Общая схема обмена углеводов в организме
Мы рассмотрели в предыдущих лекциях отдельные метаболические
процессы углеводного обмена. Сегодня мы сделаем попытку увязать
эти процессы в единое целое, указав также в пределах имеющихся
знаний взаимосвязи обмена углеводов с метаболизмом соединений
других классов:
Углеводы пищи
│ Структурные гетеро- и
Гексозы олигосахариды
││ ││
Гликоген <─────> Гексозофосфата <──────> Производные
││ моносахаридов
┌────────── Триозофосфаты <───────────┐
│ 4 0 ││ 4 0 │
│ 4┌ 0─── 4─ 0───> ФЭП │
Амино- 4 0<─┘ │ 4 0 │ │
кислоты <───────│─ 4─ 0──> П и р у в а т --- Лактат └─>Липиды
4^ 0 4 0 │ 4 0 │ │ 4^
4│ 0 │ 4 0 │ Ацетил-КоА ────> ВЖК ──── 4┘
4│ 0 │ 4 0 │ │
4│ 0 └─ 4─ 0──> Оксалоацетат ┴──────> Цитрат
4│ 0 4^ 0 4│ 0 Цепь ды-
4└─── 0────────────────> 4│ 0 Цикл Кребса 4│ 0──> хательных
4└──────────────────────┘ 0 ферментов
Углеводы пищи поступают во внутреннюю среду организма в виде
гексоз, которые в клетках подвергаются фосфорилированию Гексозо-
фосфаты используются для синтеза резервного гликогена или через
через свои производные идут на синтез структурных полисахаридов.
С другой стороны гексозофосфаты подвергаются в клетках расщеплению
до конечных продуктов через триозофосфаты, пируват и ацетил-КоА.
Промежуточные продукты распада гексозофосфатов, такие как
триозофосфаты и ацети-КоА, используются для синтеза липидов; три-
озофосфаты, пируват и промежуточные продукты цикла Кребса исполь-
- 2 -
зуются для синтеза аминокислот. Наконец, путем превращения пиру-
вата в оксалоацетат углеродный скелет углеводов может использо-
ваться для пополнения пула оксалоацетата в клетках.
В свою очередь триозофосфаты из липидов и углеродные скелеты
многих аминокислот используются в клетках для глюконеогенеза.
4.2. Регуляция содержания глюкозы в крови
и метаболизма углеводов в организме
Контроль метаболизма углеводов в организме осуществляется
единой нейро-гуморальной системой, однако в её работе можно выде-
лить три группы механизмов:
а) Контроль с помощью нервных механизмов: возбуждение того
или иного отдела ЦНС ─> передача импульсов по нервным стволам ─>
выделение медиаторов ─> воздействие на обмен углеводов в клетках.
б) Контроль с помощью нейро-гормональных механизмов: возбуж-
дение подкорковых метаболических центров ─> выделение гормонов
гипотпламуса ─> выделение гормонов гипофиза ─> выделение гормонов
переферических желез внутренней секреции ─> воздействие гормонов
на метаболизм углеводов в клетках.
г) Контроль с помощью метаболитно-гуморальных механизмов типа:
повышение концентрации глюкозы в крови ─> повышение продукции ин-
сулина островковым аппаратом поджелудочной железы ─> активация
процессов усвоения глюкозы клетками.
Одной из важнейших задач системы регуляции обмена углеводов
является поддержание концентрации глюкозы на определенном уровне-
в пределах 3,3 - 5,5 мМ/л - обеспечивающей нормальное снабжение
клеток различных органов и тканей этим моносахаридом, служащим
для них и энергетическим топливом и источником пластического мате-
риала для различных биосинтезов. Постоянная концентрация глюкозы
в крови есть результат достаточно сложного баланса процессов пос-
тупления глюкозы в кровь и процессов её утилизации в органах и
тканях.
Важную роль в поддержании постоянной концентрации глюкозы в
крови играет эндокринная система организма. Целый ряд гормонов
повышает содержание глюкозы в крови: глюкагон, адреналин, глюко-
кортикоиды / для человека это в основном кортизол /, соматотроп-
ный гормон, тироксин.
- 3 -
Глюкагон повышает содержание глюкозы в крови за счет главным
образом стимуляции процесса "мобилизации" гликогена в печени, ме-
ханизм стимуляции мы уже обсуждали. Кроме того, глюкагон стимули-
рует до некоторой степени процесс глюконеогенеза, причем стимуля-
ция идет за счет повышения активности одного из ферментов глюко-
неогенеза ── фруктозо-1,6-бисфосфатазы. Глюкагон выделяется аль-
фа-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы при сниже-
нии содержания глюкозы в крови. Поскольку ответная реакция на по-
вышение содержания глюкагона в крови базируется на изменении ак-
тивности уже имеющихся в клетках ферментов, наблюдается быстрое
повышение концентрации глюкозы в крови. Следует отметить, что
глюкагон не влияет на скорость расщепления гликогена в мышцах.
Адреналин секретируется в кровь мозговым веществом надпочеч-
ников в экстремальных ситуациях. В первую очередь адреналин сти-
мулирует расщепление гликогена в мышцах, обеспечивая таким обра-
зом миоциты энергетическим топливом, однако, как мы уже знаем, в
мышцах нет глюкозо-6-фосфатазы, поэтому свободная глюкоза в мио-
цитах не образуется и в кровь не поступает. В то же время адрена-
лин способен ускорять расщепление гликогена в печени за счет ак-
тивации фосфорилазы; образующаяся глюкоза поступает из гепатоци-
тов в кровь, где её концентрация повышается. Повышение содержания
глюкозы в крови в ответ на выброс в кровь из надпочечников адре-
налина также развивается быстро, так как обусловлено повышением
активности имеющихся в гепатоцитах ферментов.
Кортизол, как и другие глюкокортикоиды, вызывают повышение
содержания глюкозы в крови за счет двух эффектов: во-первых, он
тормозит поступление глюкозы из крови в клетки ряда периферичес-
ких тканей, таких как мышечная или соединительная ткани; во-вто-
рых, кортизол является основным стимулятором глюконеогенеза, при-
чем стимуляция глюконеогенеза является главным механизмом, от-
ветственным за увеличение концентрации глюкозы крови. Стимуляция
глюконеогенеза идет за счет увеличения скорости расщепления бел-
ков в периферических тканях, увеличения потребления аминокислот
печенью и увеличения в гепатоцитах количества ферментов, принима-
ющих участие в глюконеогенезе. Эффект кортизола развивается мед-
ленно: содержание глюкозы в крови начинает повышаться через 4 - 6
часов после введения кортизола и достигает максимума где то через
сутки. Интересно, что повышение содержания глюкозы в крови при -
- 4 -
ведении кортизола сопровождается и нарастанием содержания глико-
гена в печени, тогда как при введении глюкагона содержание глико-
гена в печени снижается.
Соматотропный гормон гипофиза также в целом вызывает повыше-
ние содержания глюкозы в крови, но следует помнить что его введе-
ние вызывает двухфазный ответ: в течение первой четверти часа со-
держание глюкозы в крови снижается, а затем развивается продолжи-
тельное повышение её уровня в крови. Механизм этой ответной реак-
ции окончательно не выяснен. Предполагают, что на первом этапе
происходит небольшое нарастание содержание инсулина в сыворотке
крови, за счет чего и происходит снижение содержания в ней глюко-
зы. В более отдаленном периоде, повышение содержания глюкозы в
крови является следствием нескольких эффектов: уменьшения поступ-
ления глюкозы в некоторые ткани, например, в мышцы; повышения
поступления в кровь глюкагона из поджелудочной железы; уменьшения
скорости окисления глюкозы в клетках в результате повышенного
поступления в клетки более эффективного энергетического топлива -
жирных кислот, последние , как мы говорили ранее, ингибируют пи-
руваткиназу. Длительное введение соматотропного гормона приводит
к развитию сахарного диабета.
Тироксин также вызывает повышение содержания глюкозы в кро-
ви, однако механизм этого эффекта до настоящего времени не ясен.
Известно, что при гипертиреозе окисление глюкозы идет с нормаль-
ной или повышенной скоростью, содержание глюкозы натощак повыше-
но, одновременно у больных с гипертиреозом снижено содержание
гликогена в печени.
Гормоном, снижающим содержание глюкозы в крови, является ин-
сулин, он выделяется в кровь бета-клетками островков Лангерганса
в ответ на повышение содержания глюкозы в крови. Снижение содер-
жания глюкозы в крови обусловлено тремя группами эффектов:
во-первых, инсулин повышает проницаемость клеточных мембран для
глюкозы, способствуя переходу глюкозы из крови и межклеточной
жидкости в клетки; во-вторых, инсулин улучшает усвоение глюкозы
клетками, стимулируя фосфорилирование глюкозы, её окислительный
распад, а также ускоряя процессы перевода глюкозы в гликоген и
превращения её в триглицериды; в третьих, инсулин тормозит про-
цессы глюконеогенеза и расщепления гликогена в гепатоцитах до глю-
козы. Ответнаяреакция на введение инсулина развивается быстро.
- 5 -
Следует заметить, что в физиологическом плане гормоны глю-
кагон и инсулин не являются антагонистами: глюкагон обеспечивает
перевод резервного гликогена печени в глюкозу, а инсулин обеспе-
чивает поступление этой глюкозы из крови в клетки периферических
тканей и её последующую утилизацию в клетках.
Синтез гликозаминогликанов стимулируется тестостероном и
соматотропным гормоном, причем под действием соматотропина в пе-
чени синтезируется пептид из группы соматомединов, так называемый
сульфатирующий фактор, именно последний и является истинным сти-
мулятором синтеза гетерополисахаридов межклеточного вещества сое-
динительной ткани. Синтез гликозаминогликанов тормозят глюкокор-
тикоиды. Отмечено, что в местах иньекций кортизола количество
межклеточного вещества в соединительной ткани уменьшается.
Поиск по сайту:
|