У гликолиза и глюконеогенеза нет альтернатив

У гликолиза и глюконеогенеза нет альтернатив

Центральные биохимические пути, общие для бактерий, грибов, растений и высших животных, являются оптимальными по производительности и содержанию промежуточных продуктов реакций.

Центральные биохимические пути обмена углерода отличаются высокой консервативностью среди всего живого. За миллионы лет эволюция не продвинулась дальше гликолиза и глюконеогенеза в анаэробных условиях. При этом неясно, являются ли эти цепочки реакций оптимальным решением проблемы обмена веществ и энергии, либо они оказались зафиксированы в текущем состоянии на ранних этапах эволюции. Группа исследователей из Университета Эдинбурга, Великобритания (University of Edinburgh, Edinburgh, UK) под руководством Розалинды Аллен (Rosalind J. Allen) решила проверить, могут ли в физиологических условиях происходить более эффективные реакции, способные заменить гликолиз и глюконеогенез.

В похожих исследованиях, проведенных ранее, ученые решали эту задачу путем создания упрощенных метаболических путей, или проводя глубокий поиск по базам реакций всех известных науке организмов. Аллен и коллеги пошли другим путем. Они провели компьютерный анализ всех возможных альтернативных реакций превращения глюкозы в пировиноградную кислоту и обратно. Таких реакций оказалось достаточно много. Для превращений из 3, 4, 5 и 6 реакций оказалось, соответственно, 2, 29, 555 и 5859 альтернатив, возможных в физиологических условиях при катализе с участием известных ферментов. При увеличении числа реакций в цепи превращений число возможных альтернатив росло экспоненциально. Моделирование показало, что если ставить во главу угла выработку двух молекул АТФ или более, то для гликолиза существует 1787 разных альтернативных путей решения длиной в 4-6 реакций.

Многообразие вариантов выглядит весьма впечатляющим. Однако если рассмотреть их с учетом физиологически приемлемых концентраций метаболитов, а также с учетом изменения свободной энергии в ходе реакций, то окажется, что гликолиз превосходит все другие возможные пути. Для глюконеогенеза существует сравнимый по эффективности альтернативный вариант - через образование фосфоэнол-пирувата. Он хорошо известен биохимикам, поскольку широко распространен в живых системах. По мнению авторов работы, полученные результаты показывают, что эволюция обмена веществ происходила в сторону выработки наиболее эффективных способов извлечения энергии в условиях экономии доступных ресурсов.