10.8. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез)
Синтез глюкозы из неуглеводных источников называется глюконеогенезом. Глюконеогенез протекает по тому же пути, что и анаэробный гликолиз, но в обратном направлении. Однако три реакции гликолиза необратимы, и на этих стадиях реакции глюконеогенеза отличаются от реакций гликолиза (рис.30, стадии I, II, III). На каждую молекулу лактата при глюконеогенезе расходуется две молекулы АТФ и одна молекула ГТФ. Поскольку для образования глюкозы необходимо две молекулы лактата, суммарный процесс глюконеогенеза описывается следующим уравнением:
2лактат +4АТФ + 2ГТФ + 6Н2О → глюкоза + 4АДФ + 2ГДФ + 6Н3РО4.
Из клеток, в которых происходит гликолиз, образующаяся из пирувата молочная кислота поступает в кровь, с помощью которой транспортируется в печень, где превращается в пируват. Пируват в печени частично окисляется, частично превращается в глюкозу - глюкозо-лактатный цикл (рис.31). Образовавшаяся глюкоза может вновь поступать в мышцы и там превращаться в пируват и затем в молочную кислоту (лактат). Часть пирувата в мышцах путем трансаминирования превращается в аланин, который транспортируется в печень, и здесь снова образуется пируват - глюкозоаланиновый цикл.
Глюкоза может синтезироваться не только из лактата, но и из других веществ, способных превращаться в какой-либо из промежуточных продуктов глюконеогенеза - в пируват, оксалоацетат, глицеральдегидфосфат. К таковым относятся глицерин и аминокислоты. В организме взрослого человека за сутки может синтезироваться около 80 г глюкозы, главным образом в печени, почках и слизистой кишечника. Главными исходными веществами глюконеогенеза являются все белковые аминокислоты, кроме лейцина. Поэтому потенциальная возможность выдержать определенный срок голодания, не нарушая снабжение глюкозой мозга, определяется прежде всего резервами белков в организме.
Рис.30. Схема биосинтеза глюкозы
Рис.31. Глюкозолактатный и глюкозоаланиновый циклы
10.10. Регуляция обмена углеводов
Наибольшее значение для организма имеет поддержание на постоянном уровне глюкозы в крови, так как она является главным энергетическим субстратом для мозга. В норме содержание глюкозы в крови 3,3-4,0 ммоль/л. Повышение ее содержания в крови до 9-10 ммоль/л (гипергликемия) приводит к глюкозурии (выделение с мочой, анализ мочи дает повышенный сахар). Снижение содержания глюкозы в крови до 2,0-1,5 ммоль/л (гипогликемия) может привести к обморочному состоянию и возникновению судорог. Уровень глюкозы в крови зависит от соотношения активности процессов, приводящих к его повышению или понижению. Эти процессы перечислены ниже.
Процессы, ведущие к гипергликемии:
1) всасывание глюкозы из кишечника (пищевая гипергликемия, проходящая через 1-2 часа);
2) распад гликогена до глюкозы (как правило, в печени);
3) глюконеогенез (в печени и почках). Процессы, вызывающие гипогликемию:
1) транспорт глюкозы из крови в ткани и окисление ее до СО2 и Н2О;
2) синтез из глюкозы гликогена в печени и скелетных мышцах;
3) образование из глюкозы триацилглицеринов в жировой ткани (см. главу 11).
Уровень глюкозы в крови находится под контролем нервно-гормональной регуляции (принцип "плюс-минус" межгормональных взаимоотношений - см. главу 16).
Единственным гормоном, снижающим содержание глюкозы в крови, является инсулин. Он стимулирует все три процесса усвоения глюкозы (транспорт внутрь клеток и ее распад, синтез гликогена, синтез жиров из глюкозы). Гормоны: адреналин, глюкагон, тироксин, трийодтиронин, соматотропин - стимулируют распад гликогена, глюкокортикоиды (усиливают глюконеогенез) повышают уровень глюкозы в крови.