Механизм поддержания нормальной концентрации глюкозы в крови

После приема пищи концентрация глюкозы в крови повышается до 8 Мм/л.

Если концентрация глюкозы в крови будет >8,9, то глюкоза начнет фильтроваться в мочу и станет ее патологическим признаком.

Таким образом, 8,9 Мм/л – почечный порог.

Концентрация глюкозы в крови у здорового человека в течение 1,5-2 часов возвращается к норме, т.к. действует гормон поджелудочной железы – инсулин. Он секретируется в ответ на повышение концентрации глюкозы в крови и понижает ее до нормы.

Инсулин действует 2 путями:

 

 

1) активирует ГЛЮТ-4 в инсулин-зависимых тканях

ГЛЮТ-4 в неактивном виде (в отсутствии инсулина) находится в цитоплазме.

А) Под действием инсулина он подходит к мембране, встраивается в нее

Б) и переносит глюкозу из крови в инсулин-зависимые ткани.

2) активирует процессы в тканях, направленные на использование глюкозы.

 

Основная реакция, которую активирует инсулин – фосфорилирование глюкозы.

Глюкоза → Глюкоза-6Ф

Глюкоза-6Ф не может выйти из клеток в кровь и используется ими.

Следовательно, основное вещество, используемое клетками – не глюкоза, а глюкоза-6Ф.

 

 

В зависимости от состояния организма (сытый/голодный, покой/физическая нагрузка) могут протекать процессы:

1. Гликогенез = синтез гликогена – активируется после приема пищи, запасается избыток глюкозы (в состоянии покоя).

2. Гликогенолиз = распад гликогена =– происходит в печени между приемами пищи, когда глюкозы в крови мало.

3. Гликолиз = распад глюкозы – обеспечивает энергией организм (во время работы).

4. Глюконеогенез = синтез глюкозы заново – при длительном голодании и длительной физической нагрузке.

5. Пентозофосфатный путь (ПФП) – для синтеза гормонов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот, коферментов, обезвреживания токсичных форм кислорода.

 

Синтез и распад гликогена

Гликоген запасается в печени (6% от массы печени) -120 г, и мышцах (1% от массы мышц).

В печени распад и синтез гликогена направлены на поддержание нормальной концентрации глюкозы в крови.

В мышцах – на обеспечение энергией только мышц.

Синтез гликогена активируется инсулином.

Распад синтезируется в печени – глюкагоном и адреналином,

в мышцах – только адреналином.

Гликоген запасается в виде гранул (чтобы не повышалось осмотическое давление в клетках).

На синтез гликогена требуется 2 АТФ.

 

 

 

Распад гликогена активируется между приемами пищи, при длительной физической нагрузке или длительном голодании, когда концентрация глюкозы в крови понижена.

Выделяется глюкагон и активирует гликогенфосфорилазу.

В мышцах синтез гликогена идет точно так же, а распад идет только до глюкозы-6Ф (нет фермента, дефосфорилирующего глюкозу – глюкоза-6-фосфатаза).

Глюкоза-6Ф остается в мышцах, используется как источник энергии.

Активируется процесс только адреналином.

 

Гликолиз

Гликолиз – специфический путь катаболизма глюкозы до ПВК.

Имеет энергетическую значимость (обеспечивает 70% потребления энергии).

Локализация – в цитоплазме клеток всех органов.

Сущность: Линейный дихотомический процесс

Все промежуточные продукты гликолиза – в фосфорилированной форме.

Донор фосфора - АТФ.

В процессе – 10 реакций и 2 этапа:

1 – до образования двух триоз (ДАФ, ГАФ), затрачивается 2 АТФ на фосфорилирование в 1 и 3 реакциях.

2 – период ОВ-реакций, т.к. есть одна реакция окисления, за счет которой будет синтезироваться АТФ путем окислительного фосфорилирования (реакция №6).

В 7 и 10 реакциях синтезируется 2 АТФ путем субстратного фосфорилирования.

1, 3, 10 реакции – необратимые, и являются регуляторными.

Регуляторный фермент – фермент 3 реакции – фосфофруктокиназа (ФФК) – аллостерический, определяет скорость гликолиза.

Энергетический выход гликолиза – 6 (8) АТФ.

Образованное ПВК поступает в ОПК (ОДПВК и ЦТК).

Т.к. из глюкозы получается 2 триозы (ДАФ, ГАФ), то ДАФ → ГАФ и второй этап проходит еще раз.

Т.е. при расщеплении 1 глюкозы первая стадия проходит один раз, а вторая – два.

Следовательно, гликолиз – первый этап полного окисления глюкозы до СО₂ и Н₂О.

 

 

 

3-ФГ

 

 

Подсчет энергии (суммарный выход гликолиза):

∑Е=Е_Sф + E_Оф = 4 + 4 (6) = 8 (10) – 2 _{(на первом этапе)} = 6 (8) АТФ

Е_Sф – субстратное фосфорилирование (7 и 10 реакции) – 2 АТФ.

Т.к. 2 этап проходит дважды, то 2х2=4 АТФ.

E_Оф – окислительное фосфорилирование –за счет 6 реакции.

 

Если бы она протекала в митохондрии, то 2Н поступали бы в ЦПЭ на первом этапе (НАДН-ДГ). Но она протекает в цитоплазме, и поэтому нужно перенести 2Н из цитоплазмы в митохондрии.

Для этого существуют челночные механизмы переноса водорода из цитоплазмы в митохондрии:

1) Глицеротрифосфатный – выделяется 2 АТФ – действует в мышцах и печени

2) Малатаспартатный – выделяется 3 АТФ – в печени, почках и сердце (включает реакции трансаминирования)

 

Глицеротрифосфатный челночный механизм:

 

 

 

 

 

1) 2Н от НАДН+Н⁺ в цитоплазме переносятся на ДАФ. Образуется ГТФ (глицеролтрифосфат).

2) ГТФ поступает в митохондрию.

3) Там окисляется ФАД-зависимой ГТФ-ДГ (-дегидрогеназой).

4) Образовавшийся ДАФ возвращается в цитоплазму и используется повторно.

5) А водород от ФАД∙Н₂ в митохондрии поступает в ЦПЭ на Q10.

Следовательно, за 6 реакцию при помощи этого механизма синтезируется 2 АТФ.

Т.к. 2 этап проходит дважды, то за 6 реакцию выделяется 2х2 АТФ (или 2х3 АТФ при использовании второго механизма).

 

 

Подсчет энергии полного окисления глюкозы:

 

 

 

 

 

ВСЕГО: 6 (8) (гликолиз) + 2х3 (ОДПВК) + 2х12 (ЦТК) = 36 (38) АТФ

 

В некоторых клетках (эритроциты, опухолевые клетки, кардиомиоциты при гипоксии) и органах (мышцы при интенсивной кратковременной работе) ПВК превращается не в ацетил-КоА, а восстанавливается до лактата (неправильно – анаэробный гликолиз).

При этом энергетический выход составляет 2 АТФ (только субстратное фосфорилирование).

 

 

 

 

∑Е = 2х2 = 4 – 2 _{(на первом этапе)} = 2 АТФ

За счет 6 реакции не считается, т.к. кофермент используется в 11 реакции.

 

Обмен фруктозы и галактозы

Они включаются в гликолиз (гликолитический путь).

Галактоза – на уровне глюкозы-6Ф, фруктоза – на уровне ДАФ и ГАФ.

 

Глюконеогенез (ГНГ)

ГНГ – синтез глюкозы из неуглеводных предшественников

· Из лактата (если мышцы совершают интенсивную кратковременную работу)

· Из глицерола (при голодании и длительной физической нагрузке)

· Из аминокислот (при распаде тканевых белков при длительном голодании).

ГНГ необходим для поддержания нормальной концентрации глюкозы в крови (для работы мозга) при длительном голодании и длительных физических нагрузках.

Локализация – в цитоплазме и частично митохондриях клеток печени; немного в надпочечниках (не имеет энергетического значения)

Сущность: обратный гликолизу процесс (ПВК → глюкоза) за исключение 1, 3,10 необратимых реакций. Эти реакции будут протекать по другому (обходные реакции).

Регуляторный фермент, аллостерический, определяющий скорость реакции – фруктозо-1,6-бисфосфатаза.

Из 2 ПВК для образования 1 глюкозы нужно 6 АТФ (4 АТФ и 2 ГТФ).

Активируется кортизолом (гормон надпочечников) и зависит от витамина Н (биотина).

 

 

 

 

 

Первая обходная реакция:

1) 1 реакция идет в обход необратимой 10 реакции гликолиза.

ПВК из цитоплазмы поступает в митохондрию.

Там он превращается в оксалоацетат (ЦТК) под действием фермента пируваткарбоксилазы (VI класс) АТФ, СО₂ и витамина Н.

Фермент активируется кортизолом.

2) Оксалоацетат превращается в малат (ЦТК в обратном направлении), т.к.к сам он не может выйти из митохондрии.

3) Малат выходит в цитоплазму и превращается в оксалоацетат.

4) Оксалоацетат – в фосфоенолпируват (ФЕП) с участием ГТФ под действием фермента ФЕП-карбоксикиназа (ФЕП-КК).

Далее реакции ГНГ идут в обратном направлении гликолизу.

Вторая обходная реакция:

Фруктоза-1,6-бисФ превращается в фруктозу-6Ф под действием фермента фруктоза-1,6-бисфосфатаза (регуляторный, аллостерический).

Третья обходная реакция:

Глюкоза-6Ф превращается в глюкозу под действием фермента глюкоза-6-фосфатаза.

Этого фермента нет мышцах, поэтому в организме функционирует цикл Кори.

Он показывает взаимосвязь между гликолизом в мышцах и ГНГ в печени.

Цикл Кори:

1) При интенсивной работе в мыщцах образуется лактат

2) Он поступает в кровь и печень

3) В печени из лактат образуется глюкоза в ГНГ

4) Глюкоза поступает в кровь и опять к мышцам

 

 

 

Пентозофосфатный путь (ПФП)

ПФП – альтернативный путь окисления глюкозы, но энергетического значения не имеет.

Значение – поставляет важные компоненты:

· Рибоза-5Ф – для синтеза нуклеотидов, НК, коферментов

· НАДФН+Н⁺ - для стероидных гормонов, ЖК, холестерола, обезвреживания токсических форм кислорода

Локализация - в цитоплазме клеток печени, эритроцитов, жировой ткани, молочной железы в период лактации

Регуляторный фермент - глюкозо-6Ф-ДГ (при его дефиците развивается гемолитическая анемия).

 

В ПФП различаю 2 пути:

1) Окислительный – все реакции необратимые

Образуется НАД Ф Н+Н⁺ (восстановленный) и рибулоза-5Ф (из нее образуется рибоза-5Ф).

2) Неокислительный – все реакции обратимые.

Участвуют трансальдолазы и транскетолазы (кофермент ТДФ).

Связан с гликолизом через ГАФ и фруктоза-6Ф.

Регуляторный фермент находится на 1 стадии.

 

 

В зависимости от потребностей организма различают:

· ПФП (путь)

· ПФЦ (цикл)

· ПФШ (шунт)

ПФП – Если организму требуется и НАДФН+Н⁺ и рибозо-5Ф (в печени), то протекают только окислительные реакции.

ПФЦ – Если требуется только НАДФН+Н⁺ и мало рибозо-5Ф, то будут протекать и окислительные, и неокислительные реакции, которые превращают рибозу-5Ф в промежуточные продукты гликолиза (жировая ткань).

ПФШ – Если нужно много рибозо-5Ф и мало НАДФН+Н⁺, то окислительный этап не протекает, а рибозо-5Ф образуется из промежуточных продуктов гликолиза (фруктозо-6Ф).

ТЕМА 7