Глюкуроновая кислота (от глюкоза и др.-греч. οὖρον - моча) - одноосновная органическая кислота, относящаяся к группе уроновых кислот .
Глюкуроновая кислота содержится в небольших количествах в организме человека, где образуется при окислении D-глюкозы. Её нормальная концентрация в крови составляет 0,02-0,08 ммоль/л. Глюкуроновая кислота входит в состав слизи, слюны, внеклеточного матрикса , гликокаликса . Является одним из ключевых компонентов пигментного обмена в печени.
Свойства глюкуроновой кислоты аналогичны свойствам глюкозы, но вследствие наличия в её молекуле карбоксильной группы, она способна образовывать лактоны и соли. При нагревании глюкуроновая кислота дегидратируется и декарбоксилируется.
Глюкуроновая кислота способна образовывать растворимые конъюгаты (глюкурониды) со спиртами , фенолами , карбоновыми кислотами , тиолами , аминами и рядом других веществ, за счёт чего достигается их обезвреживание (снижение токсичности) и выведение из организма.
Время шло. На дворе уже полностью властвовала моя десятая зима, покрывшая всё вокруг белоснежным пушистым покровом, как бы желая показать, что полноправной хозяйкой на данный момент является здесь она.
Всё больше и больше людей заходило в магазины, чтобы заранее запастись Новогодними подарками, и даже в воздухе уже «пахло» праздником.
Приближались два моих самых любимых дня – день моего рождения и Новый Год, между которыми была всего лишь двухнедельная разница, что позволяло мне полностью насладиться их «празднованием», без какого-либо большого перерыва...
Глюкуроновая и аскорбиновая кислоты играют важную роль в метаболизме. Глюкуроновая кислота принимает участие в обезвреживании токсических и чужеродных веществ в организме животных. Аскорбиновая кислота является водорастворимым витамином, участвующим в различных окислительно-восстановительных реакциях.
Для образования этих продуктов метаболизма глюкозо-6-фосфат под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-1-фосфат (рис. 94).
Рисунок 94 – Путь образования глюкуроновой кислоты из глюкозы
Глюкозо-1-фосфат далее взаимодействует с УТФ, в результате чего образуется УДФ-глюкоза. УДФ-глюкоза подвергается окислению с образованием УДФ-глюкуроновой кислоты, которая представляет собой активную форму глюкуроновой кислоты. Кроме того, этот промежуточный продукт обмена выступает в качестве предшественника аскорбиновой кислоты:
Из представленного рисунка видно, что заключительная реакция процесса образования аскорбиновой кислоты катализируется ферментом гулонолактоноксидазой. Важно заметить, что этот энзим отсутствует в организме человека, морской свинки и некоторых приматов. Поэтому аскорбиновая кислота у них проявляет свойства витамина и является незаменимым компонентом пищи.
Для обеспечения синтеза глюкуроновой кислоты и витамина С обычно используется небольшая доля внутриклеточного пула глюкозы. Однако значение этого пути метаболизма трудно переоценить.
Синтез глюкозы
Синтез глюкозы в животных и растительных организмах происходит различными путями. Наиболее эффективным путем образования глюкозы в растениях является фотосинтез.
Синтез глюкозы в растениях обеспечивается энергией поглощаемого света и происходит во время темновой стадии фотосинтеза в цикле Кальвина (рис. 85). В животных организмах глюкоза образуется в процессе глюконеогенеза. В процессе глюконеогенеза и превращений в цикле Кальвина встречается много одинаковых ферментативных реакций, обеспечивающих обращение необратимых реакций гликолиза.
Глюконеогенез
Глюконеогенез представляет собой процесс синтеза глюкозы из неуглеводистых соединений. В качестве предшественников глюкозы могут выступать молочная и пировиноградная кислоты, глицерин, гликогенные аминокислоты (аланин, серин, цистеин, треонин и др.) и промежуточные продукты цикла Кребса.
Глюконеогенез и гликолиз являются антагонистическими путями метаболизма (рис. 95). В них используется ряд одинаковых ферментативных реакций (фосфоглюкоизомеразная, альдолазная, глицеральдегид-3-фосфатдегидро-геназная и др.), которые представляют собой обратимые реакции гликолиза.
Вместе с тем глюконеогенез не представляет собой простое обращение гликолиза. В процессе гликолиза выделяются три необратимые ключевые реакции (гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная), для которых в глюконеогенезе существуют специфические обходные пути. Превращения промежуточных продуктов обмена в этих путях катализируются ключевыми ферментами глюконеогенеза.
На рис. 96 представлен механизм образования глюкозы из пировиноградной кислоты. Из представленного рисунка видно, что в глюконеогенезе существуют три обходных пути необратимых реакций гликолиза.
Рисунок 95 – Взаимоотношение процессов гликолиза и глюконеогенеза из
пировиноградной кислоты (ФЭПКаза – фосфоенолпируваткарбоксикиназа)
Первый обходной путь связан с превращением пировиноградной кислоты в фосфоенолпируват. Он осуществляется в несколько этапов. Первый из них происходит внутри митохондрий, где под влиянием фермента пируваткарбоксилазы, происходит образование оксалоацетата из пирувата:
Пируваткарбоксилаза является биотинзависимым аллостерическим ферментом. В качестве его активатора выступает ацетил-КоА.
Все последующие превращения промежуточных продуктов глюконеогенеза протекают в цитозоле клетки. Вместе с тем внутренняя митохондриальная мембрана непроницаема для оксалоацетата. Его перенос из митохондрий в цитозоль клетки обеспечивается специфической системой транспорта (рис. 92).
Рисунок 96 – Механизм переноса оксалоацетата из митохондрий в цитозоль (МДГ мт – митохондриальная малатдегидрогеназа,
МДГ цит – цитоплазматическая малатдегидрогеназа,
ПДК – переносчик дикарбоксилатов)
Как видно из представленной схемы, в митохондриальном матриксе происходит восстановление оксалоацетата в малатдегидрогеназной реакции. Образовавшаяся при этом яблочная кислота транспортируется через внутреннюю митохондриальную мембрану с помощью переносчика дикарбоксилатов. Оказавшись в цитозоле, она вновь окисляется в оксалоацетат в реакции, катализируемой цитоплазматической малатдегидрогеназой
В цитозоле оксалоацетат вступает в реакцию, которая катализируется ферментом фосфоенолпируваткарбоксикиназой (ФЭПКазой):
Из представленного уравнения видно, что процесс образования фосфоенолпиравата из оксалоацетата является энергозависимым. Для его обеспечения требуется молекула ГТФ.
Второй обходной путь глюконеогенеза связан с превращением фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат. Он катализируется ключевым ферментом глюконеогенеза-фруктозо-1,6-дифосфатазой, которая относится к классу гидролаз:
Образовавшийся фруктозо-6-фосфат затем в фосфоглюкоизомеразной реакции превращается в глюкозо-6-фосфат.
Третий обходной путь глюконеогенеза связан с превращением глюкозо-6-фосфата в свободную глюкозу. Он катализируется глюкозо-6-фосфатазой:
Глюкозо-6-фосфатаза присутствует не во всех тканях внутренних органов животных. Наиболее активна она в корковом слое почек, печени и слизистой оболочке тонкого кишечника. В других органах глюкозо-6-фосфатаза отсутствует. Поэтому процесс глюконеогенеза в них не происходит.
Суммируя представления о глюконеогенезе, можно представить балансовое уравнение этого процесса в следующем виде:
Как видно из балансового уравнения, новообразование глюкозы в животных клетках требует значительных энергетических затрат. При синтезе молекулы глюкозы из пировиноградной кислоты потребляется шесть молекул макроэргических фосфатов (АТФ и ГТФ) и две молекулы восстановленного НАД. В этой связи глюконеогенез может происходить только при достаточно высоком уровне энергетического обеспечения клеток.
Другим важным источником глюкозы являются гомополисахариды, представленные в растительных клетках крахмалом, а в животных – гликогеном. Оба эти полисахариды представляют собой легко мобилизируемую запасную форму глюкозы.
Распад крахмала и гликогена происходит с помощью одинаковых механизмов.
