2) метаболизма жирных кислот
3) оксидативного метаболизма, прежде всего пирувата, лактата и аминокислот (+)
4) метаболизма глюкозы
До активации эмбрионального генома развитие эмбриона обеспечивается преимущественно материнскими мРНК, белками и органеллами ооцитарного происхождения, включая митохондрии. Поэтому энергетический обмен в этот период определяется функциональной зрелостью митохондрий, а не транскрипцией собственного генома. Основной путь образования АТФ — окислительное фосфорилирование: субстраты поступают в цикл трикарбоновых кислот, образующиеся НАДН и ФАДН2 передают электроны дыхательной цепи, а возникающий протонный градиент используется АТФ-синтазой.
Ключевым источником углерода служит пируват, который превращается в ацетил-КоА и окисляется в цикле Кребса. Лактат после превращения лактатдегидрогеназой в пируват также включается в этот путь и одновременно участвует в поддержании соотношения НАД+/НАДН. Часть аминокислот подвергается трансаминированию и дезаминированию с образованием пирувата, ацетил-КоА или интермедиатов цикла трикарбоновых кислот; таким образом, они используются не только для синтеза белка, но и как энергетические субстраты.
Гликолитическая утилизация глюкозы на ранних стадиях дробления выражена ограниченно, поскольку ферментные системы и транспорт метаболитов еще функционально незрелы. После компактизации и активации эмбрионального генома возрастает потребление глюкозы и вклад гликолиза. Окисление жирных кислот также не является ведущим источником АТФ в период до активации генома, поэтому наиболее корректным является указание на аэробный окислительный метаболизм пирувата, лактата и аминокислот.
| Субстрат или фактор | Основной метаболический путь | Значение до активации эмбрионального генома |
|---|---|---|
| Пируват | Превращение в ацетил-КоА, цикл трикарбоновых кислот, дыхательная цепь | Главный источник восстановленных коферментов и АТФ посредством окислительного фосфорилирования |
| Лактат | Окисление до пирувата под действием лактатдегидрогеназы | Дополнительный энергетический субстрат и компонент поддержания клеточного редокс-баланса |
| Аминокислоты | Трансаминирование и дезаминирование с включением продуктов в цикл трикарбоновых кислот | Обеспечивают энергию, синтез белка, осмотическую регуляцию и биосинтетические процессы |
| Митохондрии ооцитарного происхождения | Перенос электронов и создание протонного градиента на внутренней мембране | Основная энергетическая система эмбриона до формирования полноценной транскрипционной активности |
| Глюкоза | Гликолиз с образованием пирувата и лактата | Используется ограниченно; ее роль увеличивается после компактизации и активации генома |
| Жирные кислоты | β-окисление с образованием ацетил-КоА | Не относится к доминирующим путям энергообеспечения на ранних стадиях дробления |
| АТФ-синтаза | Фосфорилирование АДФ за счет электрохимического градиента протонов | Непосредственный ферментативный этап образования большей части клеточного АТФ |
Эта метаболическая специфика определяет состав культуральных сред для ранних эмбрионов: в них должны присутствовать пируват и лактат, а концентрация глюкозы подбирается с учетом стадии развития. Недостаток кислорода или повреждение митохондрий нарушают синтез АТФ и могут приводить к замедлению дробления и остановке развития. При оценке качества эмбриона состояние энергетического обмена обычно оценивают косвенно — по морфологии, темпам дробления и кинетическим параметрам, поскольку рутинное прямое измерение продукции АТФ не применяется.