Тема 6.2. Трансмембранный перенос глюкозы и других моносахаридов из кишечника в кровь и из крови в клетки тканей. Пути превращения

ГЛЮКОЗЫ В КЛЕТКАХ

1. Транспорт моносахаридов из просвета кишечника в клетки слизистой осуществляется путем облегченной диффузии и активного транспорта (рис. 6.2). В случае активного транспорта глюкоза и Na+ проходят с люминальной стороны, связываясь с разными участками белка-переносчика. При этом Na+ поступает в клетку по градиенту и «тащит» глюкозу за собой (вторичноактивный транспорт). Градиент концентрации Na+ создается работой Na+, К+-АТФазы (первично-активный транспорт, см. модуль 4).

Рис. 6.2. Всасывание углеводов в кишечник:

1 - всасывание глюкозы, галактозы и фруктозы из кишечника путем облегченной диффузии с помощью специальных белков-переносчиков; 2 - транспорт глюкозы и галактозы в энтероцит путем Na-зависимого вторично-активного транспорта. Белки-переносчики участвуют во всасывании глюкозы из просвета кишечника в энтероцит против градиента концентрации. Энергию, необходимую для транспорта, обеспечивает Na+, К+-АТФаза (3), которая работает, как насос, откачивая из клетки Na+ в обмен на К+ и обеспечивает градиент концентрации Na+; 4 - транспорт моносахаридов из энтероцитов в кровь путем облегченной диффузии

Глюкоза из энтероцитов перемещается во внеклеточную жидкость и далее в кровь с помощью облегченной диффузии. Поступающая из кишечника глюкоза кровью воротной вены транспортируется в печень, где часть ее задерживается, а часть через общий кровоток поступает в клетки других органов и тканей.

2. Поступление глюкозы в клетки из кровотока происходит путем облегченной диффузии при участии специальных белков-переносчиков - ГЛЮТ (глюкозные транспортеры). ГЛЮТ обнаружены во всех тканях. Существует несколько изоформ ГЛЮТ, которые различаются по локализации и сродству к глюкозе. ГЛЮТ пронумерованы в порядке их обнаружения (табл. 6.1).

Таблица 6.1. Распределение белков - транспортеров глюкозы (ГЛЮТ)

Тип ГЛЮТ	Локализация в органах
ГЛЮТ-1	Преимущественно в плаценте, мозге, почках, толстой кишке, меньше в жировой ткани, мышцах
ГЛЮТ-2	Преимущественно в печени, β-клетках островков Лангерганса, энтероцитах
ГЛЮТ-3	Во многих тканях, включая мозг, плаценту, почки
ГЛЮТ-4 инсулинозависимый	В мышцах (скелетных, сердечной), жировой ткани (находятся почти полностью в цитоплазме)
ГЛЮТ-5	В тонкой кишке, в меньшей мере в почках, скелетных мышцах, жировой ткани, мозге. Переносчик фруктозы

Все типы ГЛЮТ могут находиться как в плазматической мембране, так и в цитозольных везикулах. В клетках мышц и жировой ткани ГЛЮТ-4 (инсулинозависимые) почти полностью локализуются в цитоплазме. Влияние инсулина на такие клетки приводит к перемещению везикул, содержащих ГЛЮТ-4, к плазматической мембране и их слиянию с ней. После этого возможен облегченный транспорт глюкозы в клетки. При снижении концентрации инсулина в крови белки транспортеры глюкозы снова перемещаются в цитозоль и поступление глюкозы в эти ткани прекращается.

3. В метаболические пути глюкоза и другие моносахариды включаются только в виде фосфорных эфиров. Фосфорилирование свободных моносахаридов - обязательная реакция на пути их использования в клетках, она приводит к образованию более реакционноспособных соединений и поэтому может рассматриваться как реакция активации.

Глюкоза, поступающая в клетки органов и тканей, фосфорилируется с использованием АТФ, превращаясь в глюкозо-6-фосфат. Эту реакцию во многих тканях катализирует фермент гексокиназа, а в печени и поджелудочной железе - глюкокиназа. Фосфорилирование глюкозы - практическинеобратимая реакция. Образование глюкозо-6-фосфата в клетке - это своеобразная «ловушка» для глюкозы, так как мембрана клетки непроницаема для фосфорилированной глюкозы:

Глюкокиназа имеет высокое значение К_т = 10 ммоль/л и катализирует фосфорилирование глюкозы в гепатоцитах в период пищеварения (абсорбтивный период). В этот период концентрация глюкозы в воротной вене больше, чем в других отделах кровяного русла, и может превышать 10 ммоль/л. В этих условиях максимальная активность глюкокиназы обеспечивает поступление глюкозы в клетки печени и ее фосфорилирование. Глюкокиназа, в отличие от гексокиназы, не ингибируется продуктом реакции - глюкозо-6-фосфатом.

Гексокиназа отличается от глюкокиназы высоким сродством к глюкозе и низким значением К_т <0,1ммоль/л. Следовательно, этот фермент, в отличие от глюкокиназы, активен при концентрации глюкозы в крови, соответствующей физиологической норме, и обеспечивает потребление глюкозы мозгом, эритроцитами и другими тканями между приемами пищи (постабсорбтивный период).

4. В клетках глюкозо-6-фосфат может использоваться в различных процессах, основными из которых является: 1-синтез гликогена (форма депонирования глюкозы), 2-синтез некоторых аминокислот, гетерополисахаридов, пентоз, липидов, 3-катаболизм глюкозы до лактата или до СО₂ и Н₂О, который служит основным источником энергии для организма (рис. 6.3)

5. Дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата возможно в печени, почках и клетках эпителия кишечника. В клетках этих органов имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, катализирующий отщепление фосфатной группы гидролитическим путем:

Глюкозо-6-фосфат + Н₂О → Глюкоза + Н₃РО₄. Свободная глюкоза способна поступать из этих органов в кровь.

Рис. 6.3. Метаболизм глюкозы в клетках