Основы биохимии Том 2 - А. Ленинджер 1985

Биоэнергетика и метаболизм
Гликолиз - центральный путь катаболизма глюкозы
В гликолиз могут вовлекаться и другие простые сахара

В животном организме гликолизу подвергается не только глюкоза, но и другие моносахариды, которые после соответствующих превращений тоже могут расщепляться и высвобождать заключенную в них энергию (рис. 15-8).

D-фруктоза, присутствующая в свободном виде во многих фруктах и образующаяся в тонком кишечнике из сахарозы (называемой также тростниковым или свекловичным сахаром), может фосфорилироваться в присутствии гексокиназы, которая действует на большое число различных гексоз:

Таков главный путь включения фруктозы в гликолиз в мышечной ткани и в почках.

Рис. 15-11. а-D-фруктозо-1-фосфат - промежуточный продукт на пути превращения фруктозы в глицеральдегидфосфат.

В печени, однако, для этого существует другой путь. Присутствующая здесь фруктокиназа катализирует фосфорилирование фруктозы не по 6-му, а по 1-му атому углерода (рис. 15-11):

Затем под действием алъдолазы фруктозо-1-фосфат расщепляется с образованием D-глицеральдегида и дигидроксиацетонфосфата:

Дигидроксиацетонфосфат является, как известно, одним из промежуточных продуктов гликолиза, превращающимся в глицеральдегид-3-фосфат. Другой продукт изображенной выше реакции, D-глицеральдегид, фосфорилируется под действием фермента триозокиназы за счет АТР, что также приводит к глицеральдегид-3-фосфату:

Таким образом, в печени из молекулы D-фруктозы образуются две молекулы глицеральдегид-3-фосфата.

D-галактоза, образующаяся в результате гидролиза дисахарида лактозы (молочного сахара) сначала фосфорилируется по 1-му атому углерода под действием фермента галактокиназы за счет АТР:

Продукт этой реакции, D-галактозо-1-фосфат, превращается в свой С₄-эпимер, т.е. в D-глюкозо-1-фосфат. Превращение осуществляется в несколько этапов (рис. 15-12). В этих реакциях принимает участие уридиндифосфат (UDP), функционирующий в качестве переносчика гексозных групп наподобие кофермента. В печени человека галактозо-1-фосфат взаимодействует с UDP-глюкозой, что приводит к образованию UDP-D-галактозы и глюкозо-1-фосфата. Эту реакцию катализирует фермент UDРглюкоза: а-D-галактозо-1-фосфат уридилилтрансфераза. Остаток галактозы в молекуле UDP-D-галактозы претерпевает затем катализируемую ферментом UDPглюкоза-эпимеразой (рис. 15-12) эпимеризацию при 4-м углеродном атоме, в результате чего образуется UDP-D-глюкоза. UDPглюкоза-пирофосфорилаза катализирует расщепление UDP-глюкозы с образованием D-глюкозо-1-фосфата, который под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат. Эта последовательность реакций ответственна не только за превращение D-гaлактозы в D-глюкозу; она же используется и для обратного процесса - для синтеза D-галактозы в молочных железах (где D-галактоза необходима для образования лактозы, или молочного сахара). Важная роль UDP в качестве переносчика гликозильных групп выявлена благодаря работам аргентинского биохимика Луиса Лелуара. Позже мы познакомимся с другими метаболическими путями, где промежуточными продуктами служат также UDP-производные сахаров.

При одной из самых обычных форм такого врожденного нарушения обмена.

Рис. 15-12. А. Путь превращения D-галактозы в D-глюкозу. Б. Более подробное изображение UDРглюкоза 4-эпимеразной реакции (на рис. А этот этап выделен рамкой).

NAD, который необходим ферменту, катализирующему взаимопревращение UDP-глюкозы и UDP-галактозы, по-видимому, принимает два водорода от четвертого углеродного атома остатка глюкозы, а затем возвращает их с образованием эпимера по четвертому атому углерода.

Недостаточность фермента UDРглюкоза: а-D-галактозо-1-фосфат-уридилилтрансферазы обусловливает галактоземию - наследственное заболевание человека, проявляющееся в раннем детстве. Поскольку превращение галактозы в глюкозу при этом нарушено, галактоза и галактозо-1-фосфат, образующиеся при переваривании лактозы, накапливаются в тканях, вызывая повреждения мозга и печени, а также помутнение хрусталика (катаракту). Свободная галактоза обнаруживается в значительных количествах также и в крови. Одна из более легких форм галактоземии вызывается недостаточностью галактокиназы.

как галактоземия, в организме человека вследствие генетической аномалии отсутствует фермент UDPглюкоза: a-D-галактозо-1-фосфат уридилилтрансфераза. Превращение D-галактозы в D-глюкозу оказывается в таком случае невозможным. Из-за нарушения способности организма метаболизировать D-галактозу и D-галактозо-1-фосфат эти соединения накапливаются в крови и в тканях. При этом печень и некоторые другие органы увеличиваются, ухудшается зрение из-за помутнения хрусталика (катаракта) и задерживается умственное развитие. Поскольку главным источником D-галактозы служит лактоза молока, это врожденное нарушение обмена проявляется в детском возрасте. Проявления галактоземии могут быть существенно смягчены, если устранить из рациона молоко и молочные продукты. Другие формы галактоземии наблюдаются при генетических аномалиях, обусловливающих недостаточность галактокиназы или UDРглюкоза-4-эпимеразы.

D-манноза, которая образуется при переваривании различных полисахаридов и гликопротеинов, содержащихся в пище, фосфорилируется по положению 6 под действием фермента гексокиназы:

Затем фосфоманноизомераза катализирует изомеризацию D-маннозо-6-фосфата с образованием D-фруктозо-6-фосфата, который принадлежит к числу промежуточных продуктов гликолиза:

На рис. 15-8 изображены все эти пути, по которым различные сахара направляются на центральный гликолитический путь.