Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БХ учебник Николаев.pdf
Скачиваний:
572
Добавлен:
02.05.2015
Размер:
15.53 Mб
Скачать

Глава 9. Обмен и функции углеводов

2 6 7

стадии образования глицеральдегидфосфата расходуется НАДН, которая могла бы обеспечить синтез трех молекул АТФ.

Из рис. 9.24 видно, что вся имеющаяся в организме глюкоза (как поступающая с пищей, так и синтезирующаяся) в конечном счете окисляется до CO2 и H2O аэробным путем. Иначе говоря, анаэробный распад служит вспомогательным пу­ тем использования энергии глюкозы, имеющим локальное (например, в эритро­ цитах) или временное, ситуационное (в работающей мышце) значение; продукт анаэробного распада — молочная кислота — в конечном счете тоже окисляется аэробным путем.

В организме взрослого человека за сутки может синтезироваться около 80 г глюкозы, главным образом в печени, а также в корковом веществе почек и в сли­ зистой оболочке кишечника. Биологическое значение глюконеогенеза заключает­ ся не только в возвращении лактата в метаболический фонд углеводов, но и в обес­ печении глюкозой мозга при недостатке углеводов в организме, например, при углеводном или полном голодании.

Регуляция обмена глюкозы и гликогена

Скорость превращений глюкозы по разным метаболическим путям зависит от типа клеток, от их физиологического состояния, от внешних условий. Наиболее значи­ тельные изменения метаболизма глюкозы происходят в клетках печени и мышц в зависимости от ритма питания и мышечной активности.

Абсорбтивный и постабсорбтивный периоды

Обычный для человека ритм питания — это трехкратный прием пищи в дневное время с двумя 6-7-часовыми перерывами и с ночным перерывом продолжитель­ ностью 10-12 ч. После приема смешанной пищи переваривание углеводов закан­ чивается примерно через 2 ч, переваривание жиров и белков — через 4-5 ч: это — период пищеварения, или абсорбтивный. За ним следует постабсорбтивный пе­ риод; за типичное постабсорбтивное состояние принимают состояние утром пос­ ле сна до завтрака.

Важнейшие события абсорбтивного периода заключаются в запасании пище­ вых веществ: происходит превращение глюкозы в гликоген и накопление после­ днего в клетках, ускоряется гликолиз и окислительное декарбоксилирование пи­ рувата, образующийся ацетил-КоА используется для синтеза жиров и их накопле­ ния в жировых и других клетках, усиливается синтез белков.

В постабсорбтивном состоянии эти процессы меняются на противополож ­ ные: гликоген распадается, ускоряется глюконеогенез, усиливается окисление жиров и распад белков. Таким образом, запасы используются в качестве источ­ ников энергии и для пластических целей. Однако, разумеется, использование пищевых веществ для синтеза АТФ не прекращается и во время пищеварения. Да и сам процесс пищеварения связан с расходованием АТФ (на синтез и секре­ цию ферментов, на всасывание продуктов переваривания, на действие регуля­ торных механизмов и др.).

2 6 8

Часть 11. Обмен веществ и энергии

Регуляция смены абсорбтивного и постабсорбтивного состояний инсулином и глюкагоном

В постабсорбтивном состоянии концентрация глюкозы в крови равна примерно 5

ммоль/л (90 мг/дл). После приема пищи в результате всасывания глюкозы из ки­ шечника ее концентрация в крови увеличивается (алиментарная гиперглюкоземия). Максимум концентрации — около 150 м г/дл — достигается примерно че­ рез час; еще примерно через 1,5 ч концентрация глюкозы возвращается к уровню постабсорбтивного состояния.

Синтез и секреция инсулина и глюкагона регулируются глюкозой, причем про­ тивоположным образом: при повышении концентрации глюкозы в крови секре­ ция инсулина увеличивается, а глюкагона, наоборот, уменьшается. Таким образом, их концентрации в крови изменяются реципрокно: при пищеварении концентра­ ция инсулина высокая, концентрация глюкагона низкая; в постабсорбтивном со­ стоянии отношение обратное. Однако следует отметить, что амплитуда измене­ ний концентрации инсулина гораздо больше, чем глюкагона: концентрация инсу­ лина изменяется примерно в 7 раз, а глюкагона — в 1,5-2 раза. Противоположно также и действие этих гормонов на метаболизм: инсулин стимулирует процессы запасания веществ при пищеварении, а глюкагон — их мобилизацию в постабсор­ бтивном состоянии. Поэтому направление метаболических процессов зависит не столько от абсолютной концентрации гормонов, сколько от отношения их кон­ центраций: [инсулин]/[глюкагон] (инсулин-глюкагоновый индекс).

РЕГУЛЯЦИЯ ДЕПОНИРОВАНИЯ И МОБИЛИЗАЦИИ ГЛИКОГЕНА

Гликоген как запасная форма глюкозы накапливается в клетках во время пищева­ рения и расходуется в промежутках между приемами пищи. Очевидно, при смене

 

 

этих периодов должны изменяться относительные ско­

2АТФ

2АДФ

рости синтеза и распада гликогена. Кроме того, энерге­

 

 

тические потребности организма изменяются при пе­

 

 

реходе от покоя к активности и наоборот, и соответ­

Глюкоза

Гликоген

ственно должна регулироваться скорость расходования

 

 

гликогена. Наконец, одновременное протекание и син­

 

 

теза, и распада гликогена в одной и той же клетке при­

Рис. 9.25. Растратный

вело бы к образованию порочного (растратного) цик­

цикл глюкоза— гликоген

ла, единственным результатом которого было бы рас­

 

 

трачивание АТФ (рис. 9.25).

Следовательно, регуляторные механизмы должны быть такими, чтобы при включении одного процесса автоматически выключался бы другой.

Депонирование и мобилизация гликогена в печени

Инсулин и глюкагон передают сигнал в клетки через мембранные рецепторы, как это описано в гл. 7. Начальные события, вызываемые изменением концентрации глюкозы в крови, можно представить следующей таблицей (стрелки, направлен­ ные вверх, указывают на увеличение параметра, вниз — на уменьшение):

Глава 9. Обмен и функции углеводов

 

269

ш ш я ш я ж ш ш т я ш к ш т ш т

\ б ьо])Гчив>{«с

I lov.UUK.Opr)] HIIIIOL

П арам етр

ь ЛИПШИЦ

ч 'LU.HIIHL

 

Концентрация глюкозы в крови

T

J

Концентрация инсулина в крови

T

J

Концентрация глюкагона в крови

J

T

Концентрация цАМФ в клетке

J

T

Активность протеинкиназ А

J

T

Ключевую роль в регуляции синтеза и распада гликогена играют реакции фос- форилирования-дефосфорилирования гликогенсинтетазы и гликогенфосфорилазы. При этом фосфорилирование изменяет активность этих ферментов противо­ положным образом — ингибирует синтазу и активирует фосфорилазу; дефосфорилирование, наоборот, активирует синтазу и ингибирует фосфорилазу (рис. 9.26). Это обстоятельство и позволяет избежать образования растратного цикла.

АТФ АДФ АТФ АДФ

{

 

>

Гликогенфосфорилаза-ОН

Г----

Гликогенсинтаза-ОН

 

Гликогенсинтаза-Р

Гликогенфосфорилаза-Р

(активная)

 

(неактивная)

 

 

(неактивная)(акти

’----------

!----------

'

---------- i

----------'

 

H3PO4

 

 

H3PO4

Рис. 9.26. Изменения активности гликогенсинтетазы и гликогенфосфорилазы при их фосфорилировании-дефосфорилировании

После завершения пищ еварения инсулин-глюкагоновый индекс уменьшается (главным образом за счет снижения концентрации инсулина и в меньшей мере за счет увеличения концентрации глюкагона). Глюкагон передает сигнал в клетку через аденилатциклазную систему, следовательно, в клетке активируется протеин­ киназа А (рис. 9.27). Протеинкиназа А фосфорилирует (и инактивирует) гликоген-

' Глюкагон

O

-O -O -

“СТО"

Киназа фосфорплазыОH

(неактивная)

Протеинкиназа А - -►!

Фосфорилаза-ОН

(неактивная)

Киназа

Гликоген

фосфорилазы-Р

(активная) Фосфорилаза-P (активная)

Глюкозо-1-фосфат

Рис. 9.27. Постабсорбтивное состояние: активация распада гликогена в печени

2 7 0

Часть II. Обмен веществ и энергии

синтетазу: синтез гликогена прекращается. Далее протеинкиназа А фосфорилирует (и активирует) киназу гликогенфосфорилазы. Киназа фосфорилазы (активная форма), в свою очередь, фосфорилирует (активирует) фосфорилазу. Таким обра­ зом, синтез гликогена в клетке заторможен, но происходит его распад.

В абсорбтивном состоянии высокий инсулин-глюкагоновый индекс; инсулин активирует тирозинкиназу своего рецептора (см. гл. 7), и далее следует каскад реакций, в результате которого фосфорилируется и активируется печеночная протеинфосфатаза гранул гликогена I (ПфГр-1) (рис. 9.28). Затем ПфГр-1 дефосфорилирует (активирует) гликогенсинтетазу — становится возможным синтез гли­ когена. Кроме того, ПфГр-1 дефосфорилирует киназу гликогенфосфорилазы (инак­ тивирует): в результате становится невозможным фосфорилирование (активация) гликогенфосфорилазы, и распад гликогена прекращается (ср. рис. 9.27 и 9.28).

Инсулин

 

 

------------

ПфГр-ОН

 

-----------

неактивная

 

Тирозинкиназная

 

 

активность

 

 

 

I г

 

 

ПфГр-Р

 

 

активная

 

 

I

Гликоген-

Гликогенсинтаза-Р I

фосфорилаза-Р

(неактивная)

I

(активная)

 

I

 

 

 

/

 

Гликогенс.интаза-ОН

Гликоген-

(активная)

фосфорилаза-ОН

I

 

(неактивная)

I

 

 

Глюкоза---- ^ ► Гликоген

Рис. 9.28. Абсорбтивное состояние: ингибирование распада и активация синтеза гликогена в печени с участием инсулинового рецептора

Таким образом, инсулин не только открывает новый путь превращений глюко­ зы, но и отменяет некоторые результаты действия глюкагона. То же можно сказать и о глюкагоне в его отношении к инсулину.

Обмен гликогена в печени зависит не только от ритма питания, но и от мы­ шечной активности. В этом случае сигналом, стимулирующим мобилизацию гли­ когена, служит гормон адреналин, концентрация которого в крови повышается при мышечной работе и стрессе (гормон «борьбы и бегства»). В гепатоцитах есть рецепторы адреналина двух типов: Р2-рецепторы, передающие сигнал через аденилатциклазную систему, и о^-рецепторы, передающие сигнал через инозитолфосфатную систему (см. гл. 7). Начальные события в гепатоцитах, связанные со сменой состояний покой/м ы ш ечная работа, можно представить следующей таблицей:

Глава 9. Обмен и функции углеводов

2 7 1

Концентрация адреналина в крови

T

Концентрация цАМФ в клетке

T

Активность протеинкиназ А

T

Концентрация ИФ3 в клетке

T

Концентрация Ca2+B клетке

T

Активность протеинкиназы С

T

При передаче адреналинового сигнала через (32-рецепторы активируется про­ теинкиназа А, которая далее активирует распад гликогена, как и в случае регуля­ ции глюкагоном (см. рис. 9.27).

При передаче сигнала через инозитолфосфатную систему (о^-рецепторы адре­ налина) ключевую роль играют комплекс Са-кальмодулин (кальмодулин-4Са2+) и кальмодулинзависимые протеинкиназы (см. рис. 7.19). Са-кальмодулин, соединяясь с киназами, активирует их; комплекс Са-кальмодулин/протеинкиназа фосфорилирует свой субстрат. В частности, активируется протеинкиназа, фосфорилирующая гликогенсинтазу: синтез гликогена прекращается (рис. 9.29). Активируется также киназа фосфорилазы, которая фосфорилирует (активирует) гликогенфосфорилазу: начинается распад гликогена. Переключение происходит очень быстро, и гепатоциты начинают выделять глюкозу в кровь через несколько секунд после появления адреналинового сигнала.

Адреналин

ПКС

Ca2*

 

Кальмодулин

 

 

 

 

 

Са-

КальмодулинЬМО/1

 

 

Y

Киназа фосфорилазы

Гликоген-

 

 

Y

 

 

 

синтаза-ОН

 

 

Фосфорилаза-ОН

(активная)

 

 

 

(неактивная)

_ Са-Кальмодулин/____

Киназа фосфорилазы

 

Гликоген

Гликогенсинтаза-Р

Фосфорилаза-Р

(неактивная)

(активная) —

Глюкозо-1-фосфат

Рис. 9.29. Активация распада гликогена в печени при мышечной работе: ПКС — протеинкиназа С

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.