Цикл Кори: метаболический путь превращения лактата в глюкозу в мышцах и печени. Обеспечивает энергией при анаэробном гликолизе и физической активности.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Серия взаимосвязанных биохимических реакций
Series of interconnected biochemical reactions
Цикл Кори (также известный как цикл лактата), названный в честь его открывателей, Карла Фердинанда Кори и Герти Кори, — это метаболический путь, в котором лактат, образующийся в результате анаэробного гликолиза в мышцах, транспортируется в печень и преобразуется в глюкозу, которая затем возвращается в мышцы и циклически вновь метаболизируется в лактат.
The Cori cycle (also known as the lactic acid cycle), named after its discoverers, Carl Ferdinand Cori and Gerty Cori, is a metabolic pathway in which lactate, produced by anaerobic glycolysis in muscles, is transported to the liver and converted to glucose, which then returns to the muscles and is cyclically metabolized back to lactate.
Процесс
Мышечная активность требует АТФ, который обеспечивается расщеплением гликогена в скелетных мышцах. Расщепление гликогена, известное как гликогенолиз, высвобождает глюкозу в форме глюкоза-1-фосфата (G1P). G1P превращается в G6P под действием фосфоглюкомутазы. G6P легко поступает в гликолиз (или может направляться в пентозофосфатный путь при высокой концентрации G6P) – процесс, обеспечивающий мышечные клетки АТФ в качестве источника энергии. Во время мышечной активности запасы АТФ нуждаются в постоянном восполнении. При достаточном поступлении кислорода эта энергия поступает от пирувата, одного из продуктов гликолиза, в цикл Кребса (цикл лимонной кислоты), который в конечном итоге генерирует АТФ посредством кислород-зависимого окислительного фосфорилирования. При недостаточном поступлении кислорода, обычно во время интенсивной мышечной активности, энергия должна высвобождаться посредством анаэробного метаболизма. Молочнокислое брожение превращает пируват в лактат при участии лактатдегидрогеназы. Важно отметить, что брожение регенерирует NAD+, поддерживая его концентрацию для протекания дальнейших реакций гликолиза. Стадия брожения окисляет NADH, образовавшийся в гликолизе, обратно в NAD+, передавая два электрона от NADH для восстановления пирувата в лактат. (Подробности см. в основных статьях о гликолизе и брожении.) Лактат, образующийся в результате анаэробного брожения, вместо накопления в мышечных клетках, поступает в печень. Это запускает вторую половину цикла Кори. В печени происходит глюконеогенез. С точки зрения понимания процесса, глюконеогенез обращает вспять как гликолиз, так и брожение, превращая лактат сначала в пируват, а затем обратно в глюкозу. Глюкоза затем поступает в мышцы через кровоток и готова к дальнейшим реакциям гликолиза. Если мышечная активность прекратилась, глюкоза используется для восполнения запасов гликогена посредством гликогенеза. В целом, стадии гликолиза в цикле производят 2 молекулы АТФ, при этом 6 молекул АТФ расходуются на этапах глюконеогенеза. Каждая итерация цикла требует чистого потребления 4 молекул АТФ. В результате цикл не может поддерживаться неограниченно долго. Интенсивное потребление молекул АТФ в цикле Кори перекладывает метаболическую нагрузку с мышц на печень.
Muscular activity requires ATP, which is provided by the breakdown of glycogen in the skeletal muscles. The breakdown of glycogen, known as glycogenolysis, releases glucose in the form of glucose 1 phosphate (G1P). The G1P is converted to G6P by phosphoglucomutase. G6P is readily fed into glycolysis, (or can go into the pentose phosphate pathway if G6P concentration is high) a process that provides ATP to the muscle cells as an energy source. During muscular activity, the store of ATP needs to be constantly replenished. When the supply of oxygen is sufficient, this energy comes from feeding pyruvate, one product of glycolysis, into the citric acid cycle, which ultimately generates ATP through oxygen dependent oxidative phosphorylation. When oxygen supply is insufficient, typically during intense muscular activity, energy must be released through anaerobic metabolism. Lactic acid fermentation converts pyruvate to lactate by lactate dehydrogenase. Most importantly, fermentation regenerates NAD+, maintaining its concentration so additional glycolysis reactions can occur. The fermentation step oxidizes the NADH produced by glycolysis back to NAD+, transferring two electrons from NADH to reduce pyruvate into lactate. (Refer to the main articles on glycolysis and fermentation for the details.) Instead of accumulating inside the muscle cells, lactate produced by anaerobic fermentation is taken up by the liver. This initiates the other half of the Cori cycle. In the liver, gluconeogenesis occurs. From an intuitive perspective, gluconeogenesis reverses both glycolysis and fermentation by converting lactate first into pyruvate, and finally back to glucose. The glucose is then supplied to the muscles through the bloodstream; it is ready to be fed into further glycolysis reactions. If muscle activity has stopped, the glucose is used to replenish the supplies of glycogen through glycogenesis. Overall, the glycolysis steps of the cycle produce 2 ATP molecules at a cost of 6 ATP molecules consumed in the gluconeogenesis steps. Each iteration of the cycle must be maintained by a net consumption of 4 ATP molecules. As a result, the cycle cannot be sustained indefinitely. The intensive consumption of ATP molecules in the Cori cycle shifts the metabolic burden from the muscles to the liver.
Значение
Важность цикла обусловлена предотвращением лактоацидоза в условиях анаэроба в мышцах. Однако, как правило, до наступления этого состояния молочная кислота выводится из мышц и поступает в печень. Вклад лактата цикла Кори в общее производство глюкозы увеличивается с продолжительностью голодания, а затем стабилизируется. В частности, после 12, 20 и 40 часов голодания у добровольцев, глюконеогенез обеспечивает 41%, 71% и 92% производства глюкозы, при этом вклад лактата цикла Кори в глюконеогенез составляет 18%, 35% и 36% соответственно. Препарат метформин может вызывать лактоацидоз у пациентов с почечной недостаточностью, поскольку он ингибирует печеночный глюконеогенез цикла Кори, в особенности комплекс I митохондриальной дыхательной цепи. Накопление лактата и его предшественников – пирувата и аланина – приводит к избытку лактата. Обычно избыток кислоты, возникающий в результате ингибирования комплекса митохондриальной цепи, выводится почками, но у пациентов с почечной недостаточностью почки не справляются с этой задачей. Распространенное заблуждение состоит в том, что лактат является причиной ацидоза, однако лактат является сопряженным основанием, в основном ионизированным при физиологическом pH, и служит маркером сопутствующего производства кислоты, а не его причиной.
The cycle's importance is based on preventing lactic acidosis during anaerobic conditions in the muscle. However, normally, before this happens, the lactic acid is moved out of the muscles and into the liver. The contribution of Cori cycle lactate to overall glucose production increases with fasting duration before plateauing. Specifically, after 12, 20, and 40 hours of fasting by human volunteers, gluconeogenesis accounts for 41%, 71%, and 92% of glucose production, but the contribution of Cori cycle lactate to gluconeogenesis is 18%, 35%, and 36%, respectively. The drug metformin can cause lactic acidosis in patients with kidney failure because metformin inhibits the hepatic gluconeogenesis of the Cori cycle, particularly the mitochondrial respiratory chain complex 1. The buildup of lactate and its substrates for lactate production, pyruvate and alanine, lead to excess lactate. Normally, the excess acid that is the result of the inhibition of the mitochondrial chain complex would be cleared by the kidneys, but in patients with kidney failure, the kidneys cannot handle the excess acid. A common misconception posits that lactate is the agent responsible for the acidosis, but lactate is a conjugate base, being mostly ionised at physiologic pH, and serves as a marker of associated acid production rather than being its cause.