Решение задачи: Глюконеогенез - Расчет затрат пирувата и энергии

Вот ответы на ваши вопросы, оформленные так, чтобы было удобно переписать в тетрадь школьнику. 1. Зарисуйте формулами процесс глюконеогенеза и ответьте на вопросы: 1. Сколько моль пирувата необходимо затратить на синтез 7 моль глюкозы. Каковы затраты макроэргических соединений в этом процессе? Для синтеза 1 моль глюкозы из пирувата требуется 2 моль пирувата. Следовательно, для синтеза 7 моль глюкозы потребуется: \(2 \text{ моль пирувата} \times 7 = 14 \text{ моль пирувата}\). Затраты макроэргических соединений на синтез 1 моль глюкозы из пирувата: * 4 моль АТФ * 2 моль ГТФ * 2 моль НАДН Для синтеза 7 моль глюкозы затраты составят: * АТФ: \(4 \text{ моль АТФ} \times 7 = 28 \text{ моль АТФ}\) * ГТФ: \(2 \text{ моль ГТФ} \times 7 = 14 \text{ моль ГТФ}\) * НАДН: \(2 \text{ моль НАДН} \times 7 = 14 \text{ моль НАДН}\) 2. Какие реакции в глюконеогенезе являются регуляторными? Регуляторными реакциями в глюконеогенезе являются: * Превращение пирувата в оксалоацетат (катализируется пируваткарбоксилазой). * Превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват (катализируется фосфоенолпируваткарбоксикиназой). * Дефосфорилирование фруктозо-1,6-бисфосфата до фруктозо-6-фосфата (катализируется фруктозо-1,6-бисфосфатазой). * Дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата до глюкозы (катализируется глюкозо-6-фосфатазой). 3. Назовите витамины, принимающие участие в глюконеогенезе. Витамины, принимающие участие в глюконеогенезе: * Биотин (витамин H или B7) – кофермент пируваткарбоксилазы. * Витамин B12 (кобаламин) – участвует в метаболизме пропионил-КоА, который может быть субстратом для глюконеогенеза. * Витамин B3 (ниацин, никотиновая кислота) – входит в состав НАДН, который используется в глюконеогенезе. 4. Будет ли протекать глюконеогенез, если в клетке цитратный цикл и ЦПЭ полностью ингибированы? Ответ поясните. Нет, глюконеогенез не будет протекать, если цитратный цикл и цепь переноса электронов (ЦПЭ) полностью ингибированы. Пояснение: * Глюконеогенез – это энергозатратный процесс, требующий большого количества АТФ и ГТФ, а также восстановительных эквивалентов в виде НАДН. * Основным источником АТФ, ГТФ и НАДН в клетке являются цитратный цикл и цепь переноса электронов (ЦПЭ). * Если эти процессы ингибированы, клетка не сможет производить достаточно энергии и восстановительных эквивалентов для осуществления глюконеогенеза. * Например, превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват требует ГТФ, а восстановление 1,3-бисфосфоглицерата до глицеральдегид-3-фосфата требует НАДН. Без этих кофакторов реакции не пойдут. 2. Нарисуйте схему обмена глюкозы (гликолиз, цикл трикарбоновых кислот, пентозофосфатный путь, глюконеогенез, гликогенолиз, гликогенез). Покажите на ней точки приложения и направленность действия гормонов глюкагона, инсулина, адреналина, глюкокортикоидов. Обозначьте пути включения галактозы и фруктозы в путь распада глюкозы. (Для выполнения этого пункта требуется нарисовать схему. Поскольку я текстовый помощник, я не могу нарисовать схему. Однако я могу описать ключевые элементы, которые должны быть на схеме, и как они связаны, чтобы вы могли нарисовать её самостоятельно.) На схеме должны быть представлены следующие пути и их взаимосвязи: * Глюкоза: Центральное звено. * Гликолиз: Путь распада глюкозы до пирувата. * Ключевые ферменты: гексокиназа/глюкокиназа, фосфофруктокиназа-1, пируваткиназа. * Пируват: Промежуточный продукт. * Ацетил-КоА: Образуется из пирувата, входит в ЦТК. * Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл Кребса): Полное окисление ацетил-КоА. * Цепь переноса электронов (ЦПЭ): Синтез АТФ. * Глюконеогенез: Синтез глюкозы из не углеводных предшественников (пируват, лактат, аминокислоты, глицерол). * Ключевые ферменты: пируваткарбоксилаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа, фруктозо-1,6-бисфосфатаза, глюкозо-6-фосфатаза. * Гликогенез: Синтез гликогена из глюкозы. * Ключевые ферменты: гликогенсинтаза. * Гликогенолиз: Распад гликогена до глюкозы. * Ключевые ферменты: гликогенфосфорилаза. * Пентозофосфатный путь: Альтернативный путь окисления глюкозы, образует НАДФН и пентозы. Точки приложения гормонов: * Инсулин: * Усиливает гликолиз (активирует гексокиназу/глюкокиназу, фосфофруктокиназу-1, пируваткиназу). * Усиливает гликогенез (активирует гликогенсинтазу). * Ингибирует глюконеогенез (ингибирует ключевые ферменты). * Усиливает транспорт глюкозы в клетки. * Глюкагон: * Усиливает глюконеогенез (активирует ключевые ферменты). * Усиливает гликогенолиз (активирует гликогенфосфорилазу). * Ингибирует гликолиз. * Действует преимущественно в печени. * Адреналин: * Усиливает гликогенолиз (активирует гликогенфосфорилазу) в печени и мышцах. * Усиливает гликолиз в мышцах. * Глюкокортикоиды (например, кортизол): * Усиливают глюконеогенез (стимулируют синтез ферментов глюконеогенеза). * Усиливают катаболизм белков для предоставления субстратов для глюконеогенеза. Пути включения галактозы и фруктозы: * Галактоза: * Галактоза превращается в глюкозо-1-фосфат, который затем изомеризуется в глюкозо-6-фосфат. * Глюкозо-6-фосфат может вступать в гликолиз или использоваться для синтеза гликогена. * Фруктоза: * В печени фруктоза фосфорилируется до фруктозо-1-фосфата, который расщепляется до дигидроксиацетонфосфата и глицеральдегида. * Эти продукты могут быть преобразованы в глицеральдегид-3-фосфат, который является промежуточным продуктом гликолиза. * Таким образом, фруктоза включается в гликолиз на уровне ниже фосфофруктокиназы-1. Примерная структура схемы: 1. В центре – Глюкоза. 2. Стрелки от Глюкозы: * К Гликолизу (с указанием ключевых ферментов). * К Гликогенезу (с указанием гликогенсинтазы и Гликогена). * К Пентозофосфатному пути. 3. От Гликогена – стрелка к Гликогенолизу (с указанием гликогенфосфорилазы) и обратно к Глюкозе. 4. От Гликолиза – стрелка к Пирувату. 5. От Пирувата – стрелка к Ацетил-КоА. 6. От Ацетил-КоА – стрелка к ЦТК. 7. От ЦТК – стрелка к ЦПЭ (с указанием АТФ). 8. От Пирувата (и других предшественников, таких как лактат, аминокислоты, глицерол) – стрелка к Глюконеогенезу и далее к Глюкозе. 9. Над стрелками и рядом с ферментами – обозначения действия гормонов (инсулин, глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды) с указанием активации (+) или ингибирования (-). 10. Отдельные стрелки от Галактозы и Фруктозы, показывающие их включение в путь распада глюкозы (Галактоза -> Глюкозо-1-фосфат -> Глюкозо-6-фосфат; Фруктоза -> Фруктозо-1-фосфат -> Дигидроксиацетонфосфат + Глицеральдегид -> Глицеральдегид-3-фосфат).