Анаплеротические реакции

Химическая реакция

Анаплеротические реакции , термин, введенный Гансом Корнбергом и происходящий от греческого ἀνά = «вверх» и πληρόω = «заполнять», представляют собой химические реакции , в которых образуются промежуточные продукты метаболического пути . Примеры таких реакций можно найти в цикле лимонной кислоты (цикле трикарбоновых кислот). При нормальной работе этого цикла для дыхания концентрации промежуточных продуктов трикарбоновых кислот остаются постоянными; однако многие биосинтетические реакции также используют эти молекулы в качестве субстрата. Анаплероз — это процесс пополнения промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот , которые были извлечены для биосинтеза (в так называемых анаплеротических реакциях ).

Цикл TCA является центром метаболизма, имеющим центральное значение как в производстве энергии, так и в биосинтезе. Поэтому для клетки крайне важно регулировать концентрации метаболитов цикла TCA в митохондриях. Анаплеротический поток должен уравновешивать катаплеротический поток, чтобы сохранить гомеостаз клеточного метаболизма. ^[1]

Реакции анаплеротического метаболизма

Существует пять основных реакций, классифицируемых как анаплеротические, и считается, что образование оксалоацетата из пирувата имеет наибольшее физиологическое значение.

От	К	Реакция	Примечания
Пируват	Оксалоацетат	Пируват + HCO ₃⁻ + АТФ Оксалоацетат + АДФ + Pi ₊ H ₂ O $\longrightarrow$	Эта реакция катализируется пируваткарбоксилазой , ферментом , активируемым ацетил-КоА , что указывает на недостаток оксалоацетата . Это происходит в митохондриях животных . Самая важная анаплеротическая реакция; в зависимости от тяжести дефицит вызывает лактатацидоз, тяжелую психомоторную недостаточность или смерть в младенчестве [1] Подобным образом пируват может быть преобразован в L-малат , еще один промежуточный продукт.
Аспартат	Оксалоацетат	-	Это обратимая реакция образования оксалоацетата из аспартата в реакции трансаминирования с участием аспартаттрансаминазы .
Глутамат	α- кетоглутарат	Глутамат + НАД ⁺ + H ₂ O NH ₄⁺ + α-Кетоглутарат + НАДН. $\longrightarrow$	Эту реакцию катализирует глутаматдегидрогеназа .
Пропионил-КоА	Сукцинил-КоА	-	Значимыми источниками пропионил-КоА являются незаменимые аминокислоты : валин , метионин , изолейцин , треонин ; жирные кислоты с нечетной цепью и пропионовая кислота из кишечных бактерий. ^{[2] При окислении}жирных кислот с нечетной цепью образуется одна молекула сукцинил-КоА на жирную кислоту. Конечным ферментом является мутаза метилмалонил-КоА . Тригептаноин (жир с тремя гептановыми (C7:0) жирными кислотами) может использоваться для лечения дефицита пируваткарбоксилазы
Аденилосукцинат	фумарат	Аденилосукцинат AMP + фумарат $\longrightarrow$	Эта реакция катализируется аденилосукцинатлиазой и происходит в синтезе пуринов и цикле пуриновых нуклеотидов . Дефект этого фермента [2] вызывает психомоторную заторможенность.

Малат создается PEP-карбоксилазой и малатдегидрогеназой в цитозоле . Малат в митохондриальном матриксе может использоваться для производства пирувата (катализируемого яблочным ферментом ) или щавелевоуксусной кислоты , обе из которых могут входить в цикл лимонной кислоты .

Глутамин также может использоваться для производства оксалоацетата во время анаплеротических реакций в различных типах клеток посредством «глутаминолиза», который также наблюдается во многих трансформированных клетках c-Myc. ^[3] Анаплеротические ферменты опосредуют альтернативный путь секреции инсулина , способствуя образованию цитозольных сигнальных молекул. ^[4] β-клетки поджелудочной железы , которые регулируют уровень глюкозы в крови путем секреции инсулина, содержат большое количество пируваткарбоксилазы. ^[5] Снижение секреции инсулина и анаплеротической активности было обнаружено в β-клетках, которые не имеют индуцируемого гипоксией фактора -1 бета ^[6]

Заболевания анаплеротического обмена веществ

Дефицит пируваткарбоксилазы является наследственным метаболическим расстройством, при котором анаплероз значительно снижен. Другие анаплеротические субстраты, такие как триглицерид тригептаноин, содержащий нечетные атомы углерода, могут использоваться для лечения этого расстройства. ^[7]

Ссылки

^ Оуэн О, Калхан С, Хансон Р (2002). «Ключевая роль анаплероза и катаплероза для функционирования цикла лимонной кислоты». J. Biol. Chem . 277 (34): 30409–12. doi : 10.1074/jbc.R200006200 . PMID 12087111.
^ Баумгартнер, Матиас Р.; Хёрстер, Фридерика; Диониси-Вичи, Карло; Халилоглу, Гекнур; Каралл, Даниэла; Чепмен, Кимберли А; Хьюмер, Мартина; Хочули, Мишель; Ассун, Мюриэль; Бальхаузен, Диана; Бурлина, Альберто; Фаулер, Брайан; Грюнерт, Сара С; Грюневальд, Стефани; Хонцик, Томас (декабрь 2014 г.). «Предлагаемые рекомендации по диагностике и лечению метилмалоновой и пропионовой ацидемии». Сиротский журнал редких заболеваний . 9 (1): 130. дои : 10.1186/s13023-014-0130-8 . ISSN 1750-1172. ПМК 4180313 . PMID 25205257.
^ ДеБерардинис и др. Биология рака: метаболическое перепрограммирование стимулирует рост и пролиферацию клеток. Клеточный метаболизм 7, январь 2008 г.
^ Гарретт, Реджинальд Х. (2017). Биохимия. Чарльз М. Гришэм (шестое изд.). Бостон, Массачусетс. ISBN 978-1-305-57720-6. OCLC 914290655.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Гарретт, Реджинальд Х. (2017). Биохимия. Чарльз М. Гришэм (шестое изд.). Бостон, Массачусетс. ISBN 978-1-305-57720-6. OCLC 914290655.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Jensen, Mette V.; Joseph, Jamie W.; Ronnebaum, Sarah M.; Burgess, Shawn C.; Sherry, A. Dean; Newgard, Christopher B. (декабрь 2008 г.). «Метаболическая цикличность в контроле секреции инсулина, стимулированной глюкозой». American Journal of Physiology. Эндокринология и метаболизм . 295 (6): E1287–E1297. doi :10.1152/ajpendo.90604.2008. ISSN 0193-1849. PMC 2603555. PMID 18728221 .
^ Хабару Ф, Брасье А, Рио М, Кретьен Д, Монно С, Барбье В, Баруки Р, Боннефонт Дж. П., Боддарт Н, Шадефо-Векеманс Б, Ле Мойек Л, Бастин Дж, Оттоленги С, де Лонлей П (2015). «Дефицит пируваткарбоксилазы: недооцененная причина лактоацидоза». Представитель Мол Генет Метаб . 2 : 25–31. дои : 10.1016/j.ymgmr.2014.11.001. ПМЦ 5471145 . ПМИД 28649521.

[1] Оуэн О, Калхан С, Хансон Р (2002). «Ключевая роль анаплероза и катаплероза для функционирования цикла лимонной кислоты». J. Biol. Chem . 277 (34): 30409–12. doi : 10.1074/jbc.R200006200 . PMID 12087111.

[2] Баумгартнер, Матиас Р.; Хёрстер, Фридерика; Диониси-Вичи, Карло; Халилоглу, Гекнур; Каралл, Даниэла; Чепмен, Кимберли А; Хьюмер, Мартина; Хочули, Мишель; Ассун, Мюриэль; Бальхаузен, Диана; Бурлина, Альберто; Фаулер, Брайан; Грюнерт, Сара С; Грюневальд, Стефани; Хонцик, Томас (декабрь 2014 г.). «Предлагаемые рекомендации по диагностике и лечению метилмалоновой и пропионовой ацидемии». Сиротский журнал редких заболеваний . 9 (1): 130. дои : 10.1186/s13023-014-0130-8 . ISSN 1750-1172. ПМК 4180313 . PMID 25205257.

[3] ДеБерардинис и др. Биология рака: метаболическое перепрограммирование стимулирует рост и пролиферацию клеток. Клеточный метаболизм 7, январь 2008 г.

[4] Гарретт, Реджинальд Х. (2017). Биохимия. Чарльз М. Гришэм (шестое изд.). Бостон, Массачусетс. ISBN 978-1-305-57720-6. OCLC 914290655.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[5] Гарретт, Реджинальд Х. (2017). Биохимия. Чарльз М. Гришэм (шестое изд.). Бостон, Массачусетс. ISBN 978-1-305-57720-6. OCLC 914290655.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[6] Jensen, Mette V.; Joseph, Jamie W.; Ronnebaum, Sarah M.; Burgess, Shawn C.; Sherry, A. Dean; Newgard, Christopher B. (декабрь 2008 г.). «Метаболическая цикличность в контроле секреции инсулина, стимулированной глюкозой». American Journal of Physiology. Эндокринология и метаболизм . 295 (6): E1287–E1297. doi :10.1152/ajpendo.90604.2008. ISSN 0193-1849. PMC 2603555. PMID 18728221 .

[7] Хабару Ф, Брасье А, Рио М, Кретьен Д, Монно С, Барбье В, Баруки Р, Боннефонт Дж. П., Боддарт Н, Шадефо-Векеманс Б, Ле Мойек Л, Бастин Дж, Оттоленги С, де Лонлей П (2015). «Дефицит пируваткарбоксилазы: недооцененная причина лактоацидоза». Представитель Мол Генет Метаб . 2 : 25–31. дои : 10.1016/j.ymgmr.2014.11.001. ПМЦ 5471145 . ПМИД 28649521.