Три орешка для пирувата

И было время. И начала Глюкокиназа дозволенные речи.

Говорят, в одной стране правил царь Пируват. И гулял он однажды по Саду Метаболических Тропок, и увидел цыганку.
- Цыганка, цыганка, предскажи мне мою судьбу!

Поглядела на него цыганка и говорит:
- А вижу я три дорожки. Первая дорожка - короткая совсем, петлей заканчивается. Перекроют тебе кислород твои друзья-враги, да настанет тебе, яхонтовый, полный лактат. По второй дорожке пойдешь - в казенный дом попадешь. Хорошо заживешь, но недолго. И будут тебе три жены: дама червовая, дама бубновая, дама пиковая. С одной углерод потеряешь, с другой водород потеряешь, с третьей - себя потеряешь. По кругу пойдешь, себя не найдешь. И третья дорожка, дорожка дальняя, вижу казенный дом, но удача тебе будет, серебряный, и удвоишь ты свои углероды, бриллиантовый, и отправишься туда, где ждут тебя, а позолоти ручку, яхонтовый...

Послушал царь Пируват цыганку и решил, что в петлю он не хочет, а значит - дорожка его в казенный дом лежит. В митохондрию, значит.

А в митохондрии его уже встречают-привечают хлебом-солью да словами ласковыми. Посмотрел царь Пируват в одну сторону, потом в другую, и сразу забыл все, что цыганка ему говорила. Увидел трех девиц красоты неописуемой, и как взыграло ретивое! "Царь я или не царь? Пойдем," - говорит, - "в шатер, царицы вы мои Шемаханские!"

И ушли они в шатер. Чу, стук да гром, да клубочком углерод выкатился, да покатился туда - CO2 знает куда; а следом вылетела из шатра чудесная птица НАД с водородом в клюве. А потом из шатра вышел индейский вождь Ацетил-КоА, встал на тропу войны и пошел себе по ней. И если приглядеться, то на поясе индейского вождя можно было увидеть небольшой трофей. А если не приглядываться, то и нельзя увидеть. А зачем? Трофеев много всяких, а индейский вождь - он один такой.

Но тут пришло время Глюкокиназе уйти в ядро, и она прекратила дозволенные речи.

(«Три орешка для Пирувата». Из сборника «Тысяча и одна молекула»)

Сказка - ложь, да в ней намек

Три орешка для пирувата

Комментарии к сказке начнем с того, почему ее рассказывает именно Глюкокиназа и кто это вообще такая. Глюкокиназой называется четвертая разновидность фермента гексокиназы (той самой гексокиназы, с которой связалась Глюкоза на первом этапе самореализации). Четвертая гексокиназа живет в клетках печени и замечательна тем, что не просто фосфорилирует глюкозу и тем самым запирает ее в клетках. Она это делает время от времени. А время от времени - не делает. Как Шахерезада поддерживала интерес Шахрияра на подогретом уровне, так четвертая Гексокиназа поддерживает уровень глюкозы в крови, то делая свое дело, то выключаясь и уходя в ядро клетки. Вполне себе сказочная традиция.

Пируват, он же - пировиноградная кислота, - это очень важное для обмена веществ соединение. В этой точке пересекаются разные метаболические пути, прежде всего - пути углеводного и аминокислотного обмена. Обмен жиров там тоже очень сильно рядом, хотя в человеческом организме построить углеводы из жиров никак не получится - нет нужных ферментов (а вот построить жиры из углеводов - это как два пальца об асфальт легко и просто и при переизбытке глюкозы происходит постоянно). Кроме того, пируват сильно завязан на энергетическом обмене. Собственно, об этом и сказка - о путях обмена для пирувата.

Если считать углероды, то у пирувата их три. У глюкозы - шесть, причем замкнутых в кольцо. "Самореализация" глюкозы (так поэтично мы назвали гликолиз) заключается в том, что шестиуглеродное кольцо разрывается и получаются две цепочки, каждая по три углерода, плюс энергия (АТФ). Две получившиеся цепочки - это и есть два пирувата. И все это происходит в цитозоле клетки.

Три орешка для пирувата

Дальше есть три возможных пути превращения пирувата. Один из них уже неоднократно упоминался в предыдущих сериях, это - анаэробное превращение пирувата в лактат (молочную кислоту). Происходит это тогда, когда получаемого из воздуха кислорода не хватает для аэробных превращений. Лактат - это тупиковый путь, из него ничего полезного получить нельзя, кроме как в печени. В печени лактат превращается обратно в пируват, и круг замыкается. Именно об этой петле говорится в первом предсказании цыганки.

лактат образуется из пирувата, например, в мышцах при большой нагрузке. Всем, наверное, знакомо ощущение, когда ловишь ртом воздух, будто рыба, выброшенная из воды на берег, не можешь отдышаться, а мышцы при этом отказываются работать. Это означает, что аэробный распад пирувата заменился на анаэробный, а глюкозы для этого катастрофически не хватает (а не хватает потому, что выработка энергии при анаэробном обмене экстенсивная - чтобы получить сравнимое количество АТФ, субстрата требуется куда как больше, и он, понятно, очень быстро расходуется). В этом случае надо снова переключить обмен на аэробный. Как? Снизить нагрузку, но не прекращать совсем, а заменить ее минимальной, такой, при которой есть возможность дышать. Выработка АТФ увеличивается в разы, и работоспособность мышц восстанавливается.
Другой пример - злокачественные опухоли, про которые говорят, что они, как пылесос, всасывают глюкозу. Такое усиленное потребление глюкозы получается потому, что ткани опухоли живут за счет анаэробного распада глюкозы, а ее для этого требуется в разы больше, чем при аэробном распаде (см. выше).

Два других пути ведут прямо в митохондрии, потому что нужные ферменты находятся именно там. Второй путь в митохондриях начинается и там же продолжается вовеки, а третий начинается в митохондриях, а затем снова возвращается в цитозоль.

Три орешка для пирувата

Второй путь превращений пирувата - это уход в цикл Кребса. Для этого пируват подвергается специальной обработке, которая называется окислительное декарбоксилирование. Суть обработки заключается в том, что трехуглеродный пируват превращается в двухуглеродную ацетогруппу - иначе говоря, в остаток уксусной кислоты, а эту ацетогруппу цепляет на себя кофермент А, превращаясь в Ацетил-КоА. Ацетил-КоА является основной точкой входа в цикл, но фактически в цикле расходуется именно ацетогруппа, а сам кофермент А уходит в сторону на первом же шаге цикла - во время слияния в экстазе конденсации с щавелевоуксусной кислотой и образования лимонной кислоты как результата этой конденсации.

могут быть и промежуточные точки входа. Цикл Кребса устроен так, что обычно, если уж субстрат туда попал, то он проходит все стадии (это называется тунеллирование). Но все же бывает, что интермедиаты по разным причинам должны цикл покинуть: родина зовет в другое место, где есть острая потребность именно в таком субстрате. Тогда другой интермедиат занимает вакантную позицию участника, придя туда каким-нибудь другим путем.

Обработку пирувата до ацетогруппы проводит целый гарем шемаханских цариц батальон ферментов и кофакторов, который называется пируватдегидрогеназный комплекс. В составе этого комплекса целых три фермента (причем не в одной копии, а во множестве) и пять кофакторов, четыре из которых есть производные витаминов. Таким образом, чтобы успешно образовать из пирувата ацетогруппу и закинуть ее в топку, нужны витамины тиамин, ниацин, рибофлавин и пантотеновая кислота. Все эти витамины есть витамины группы B, человек получает их из разнообразной еды.

То есть фактически цикл Кребса утилизирует остатки уксусной кислоты, получая из них много энергии. Таков его глубокий философский смысл. И нет, это не оначает, что уксус - это наше все. Это означает, что все сложное можно употребить с пользой только тогда, когда оно может быть сведено к простому и понятному. А иначе пользы от этого сложного - никакой.

И третий путь превращений пирувата - это глюконеогенез, о котором мы все говорим и говорим, но пока еще ничего толком не сказали. Но обязательно расскажем вслед за Глюкокиназой, когда она снова продолжит дозволенные речи.

Продолжение следует.

Литература: