Бескислородное окисление глюкозы включает два этапа

2.3- БФГ в норме и при патологии[править | править код]

Эмбриональный гемоглобин имеет низкое сродство к 2,3-БФГ

Гемоглобин — тетрамер. состоящий из двух альфа-цепей и двух бета-цепей. Фетальный гемоглобин имеет иное строение: он состоит из двух а-цепей и двух у-цепей. По сравнению с нормальным гемоглобином взрослого человека, фетальный гемоглобин имеет более низкое сродство к 2,3-БФГ. Это значит, что сродство к кислороду у фетального гемоглобина выше, чем у гемоглобина материнского организма. Благодаря этому происходит транспорт кислорода от материнского организма к азолу.

2.3- БФГ и высотная адаптация

Предположим, что некий житель низин решил провести отпуск в горах. В первые дни отпуска даже незначительные физические нагрузки вызовут у него усталость и одышку. Но за несколько дней произойдет адаптация к высокогорью — в эритроцитах повысится концентрация 2,3-БФГ. Благодаря этому ткани станут получать кислород в достаточном количестве. несмотря на то что его концентрация в разреженном горном воздухе невысока.Повышение концентрации 2,3-БФГ — ответная реакция организма на недостаток кислорода

У курящих лиц концентрация 2,3-БФГ в эритроцитах выше, чем у некурящих. Так организм компенсирует сниженное вследствие постоянного воздействия угарного газа обеспечение тканей кислородом. Компенсаторное повышение уровня 2.3- БФГ также часто наблюдается у больных хроническими анемиями, обструктивной болезнью легких, при врожденных пороках сердца и муковисцидозе.

Энзимопатии гликолитического пути в эритроцитах

В редких случаях из-за врожденной недостаточности гликолитических ферментов в эритроцитах развивается наследственная несфероцитарная гемолитическая анемия. Это заболевание может быть весьма тяжелым, поскольку в эритроцитах гликолиз — единственный путь синтеза и АТФ и 2.3-БФГ.

Нарушения гликолитического ферментативного аппарата могут по-разному сказываться на метаболизме 2.3-БФГ (рис. 18.2). Если нарушение расположено проксимально по отношению к 2.3-БФГ-шунту (например, при недостаточности гексокиназы, фосфоглюкоизомеразы или альдолазы А), уровень 2,3-БФГ будет снижен, так как будет снижена интенсивность синтеза его предшественников. Если же нарушение расположено после 2.3-БФГ-шунта (например, недостаточность пируваткиназы). концентрация 2.3-БФГ в эритроцитах будет повышена.

Кроме того, у ряда больных была обнаружена недостаточность бифункционального фермента шунта — БФГ-мутазы/2,3-БФГ-фосфагазы. У таких больных концентрация 2.3- БФГ была низкой.

Номенклатура альдолаз

Чтобы учащийся не путал разные термины, необходимо разобраться в номенклатуре альдолаз. Альдолаза (полное название — фруктозо-1,6-бисфосфат-атьдолаза) по официальной номенклатуре называется D-глицеральдегид-З-фосфатлиазой (КФ 4.1.2.13). Она выполняет три функции:

катализирует реакцию конденсации дигидрокснацетон-фосфата и глицеральдегид-З-фосфата. Продукт этой реакции — фруктозо-1,6-бисфосфат;

катализирует расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата на лигилроксиацетонфосфат и минеральдегид-3-фосфат;

катализирует расщепление других, структурно близких фосфатов сахаров. Так. альдолаза катализирует расщепление фруктозо-1-фосфата на дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид (примечание: раньше фермент, выполняющий эту функцию, называли кетозо-1-фосфат-альдолазой. КФ 4.1.2.7).

У животных обнаружены три формы альдолазы.

Альдолаза А. Содержится в эритроцитах и мышцах. При наследственной гемолитической анемии в крови содержится дефектная форма альдолазы А.

Альдолаза В. Недостаточность альдолазы В приводит к наследственной непереносимости фруктозы. Альдолаза В присутствует в печени, почках и тонком кишечнике.

Альдолаза С. Содержится в головном мозге.

Вопрос 9. Реакции синтеза гема, регуляция синтеза.

Гем
является простетической группой
гемоглобина, миоглобина, цитохромов,
каталазы и пероксифазы.

Гем
синтезируется во всех клетках, но
наиболее активно синтез идет в печени
и костном мозге, так как в этих тканях
идет синтез гемоглобина и цитохромов.
Гем в эритроцитах начинает синтезироваться
уже на стадии полихроматофильных
эритробластов. Клетки делится, постепенно
накапливают гемоглобин, их цитоплазма
становится оксифильной – это ацирофильные
эритробласты. Синтез гема заканчивается
только в зрелых эритроцитах (нет
митохондрий).

Для
синтеза гема необходимо два исходных
реагента: глицин и сукцинил – КоА. Эти
вещества необходимы для синтеза 
— аминолевулиновой кислоты (
— ALA).
Реакция катализируется
пиридоксальфосфатзависимым ферментам
ALA
– синтазой, которая локализуется в
митохондриях.

Далее
процесс перемещается в цитоплазму, так
как следующий фермент синтеза гема –
ALA
– дегидротаза, локализован именно там.
ALA
– дегидротаза – Zn-
содержащий фермент. Этот фермент
катализирует реакцию конденсации двух
молекул ALA
с образованием пиррола – порфобилинагена
(ПБГ).

Остальные
стадии биосинтеза гема включают в себя
соединение 4 молекул ПБГ в единую
структуру, модификацию групп боковых
цепей и образование хелатных комплексов
с двух валентным атомом железа.
Промежуточными тетрапехронами на
стадиях между образованием ПБГ и
формированием гема являются бесцветные
(уро-) и копропорфириногемы. (содержащий
метеновые мостики (-СН=)). Опишем подробнее
стадии биосинтеза гема из ПБГ.

Уропорфириноген
III
превращается в копропорфириноген III
путем декарбоксилирования всех ацетатных
групп (А), вместо которых образуются
метильные группы (М). Реакцию катализирует
уропорфириноген – декарбоксилаза.
Далее копропорфириноген III
(КПГ) поступает в митохондрии, где
превращается в протопорфириноген III
(ППГ), а затем в протопорфирин III.
Митоходриальный фермент
копропорфириногеноксидаза катализирует
декарбоксилирование и окисление двух
пропионовых боковых цепей с образованием
винильной группы во 2,4 положении
(-СН=СН2).
Так образуется ППГ. Затем он окисляется
протопорфириногенооксидазой с
образованием протопорфирина IX.

Завершающей
стадией синтеза гема является включение
в протопорфирин двух валентного железа.
Эта реакция катализируется митохондриальным
ферментом гем – синтезой или ферро –
хелатазой.

Важным
является и тот факт, что в процессе
синтеза гема возрастает гидрофобность
тетрапиррольных соединений в результате
декарбоксилирования замещающих групп.
Так, более полярный уропорфириноген
экскретируется преимущественно с мочой,
а более гидрофобные копропорфириноген
и ППГ оказываются преимущественно в
желчи и удаляются в составе фекалий.

Функция

Метаболический

Как указывает его название, глицеральдегид — 3-фосфат — дегидрогеназы (GAPDH) катализирует превращение глицеральдегид 3-фосфата в D — глицерат 1,3-бисфосфат

Это шестой шаг в гликолитическом распаде глюкозы, важном пути снабжения энергией и молекулами углерода, который происходит в цитозоле эукариотических клеток. Преобразование происходит в два связанных этапа

Первый благоприятен и позволяет осуществить второй неблагоприятный шаг.

Транскрипция и апоптоз

GAPDH может сам активировать транскрипцию . Комплекс транскрипционных коактиваторов OCA-S содержит GAPDH и лактатдегидрогеназу , два белка, которые ранее считались только вовлеченными в метаболизм . GAPDH перемещается между цитозолем и ядром и, таким образом, может связывать метаболическое состояние с транскрипцией гена.

В 2005 году Hara et al. показали, что GAPDH инициирует апоптоз . Это не третья функция, но ее можно рассматривать как активность, опосредованную связыванием GAPDH с ДНК, как при активации транскрипции, обсуждаемой выше. Исследование продемонстрировало, что GAPDH NO в ответ на клеточный стресс, который заставляет его связываться с белком SIAH1 , убиквитинлигазой . Комплекс перемещается в ядро, где Siah1 нацеливается на ядерные белки для деградации , тем самым инициируя контролируемое отключение клеток. В последующем исследовании группа продемонстрировала, что депренил , который использовался в клинических условиях для лечения болезни Паркинсона , сильно снижает апоптотическое действие GAPDH, предотвращая его S-нитрозилирование, и, таким образом, может использоваться в качестве лекарства.

Метаболический переключатель

GAPDH действует как обратимый метаболический переключатель при окислительном стрессе. Когда клетки подвергаются действию оксидантов , они нуждаются в чрезмерном количестве кофактора антиоксиданта НАДФН . В цитозоле НАДФН восстанавливается из НАДФ + несколькими ферментами, три из которых катализируют первые шаги пентозофосфатного пути . Обработка оксидантами вызывает инактивацию GAPDH. Эта инактивация временно перенаправляет метаболический поток с гликолиза на пентозофосфатный путь, позволяя клетке вырабатывать больше НАДФН. В стрессовых условиях НАДФН необходим некоторым антиоксидантным системам, включая глутаредоксин и тиоредоксин, а также необходим для рециркуляции глутатиона .

От скорой помощи до транспорта Гольджи

GAPDH также, по-видимому, участвует в из эндоплазматического ретикулума (ER) в аппарат Гольджи, который является частью пути доставки секретируемых белков. Было обнаружено, что GAPDH рекрутируется rab2 в везикулярно-тубулярные кластеры ER, где он помогает формировать везикулы COP 1 . GAPDH активируется посредством фосфорилирования тирозина с помощью Src .

Дополнительные функции

GAPDH, как и многие другие ферменты, выполняет несколько функций. Помимо катализа 6-й стадии гликолиза , недавние данные указывают на участие GAPDH в других клеточных процессах. Было описано, что GAPDH проявляет многофункциональность более высокого порядка в контексте поддержания клеточного гомеостаза железа, особенно в качестве белка-шаперона для лабильного гема внутри клеток. Это стало сюрпризом для исследователей, но с эволюционной точки зрения имеет смысл повторно использовать и адаптировать существующие белки вместо того, чтобы создавать новый белок с нуля.

Диссоциация молочной кислоты[править | править код]

Рис. 2.1. Зависимость между степенью диссоциации молочной кислоты и значением pH. Вы видите, как меняется pH при изменении отношения лактат/молочная кислота. Когда концентрации лактата и молочной кислоты одинаковы (т.е. значение дроби равняется 1), pH равен значению рК для молочной кислоты (таким образом, рК молочной кислоты = 3,85) На рис. 2.1 показано, как изменяется отношение концентраций лактата и молочной кислоты с увеличением pH. Когда концентрации лактата и молочной кислоты равны (т.е. отношение лактат/молочная кислота =1), pH принимает значение рК для молочной кислоты, равной 3,85.

Биологическая функция

Диаграмма, показывающая гликолитический и глюконеогенный пути

Обратите внимание, что фосфоглицераткиназа используется в обоих направлениях.. PGK присутствует во всех живых организмах как один из двух АТФ-генерирующих ферментов гликолиза

В глюконеогенном пути PGK катализирует обратную реакцию. В стандартных биохимических условиях предпочтение отдается гликолитическому направлению.

PGK присутствует во всех живых организмах как один из двух АТФ-генерирующих ферментов гликолиза. В глюконеогенном пути PGK катализирует обратную реакцию. В стандартных биохимических условиях предпочтение отдается гликолитическому направлению.

В цикле Кальвина в фотосинтезирующих организмах PGK катализирует фосфорилирование 3-PG с образованием 1,3-BPG и ADP, как часть реакций, которые регенерируют рибулозо-1,5-бисфосфат .

ПГК, как сообщались, обладают тиольными редуктазами активности в отношении плазмина , что приводит к ангиостатину образованию, который ингибирует ангиогенез и опухоль рост. Было также показано, что фермент участвует в репликации и репарации ДНК в ядрах клеток млекопитающих .

Было показано, что человеческий изофермент PGK2, который экспрессируется только во время сперматогенеза, необходим для функции сперматозоидов у мышей.

Биохимия

Пируват — важное химическое соединение в биохимии. Это продукт метаболизма глюкозы, известный как гликолиз

Одна молекула глюкозы распадается на две молекулы пирувата, которые затем используются для получения дополнительной энергии одним из двух способов. Пируват превращается в ацетил-кофермент А , который является основным входом для ряда реакций, известных как цикл Кребса (также известный как цикл лимонной кислоты или цикл трикарбоновых кислот). Пируват также превращается в оксалоацетат в результате анаплеротической реакции , которая пополняет промежуточные соединения цикла Кребса ; также оксалоацетат используется для глюконеогенеза . Эти реакции названы в честь Ганса Адольфа Кребса , биохимика, удостоенного Нобелевской премии 1953 года по физиологии совместно с Фрицем Липманном за исследования метаболических процессов. Цикл также известен как цикл лимонной кислоты или цикл трикарбоновой кислоты, потому что лимонная кислота является одним из промежуточных соединений, образующихся во время реакций.

Если кислорода недостаточно, кислота расщепляется анаэробно , образуя лактат у животных и этанол у растений и микроорганизмов (и карпа ). Пируват в результате гликолиза превращается путем ферментации в лактат с использованием фермента лактатдегидрогеназы и кофермента NADH при лактатной ферментации или в ацетальдегид (с помощью фермента пируватдекарбоксилазы ), а затем в этанол при спиртовой ферментации .

Пируват является ключевым звеном в сети метаболических путей . Пируват может быть преобразован в углеводы посредством глюконеогенеза , в жирные кислоты или энергию посредством ацетил-КоА , в аминокислоту аланин и в этанол . Следовательно, он объединяет несколько ключевых метаболических процессов.

Референсные диапазоны для анализов крови , сравнивающих содержание в крови пирувата (показано фиолетовым цветом около середины) с другими составляющими.

Производство пировиноградной кислоты гликолизом

В гликолизе , фосфоенолпирувато (РЕР) преобразуются в пируват с помощью пируваткиназы . Эта реакция является сильно экзэргонической и необратимой; В глюконеогенезе необходимы два фермента, пируваткарбоксилаза и PEP-карбоксикиназа , чтобы катализировать обратное превращение пирувата в PEP.

фосфоенолпируват пируваткиназа пируват
 
ADP АТФ
ADP АТФ
 
  пируваткарбоксилаза и PEP карбоксикиназа

Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы ссылки на соответствующие статьи.

Декарбоксилирование до ацетил-КоА

Пирувато декарбоксилирование в пируватдегидрогеназном комплексе производит ацетил-КоА .

пируват пируватдегидрогеназный комплекс ацетил-КоА
 
CoA + NAD + СО 2 + НАДН + Н +
 
 

Карбоксилирование до оксалоацетата

Карбоксилирование пируваткарбоксилазой дает оксалоацетат .

пируват пируваткарбоксилаза оксалоацетат
 
АТФ + CO 2 ADP + P i
 
 

Трансаминирование в аланин

При трансаминировании аланин-трансаминазой образуется аланин .

пируват аланин трансаминаза аланин
 
глутамат α-кетоглутарат
глутамат α-кетоглутарат
 
 

Снижение до лактата

При восстановлении лактатдегидрогеназой образуется лактат .

пируват лактатдегидрогеназа лактат
 
НАДН НАД +
НАДН НАД +
 
 

2.3- БФГ и высотная адаптация

Предположим, что некий житель низин решил провести отпуск в горах. В первые дни отпуска даже незначительные физические нагрузки вызовут у него усталость и одышку. Но за несколько дней произойдет адаптация к высокогорью — в эритроцитах повысится концентрация 2,3-БФГ. Благодаря этому ткани станут получать кислород в достаточном количестве. несмотря на то что его концентрация в разреженном горном воздухе невысока.
Повышение концентрации 2,3-БФГ — ответная реакция организма на недостаток кислорода

У курящих лиц концентрация 2,3-БФГ в эритроцитах выше, чем у некурящих. Так организм компенсирует сниженное вследствие постоянного воздействия угарного газа обеспечение тканей кислородом. Компенсаторное повышение уровня 2.3- БФГ также часто наблюдается у больных хроническими анемиями, обструктивной болезнью легких, при врожденных пороках сердца и муковисцидозе.

Реакция

Гликолиз

Пируваткиназная реакция при гликолизе проходит в две стадии. Во-первых, PEP передает фосфатную группу ADP, производя ATP и енолят пирувата. Во-вторых, к енолату пирувата необходимо добавить протон для получения функциональной формы пирувата, необходимой клетке. Поскольку субстратом для пируваткиназы является простой фосфо-сахар, а продуктом является АТФ, пируваткиназа является возможным основным ферментом для эволюции цикла гликолиза и может быть одним из самых древних ферментов во всей земной жизни. . В архейских океанах фосфоенолпируват мог присутствовать абиотически.

Простая диаграмма, демонстрирующая заключительную стадию гликолиза, перенос фосфатной группы от фосфоенолпирувата (PEP) к аденозиндифосфату (ADP) под действием пируваткиназы, с образованием одной молекулы пирувата и одной молекулы ATP .

Было обнаружено, что в дрожжевых клетках взаимодействие дрожжевой пируваткиназы (YPK) с PEP и его аллостерическим эффектором фруктозо-1,6-бисфосфатом (FBP) усиливается за счет присутствия Mg 2+ . Таким образом, был сделан вывод , что Mg 2+ является важным кофактором в катализе PEP в пируват под действием пируваткиназы. Кроме того, было показано , что ион металла Mn 2+ оказывает аналогичное, но более сильное влияние на YPK, чем Mg 2+ . Связывание ионов металлов с участками связывания металлов на пируваткиназе увеличивает скорость этой реакции.

Реакция, катализируемая пируваткиназой, является последней стадией гликолиза. Это один из трех этапов этого пути, ограничивающих скорость. Ограничивающие скорость шаги — это более медленные, регулируемые шаги пути и, таким образом, определяют общую скорость пути. При гликолизе стадии, ограничивающие скорость, связаны либо с гидролизом АТФ, либо с фосфорилированием АДФ, в результате чего этот путь становится энергетически выгодным и по существу необратимым в клетках. Этот последний шаг строго регулируется и намеренно необратим, потому что пируват является важным промежуточным строительным блоком для дальнейших метаболических путей. После производства пирувата он либо входит в цикл TCA для дальнейшего производства АТФ в аэробных условиях, либо превращается в молочную кислоту или этанол в анаэробных условиях.

Глюконеогенез: обратная реакция

Пируваткиназа также служит регуляторным ферментом глюконеогенеза — биохимического пути, по которому печень вырабатывает глюкозу из пирувата и других субстратов. Глюконеогенез использует неуглеводные источники для обеспечения глюкозы мозгом и эритроцитами во время голодания, когда прямые запасы глюкозы истощены. Во время голодания пируваткиназа ингибируется, таким образом предотвращая «утечку» фосфоенолпирувата от превращения в пируват; вместо этого фосфоенолпируват превращается в глюкозу посредством каскада реакций глюконеогенеза . Хотя в нем используются аналогичные ферменты, глюконеогенез не является обратным гликолизу. Вместо этого это путь, который позволяет избежать необратимых стадий гликолиза. Более того, глюконеогенез и гликолиз не происходят одновременно в клетке в любой данный момент, поскольку они реципрокно регулируются клеточной передачей сигналов. После завершения пути глюконеогенеза произведенная глюкоза выводится из печени, обеспечивая энергией жизненно важные ткани в состоянии голодания.

Симптомы

Ранняя стадия. Лактатацидоз в начальной стадии проявляет себя неспецифично. Наблюдаются следующие симптомы:

Это может быть вызвано шоком, острым инфарктом миокарда, инсультом, сепсисом и пневмонией. Группа риска включает людей, которые потеряли значительное количество крови, таких как кровоизлияния и тяжелые формы анемии. Механизм его образования не основан на тканевой гипоксии, а на накоплении токсичных веществ, которые влияют на рН крови. Это также тип кислоты, которая влияет на диабетик. Лактоацидоз — редкое осложнение употребления наркотиков, но гораздо более опасное.

Если это происходит, риск смерти увеличивается до 50%

Согласно рекомендациям Польской ассоциации диабета, помимо надлежащей профилактики лактоацидоза, крайне важно быстро диагностировать и внедрять лечение, предназначенное для предотвращения серьезных осложнений и последствий ацидоза. В дополнение к надлежащей гидратации небольшие дозы периферических сосудорасширяющих средств и кислородная терапия используются для предотвращения гипоксемии и гипоксии

Внутривенная глюкоза и инсулин предотвращают дальнейшее накопление молочной кислоты, а бикарбонат натрия нейтрализует кислотный рН крови.

  • боли в области брюшины;
  • общая слабость;
  • рвотные позывы;
  • жидкий стул.

Единственным симптомом на ранней стадии осложнения, который может навести мысль на развитие лактатацидоза– это миалгия (мышечная боль), особенно после интенсивной физической нагрузки.

Средняя стадия. По мере накопления количества молочной кислоты начинается развитие гипервентиляционного синдрома (ГВС). При ГВС происходит нарушение газообменной работы легких, что ведет к скоплению в крови углекислого газа. Начинается формироваться дыхание Куссмауля, характеризующееся редкими, ритмичными циклами, с глубоким вдохом и тяжелым выдохом. Такое дыхание сопровождается шумом.

Лактоацидоз — профилактика

В случаях острого лактоацидоза необходим гемодиализ. Профилактика лактического ацидоза в основном включает рацион, особенно для диабетиков

Обучение диабетиков уделяет большое внимание надлежащему самоконтролю диабета, правильному использованию лекарств, диагностике симптомов и раннему реагированию на профилактику острой болезни. Также рекомендуется контролировать концентрацию молочной кислоты после болезней

ацидоз.

Интимный половой акт для женщин — как избавиться от недугов и избежать повторения?

Где они лежат и как они выглядят? Какие вагинальные заболевания наиболее распространены? Симптомы вагинита вызваны посещением гинеколога у каждого четвертого пациента. Лечение, независимо от причины, обычно не является сложным, если вы следите за всеми своими заболеваниями и не прерывайте свое лечение после устранения симптомов. Иногда приходится менять привычки, которые привели к трудностям.

В средней стадии развития лактатацидоза появляются симптомы тяжелой сосудисто-сердечной недостаточности (артериальная гипотония), которая усиливаясь, может привести к коллапсу (резкое падение кровяного давления). На фоне этого происходит развитие олигурии. Начинается двигательное беспокойство, бред, которые сменяются сопором (нарушением сознания) с последующей комой.

Защищено природой. В во влагалище и многочисленные виды дрожжей насчитывается более ста видов бактерий. Наши собственные, производится главным образом в кишечнике, поэтому больные также улучшают настроение и даже депрессию. Если вы изучаете микрофлору, вы обнаружите аномалии, как делается лечение? Врач просто прописывает пробиотики? Мы часто используем кислотные пустышки.

Как возникает неудобная сухость во влагалище?

Легче попасть в нее и, следовательно, к воспалению, потому что молочнокислые бактерии слишком малы, чтобы защитить влагалище от инфекции. Чтобы предотвратить сухость влагалища, ваш врач может рекомендовать заместительную терапию гормонами. Затем пациент может либо.

Поздняя стадия. Лактоцитадическая кома. Для лактатацидоза не характерно обезвоживание организма, так как симптоматика болезни очень быстро прогрессирует, от первой до последней стадии может пройти всего несколько часов.

Использовать в качестве контроля загрузки

Поскольку ген GAPDH часто стабильно и постоянно экспрессируется на высоком уровне в большинстве тканей и клеток, он считается геном домашнего хозяйства . По этой причине GAPDH обычно используется биологическими исследователями в качестве контроля загрузки для вестерн-блоттинга и в качестве контроля для количественной ПЦР . Однако исследователи сообщили о различном регулировании GAPDH при определенных условиях. Например, было показано , что фактор транскрипции MZF-1 регулирует ген GAPDH. Гипоксия также сильно активирует GAPDH. Следовательно, использование GAPDH для контроля загрузки следует тщательно продумать.

Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы

Первая реакция –
дегидрирование глюкозо-6-фосфата при
участии фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы
(Г6ФДГ) и кофермента NADP+.
Образовавшийся в ходе реакции
6-фосфоглюконо--
лактон – соединение нестабильное и с
большой скоростью гидролизуется либо
спонтанно, либо с помощью фермента
6-D-фосфоглюконолактоназы
с образованием 6-фосфоглюконовой кислоты
(6-фосфоглюконат):

Г6ФДГ представляет
собой димер с молекулярной массой
104-110 кДа, состоящий из двух идентичных
субъединиц. Установлено, что лизин-169
является функциональным центром
фермента, влияющим на каталитическую
активность Г6ФДГ. Показано, что NADP+
способствует стабилизации Г6ФДГ и
сохранению её в активном состоянии, а
NADPH
– продукт реакции, является сильным
ингибитором Г6ФДГ, вызывающим диссоциацию
белковой молекулы. Кроме того, ингибировать
активность Г6ФДГ могут АТP
и 2,3-бисфосфоглицерат (в меньшей степени).
Г6ФДГ локализована в цитозоле и на
внутренней поверхности плазматической
мембраны.

Во второй
окислительной реакции, катализируемой
6- фосфоглюконатдегидрогеназой
(декарбоксилирующей), 6-фосфоглюконат
дегидрируется и декарбоксилируется. В
результате образуется фосфорилированная
кетопентоза ‒ D-рибулозо-5-фосфат и еще
1 молекула NADPH:

Под действием
соответствующей эпимеразы из
рибулозо-5-фосфата может образоваться
другая фосфопентоза ‒ ксилулозо-5-фосфат.
Кроме того, рибулозо-5-фосфат под влиянием
особой изомеразы легко превращается в
рибозо-5-фосфат. Между этими формами
пентозофосфатов устанавливается
состояние подвижного равновесия:

При определенных
условиях пентозофосфатный путь на этом
этапе может быть завершен. Однако при
других условиях наступает так называемый
неокислительный этап пентозофосфатного
цикла. Реакции этого этапа не связаны
с использованием кислорода и протекают
в анаэробных условиях. При этом частично
образуются вещества, характерные для
первой стадии гликолиза (фруктозо-6-фосфат,
фруктозо-l,6-бисфосфат, фосфотриозы), а
частично – специфические для
пентозофосфатного пути (седогептулозо-7-фосфат,
пентозо-5-фосфаты, эритрозо-4-фосфат).

Основными реакциями
неокислительной стадии пентозофосфатного
цикла являются транскетолазная и
трансальдолазная. Эти реакции катализируют
превращение изомерных пентозо-5-фосфатов:

Коферментом в
транскетолазной реакции служит
тиаминпирофосфат, играющий роль
промежуточного переносчика
гликольальдегидной группы от
ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату.
В результате образуется семиуглеродный
моносахарид седогептулозо-7-фосфат и
глицеральдегид-3-фосфат.

Транскетолазная
реакция в пентозном цикле встречается
дважды (второй раз – при образовании
фруктозо-6-фосфата и триозофосфата в
результате взаимодействия второй
молекулы ксилулозо-5-фосфата с
эритрозо-4-фосфатом):

Фермент трансальдолаза
катализирует перенос остатка диоксиацетона
(но не свободного диоксиацетона) от
седогептулозо-7-фосфата на
глицеральдегид-3-фосфат:

Шесть молекул
глюкозо-6-фосфата, вступая в пентозофосфатный
цикл, образуют 6 молекул рибулозо-5-фосфата
и 6 молекул СО2,
после чего из шести молекул рибулозо-5-фосфата
снова регенерируется пять молекул
глюкозо-6-фосфата (рис.19.5). Однако это не
означает того, что молекула глюкозо-6-фосфата,
вступающая в цикл, полностью окисляется.
Все 6 молекул СО2
образуются из С-l-атомов шести молекул
глюкозо-6-фосфата.

Валовое уравнение
окислительной и неокислительной стадий
пентозофосфатного цикла можно представить
в следующем виде:

6Глюкозо-6-фосфат + 7Н2О
+ 12 NADP+

5 Глюкозо-6-фосфат
+ 6СО2
+ Рi
+ 12 NADPH
+ 12Н+

или

Глюкозо-6-фосфат
+ 7Н2О
+ 12 NADP+

6СО2
+ Рi
+ 12 NADPH
+ 12Н+

Образовавшийся
NADPH
используется в цитозоле на восстановительные
синтезы и, как правило, не участвует в
окислительном фосфорилировании,
протекающем в митохондриях.

Актуальность болезни

Дефицит фосфоглицераткиназы (PGK) — это Х-сцепленный рецессивный признак, связанный с гемолитической анемией , психическими расстройствами и миопатией у людей, в зависимости от формы — существует гемолитическая форма и миопатическая форма. Поскольку признак X-сцеплен, он обычно полностью выражен у мужчин, у которых есть одна X-хромосома; пораженные женщины обычно протекают бессимптомно. Состояние является результатом мутаций в Pgk1, гене, кодирующем PGK1, и было идентифицировано двадцать мутаций. На молекулярном уровне мутация в Pgk1 ухудшает термическую стабильность и подавляет каталитическую активность фермента. PGK — единственный фермент в непосредственном гликолитическом пути, кодируемый X-связанным геном. В случае гемолитической анемии дефицит PGK возникает в эритроцитах . В настоящее время не существует окончательного лечения дефицита PGK.

Сверхэкспрессия PGK1 была связана с раком желудка и, как было обнаружено, увеличивает инвазивность клеток рака желудка in vitro . Фермент секретируется опухолевыми клетками и участвует в ангиогенном процессе, что приводит к высвобождению ангиостатина и ингибированию роста кровеносных сосудов опухоли.

Известно, что из-за своей широкой специфичности в отношении нуклеотидных субстратов PGK участвует в фосфорилировании и активации антиретровирусных препаратов ВИЧ , основанных на нуклеотидах.

Клиническое значение

У человека ген PGAM2, кодирующий этот фермент, расположен на коротком плече хромосомы 7.

Дефицит фосфоглицератмутазы вызывает болезнь накопления гликогена типа X , редкое аутосомно-рецессивное генетическое заболевание с симптомами от легкой до умеренной; не считается опасным для жизни, и с ним можно справиться, изменив образ жизни. Это проявляется как метаболическая миопатия и является одной из многих форм синдромов, ранее называвшихся мышечной дистрофией. Дефицит PGAM1 влияет на печень, а дефицит PGAM2 влияет на мышцы.

Начало обычно отмечается в детстве или раннем взрослении, хотя некоторые, кто может быть слегка затронут этим расстройством, могут не знать, что у них оно есть. Пациенты с дефицитом PGAM обычно протекают бессимптомно, за исключением случаев, когда они предпринимают короткие, напряженные усилия, которые могут вызвать миалгии, судороги, некроз мышц и миоглобинурию. Необычной патологической особенностью дефицита PGAM является связь с тубулярными агрегатами. Симптомы — непереносимость физических нагрузок или активности, судороги и мышечные боли. Постоянная слабость встречается редко. Заболевание не прогрессирует и имеет отличный прогноз.

Клинические приложения

Дефицит

Генетические дефекты этого фермента вызывают заболевание, известное как дефицит пируваткиназы . В этом состоянии недостаток пируваткиназы замедляет процесс гликолиза. Этот эффект особенно разрушителен для клеток, в которых отсутствуют митохондрии , потому что эти клетки должны использовать анаэробный гликолиз в качестве единственного источника энергии, поскольку цикл TCA недоступен. Например, красные кровяные тельца , которые в состоянии дефицита пируваткиназы, быстро становятся дефицитными по АТФ и могут подвергаться гемолизу . Следовательно, дефицит пируваткиназы может вызвать хроническую несфероцитарную гемолитическую анемию (CNSHA).

Мутация гена PK-LR

Дефицит пируваткиназы вызван аутосомно-рецессивным признаком. У млекопитающих есть два гена пируваткиназы, PK-LR (который кодирует изоферменты пируваткиназы L и R) и PK-M (который кодирует изофермент пируваткиназы M1), но только PKLR кодирует изофермент красной крови, который влияет на дефицит пируваткиназы. Выявлено более 250 мутаций гена PK-LR, связанных с дефицитом пируваткиназы. Тестирование ДНК привело к открытию местоположения PKLR на хромосоме 1 и разработке тестов прямого секвенирования генов для молекулярной диагностики дефицита пируваткиназы.

Применение ингибирования пируваткиназы

Ингибирование активных форм кислорода (АФК)

Активные формы кислорода (АФК) представляют собой химически активные формы кислорода. Было показано, что в клетках легких человека АФК ингибируют изофермент M2 пируваткиназы (PKM2). АФК достигает этого ингибирования путем окисления Cys358 и инактивации PKM2. В результате инактивации PKM2 поток глюкозы больше не превращается в пируват, а вместо этого используется в пентозофосфатном пути, что приводит к снижению и детоксикации ROS. Таким образом, вредные эффекты ROS усиливаются и вызывают больший окислительный стресс на клетки легких, что приводит к потенциальному образованию опухоли. Этот ингибирующий механизм важен, потому что он может предполагать, что регуляторные механизмы в PKM2 ответственны за содействие устойчивости раковых клеток к окислительному стрессу и усилению туморогенеза.

Ингибирование фенилаланина

Обнаружено, что фенилаланин действует как конкурентный ингибитор пируваткиназы в головном мозге. Хотя степень ингибирующей активности фенилаланина одинакова как для эмбриональных, так и для взрослых клеток, ферменты в эмбриональных клетках мозга значительно более уязвимы к ингибированию, чем ферменты в клетках мозга взрослых. Исследование PKM2 у детей с генетическим заболеванием мозга фенилкетонурией (PKU) показало повышенный уровень фенилаланина и снижение эффективности PKM2. Этот механизм ингибирования позволяет понять роль пируваткиназы в повреждении клеток мозга.

Пируваткиназа при раке

Для раковых клеток характерно ускорение метаболизма, и считается, что пируваткиназа играет роль в развитии рака. По сравнению со здоровыми клетками, раковые клетки имеют повышенные уровни изоформы PKM2, особенно димера с низкой активностью. Следовательно, сывороточные уровни PKM2 используются в качестве маркеров рака. Димер с низкой активностью позволяет накапливать фосфоенолпируват (PEP), оставляя большие концентрации гликолитических промежуточных продуктов для синтеза биомолекул, которые в конечном итоге будут использоваться раковыми клетками. Фосфорилирование PKM2 активированной митогеном протеинкиназой 1 (ERK2) вызывает конформационные изменения, которые позволяют PKM2 проникать в ядро ​​и регулировать экспрессию гликолитического гена, необходимую для развития опухоли. В некоторых исследованиях утверждается, что во время канцерогенеза происходит сдвиг экспрессии с PKM1 на PKM2. Микроокружение опухоли, такое как гипоксия, активирует факторы транскрипции, такие как фактор, индуцируемый гипоксией, чтобы способствовать транскрипции PKM2, которая образует петлю положительной обратной связи для усиления собственной транскрипции.

Распространение аномалий эритроцитов по всему миру

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий