РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА УГЛЕВОДОВ

Печень отличается наиболее сложным обменом глюкозы по сравнению с другими органами. В ней происходят противоположные процессы: синтез/распад гликогена и гликолиз/глюконеогенез.

Направление метаболизма глюкозы в печени связано с ритмом питания.

Переключение процессов синтеза и мобилизации гликогена в печени происходит при переходе состояния пищеварения в постабсорбтивный период или состояния покоя на режим мышечной работы. В переключении этих метаболических путей в печени участвуют инсулин, глюкагон и адреналин, а в мышцах — инсулин и адреналин. Их влияние осуществляется путем изменения в противоположном направлении активности 2 ключевых ферментов - гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы - с помошью их фосфорилирования и дефосфорилирования.

Инсулин и глюкагон постоянно присутствуют в крови, но при переходе из абсорбтивного состояния в постабсорбтивное изменяется их относительная концентрация (рис. 21) – инсулин-глюкагоновый индекс.

Рис. 21. Изменение концентраций глюкозы, инсулина, глюкагона после приема пищи.

В период пищеварения инсулин-глюкагоновый индекс повышается. Под влиянием инсулина происходит стимуляция транспорта глюкозы в клетки мышечной ткани, изменение активности и количества ферментов путем фосфорилирования и дефосфорилирования, индукции их синтеза. Введение инсулина вызывает понижение содержания глюкозы в крови, повышение запасов гликогена в мышцах.

В постабсорбтивном периоде инсулин-глюкагоновый индекс снижается, и решающим фактором является влияние глюкагона, который стимулирует распад гликогена в печени. Механизм действия глюкагона включает каскад реакций, приводящий к активации гликогенфосфорилазы. Итогом является увеличение концентрации глюкозы в крови.

Биосинтез и секреция инсулина и глюкагона контролируются главным образом концентрацией глюкозы по принципу обратной связи. Повышение содержания глюкозы в крови вызывает увеличение секреции инсулина и замедление секреции глюкагона, а снижение, наоборот, - замедление секреции инсулина и повышение – глюкагона. Этот контроль по типу обратной связи - один из важнейших механизмов регуляции содержания глюкозы в крови.

Адреналин повышает уровень обмена углеводов в организме, усиливая распад гликогена в мышцах и ингибируя синтез гликогена из УДФ-глюкозы. Адреналин вызывает резкое повышение уровня глюкозы в крови.

Переключение печени с гликолиза на глюконеогенез и наоборот также происходит с участием инсулина и глюкагона и осуществляется с помощью:

- аллостерических механизмов;

- фосфорилирования/дефосфорилирования;

- индукции/репрессии синтеза ключевых ферментов.

Регуляция направлена на необратимые стадии гликолиза и глюконеогенеза.

При уменьшении инсулин-глюкагонового индекса синтез ключевых ферментов гликолиза снижается, а ферментов глюконеогенеза (фосфоенолпируваткарбоксикиназа, фруктозо-6-фосфатаза, глкозо-6-фосфатаза) - увеличивается, и стимулируется глюконеогенез.

Направление реакций гликолиза регулируется содержанием глюкозы. При пищеварении концентрация глюкозы в крови возрастает до 10-20 мкмоль/л и активность глюкокиназы будет максимальной. Ускоряется гликолитическая реакция

глюкоза → глюкозо-6-фосфат.

Инсулин индуцирует синтез глюкокиназы и поэтому ускоряет фосфорилирование глюкозы.

Фруктозо-2, 6-бисфосфат аллостерически активирует фосфофруктокиназу (усиливается гликолиз) и ингибирует фосфатазу фруктозо-1, 6-бифосфата (замедляется глюконеогенез).

Фруктозо-2, 6-бисфосфат образуется фосфорилированием фруктозо-6-фосфата при участии бифункционального фермента (БИФ).

Его киназная активность проявляется при дефосфорилированной форме БИФ, которая характерна для абсорбтивного периода (инсулин-глюкагоновый индекс высокий) – гликолиз усиливается.

Фосфатазная активность проявляется при фосфорилированной форме БИФ (длительное голодание, инсулин/глюкагоновый индекс низкий): снижается количество фруктозо-2, 6-бисфосфата, гликолиз замедляется и переключается на глюконеогенез.

В период пищеварения инсулин активирует протеинфосфатазу, которая дефосфорилирует пируваткиназу, и переводит ее в активное состояние: реакция

фосфоенолпируват → пируват (гликолитическая)

ускоряется при пищеварении и замедляется в постабсорбтивном периоде.

Реакции глюконеогенеза

пируват → оксалоацетат → фосфоенолпируват

могут протекать при любом состоянии организма.

В период пищеварения из-за ускорения начальных стадий гликолиза повышается содержание фруктозо-1, 6-бисфосфата, что ведет к активации пируваткиназы (гликолиз усиливается).

После приема пищи, богатой углеводами, инсулин-глюкагоновый индекс возрастает, увеличивается количество глюкокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы (гликолитические ферменты), что стимулирует гликолитический путь.

Глюкоза в клетках печени используется также для энергообеспечения гепатоцитов. Основными потребителями АТФ в гепатоцитах являются трансмембранный перенос веществ, синтез белков, гликогена, жиров, глюконеогенез.

АТФ и АМФ – аллостерические эффекторы некоторых гликолитических ферментов: АМФ активирует фосфофруктокиназу и ингибирует фосфатазу фруктозо-1, 6-бисфосфата, АТФ ингибирует пируваткиназу. Т.о., при расходовании АТФ (растет концентрация АМФ) активируются гликолиз и синтез АТФ, а глюконеогенез замедляется.