يسمح لك استحداث السكر بالحفاظ على طاقة التحولات في شكل جليكوجين، ويساعد أيضًا في الحفاظ على مستويات الجلوكوز في الدم ضمن الحدود الطبيعية أثناء الصيام (وهو أمر مهم بشكل خاص لوظيفة الدماغ الطبيعية) وأثناء فترات العمل البدني المكثف.

تتضمن معظم خطوات تكوين السكر في الدم عكس تفاعل تحلل السكر. ثلاثة تفاعلات فقط من تحلل السكر (هيكسوكيناز، فسفوفركتوكيناز وبيروفات كيناز) لا رجعة فيها، لذلك يتم استخدام إنزيمات أخرى في عملية تكوين السكر في 3 مراحل (الشكل 37).

أرز. 37.تحلل السكر وتوليد السكر

تشكيل فسفونول بيروفات من البيروفات. يتم تصنيع الفوسفونول بيروفات على عدة مراحل. أولاً، يتم كربوكسيل البيروفات، تحت تأثير كربوكسيلاز البيروفات وبمشاركة ثاني أكسيد الكربون وATP، لتكوين أوكسالوأسيتات:

ثم يتم تحويل أوكسالوسيتات، نتيجة نزع الكربوكسيل والفسفرة تحت تأثير إنزيم كربوكسيلاز فسفوينول بيروفيت، إلى فسفونول بيروفات. المتبرع ببقايا الفوسفات في التفاعل هو غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP):

المرحلة الأولى من التوليف تحدث في الميتوكوندريا. كربوكسيلاز البيروفات، الذي يحفز هذا التفاعل، هو إنزيم ميتوكوندريا تفارغي. مطلوب Acetyl-CoA كمنشط تفارغي لهذا الإنزيم. غشاء الميتوكوندريا غير منفذ للأوكسالوأسيتات الناتج. ويتم استعادة الأخير هنا، في الميتوكوندريا، إلى المالات:

يحدث التفاعل بمشاركة نازعة هيدروجين المالات المعتمدة على الميتوكوندريا NAD. يتم اختزال أوكسالوسيتات إلى مالات، الذي يخرج بسهولة من الميتوكوندريا عبر غشاء الميتوكوندريا. في العصارة الخلوية، تكون نسبة NADH/NAD + صغيرة جدًا، ويتم أكسدة المالات مرة أخرى بمشاركة نازعة هيدروجين المالات المعتمدة على NAD السيتوبلازمي:

مزيد من التحويل من أوكسالوسيتات إلى فسفوينول بيروفات يحدث في العصارة الخلوية للخلية.

تحويل الفركتوز 1،6 ثنائي الفوسفات إلى فركتوز 6 فوسفات. يتم تحويل الفوسفونول بيروفات، المتكون من البيروفات، إلى فركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات نتيجة لسلسلة من تفاعلات تحلل السكر القابلة للعكس. ويتبع ذلك تفاعل فسفوفركتوكيناز، وهو تفاعل لا رجعة فيه. استحداث السكر يتجاوز هذا التفاعل. يتم تحفيز تحويل الفركتوز 1،6-ثنائي الفوسفات إلى الفركتوز 6-فوسفات بواسطة فوسفاتيز محدد:

فركتوز-1,6-ثنائي الفوسفات + HO2 ® فركتوز-6-فوسفات + P i

تكوين الجلوكوز من الجلوكوز 6 فوسفات.في الخطوة العكسية اللاحقة للتخليق الحيوي للجلوكوز، يتم تحويل الفركتوز 6 فوسفات إلى جلوكوز 6 فوسفات. يمكن نزع الفسفرة من الأخير (أي أن التفاعل يتجاوز تفاعل الهيكسوكيناز) تحت تأثير إنزيم الجلوكوز 6 فوسفاتيز:

جلوكوز-1,6-فوسفات + HO2® جلوكوز + P i

تنظيم استحداث السكر. هناك نقطة مهمة في تنظيم تكوين السكر في الدم وهي تفاعل كربوكسيلاز البيروفات. في غياب أسيتيل CoA، الذي يعمل كمنشط تفارغي لكربوكسيلاز البيروفات، يكون الإنزيم خاليًا تمامًا من النشاط. عندما يتراكم أسيتيل CoA في الميتوكوندريا في الخلية، يتم تعزيز عملية التخليق الحيوي للجلوكوز من البيروفات. وفي الوقت نفسه، يعتبر الأسيتيل-CoA مثبطًا لمركب هيدروجيناز البيروفات. ونتيجة لذلك، فإن تراكم الأسيتيل CoA يبطئ عملية نزع الكربوكسيل المؤكسدة من البيروفات، مما يعزز أيضًا تحويل الأخير إلى جلوكوز.

نقطة أخرى مهمة في تنظيم استحداث السكر هي التفاعل المحفز بواسطة الفركتوز-1،6-ثنائي الفوسفات، وهو إنزيم يتم تثبيطه بواسطة AMP. AMP له تأثير معاكس على فسفوفركتوكيناز، أي. بالنسبة لهذا الإنزيم فهو منشط تفارغي. عند التركيزات المنخفضة من AMP والمستويات العالية من ATP، يتم تحفيز تكوين الجلوكوز. على العكس من ذلك، عندما تكون نسبة ATP/AMP منخفضة، يتم ملاحظة انهيار الجلوكوز في الخلية.

استحداث السكر

استحداث السكر هو تخليق الجلوكوز من سلائف غير كربوهيدراتية. مطلوب استحداث السكر في الدماغ والخصيتين وخلايا الدم الحمراء والنخاع الكلوي، حيث الجلوكوز هو المصدر الوحيد للطاقة. ومع ذلك، أثناء الصيام، يمكن للدماغ الحصول على الطاقة من أجسام الكيتون، والتي يتم تحويلها إلى أسيتيل CoA.

في البداية، يتم كربوكسيل البيروفات، تحت تأثير كربوكسيلاز البيروفات وبمشاركة ثاني أكسيد الكربون وATP، لتكوين أوكسالوأسيتات (OA).

تم العثور على كربوكسيلاز البيروفات في الميتوكوندريا. غشاء الميتوكوندريا غير منفذ لـ PIKE الناتج. يتم استعادة الأخير هنا في الميتوكوندريا إلى المالات.

يحدث التفاعل بمشاركة نازعة هيدروجين المالات المعتمدة على الميتوكوندريا NAD. في الميتوكوندريا، تكون نسبة NADH2/NAD+ مرتفعة نسبيًا، وبالتالي يتم تقليل AP داخل الميتوكوندريا بسهولة إلى مالات، والذي يترك الميتوكوندريا بسهولة، ويمر عبر غشاء الميتوكوندريا. في السيتوبلازم، تكون نسبة NADH2/NAD+ صغيرة جدًا، ويتم أكسدة المالات مرة أخرى إلى PAA بمشاركة نازعة هيدروجين المالات السيتوبلازمية المعتمدة على NAD.

ركائز استحداث السكر

يتشكل اللاكتات أثناء التحلل اللاهوائي في خلايا الدم الحمراء وخلايا العضلات والهيكل العظمي. يحدث تحويل اللاكتات إلى الجلوكوز نتيجة لدورة كوري. الأهمية - بمشاركة دورة كوري، يتم نقل المنتجات النهائية لتحلل السكر من خلايا الدم الحمراء والعضلات الهيكلية إلى الكبد واستخدامها لتخليق الجلوكوز.

ألانين هو الحمض الأميني الجلوكوجيني الرئيسي. يحدث تحويل ألانين إلى الجلوكوز في دورة ألانين. في العضلات الهيكلية، يمكن تحويل البيروفات، الذي يتكون أثناء تحلل السكر، إلى ألانين. الألانين الناتج في هذه التفاعلات هو الشكل الناقل لمجموعات NH2 من العضلات إلى الكبد، حيث يتم دمجها في النهاية في جزيئات اليوريا وإفرازها. عندما يدخل الألانين إلى خلايا الكبد، يمكن تحويله إلى البيروفات واستخدامه كركيزة في تكوين الجلوكوز. الأهمية - الأمونيا مركب شديد السمية ويتم تحييد معظمه في خلايا الكبد (في دورة الأورنيثين يرتبط بجزيء اليوريا ثم يُفرز). يعمل الألانين بمثابة وسيلة نقل للأمونيا إلى الكبد، حيث يتم تحييدها.

الأحماض الأمينية الأخرى. لا يمكن استخدام سوى اثنين من الأحماض الأمينية (الليوسين والليسين) في عملية تكوين الجلوكوز. هذه هي الأحماض الأمينية الكيتونية بدقة. جميع الأحماض الأمينية الجلوكوجينية الأخرى، أثناء عملية التمثيل الغذائي، تنتج منتجات وسيطة من تحلل السكر أو دورة كريبس.

الجلسرين. يتشكل أثناء تقويض ثلاثي الجلسرين في خلايا الأنسجة الدهنية، ويدخل الدم ثم يدخل الكبد، حيث يتم تحويله تحت تأثير إنزيمين (جليسرول كيناز ونازعة هيدروجين فوسفات ألفا جليسيرول) إلى فسفوديوكسي أسيتون (PDA). منتج وسيط لتحلل السكر.

بروبيونيل-CoA. أكسدة بيتا للأحماض الدهنية مع عدد فردي من ذرات الكربون واستقلاب بعض الأحماض الأمينية (فالين، آيزوليوسين، تريبتوفان، ميثيونين) يصاحبها تكوين البروبيونيل-CoA، والذي يمكن تحويله إلى succinyl-CoA (كريبس). مستقلب الدورة) تحت تأثير إنزيمين:

بروبيونيل-CoA كربوكسيلاز (يستخدم البيوتين كأنزيم مساعد - انظر فيتامين H).

ميثيل مالونيل-CoA موتاز (ميثيل كوبالامين كأنزيم مساعد - انظر فيتامين ب12).

معادلة ملخصة:

2PVK + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 6H2O = جلوكوز + 4ADP + 2GDP + 6P + 2NAD+

يتطلب تركيب جزيء الجلوكوز من جزيئين من البيروفات 4ATP و2GTP. توفر عملية أكسدة FA الطاقة اللازمة لتكوين الجلوكوز. تتطلب خطوات الاختزال جزيئين من NADH.

يحتوي كربوكسيلاز البيروفات، الذي يحفز التفاعل الأول، على منشط تفارغي - أسيتيل CoA.

تنظيم استحداث السكر

1). يتم قمعه بعد تناول طعام غني بالكربوهيدرات (تحت تأثير الأنسولين) ويحدث أثناء الصيام والضغط والسكري (تحت تأثير الجلايكورتيكويد).

2).عملية أكسدة FA تحفز تكوين السكر. يتم التحفيز من خلال زيادة مستوى أسيتيل مرافق الإنزيم أ.

3).العلاقة المتبادلة:

يمنع AcetylCoA البيروفات DH وينشط كربوكسيلاز البيروفات.

ATP ينشط ثنائي فسفاتاز الفركتوز، ويمنعه AMP.

ينشط الفركتوز 2،6-ثنائي الفوسفات الفوسفوفركتوكيناز-1 ويمنع ثنائي فسفاتاز الفركتوز-1.

الدور البيولوجي لتكوين السكر.

1. ضمان تركيز ثابت للجلوكوز في الدم أثناء تجويع الكربوهيدرات.

2. إعادة توزيع الحمل الأيضي بين الأعضاء. يأخذ الكبد جزءًا من الحمل العضلي.

هناك علاقة وثيقة بين تحلل السكر، الذي يحدث بشكل مكثف في الأنسجة العضلية أثناء نشاطه النشط، وتولد السكر، وخاصة أنسجة الكبد. مع الحد الأقصى لنشاط العضلات، نتيجة لزيادة تحلل السكر، يتم تشكيل حمض اللبنيك الزائد، وينتشر في الدم، في الكبد، يتم تحويل جزء كبير منه إلى الجلوكوز (استحداث السكر). يمكن بعد ذلك استخدام هذا الجلوكوز كركيزة طاقة ضرورية لنشاط الأنسجة العضلية. تسمى هذه الدورة في استقلاب الكربوهيدرات بدورة كوري (دورة الجلوكوز-اللاكتات).

بين تحلل السكر الذي يحدث بشكل مكثف في الأنسجة العضلية عندما يكون نشطًا

7. كيمياء تفاعلات دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل. ردود فعل لا رجعة فيها للدورة. الفسفرة الركيزة خلال الدورة. تنظيم الدورة .

يمكن اعتبار دورة TCA بمثابة آلية تنتجها الخلية ذات غرض مزدوج. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في أنها "مرجل" خلوي مثالي يتم فيه الأكسدة الكاملة للركيزة العضوية الموجودة فيه وإزالة الهيدروجين. وظيفة أخرى للدورة هي تزويد الخلية بعدد من السلائف لعمليات التخليق الحيوي. عادةً ما تكون دورة TCA عبارة عن "بنية فوقية" إضافية لآليات الطاقة اللاهوائية للخلية. الركيزة الأولية لدورة TCA هي أسيتيل CoA ("حمض الأسيتيك المنشط")، والذي يتشكل في الكائنات الهوائية من البيروفات في تفاعل يقوم به مركب هيدروجيناز البيروفات:

يدخل CH3-CO-COOH + CoA-SH + NAD+

CH3-CO~S-CoA + NAD*H2 + CO2

تبدأ دورة TCA نفسها (الشكل 92) بتكثيف أسيتيل CoA مع جزيء حمض الأكسالوأسيتيك، المحفز بواسطة سينسيز السيترات. منتجات التفاعل هي حامض الستريك والإنزيم المساعد الحر A. يتم تحويل حامض الستريك بالتتابع إلى أحماض رابطة الدول المستقلة وأحماض إيزوتريك بواسطة إنزيم أكونيتاز. يتم تحويل الأخير إلى حمض ألفا كيتوجلوتاريك في تفاعل محفز بواسطة هيدروجيناز إيزوسيترات. في المرحلة الأولى من التفاعل، تتم إزالة الهيدروجين من حمض الإيزوتريك، مما يؤدي إلى تكوين حمض الأكسالوسوكسينيك و NAD*H2. في الخطوة الثانية، يخضع حمض الأوكسالوسكسينيك، الذي لا يزال مرتبطًا بالإنزيم، لعملية نزع الكربوكسيل. منتجات التفاعل هي حمض ألفا كيتوجلوتاريك، المنطلق من الإنزيم، وثاني أكسيد الكربون.

يخضع حمض ألفا كيتوجلوتاريك لمزيد من نزع الكربوكسيل التأكسدي المحفز بواسطة مركب هيدروجيناز ألفا كيتوجلوتارات، مما يؤدي إلى تكوين سكسينيل-CoA. هذا التفاعل هو التفاعل الوحيد الذي لا رجعة فيه للمكونات العشرة لدورة TCA. أحد منتجات التفاعل، succinyl-CoA، هو مركب يحتوي على رابطة ثيويثر عالية الطاقة.

والخطوة التالية هي تكوين حمض السكسينيك من succinyl-CoA، المحفز بواسطة succinylthiokinase، ونتيجة لذلك يتم تخزين الطاقة المنطلقة عند كسر رابطة الثيوستر في رابطة الفوسفات في GTP. ثم يتبرع GTP بمجموعة الفوسفات الخاصة به إلى جزيء ADP، مما يؤدي إلى تكوين ATP. وبالتالي، في هذه المرحلة من دورة TCA، تحدث فسفرة الركيزة.

يتأكسد حمض السكسينيك إلى حمض الفوماريك بواسطة إنزيم هيدروجيناز السكسينات. بعد ذلك، يتم ترطيب حمض الفوماريك بواسطة فوماراز، مما يؤدي إلى حمض الماليك، الذي يخضع لعملية نزع الهيدروجين، مما يؤدي إلى تكوين PKA. يتم تحفيز التفاعل بواسطة هيدروجيناز مالات المعتمد على NAD. يكمل هذا التفاعل دورة TCA، حيث يتم تجديد الجزيء المستقبل (ASA) مرة أخرى، مما يؤدي إلى الثورة التالية للدورة. ومع ذلك، نظرًا لوجود تدفق مستمر من الدورة للتخليق الحيوي للأيضات الوسيطة، مما يؤدي إلى انخفاض في مستوى AP، فهناك حاجة إلى تخليق إضافي. ويتحقق ذلك في كل من تفاعلات الكربوكسيل للبيروفات أو الفوسفونول بيروفيت (الجدول 24)، ومن خلال سلسلة من التفاعلين تسمى تحويلة الجليوكسيلات (الشكل 92). في الأول منهم، ينقسم حمض الإيزوسيتريك، تحت تأثير لياز إيزوسيترات، إلى أحماض السكسينيك والجليوكسيليك. في التفاعل الثاني، الذي يتم تحفيزه بواسطة إنزيم المالات، يتم تكثيف حمض الجلايوكسيليك مع أسيتيل CoA لتكوين حمض الماليك، والذي يتم تحويله أيضًا إلى PCA. نتيجة لتفاعلين جديدين، يتم تصنيع حمض C4 من بقايا C2. لا تعمل تحويلة الغليوكسيلات عندما تنمو على ركائز يؤدي تقويضها إلى تكوين حمض البيروفيك. يتم تشغيله عندما تنمو الكائنات الحية على مركبات C2.

لا يشمل "وقود" الطاقة المعالج في دورة TCA الكربوهيدرات فحسب، بل يتضمن أيضًا الأحماض الدهنية (بعد التحلل الأولي إلى أسيتيل CoA)، بالإضافة إلى العديد من الأحماض الأمينية (بعد إزالة المجموعة الأمينية في تفاعلات إزالة الرطوبة أو نقل الأمين). نتيجة لثورة واحدة من الدورة، تحدث 2 نزع كربوكسيل، 4 نزع هيدروجين و 1 فسفرة. نتيجة نزع الكربوكسيل 2 هي إزالة ذرتين كربون (2 جزيئات ثاني أكسيد الكربون) من الدورة، أي. تمامًا كما جاء على شكل مجموعة الأسيتيل. نتيجة 4 عمليات نزع الهيدروجين، يتم تشكيل 3 جزيئات من NAD*H2 وجزيء واحد من FAD*H2. كما ترون، في عملية التحولات الموصوفة أعلاه، ينتهي كل الهيدروجين على ناقلات معينة، والمهمة الآن هي نقله عبر ناقلات أخرى إلى الأكسجين الجزيئي.

كيف يتم تمثيل هذا في eubacteria؟ نواجه تسلسلات معينة من التفاعلات الأنزيمية المشابهة لتلك التي تحدث في دورة TCA في البكتيريا الحقيقية في مراحل مختلفة من التطور التطوري. بعض التفاعلات في الدورة تعمل تحت ظروف لاهوائية في البكتيريا التي تحصل على الطاقة من خلال عمليات التخمير.

في بكتيريا البروبيونيك، يحتوي تسلسل تفاعلات التخمير المؤدية إلى تخليق حمض البروبيونيك على تفاعلات "مدمجة" من حمض السكسينيك إلى ACA، مماثلة لتلك الموجودة في دورة TCA، ولكنها تسير في الاتجاه المعاكس وترتبط على مرحلتين مع الحد من ركائز التفاعل (الشكل 54). في تخمير حمض البروبيونيك، تعمل هذه التفاعلات على قبول الهيدروجين، كونها أحد الخيارات لحل مشكلة المانح والمتقبل في ظل الظروف اللاهوائية.

في أنواع أخرى من البكتيريا الحقيقية، نواجه تسلسلًا أكثر اكتمالًا من التفاعلات المشابهة لدورة TCA، ولكنها لم تنغلق بعد في دورة كاملة. في أغلب الأحيان، تكون الخطوة الأنزيمية لتحويل حمض ألفا كيتوجلوتاريك إلى حمض السكسينيك غائبة، ونتيجة لذلك يبدو أن دورة TCA "مكسورة" (الشكل 85). تم العثور على دورة TCA "المكسورة" في البكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي الخالي من الأكسجين، والبكتيريا الزرقاء، والكائنات ذاتية التغذية الكيميائية، وبعض الكائنات ذاتية التغذية الكيميائية. ربما، في هذا الشكل، لا يمكن لدورة TCA أن تعمل في نظام آليات إنتاج الطاقة في الخلية. في هذه الحالة، وظيفتها الرئيسية هي الاصطناعية الحيوية. تشير حقيقة وجود دورة TCA "المكسورة" في مجموعات فسيولوجية مختلفة من eubacteria، منفصلة على نطاق واسع عن بعضها البعض، إلى مسارات تطورية معقدة لهذه الآلية. هذا السؤال يتطلب بعض التوضيح.

تنظيم الدورة

يتم تنظيم دورة كريبس "من خلال آلية ردود الفعل السلبية"؛ في وجود كمية كبيرة من الركائز (أسيتيل CoA، أوكسالوسيتات)، تعمل الدورة بنشاط، وعندما يكون هناك فائض من منتجات التفاعل (NADH، ATP)، يتم منعه (مبدأ غولدبرغ-واج). ويتم التنظيم أيضًا بمساعدة الهرمونات؛ المصدر الرئيسي لأسيتيل CoA هو الجلوكوز، وبالتالي فإن الهرمونات التي تعزز التحلل الهوائي للجلوكوز تساهم في عمل دورة كريبس. هذه الهرمونات هي: الأنسولين والأدرينالين. يحفز الجلوكاجون تخليق الجلوكوز ويمنع تفاعلات دورة كريبس.

كقاعدة عامة، لا ينقطع عمل دورة كريبس بسبب التفاعلات اللاإرادية التي تغذي الدورة بالركائز: البيروفات + ثاني أكسيد الكربون + ATP = أوكسالوسيتات (الركيزة من دورة كريبس) + ADP + Fn.

استحداث السكرهي عملية تخليق الجلوكوز من مواد غير كربوهيدراتية. في الثدييات، يتم تنفيذ هذه الوظيفة بشكل رئيسي الكبد ، وإلى حد أقل - الكلى و الخلايا المخاطية المعوية . الركائز الرئيسية لتكوين السكر هي البيروفات، اللاكتات، الجلسرين، الأحماض الأمينية (الشكل 10).

الشكل 10

يوفر استحداث السكر احتياجات الجسم من الجلوكوز في الحالات التي يحتوي فيها النظام الغذائي على كميات غير كافية من الكربوهيدرات (النشاط البدني، الصيام). يعد الإمداد المستمر بالجلوكوز ضروريًا بشكل خاص للجهاز العصبي وخلايا الدم الحمراء. عندما ينخفض ​​تركيز الجلوكوز في الدم إلى ما دون مستوى حرج معين، يتعطل عمل الدماغ؛ مع نقص السكر في الدم الشديد، تحدث غيبوبة ويمكن أن تحدث الوفاة.

احتياطيات الجليكوجين في الجسم كافية لتلبية احتياجات الجلوكوز بين الوجبات. أثناء الكربوهيدرات أو الجوع الكامل، وكذلك أثناء العمل البدني لفترات طويلة، يتم الحفاظ على تركيز الجلوكوز في الدم بسبب تكوين السكر. قد تتضمن هذه العملية مواد يمكن تحويلها إلى البيروفات أو أي مستقلب آخر لتكوين السكر. يوضح الشكل نقاط إدراج الركائز الأولية في تكوين الجلوكوز:

الجلوكوز ضروري للأنسجة الدهنية كمصدر للجلسرين، وهو جزء من الجلسريدات؛ إنه يلعب دورًا أساسيًا في الحفاظ على تركيزات فعالة من مستقلبات دورة حمض الستريك في العديد من الأنسجة. حتى في الحالات التي يتم فيها توفير معظم احتياجات الجسم من السعرات الحرارية عن طريق الدهون، هناك دائمًا حاجة معينة للجلوكوز.بالإضافة إلى ذلك، يعتبر الجلوكوز بمثابة الوقود الوحيد لنشاط العضلات والهيكل العظمي في ظل الظروف اللاهوائية. وهو مقدمة لسكر الحليب (اللاكتوز) في الغدد الثديية ويستهلكه الجنين بنشاط أثناء النمو. تُستخدم آلية تكوين السكر في الدم لإزالة منتجات استقلاب الأنسجة من الدم، على سبيل المثال اللاكتات، الذي يتشكل في العضلات وخلايا الدم الحمراء، والجلسرين، الذي يتشكل بشكل مستمر في الأنسجة الدهنية.

يعتمد إدراج ركائز مختلفة في تكوين السكر على الحالة الفسيولوجية للكائن الحي. اللاكتاتهو نتاج التحلل اللاهوائي في كريات الدم الحمراء والعضلات العاملة. الجلسرينيتم إطلاقه أثناء التحلل المائي للدهون في الأنسجة الدهنية خلال فترة ما بعد الامتصاص أو أثناء النشاط البدني. أحماض أمينيةتتشكل نتيجة لانهيار بروتينات العضلات.

سبعة تفاعلات لتحلل السكر يمكن عكسها بسهولة وتستخدم في تكوين الجلوكوز. لكن تفاعلات الكيناز الثلاثة لا رجعة فيها ويجب تجاوزها (الشكل 12). وبالتالي، يتم نزع فسفور الفركتوز-1،6-ثنائي الفوسفات والجلوكوز-6-فوسفات بواسطة فوسفاتازات معينة، ويتم فسفرة البيروفات لتكوين فسفوينول بيروفات من خلال خطوتين وسيطتين عبر أوكسالوسيتات. يتم تحفيز تكوين أوكسالوسيتات بواسطة كربوكسيلاز البيروفات. يحتوي هذا الإنزيم على البيوتين باعتباره أنزيمًا مساعدًا. يتم تشكيل أوكسالوسيتات في الميتوكوندريا، ويتم نقلها إلى العصارة الخلوية وتشارك في تكوين الجلوكوز. تجدر الإشارة إلى أن كل تفاعل من التفاعلات التي لا رجعة فيها لتحلل السكر، جنبًا إلى جنب مع التفاعل الذي لا رجعة فيه لتكوين الجلوكوز، يشكلان دورة تسمى الركيزة:

الشكل 12

هناك ثلاث دورات من هذا القبيل - تقابل ثلاثة تفاعلات لا رجعة فيها. تخدم هذه الدورات نقاط تطبيق الآليات التنظيمية مما يؤدي إلى تغير في تدفق المستقلبات إما على طول مسار تحلل الجلوكوز أو على طول مسار تخليقه.

اتجاه ردود الفعل دورة الركيزة الأولىينظم بشكل رئيسي عن طريق تركيز الجلوكوز. أثناء عملية الهضم، يزداد تركيز الجلوكوز في الدم. نشاط الجلوكوكيناز يصل إلى الحد الأقصى في ظل هذه الظروف. ونتيجة لذلك، يتم تسريع رد فعل حال السكر جلوكوز ® جلوكوز-6-فوسفات.بالإضافة إلى ذلك، يحفز الأنسولين تخليق الجلوكوكيناز وبالتالي يسرع عملية فسفرة الجلوكوز. نظرًا لأن جلوكوكيناز الكبد لا يتم تثبيطه بواسطة الجلوكوز 6 فوسفات (على عكس هيكسوكيناز العضلات)، يتم إرسال الجزء الأكبر من الجلوكوز 6 فوسفات عبر مسار تحلل السكر.

يتم تحفيز تحويل الجلوكوز 6 فوسفات إلى الجلوكوز بواسطة فوسفاتيز محدد آخر - الجلوكوز 6 الفوسفاتيز.وهو موجود في الكبد والكلى، لكنه غائب في العضلات والأنسجة الدهنية. يسمح وجود هذا الإنزيم للأنسجة بتزويد الدم بالجلوكوز.

يتم تكسير الجليكوجين لتكوين الجلوكوز 1 فوسفات بواسطة الفسفوريلاز. يتبع تخليق الجليكوجين مسارًا مختلفًا تمامًا، من خلال تكوين جلوكوز اليوريدين ثنائي فوسفات، ويتم تحفيزه سينسيز الجليكوجين.

الركيزة الثانيةالدورة: تحويل الفركتوز 1,6-ثنائي الفوسفات إلى فركتوز 6-فوسفات، بتحفيز من إنزيم محدد. الفركتوز-1،6-ثنائي الفوسفات.تم العثور على هذا الإنزيم في الكبد والكلى، كما تم العثور عليه في العضلات المخططة.

اتجاه ردود الفعل الركيزة الثانيةتعتمد الدورة على نشاط الفوسفوفركتوكيناز والفركتوز-1،6-ثنائي الفوسفات. ويعتمد نشاط هذه الإنزيمات على تركيز الفركتوز-2,6-ثنائي الفوسفات.

يتم تشكيل الفركتوز -2،6-ثنائي الفوسفات عن طريق فسفرة الفركتوز -6-فوسفات بمشاركة إنزيم ثنائي الوظيفة (BIF)، والذي يحفز أيضًا التفاعل العكسي.

يحدث نشاط الكيناز عندما يكون الإنزيم ثنائي الوظيفة في شكله المنزوع الفسفور (BIF-OH). يتميز الشكل المنزوع الفسفرة من BIF بفترة الامتصاص، عندما يكون مؤشر الأنسولين-الجلوكاجون مرتفعًا.

مع انخفاض مؤشر الأنسولين الجلوكاجون، وهو سمة من سمات فترة الصيام الطويل، يحدث فسفرة BIF وظهور نشاط الفوسفاتيز، مما يؤدي إلى انخفاض في كمية الفركتوز -2،6-ثنائي الفوسفات، وتباطؤ تحلل السكر ونقص السكر في الدم. التحول إلى استحداث السكر.

يتم تحفيز تفاعلات الكيناز والفوسفاتيز بواسطة مراكز نشطة مختلفة من BIF، ولكن في كل حالة من حالتي الإنزيم - المفسفرة والمنزوعة الفسفور - يتم تثبيط أحد المراكز النشطة.

16.2.1. استحداث السكر هو التخليق الحيوي للجلوكوز من مختلف المركبات غير الكربوهيدراتية. يتمثل الدور البيولوجي لتكوين الجلوكوز في الحفاظ على مستوى ثابت من الجلوكوز في الدم، وهو أمر ضروري لإمداد الطاقة الطبيعي للأنسجة التي تتميز بالحاجة المستمرة للكربوهيدرات. هذا ينطبق بشكل خاص على الجهاز العصبي المركزي.

يزداد دور تكوين السكر في الدم مع عدم تناول كمية كافية من الكربوهيدرات من الطعام. وهكذا يستطيع جسم الصائم أن يصنع ما يصل إلى 200 جرام من الجلوكوز يوميًا. يستجيب استحداث السكر بشكل أسرع من العمليات الأيضية الأخرى للتغيرات في النظام الغذائي: إدخال كميات كبيرة من البروتينات والدهون مع الطعام ينشط عمليات تكوين السكر. على العكس من ذلك، فإن الكربوهيدرات الزائدة تمنع تكوين الجلوكوز.

يصاحب النشاط البدني المكثف استنفاد سريع لاحتياطيات الجلوكوز في الجسم. في هذه الحالة، تكون عملية استحداث السكر هي الطريقة الرئيسية لتجديد موارد الكربوهيدرات، مما يمنع تطور نقص السكر في الدم. يرتبط تكوين السكر في الجسم أيضًا ارتباطًا وثيقًا بعمليات تحييد الأمونيا والحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي.

16.2.2. الموقع الرئيسي للتخليق الحيوي للجلوكوز من جديدهو الكبد. يحدث استحداث السكر أيضًا في القشرة الكلوية. من المقبول عمومًا أن مساهمة الكلى في تكوين الجلوكوز في ظل الظروف الفسيولوجية تبلغ حوالي 10٪ من الجلوكوز الذي يتم تصنيعه في الجسم؛ في الظروف المرضية يمكن أن تزيد هذه النسبة بشكل ملحوظ. تم العثور على نشاط ضئيل لإنزيمات استحداث السكر في الغشاء المخاطي للأمعاء الدقيقة.

16.2.3. يمثل تسلسل تفاعلات تكوين الجلوكوز عكس التفاعلات المقابلة لتحلل السكر. ثلاثة فقط من تفاعلات تحلل السكر لا رجعة فيها بسبب التحولات الكبيرة في الطاقة التي تحدث خلالها:

أ) فسفرة الجلوكوز. ب) فسفرة الفركتوز 6 فوسفات؛ ج) تحويل فوسفونول بيروفات إلى البيروفات.

يتم توفير تجاوز حواجز الطاقة هذه عن طريق الإنزيمات الرئيسية لتكوين الجلوكوز.

يتطلب التحويل العكسي للبيروفات إلى فوسفونول بيروفيت مشاركة إنزيمين. اول واحد هو كربوكسيلاز البيروفات - يحفز تفاعل تكوين أوكسالوسيتات (الشكل 16.4، التفاعل 1). إنزيم كربوكسيلاز البيروفات هو البيوتين (فيتامين H). يستمر التفاعل في الميتوكوندريا. ويتمثل دورها أيضًا في تجديد تجمع الأكسالوسيتات لدورة كريبس.

تحدث جميع التفاعلات اللاحقة لتكوين السكر في الدم السيتوبلازم . غشاء الميتوكوندريا غير منفذ للأكسالوأسيتات، ويتم نقله إلى السيتوبلازم في شكل مستقلبات أخرى: مالات أو أسبارتات. وفي السيتوبلازم، تتحول هذه المركبات مرة أخرى إلى أوكسالوسيتات. بطولة فسفوينول بيروفيت كربوكسي كيناز ويتكون الفوسفونول بيروفات من أوكسالوسيتات (الشكل 16.4، التفاعل 2).

يتم تحويل الفوسفونول بيروفات، نتيجة لعكس عدد من تفاعلات تحلل السكر، إلى الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات. يتم تحفيز تحويل الفركتوز 1،6-ثنائي الفوسفات إلى فركتوز 6-فوسفات بواسطة ثنائي فوسفات الفركتوز (الشكل 16.4، رد الفعل 3).

يتصاوغ الفركتوز 6-فوسفات إلى جلوكوز 6-فوسفات. التفاعل النهائي لتكوين الجلوكوز هو التحلل المائي للجلوكوز 6 فوسفات بمشاركة إنزيم الجلوكوز 6 فوسفاتيز (الشكل 16.4، التفاعل 4).

الشكل 16.4.ردود الفعل الالتفافية لتكوين السكر .

16.2.4. المصادر الرئيسية للجلوكوز في تكوين الجلوكوز هي اللاكتات والأحماض الأمينية والجلسرين ومستقلبات دورة كريبس.

اللاكتات- المنتج النهائي للأكسدة اللاهوائية للجلوكوز. يمكن تضمينه في تكوين السكر بعد الأكسدة إلى البيروفات في تفاعل هيدروجيناز اللاكتات (انظر قسم "تحلل السكر"، الشكل 15.4، التفاعل 11). أثناء العمل البدني المطول، المصدر الرئيسي لللاكتات هو العضلات الهيكلية، في الخلايا التي تسود فيها العمليات اللاهوائية. تراكم حمض اللاكتيك في العضلات يحد من أدائها. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه مع زيادة تركيز حمض اللاكتيك في الأنسجة، ينخفض ​​مستوى الرقم الهيدروجيني (الحماض اللبني). تؤدي التغيرات في الرقم الهيدروجيني إلى تثبيط الإنزيمات في المسارات الأيضية الحرجة. ينتمي إلى مكان مهم في التخلص من حمض اللاكتيك الناتج دورة كوري الجلوكوز اللاكتات (الشكل 16.5).

الشكل 16.5.دورة كوري ودورة الجلوكوز ألانين (التفسيرات في النص).

الأحماض الأمينية الجلوكوجينيةوالتي تشمل معظم الأحماض الأمينية البروتينية. ينتمي المكان الرائد في تكوين السكر في الدم بين الأحماض الأمينية ألانين والتي يمكن تحويلها إلى البيروفات عن طريق النقل. أثناء الصيام والعمل البدني وغيرها من الظروف، يقوم الجسم بوظائفه دورة الجلوكوز ألانين ، على غرار دورة كوري لللاكتات (الشكل 16.2). إن وجود دورة ألانين-جلوكوز يمنع تسمم الجسم، حيث لا توجد إنزيمات في العضلات تستخدم الأمونيا. نتيجة للتدريب، تزداد قوة هذه الدورة بشكل ملحوظ.

ويمكن تحويل الأحماض الأمينية الأخرى، مثل ألانين، إلى البيروفات أيضًا دورة كريبس الوسيطة (ألفا-كيتوجلوتارات، فومارات، سوسينيل-CoA). كل هذه المستقلبات قادرة على التحول إلى أوكسالوسيتات وإدراجها في تكوين السكر.

الجلسرين- نتاج التحلل المائي للدهون في الأنسجة الدهنية. يتم تعزيز هذه العملية بشكل كبير عن طريق الصيام. في الكبد، يتم تحويل الجلسرين إلى فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون، وهو منتج وسيط لتحلل السكر ويمكن استخدامه في تكوين الجلوكوز.

حمض دهني و أسيتيل مرافق الإنزيم أ ليست سلائف الجلوكوز. توفر أكسدة هذه المركبات الطاقة لعملية تخليق الجلوكوز.

16.2.5. توازن الطاقة.يحتوي مسار تخليق الجلوكوز من البيروفات (الشكل 16.6) على ثلاثة تفاعلات مصحوبة باستهلاك طاقة ATP أو GTP:

أ) تكوين أوكسالوسيتات من البيروفات (يتم استهلاك جزيء ATP)؛ ب) تكوين فسفوينول بيروفات من أوكسالوسيتات (يتم استهلاك جزيء GTP)؛ ج) عكس فسفرة الركيزة الأولى - تكوين 1،3-ثنائي فوسفوجليسيرات من 3-فوسفوجليسيرات (يتم استهلاك جزيء ATP).

يتم تكرار كل من هذه التفاعلات مرتين، حيث يتم استخدام جزيئين من البيروفات (C3) لتكوين جزيء واحد من الجلوكوز (C6). ولذلك، فإن توازن الطاقة لتخليق الجلوكوز من البيروفات هو 6 جزيئات من نيوكليوسيد ثلاثي الفوسفات (4 جزيئات من ATP و 2 جزيئات من GTP). عند استخدام سلائف أخرى، يختلف توازن الطاقة في عملية التخليق الحيوي للجلوكوز.

الشكل 16.6.توازن الطاقة في التخليق الحيوي للجلوكوز من اللاكتات.

16.2.6. تنظيم استحداث السكر.يتم تحديد معدل تكوين الجلوكوز من خلال توافر الركائز - سلائف الجلوكوز. تؤدي الزيادة في تركيز أي من سلائف الجلوكوز في الدم إلى تحفيز تكوين الجلوكوز.

بعض المستقلبات هي مؤثرات تفارغية لإنزيمات تكوين السكر. على سبيل المثال، يقوم أسيتيل CoA بتركيزات مرتفعة بتنشيط كربوكسيلاز البيروفات، الذي يحفز التفاعل الأول لتكوين الجلوكوز. على العكس من ذلك، فإن أدينوسين أحادي الفوسفات له تأثير مثبط على ثنائي فوسفات الفركتوز، والجلوكوز الزائد يمنع الجلوكوز 6 فوسفاتيز.

يعمل هرمون البنكرياس الجلوكاجون وهرمونات الغدة الكظرية الأدرينالين والكورتيزول على زيادة معدل التخليق الحيوي للجلوكوز في الجسم عن طريق زيادة نشاط الإنزيمات الرئيسية لتكوين السكر أو زيادة تركيز هذه الإنزيمات في الخلايا. يساعد هرمون الأنسولين البنكرياسي على تقليل معدل تكوين السكر في الجسم.