3.2. Взаимосвязь углеводного обмена с другими видами метаболизма

Общепринятым показателем, используемым в клинике в качестве индикатора состояния углеводного метаболизма, служит уровень глюкозы в крови. Её значения определяются у здорового человека сроком приёма, объёмом пищи, характером питания, а также методом исследования. В среднем содержание этого моносахарида в крови в норме 3,3-5,5 ммольл. Возможно развитие двух вариантов физиологических гипергликемий: 1) алиментарная - после приёма пищи; 2) эмоциональная - следствие действия стрессоров (надпороговых раздражителей физической, химической, биологической, психогенной природы).

Так как глюкоза - универсальный источний энергии, то её уровень в сосудистом русле может быстро снижаться, если его не поддерживать с помощью эндогенной формы. Основным органом, ответственным за сохранение нормогликемии, является печень, хотя определённую роль в этом играют почки, где происходит вначале фильтрация, а затем реабсорбция данного углевода в кровь.

Практически все ткани способны накапливать глюкозу путем её полимеризации в гликоген, который затем при необходимости распадается (гликогенолиз). Вышеназванный процесс синтеза особенно активно протекает в гепатоцитах, так как они обладают самой высокой способностью депонировать этот гомополисахарид. А главное, в указанных клетках присутствуетглюкозо-6-фосфатаза, с помощью которой цитозольный глюкозо-6-фосфат, лишаясь фосфата, приобретает способность преодолеть мембрану и выходить в сосудистое русло для поддержания гомеостаза глюкозы крови. Этот энзим работает также в слизистой тонкого кишечника и в почках (схема 2).

Но запасы гликогена в организме довольно ограничены, поэтому при высокой вероятности развития гипогликемии индуцируется глюконеогенез - синтез глюкозы из продуктов неуглеводного происхождения. К ним относятся много самых различных соединений, только они должны удовлетворять следующим условиям: в их составе должно быть не менее трёх атомов углерода; если в молекуле присутствует кето-группа, необходимо, чтобы она обязательно находилась в -положении.

Следовательно, источниками глюкозы могут быть метаболиты цикла трикарбоновых кислот (ЦТК), лактат, пируват, глицерол, гликогенные аминокислоты. Но высшие жирные кислоты, продукты их распада - кетоновые тела, ацетил-КоА, кетогенные аминокислоты (лейцин, валин, изолейцин, фенилаланин, тирозин) не способны стать участниками глюконеогенеза.

Глюкоза из крови может проникнуть в нуждающиеся в ней клетки путем облегченной диффузии, в обеспечении которой большую роль играет холестерин билипидного слоя плазмолемм. При гипогликемии этот способ не работает и тогда включается активный транспорт: стимулируется локализующаяся в мембране гексокиназа (глюкокиназа – только в печени) и с помощью её и энергии АТФ глюкоза уже в виде глюкозо-6-фосфата проникает в клетку.

Находясь в цитоплазме, фосфопроизводное моносахарида может использоваться в следующих направлениях. Большая часть, естественно, подвергается распаду, в первую очередь, гликолизу. Этот процесс в зависимости от наличия кислорода может заканчиваться двумя продуктами: при гипоксии – лактатом, при нормоксии - пируватом, который, попадая в митохондрии, после окислительного декарбоксилирования сгорает в цитратном цикле, полностью высвобождая заложенную в глюкозе энергию.

Но для клеток характерно и другое направление катаболизма данного углевода, что обычно не служит поставщиком энергии; локализуется тоже в цитоплазме и часто называется пентозофосфатным путём (ПФП). Его конечным продуктом является СО₂, и кроме того окисление глюкозы сопровождается восстановлением НАДФ. Последний не идёт в митохондрии, а используется как источник водорода в различных процессах синтеза. В первую очередь, в образовании ВЖК, холестерина и его производных, стероидных гормонов, жёлчных кислот. Кроме того, НАДФН+Н⁺ служит коферментом глутатионредуктазы - одного из ферментов антирадикальной защиты (АРЗ).

Схема 2. Взаимосвязь углеводного обмена с другими видами обменов

Участие восстановленного НАДФ в микросомальном окислении позволяет получить тирозин, катехоламины, серотонин; этот кофермент преобразует также витамин В_с в активную форму - тетрагидрофолиевую кислоту, рибонуклеотиды в дезоксипроизводные.

Метаболитом и гликолиза, и ПФП служит глицеральдегид-3-фосфат (ГА-3-Ф), который после изомеризации в дигидроксиацетонфосфат с последующим восстановлением становится глицерол-1-фосфатом - субстратом в синтезе нейтральных жиров и глицерофосфатидов.

Судя по названию, пентозофосфатный путь является источником различных пентоз, главная роль из которых принадлежит рибозо-5-фосфату, последний входит в состав нуклеотидов. Самые простейшие из них - мононуклеотиды - могут быть макроэргами (АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ), коферментами (ФМН), внутриклеточными гормонами (циклический АМФ). Динуклеотиды обычно входят в состав ферментов в виде коэнзимов (НАД⁺, НАДФ⁺, ФАД, КоА-SН). Нуклеиновые кислоты (РНК, ДНК) - биополимеры, химическое название которых полинуклеотиды, служат матрицами в синтезе белков, а также хранителями и передатчиками генетической информации.

Но не вся клеточная глюкоза обязательно подвергается распаду. Часть её активируется в УДФ-глюкозу, которая используется или в синтезе гликогена, или после преобразований в другие моносахариды и их производные - в генезе гетерополисахаридов: гиалуроновой кислоты межклеточного вещества, хондроитинсульфата хрящевой и костной тканей, гепарина - антикоагулянта, гликолипидов любых плазмолемм и специфических структур нервных клеток, гликопротеидов, служащих рецепторами в мембранах, группоспецифических веществ крови и т.д.

Кроме этих, существуют и тканевые разновидности взаимоотношений обменов. В эритроцитах гликолиз протекает только в анаэробных условиях (в этих клетках полностью отсутствуют органоиды, в том числе и митохондрии - всё направлено на выполнение главной цели - как можно больше транспортировать кислорода). Конечным продуктом такого процесса (схема 3) будет лактат, он же образуется и в интенсивно работающей мышце. Механизм реакции следующий. В гликолизе происходит восстановление НАД⁺. Обычно высвободившийся водород в условиях нормоксии переносится в электронно-транспортную цепь (то есть вступает в процесс биологического окисления). Если же в клетке - гипоксия, это грозит накоплением протонов (НАДН+Н⁺), сдвигом рН (ацидозом). Чтобы предотвратить подобную опасность и осуществляется восстановление пирувата в лактат. Последний выходит из эритроцитов и мышц в кровь, доставляется в печень, где под влиянием изоэнзима ЛДГ (лактатдегидрогеназы) и окисленного НАД⁺ преобразуется в пируват, который, вступая в глюконеогенез, индуцирует синтез глюкозо-6-фосфата, являющегося субстратом гликогеногенеза. При необходимости стимулируется распад гомополисахарида (гликогена) и глюкоза попадает в сосудистое русло, откуда в мышцы, где вновь может подвергнуться гликолизу (эта циркуляция называется циклом Кори).

НОРМОКСИЯ ГИПОКСИЯ

Г-6-Ф Г-6-Ф

ГА3Ф ГА3Ф

НАД⁺ НАД⁺

ЭТЦ

НАДН+Н⁺ Н₂О НАДН+Н⁺ ЭТЦ

О₂

1,3 ДФГ 1,3 ДФГ

ПВК ПВК

ЛДГ

НАД⁺

лактат кровь

Схема 3. Механизм образования лактата в клетке

Лактатдегидрогеназа обладает тканевой специфичностью: в миоцитах работает на образование молочной кислоты, а в гепатоцитах - наоборот, на окисление её до ПВК. Этот факт используется в дифференциальной диагностике болезней миокарда и печени при исследовании изоэнзимов ЛДГ.