Углеродный обмен его регуляция

10.08.2016
Углеводный обмен — совокупность процессов потребления, преобразования, новообразования и утилизации углеводов, основным назначением которого является поддержание постоянной концентрации глюкозы в крови в пределах 3,9-6,1 ммоль/л.

Это необходимо для нормального функционирования нейронов головного мозга; в нормальных условиях в качестве энергетического субстрата они могут использовать только глюкозу, которую не способны ни депонировать, ни образовывать в процессе глюконеогенеза.

В условиях нормального питания углеводы составляют 3/4 рациона и обеспечивают 50 % энергетических потребностей организма. Среди потребляемых углеводов количество моно- и дисахаридов не должно превышать 25 %, остальное составляют полисахариды. Избыток моно- и дисахаридов вызывает ожирение, развитие атеросклероза и обусловливает манифестацию сахарного диабета.

Углеводы не являются незаменимыми веществами, но в процессе глюконеогенеза, активируемого при снижении уровня глюкозы в крови, разрушаются белки и образуется большое количество токсических веществ, для обезвреживания и выведения которых необходимы энергия и нормальное функционирование печени и почек.

Полисахариды крахмал и гликоген расщепляются ферментом амилазой до глюкозы и мальтозы в полости рта и тонкой кишке. Дисахариды сахароза, лактоза, мальтоза расщепляются в тонкой кишке. Сахароза расщепляется с помощью сахаразы на глюкозу и фруктозу, лакгоза (молочный сахар) — на глюкозу и галактозу под воздействием лактазы, мальтоза — на две молекулы глюкозы с помощью мальтазы.

Молекулы глюкозы и других моносахаридов не способны свободно проходить через липидный барьер мембран. Для их транспорта необходимы специальные белки-переносчики, содержащие 492—524 аминокислоты, которые в форме зигзага 12 раз проникают через мембрану.

Клетки тонкой кишки и нефронов на апикальной мембране содержат натрийзависимый котранспортер моносахаридов (симпорт). Он транспортирует глюкозу, фруктозу или галактозу с помощью механизма вторично активного транспорта, т. е. против градиента концентрации, вместе с ионами натрия, переносимыми по градиенту концентрации, который образуется вследствие работы Nа+, К+-АТФазы на базальной мембране этих клеток. Транспорт натрия по градиенту концентрации, созданному благодаря энергии АТФ, обусловливает перенос через клеточную мембрану моносахаридов, даже в случае их очень низкой концентрации в пищеварительном канале или первичной моче.

Другие переносчики глюкозы, фруктозы и, вероятно, галактозы обозначаются как ГЛЮТ (глюкозные транспортеры) и обеспечивают облегченную диффузию моносахаридов через клеточную мембрану по градиенту концентрации:

• ГЛЮТ-1 в большом количестве содержится в эндотелии сосудов головного мозга и в меньшем — в других органах и тканях;

• ГЛЮТ-2 определяется в клетках органов, способных не только всасывать, но и высвобождать глюкозу в кровь (энтероциты тонкой кишки, гепатоциты и нефроциты). В условиях ацидоза почки выделяют больше глюкозы, чем печень. В В-клетках островков поджелудочной железы, или островков Лангерганса (р-эндокриноцитах) этот переносчик является сенсором глюкозы;

• ГЛЮТ-3 имеет наибольшее сродство к глюкозе и содержится в нейронах головного мозга;

• ГЛЮТ-4 — инсулинозависимый. В обычных условиях этот переносчик содержится в микровезикулах цитоплазмы мышечных клеток и адипоцитов. Только в случае действия инсулина на инсулиновые рецепторы ГЛЮТ-4 экспрессируется на клеточной мембране. При глюкозной нагрузке 80 % всей глюкозы захватывается мышечными клетками;

• ГЛЮТ-5 транспортирует фруктозу в пищеварительном канале и сперматозоидах.

Нарушение транспорта углеводов может быть связано с наследственной недостаточностью переносчиков или нарушением работы Na+, K+-ATФазы, что чаще всего является результатом ингибиции синтеза АТФ в митохондриях.

Для поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови ее избыток, возникающий после приема пищи, откладывается в виде гликогена в печени и мышцах (гликогенез) и в виде липидов — в адипоцитах (липогенез). При снижении концентрации глюкозы в крови гликоген печени распадается до глюкозы (гликогенолиз), которая выходит в кровь. Кроме того, в печени и почках глюкоза образуется из лактата, пирувата и глицерина, поставщиком которого является липолиз, а также из аминокислот (кроме лейцина) в процессе глюконеогенеза.

Регуляция углеводного обмена. Депонирование, высвобождение, угилизация и новообразование глюкозы регулируются инсулином и контринсулярными гормонами.

К гормонам, регулирующим углеводный обмен, относятся:

I. Инсулин, который снижает концентрацию глюкозы в крови и усиливает ее утилизацию клетками вследствие:

• активации ГЛЮТ-4, что усиливает захват глюкозы мышечной и жировой тканями;

• активации во всех тканях, кроме головного мозга, гексокиназы и глюкокиназы, которые превращают попавшую в клетку глюкозу в глюкозо-6-фосфат;

• стимуляции ферментов гликогенеза в печени и мышцах;

• стимуляции ферментов липогенеза в адипоцитах;

• стимуляции ферментов ЦТК, пентозо-фосфатного шунта (ПФШ) и гликолиза, что ускоряет утилизацию глюкозы;

• блокировки ферментов глюконеогенеза, гликогенолиза и липолиза.

Кроме того инсулин:

• активирует Ка+, К+-АТФазу, что способствует переходу ионов калия в клетки;

• увеличивает синтез белков;

• ускоряет клеточный рост.

II. Контринсулярные гормоны повышают концентрацию глюкозы в крови, но они являются функциональными агонистами инсулина, поскольку увеличивают диффузию глюкозы в клетки в условиях дефицита инсулина за счет повышения градиента его концентрации.

1. Глюкагон:

• активирует расщепление гликогена в печени;

• активирует глюконеогенез;

• активирует липолиз;

• активирует образование кетоновых тел из жирных кислот в печени;

• блокирует ЦТК, ПФШ, гликолиз.

2. Катехоламины:

• стимулируют гликогенолиз;

• стимулируют липолиз.

3. Глюкокортикоиды:

• блокируют гексо- и глюкокиназу;

• активируют глюконеогенез, преимущественно за счет распада белков мышц и катаболизма аминокислот;

• очень слабо активируют липолиз.

4. Гормоны щитовидной железы:

• активируют гликолиз, ЦТК, ПФШ;

• стимулируют всасывание глюкозы в кишечнике;

• активируют липолиз;

• стимулируют гликогенолиз.

5. Соматотропин:

• ингибирует глюко- и гексокиназу;

• стимулирует липолиз;

• активирует глюконеогенез;

• активирует протеиназы, что ускоряет расщепление инсулина и снижает его концентрацию;

• стимулирует синтез и секрецию глюкагона.