23.4. Ключевые соединения: глюкозо-6-фосфат, пируват и ацетил-СоА
Факторы, определяющие потоки молекул в метаболических путях, можно описать подробнее, проанализировав три важнейших метаболита, на уровне которых происходит пересечение метаболических путей:
глюкозо-6-фосфат, пируват и ацтил-СоА. Каждое из этих соединений имеет несколько альтернативных путей превращений.
1. Глюкозо-6-фосфат. Глюкоза, поступающая в клетку, быстро фосфорилируется до глюкозо-6-фосфата, который может затем запасаться в виде гликогена, расщепляться до пирувата или превращаться в рибозо-5-фосфат (рис. 23.10). Гликоген образуется в условиях избытка глюкозо-6-фосфата и АТР. Если же АТР и углеродные скелеты молекул расходуются на биосинтетические реакции, глюкозо-6-фосфат вступает в реакции гликолитического пути. Таким образом, превращение глюкозо-6-фосфата в пируват может быть как анаболическим, так и катаболическим процессом. Третий вариант использования глюкозо-6-фосфата, пентозофосфатный путь, поставляет NADPH для восстановительных реакций биосинтеза и рибозо-5-фосфат для синтеза нуклеотидов. Относительные количества этих двух продуктов могут варьировать в очень широких пределах благодаря исключительной гибкости данной последовательности реакций, как это уже обсуждалось выше (разд. 15.6). Глюкозо-6-фосфат может образовываться либо при мобилизации гликогена, либо из пирувата и других неуглеводных предшественников в результате реакций глюконеогенеза. Чуть ниже мы увидим, что низкая концентрация глюкозы в крови стимулирует как гликогенолиз, так и глюконеогенез в печени и почках. Эти органы отличаются тем, что содержат глюкозо-6-фосфатазу, благодаря которой глюкоза может выделяться в кровь.
2. Пируват. Эта трехуглеродная 
-оксокислота также лежит в точке пересечения главных метаболических путей (рис. 23.11). Пируват образуется главным образом из глюкозо-6-фосфата, лактата и аланина. Лактат - просто восстановленная форма
Рис. 23.10. Метаболические превращения глюкозо-6-фосфата.
Рис. 23.11. Метаболические превращения пирувата и ацетил-СоА.
пирувата. Пируват легко восстанавливается под действием лактат-дегидрогеназы. Данная реакция обеспечивает регенерирование NAD + , что позволяет гликолизу непрерывно протекать в анаэробных условиях. Лактат, образующийся в активных тканях, например в сокращающихся мышцах, впоследствии снова окисляется до пирувата. Этот процесс идет главным образом в печени. Смысл этих превращений состоит в том, что они позволяют выиграть время и перемещают часть отходов метаболизма активно работающей мышцы в печень. Еще одна легко обратимая реакция, идущая в цитозоле, - трансаминирование а-оксокислоты пирувата с образованием соответствующей аминокислоты - аланина. Таким путем некоторые аминокислоты могут вступать в реакции основных метаболических путей. Наряду с этим, некоторые аминокислоты могут таким образом синтезироваться из углеводных предшественников. Следовательно, трансаминирование - основная реакция, связывающая метаболизм аминокислот и углеводов. Третий способ использования пирувата - его карбоксилирование внутри митохондрий с образованием оксалоацетата. Эта реакция и последующее превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват идут в обход необратимой стадии гликолиза и позволяют синтезировать глюкозу из пирувата. Кроме того, карбоксилирование пирувата играет важную роль в пополнении промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот. Активация пируват-карбоксилазы под действием ацетил-СоА усиливает синтез оксалоацетата, когда цикл трикарбоновых кислот замедляется из-за истощения этого метаболита. С другой стороны, если цикл трикарбоновых кислот ингибируется избытком АТР, оксалоацетат, синтезированный из пирувата, включается в последовательность реакций глюконеогенеза. Четвертая важная реакция, в которую вступает пируват, - окислительное декарбоксилирование с образованием ацетил-СоА. Эта необратимая реакция, протекающая в митохондриях, - решающий этап метаболизма: она направляет атомы углерода углеводов и аминокислот на путь окисления в цикле трикарбоновых кислот или синтеза липидов. Комплекс пируват-дегидрогеназы, катализирующий эту необратимую стадию, строго регулируется многочисленными аллостерическими взаимодействиями и ковалентными модификациями. Пируват превращается в ацетил-СоА с высокой скоростью, только если клетке необходимы АТР или двухуглеродные фрагменты для синтеза липидов.
3. Ацетил-СоА. Основные источники этого активированного двухуглеродного фрагмента - окислительное декарбоксилирование пирувата и 
-окисление жирных кислот (рис. 23.11). Кроме того, ацетил-СоА образуется из кетогенных аминокислот.
Рис. 23.12. Включение кетоновых тел в цикл трикарбоновых кислот.
Рис. 23.13. Обмен метаболитами между мышцами и печенью.
Судьба ацетил-СоА в метаболизме в отличие от многих других молекул строго определена. Ацетильный остаток может быть полностью окислен до 
в цикле трикарбоновых кислот. Другая возможность - образование 3-гидрокси-3-метил глутарил-СоА из трех молекул ацетил-СоА. Это шестиуглеродное соединение - предшественник холестерола и кетоновых тел. Третий важный путь использования ацетил-СоА - его экспорт в цитозоль в виде цитрата для синтеза жирных кислот. Важно еще раз подчеркнуть, что в организме млекопитающих ацетил-СоА не может превращаться в пируват. Следовательно, у млекопитающих липиды не могут превращаться в углеводы.
