Гликолиз ба глюконеогенез

Агуулга 
Инсулин нь гликолиз, глюконеогенез, гликогенез зэрэг системийн глюкозын солилцоог түр зуурын өөрчлөлт, үнэмлэхүй концентрациар зохицуулдаг. Гэсэн хэдий ч инсулины дохиоллын зам нь гликолиз, глюконеогенез, гликогенезийг хэрхэн сонгомол зохицуулдаг нь тодорхойгүй хэвээр байна. Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд бид инсулинд хариу үйлдэл үзүүлэх глюкозын метаболитыг туршилтаар хэмжсэн. Инсулины үе шаттайгаар өдөөгдсөн гликолиз ба гликогенезийн түр зуурын хариу урвал, глюконеогенез ба эсийн гаднах глюкозын концентраци (GLCex) -ийн тогтвортой хариу урвал. Туршилтын үр дүнд үндэслэн бид инсулины дохиололоос хамааралтай глюкозын солилцооны хариу урвалыг тодорхойлдог энгийн тооцооллын загварыг бүтээсэн. Энэхүү загвар нь гликолиз ба гликогенезийн замуудын сүлжээний сэдэл нь субстрат шавхагдах, уялдаа холбоогүй урагшлах гогцоо (iFFL) бүхий дамжуулагч (FF) бөгөөд инсулины үнэмлэхүй концентрацид бус түр зуурын өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэх гликолиз ба гликогенезийг идэвхжүүлдэг болохыг харуулсан. Үүний эсрэгээр глюконеогенезийн замын сүлжээний мотивүүд нь FF дарангуйллыг бүрдүүлсэн бөгөөд энэ нь түр зуурын хэв маягаас үл хамааран инсулины үнэмлэхүй концентрацид хариу үйлдэл үзүүлэх глюконеогенезийг идэвхжүүлдэг. GLCex нь глюконеогенез ба гликолизоор зохицуулагддаг. Эдгээр үр дүн нь инсулины түр зуурын хэв маягаар глюкозын солилцооны сонгомол хяналтын механизмыг харуулж байна.

 Гликолиз: 
Гликолиз нь дэлхийн агаар мандалд хүчилтөрөгч агуулагдахаас өмнө маш сайн хөгжсөн эртний зам бөгөөд амьд организмын дунд өндөр хадгалагдан үлдсэн байдаг. Гликолиз нь бодисын солилцооны хамгийн анхны зам бөгөөд үүнийг Эмбден-Мейерхоф-Парнасын зам гэж нэрлэдэг (Хайрцаг 1-ийг үзнэ үү). "Гликолиз" гэдэг үг нь "амтлаг" гэсэн утгатай Грекийн "гликис" ба "хуваах" гэсэн утгатай "лизис" гэсэн үгнээс гаралтай. Энэ нь нэг глюкозын молекулыг гликолизийн эцсийн бүтээгдэхүүн болох пируват хоёр молекул болгон хуваахыг хэлнэ. Хүчилтөрөгч байгаа үед пируват нь ихэвчлэн митохондрид орж, ацетил-КоА болж исэлддэг бол хүчилтөрөгч байхгүй үед пируват нь лактат болж буурдаг. Гликолиз нь цитозолд явагддаг 10 урвалыг хамардаг бөгөөд молекулын хүчилтөрөгчийн хэрэгцээгүйгээр ATP хоёр молекулыг үүсгэдэг. Үүний эсрэгээр митохондри дахь исэлдэлтийн фосфоржилт нь 30 ATP молекул үүсгэдэг боловч хүчилтөрөгч шаарддаг (Chandel 2020a-г үзнэ үү). Олон тооны энгийн сахар глюкоз, галактоз, фруктоз зэрэг моносахаридууд гликолиз руу ордог. Бидний ихэнх нь сахароз (ширээний сахар) эсвэл лактоз (сүүний сахар) дисахарид агуулсан бүтээгдэхүүнийг хэрэглэснээр эдгээр энгийн сахарыг залгидаг. Сахароз нь глюкоз ба фруктозын нэг молекулаас бүрддэг бол лактоз нь глюкоз ба галактозын нэг молекулаас бүрддэг. Хоол боловсруулах ферментүүд сахароз ба лактаза нь сахароз ба лактозыг энгийн сахар болгон задалдаг.

 Урвалын задраа: 
Хүчилтөрөгчийн фотосинтезийн өмнөх эртний зам гликолиз нь эсийн амьсгалын тулгын чулуу болдог. Арван ферментийн үе шатыг багтаасан гликолиз нь цитоплазмд эхэлдэг бөгөөд нэг глюкозын молекулыг пируват хоёр молекул болгон задалдаг. Тодорхой ферментүүдээр нарийн зохион байгуулалттай алхам бүр нь эсийн энергийг хадгалахад чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болох ATP болон NADH-ийг үүсгэдэг. 

 Зорилго: 
Гликолизийн олон талт зорилго нь эрчим хүч үйлдвэрлэхээс давж гардаг. Энэ нь агааргүй нөхцөлд ATP-ийн үндсэн эх үүсвэр болдог ч гликолиз нь биосинтезийн янз бүрийн замуудын гол завсрын бүтээгдэхүүнийг үйлдвэрлэхэд хувь нэмэр оруулдаг. Нэмж дурдахад NADH үүсэх нь эсийн гомеостазын чухал хэсэг болох эсийн исэлдэлтийн тэнцвэрийг хадгалахад тусалдаг. 

 Глюконеогенез: 
Глюконеогенез (GNG) нь нүүрсустөрөгчийн бус нүүрстөрөгчийн зарим субстратаас глюкозын биосинтезийг үүсгэдэг бодисын солилцооны зам юм. Энэ нь ургамал, амьтан, мөөгөнцөр, бактери болон бусад бичил биетэнд байдаг хаа сайгүй тохиолддог процесс юм. Сээр нуруутан амьтдын хувьд глюконеогенез нь голчлон элгэнд, бага хэмжээгээр бөөрний бор гадарт явагддаг. Энэ нь хоёр үндсэн механизмын нэг бөгөөд нөгөө нь гликогенийг задлах (гликогенолиз) - хүн болон бусад олон амьтдын цусан дахь сахарын хэмжээг хэвийн хэмжээнд байлгах, бага түвшинд (гипогликеми) зайлсхийхэд ашигладаг. Хивэгч малын хоол хүнсний нүүрс ус нь гүзээний организмд хувирдаг тул глюконеогенез нь мацаг барих, нүүрс ус багатай хооллолт, дасгал хөдөлгөөн гэх мэтээс үл хамааран явагддаг. Бусад олон амьтдад энэ үйл явц нь мацаг барих, өлсгөлөн, нүүрс ус багатай хоолны дэглэм, эрчимтэй дасгал хийх үед тохиолддог.

Хүний хувьд глюконеогенезийн субстратууд нь пируват болон гликолизийн завсрын бүтээгдэхүүн болж хувирах боломжтой нүүрс усны бус аливаа эх үүсвэрээс гаралтай байж болно (зураг харна уу). Уургийн задралын хувьд эдгээр субстратууд нь глюкоген амин хүчлүүд (хэдийгээр кетоген амин хүчлүүд биш ч гэсэн); липидийн задралаас (триглицерид гэх мэт) тэдгээрт глицерин, сондгой гинжин өөхний хүчил (хэдийгээр тэгш гинжний өөхний хүчил биш ч гэсэн доороос үзнэ үү); Кори циклийн лактат агуулсан бодисын солилцооны бусад хэсгүүдээс. Удаан хугацаагаар өлсгөлөнгийн нөхцөлд кетон биеэс гаргаж авсан ацетон нь өөх тосны хүчлээс глюкоз хүртэлх замыг хангадаг субстрат болж чаддаг. Глюконеогенезийн ихэнх нь элгэнд явагддаг ч чихрийн шижин болон удаан мацаг барих үед бөөрний глюконеогенезийн харьцангуй хувь нэмэр нэмэгддэг.

Глюконеогенезийн зам нь ATP эсвэл GTP-ийн гидролизтэй нэгдэх хүртэл өндөр эндергоник бөгөөд үйл явцыг үр дүнтэйгээр экзергоник болгодог. Жишээлбэл, пируватаас глюкоз-6-фосфат руу шилжих зам нь аяндаа үргэлжлэхийн тулд 4 ATP молекул, 2 GTP молекулыг шаарддаг. Эдгээр ATP нь өөх тосны хүчлийн катаболизмаас бета исэлдэлтээр дамжин хангагддаг.

 Урвалын задраа: 
Гликолизийн гайхалтай аналог болох глюконеогенезийг оруулна уу. Энэ процесс нь элэг, бөөрөнд голчлон тохиолддог бөгөөд нүүрсустөрөгчийн бус прекурсоруудаас глюкозыг нийлэгжүүлэх боломжийг олгодог. Энэ нь физиологийн янз бүрийн хэрэгцээнд хариу үйлдэл үзүүлэх биохимийн дасан зохицох гайхамшгийг харуулсан гликолитик замыг үндсэндээ эргүүлж өгдөг хэд хэдэн ферментийн урвалуудыг агуулдаг. 

 Үүрэг: 
Глюконеогенез нь бодисын солилцооны тогтвортой байдлын хамгаалагч болж, ялангуяа мацаг барих эсвэл нүүрс ус багатай үед үүсдэг. Энэ зам нь лактат, амин хүчил, глицерол зэрэг субстратуудаас глюкозыг үүсгэснээр энэ эрчим хүчний эх үүсвэрээс ихээхэн хамааралтай тархи, цусны улаан эс зэрэг эрхтнүүдийг глюкозоор тасралтгүй нийлүүлдэг. 

 Нээлт: 

 Гликолиз: 
Гликолизийг тодруулах нь 20-р зууны эхэн үеийн Густав Эмбден, Отто Мейерхоф, Ж.Парнас нарын хамтын хүчин чармайлтаас ихээхэн өртэй. Тэдний 1920-иод оны уйгагүй хөдөлмөр нь эсүүд глюкозоос энерги гаргаж авдаг тухай бидний ойлголтын үндэс суурийг тавьсан юм. 

 Глюконеогенез: 
Глюконеогенезийн нээлт нь 1930, 1940-өөд онд Альберт Сент-Дёрдьи болон Карл, Герти Кори нарын динамик хосын шинэ бүтээлтэй нягт холбоотой юм. Лактат болон бусад нэгдлүүдийг глюкоз болгон хувиргах талаар хийсэн судалгаанууд нь гликолизийн урвуу замыг нээж, эсийн бодисын солилцооны талаарх бидний ойлголтод шинэ давхарга нэмсэн. Гликолиз ба глюконеогенезийн симфонийг тайлж, химийн урвалууд нь эрчим хүчний үйлдвэрлэл, засвар үйлчилгээ балетыг зохион байгуулж, эсийн амьдралын динамик тэнцвэрт байдлыг хангадаг биохимийн түүхийн түүхээр аялаарай. Энэхүү биохимийн оддиссей нь бидний орчин үеийн эсийн бодисын солилцооны талаарх ойлголтын үндэс суурийг тавьсан.