1. Изменения метаболизма в печени
В печени прежде всего ускоряется мобилизация гликогена (см. раздел 7). Однако запасы гликогена в печени истощаются в течение 18-24 ч голодания. Главным источником глюкозы по мере исчерпания запасов гликогена становится глюконеогенез, который начинает ускоряться через 4-6 ч после последнего приёма пищи. Субстратами для синтеза глюкозы служат глицерол, аминокислоты и лактат. При высокой концентрации глюкагона скорость синтеза жирных кислот снижается вследствие фосфорилирования и инактивации ацетил-КоА-карбоксилазы, а скорость р-окисления возрастает. Вместе с тем увеличивается снабжение печени жирными кислотами, которые транспортируются из жировых депо. Ацетил-КоА, образующийся при окислении жирных кислот, используется в печени для синтеза кетоновых тел.
Обмен углеводов
Так как за счёт мобилизации гликогена обеспечивается только кратковременное голодание, основным источником глюкозы при длительном голодании служит глюконеогенез, а основными субстратами глюконеогенеза - аминокислоты, лактат и глицерол. При низкой концентрации инсулина глюкоза используется только инсулиннезависимыми тканями, в основном мозгом, эритроцитами. Обеспечение энергетических потребностей других тканей происходит за счёт жирных кислот и кетоновых тел.
Глюкоза в крови строго контролируется.
Уменьшение концетрации глюкозы в крови инсулином достигается следующими путями.
*переход глюкозы в клетки – активация белков – транспортеров ГлюТ4 на цитоплазматической мембране
* вовлечение глюкозы в гликолиз – повышение синтеза глюкокиназы – фермента, получившего название « ловушка для глюкозы» , стимуляция синтеза других ключевых ферментов гликолиза –фосфофруктокиназы, пируваткиназы.
*увеличение синтеза гликогена _ активация гликогенсинтазы и стимуляция ее синтеза, что облегчает превращение излишков глюкозы в гликоген,
* активация пентозофосфатного пути _ индукция синтеза глюкозо- 6 – фосфат – дегидрогеназы и 6 – фосфоглюконатдегидрогеназы
*усиление липогенеза – вовлечение глюкозы в синтез триацилглицеролов или фосфолипидов
Многие ткани совершенно нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимыми. К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчатка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты.
Глюкагон повышает содержание глюкозы в крови.
*увеличивая мобилизацию гликогена через активацию гликогенфосфорилазы
*стимулирую глюконеогенез – повышение работы ферментов пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват-карбоксикиназы, фруктозо – 1,6- дифосфатазы.
Адреналин вызывает гипергликемию:
•Активируя мобилизацию гликогена – стимулирую гликонефорсфорилазы
5
6.
Глюконеогенез,
ключевые ферменты, значение в метаболизме
плода. Регуляция гликолиза и глюконеогенеза
в печени. Цикл Кори. Глюкозо-аланиновый
цикл.
Большинство реакций глюконеогенеза протекает за счёт обратимых реакций гликолиза и катализируется теми же ферментами(реакции 9, 8, 7, 6, 5, 4, 2). Однако 3 реакции гликолиза термодинамически необратимы. На этих стадиях реакции глюконеогенеза протекают другими путями.1) Пируват, образующийся из лактата или из некоторых аминокислот, транспортируется в матрикс митохондрий и там карбоксилируется с образованием оксалоацетата. Пируват-карбоксилаза, катализирующая данную реакцию, - митохондриальный фермент, коферментом которого является биотин. Реакция протекает с использованием АТФ.2) При превращении оксалоацаетета до фосфоенолпирувата затрачивается две молекулы ГТФ и данную реакцию катализирует фермент фосфоенолпируваткарбоксикиназа.3) Отщепление фосфатной группы из фруктозо-1,6-бисфосфата и глюкозо-6-фосфата - также необратимые реакции глюконеогенеза. В ходе гликолиза эти реакции катализируют специфические киназы с использованием энергии АТФ. В глюконеогенезе они протекают без участия АТФ и АДФ и ускоряются не киназами, а фосфатазами - ферментами, принадлежащими к классу гидролаз. Ферменты фруктозо-1,6-бисфосфатаза и глюкозо-6-фосфатаза катализируют отщепление фосфатной группы от фруктозо-1,6-бисфосфата и глюкозо-6-фосфата. После чего свободная глюкоза выходит из клетки в кровь.
Ц икл Кори Начинается с образования лактата в мышцах в результате анаэробного гликолиза (особенно в белых мышечных волокнах, которые бедны митохондриями по сравнению с красными). Лактат переносится кровью в печень, где в процессе глюконеогенеза превращается в глюкозу, которая затем с током крови может возвращаться в работающую мышцу. Итак печень снабжает мышцу глюкозой и, следовательно, энергией для сокращений. В печени часть лактата может окисляться до СО2 и Н2О, превращаясь в пируват и далее в общих путях катаболизма. Целью глюкозо-аланинового цикла также является уборка пирувата, но, кроме этого решается еще одна немаловажная задача – уборка лишнего азота из мышцы. При мышечной работе и в покое в миоците распадаются белки и образуемые аминокислоты рансаминируются с a-кетоглутаратом. Полученный глутамат взаимодействует с пируватом. Образующийся аланин является транспортной формой и пирувата и азота из мышцы в печень. В гепатоците идет обратная реакция трансаминирования, аминогруппа передается на синтез мочевины, пируват используется для синтеза глюкозы.
Гликолиз(на всякийслучай)
5
7.
Метаболизм
фруктозы и галактозы, химизм процессов.
Биохимические аспекты гликоземии.
Метаболизм фруктозы и галактозы включает пути использования их для синтеза других веществ (гетерополисахаридов, лактозы и др.) и участие в энергообеспечении организма. В последнем случае фруктоза и галактоза превращаются в печени либо в глюкозу, либо в промежуточные продукты её метаболизма. Таким образом, в результате фруктоза и галактоза наряду с глюкозой могут быть окислены до СО2 и Н2О или использованы на синтез гликогена и триацилглицеролов.
Причиной нарушения метаболизма фруктозы и галактозы может быть дефект ферментов, катализирующих промежуточные реакции их обмена. Эти нарушения встречаются относительно редко, но могут представлять достаточно серьёзную опасность, так как накапливаемые промежуточные метаболиты фруктозы и галактозы обладают токсичностью.
Ф
руктоза
и галактоза вовлекаются в гликолиз
следующим образом. D-фруктоза
фосфорилируется с помощью неспецифической
гексокиназы с образованием
фруктозо-6-фосфата. Фруктозо-6-фосфат
является метаболитом гликолиза.Имеется
и другой путь включения фруктозы в
гликолиз. Она фосфорилируется с помощью
фруктокиназы печени с образованием
фруктозо-1-фосфа¬та, который далее
расщепляется фруктозо-1-фосфат-альдолазой
на дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид.
Галактоза сначала также фосфорилируется
в печени с помощью галактокиназы:
D-Галактоза + АТФ ->D-Галактозо-1-фосфат
+ АДФ.
Далее галактозо-1-фосфат превращается в глюкозо-1 -фосфат. Для этой реак¬ции изомеризации необходимы уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза) и фермент галактозо-1-фосфат- уридилтрансфераза: Галактозо-1-фосфат+УДФ-глюкоза-—►УДФ-галактоза+Глюкозо-1-фосфат
Глюкозо-1-фосфат подключается к гликолизу, а УДФ- галактоза превращается в УДФ-глюкозу с помощью УДФ-глюкозоэпимеразы.
Основным источником энергии в период онтогенетического развития является глюкоза. В физиологических условиях содержание углеводов в крови плода составляет приблизительно 60—75 % от соответствующих концентраций в крови матери. К сроку беременности 8 нед плацента сама начинает синтезировать гликоген, а с 12—15 нед в этом процессе начинает участвовать печень плода. Глюкозе принадлежит важнейшая роль как в тканевом дыхании (цикл трикарбоновых кислот, или цикл Кребса), так и в процессах осуществления физиологического метаболического ацидоза — важнейшей формы обмена плода. Именно процессы анаэробного гликолиза лежат в основе физиологической защиты плода от кислородного голодания и предохраняют все его жизненно важные органы и ткани от гипоксического состояния.
Метаболизм фруктозы. а - превращение фруктозы в дигидроксиацетон-3-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат; б - путь включения фруктозы в гликолиз и глюконеогенез; в - путь включения фруктозы в синтез гликогена.
Глюкоземия — определенная концентрация глюкозы в крови. 3,3–5,5 ммоль/л – норма глюкозы независимо от возраста;
Эссенциальная фруктозурия — редкий, рецессивно наследуемый дефект углеводного обмена. Заболевание связано с недостаточным синтезом фруктокиназы в печени и других тканях. Эссенциальная фруктозурия, проявляется повышением фруктозы в крови (фруктоземия) и выделением её с мочой (фруктозурия). Заболевание протекает бессимптомно, так как энергетическое обеспечение клеток осуществляется глюкозой и не страдает.
Фруктоземия – развивается при дефекте фруктокиназы печени и нарушении фосфорилирование фруктозы. Возможен генетический дефект выработки альдолазы фруктозо-1-фосфата. Болезнь обычно обнаруживается после перехода с грудного кормления на пищу, содержащую сахарозу, и проявляется приступами рвоты и судорог после еды. При запоздалой диагностике развивается гипотрофия, гепатоспленомегалия. При устранении фруктозы из рациона дети развиваются нормально. . Возникшая при этом фруктозурия сопровождается протеинурией и аминоацидурией. В крови накапливаются фруктоза и продукты ее обмена, обладающие токсическими свойствами.
Наследственная непереносимость фруктозы - наследственное заболевание, при котором организм не может использовать фруктозу пищи, поскольку не вырабатывается фермент фосфофруктальдолаза. В результате в организме накапливается фруктозо-1-фосфат - продукт обмена фруктозы, блокируя формирование гликогена и его преобразование в глюкозу, необходимую для обеспечения затрат энергии.