Обмен углеводов

Углеводы представляют собой молекулы, состоящие из трех уг­леродных атомов или более, соединенных с атомами водорода и кислорода в отношении H₂O₁, или простые производные этих ис­ходных молекул. Большинство жителей Америки и Западной Ев­ропы получают с продуктами питания 40—45% калорий в виде углеводов.

Несмотря на разнообразие форм и пищевых источников углеводов, конечными продуктами переваривания, которые всасы­ваются в кишечнике, являются гексозы: глюкоза, фруктоза и га­лактоза. Из этих простых Сахаров глюкоза по своей распро­страненности в качестве углеводного компонента пищи намного превосходит все остальные.

Поскольку внутри клеток свободная глюкоза как таковая практически отсутствует, вся поглощаемая тканями глюкоза под­вергается метаболическим превращениям (рис. 10—2). Основны­ми путями метаболизма проникшей в клетку глюкозы являются 1 — накопление в виде гликогена; 2 — окисление через гликоли­тический (анаэробный) путь до пирувата и лактата; 3 — окисле­ние через аэробный цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) или в меньшей степени через пентозный цикл до СО₂; 4—пре-

Рис. 10—2. Основные пути метаболизма глюкозы у человека. вращение в жирные кис­лоты и накопление в виде триглицеридов (синтез жи­ра); 5—высвобождение из клетки в виде свободной глюкозы.

Независимо от после­дующих путей метаболиз­ма первой внутриклеточ­ной реакцией, в которой участвует глюкоза, явля­ется ее фосфорилирование в глюкозо-6-фосфат (см. рис. 10—2). В печени эта реакция контролируется двумя ферментами: гексокиназой и глюкокиназой. Гексокиназа, не специфичная в том отношении, что может воздействовать не толь­ко на глюкозу, но и на фруктозу, имеет К_М 10~⁵ М; это свидетель­ствует о том, что полунасыщение фермента происходит при кон­центрации глюкозы всего лишь 0,18 мг/100 мл. С другой стороны, глюкокиназа, катализирующая фосфорилирование глюкозы, при­мерно в 4 раза активнее, чем фруктозы, имеет К_М 10~² М, так что ее полунасыщение происходит лишь при повышении окружающей концентрации глюкозы до 180 мг/100 мл. Различия К_М этих двух ферментов играют решающую роль, поскольку в физиологических условиях гексокиназа всегда функционирует в состоянии, близком к насыщению, тогда как степень насыщенности глюкокиназы уве­личивается при физиологическом увеличении концентрации глю­козы в плазме. Активность гексокиназы в разных физиологических условиях весьма стабильна, а активность глюкокиназы снижается при голодании или диабете и повышается под влиянием инсулина. В мышцах и жировой ткани, непроницаемых для глюкозы,.присутствует только гексокиназа обладающая низкой К_М. В этих тканях ограничивающим скорость этапом метаболизма глюкозы независимо от её последующих превращений является транс­порт сахара в клетку — процесс, регулируемый инсулином (см. ниже).

СИНТЕЗ ГЛИКОГЕНА

Внутри клеток углеводы накапливаются в форме гликогена — по­лисахарида, состоящего из глюкозильных единиц, связанных 1,4-связями, с ответвлениями, начинающимися с 1,6-глюкозильных связей. Присоединение глюкозильных остатков с помощью 1,4-связей представляет собой ограничивающую скорость стадию синтеза гликогена и требует в качестве матрицы полисахаридной цепи, состоящей не менее чем из 4 остатков глюкозы. Реакция зависит от активности фермента гликогенсинтетазы, существую­щей в активной и неактивной формах. Фосфорилирование гли­когенсинтетазы инактивирует фермент, тогда как его активация связана с потерей фосфатных групп. Таким образом, активность гликогенсинтетазы находится в обратной зависимости от внутри­клеточного уровня циклического аденозин-3,5-монофосфата (цАМФ), который способствует фосфорилированию белков, ак­тивируя протеинкиназу. Поскольку тканевой уровень цАМФ мо­жет изменяться под действием глюкорегуляторных гормонов (по­вышается под влиянием глюкагона и адреналина и высвобождает­ся от такой гормональной индукции под влиянием инсулина), то активность гликогенсинтетазы представляет собой ключевой пункт регуляции отложения глюкозы в печени. В вопросе о том, опосредуются ли изменения активности гликогенсинтетазы глав­ным образом гормонами (например, инсулином, глюкагоном или адреналином) или субстратом (глюкоза), имеются противоречия. Hers выдвинул гипотезу, согласно которой увеличение концент­рации глюкозы в клетке само по себе может повышать актив­ность гликогенсинтетазы [4]. Такой эффект глюкозы (в присут­ствии пермиссивных концентраций инсулина) подтверждается исследованиями на перфузируемой печени, в которых повышение концентрации глюкозы с 40 до 50 мг/100 мл приводит к погло­щению сахара печенью без изменения уровня инсулина. Кроме того, результаты исследования у человека in vivo свидетельству-" ют о том, что хотя выраженная гиперинсулинемия в отсутствие гипергликемии и угнетает продукцию глюкозы печенью, это со­провождается минимальным поглощением сахара печенью. В то же время одновременная гипергликемия повышает «чистое» по­глощение глюкозы печенью [5]. Как будет показано, «чистый» баланс глюкозы через печень определяется, по всей вероятности, как уровнем глюкозы, так и глюкорегуляторными гормонами.