Синтез глюкозы из молочной кислоты

При физической нагрузке в мышцах продуцируется большое количество молочной кислоты, особенно если нагрузка интенсивная, максимальной мощности.Также молочная кислота непрерывно образуется эритроцитами, независимо от состояния организма. С током крови она поступает в гепатоцит и здесь превращается в пируват. Далее реакции идут по классической схеме.

Суммарная реакция глюконеогенеза из молочной кислоты:

Лактат + 4АТФ + 2ГТФ + 2H₂O → Глюкоза + 4АДФ + 2ГДФ + 6Ф_н

Синтез глюкозы из аминокислот

Ряд аминокислот являются глюкогенными, то есть их углеродные скелеты в той или иной степени способны включаться в состав глюкозы. Такими является большинство аминокислот, кроме лейцина и лизина, атомы углерода которых никогда не участвуют в синтезе углеводов.

В качестве примера синтеза глюкозы из аминокислот рассмотрим участие в этом процессе глутамата, аспартата, серина и аланина.

Аспарагиновая кислота (после реакции трансаминирования) и глутаминовая кислота (после дезаминирования) превращаются в метаболиты ЦТК, соответственно, в оксалоацетат и α-кетоглутарат.

Аланин, трансаминируясь, образует пировиноградную кислоту, которая способна карбоксилироваться до оксалоацетата. Оксалоацетат, являясь первым элементом в процессе глюконеогенеза, далее включается в синтез глюкозы.

Серин в трехступенчатой реакции под воздействием сериндегидратазы теряет аминогруппу и превращается в пируват, который вступает в глюконеогенез.

Включение аминокислот в синтез глюкозы

Синтез глюкозы из глицерина

При физической нагрузке под влиянием адреналина или при голодании под влиянием глюкагона и кортизола в адипоцитах активно происходит распад триацилглицеролов (липолиз). Одним из продуктов этого процесса является спирт глицерин, который поступает в печень. Здесь он фосфорилируется, окисляется до диоксиацетонфосфата и вовлекается в реакции глюконеогенеза.

Включение глицерина в синтез глюкозы

 

Гликолиз и глюконеогенез дополняют друг друга

Так как синтез и окисление глюкозы являются крайне важными для существования клетки (гликолиз) и всего организма (глюконеогенез), то регуляция этих процессов отвечает запросам органов и тканей при различных условиях.

Поскольку гликолитическое окисление глюкозы

· является способом получения энергии в аэробных и анаэробных условиях, то оно непрерывно происходит во всех клетках и, конечно, должно и будет активировано при усилении работы клетки, например, сокращение миоцита, движение нейтрофилов;

· служит источником глицерола и ацетил-SКоА, используемых для синтеза жиров в гепатоцитах и адипоцитах, то такое окисление активируется при избытке глюкозы в этих клетках.

Глюконеогенез, как образование глюкозы в печени из неуглеводных источников, необходим:

· при гипогликемии во время мышечной нагрузки – синтез глюкозы из молочной кислоты, поступающей из работающих мышц, и из глицерола, образующегося при мобилизации жиров;

· при гипогликемии при кратком голодании (до 24 часов) – синтез преимущественно из молочной кислоты, непрерывно поступающей в печень из эритроцитов,

· при гипогликемии при длительном голодании – в основном синтез из аминокислот, образующихся при катаболизме белков, и также из молочной кислоты и глицерина.

Таким образом, глюконеогенез, идущий в печени, обеспечивает глюкозой все остальные клетки и органы (эритроциты, нервная ткань, мышцы и др.), в которых активны процессы, требующие глюкозу. Поступление глюкозы в эти клетки также необходимо, чтобы поддержать концентрацию оксалоацетата и обеспечить сгорание в ЦТК ацетил-SКоА, получаемого из жирных кислот или кетоновых тел.

В целом можно выделить два способа регуляции гликолиза и глюконеогенеза: гормональная при участии гормонов и метаболическая, т.е. при помощи промежуточных или конечных продуктов обмена глюкозы.

Существуют три основных участка, на которых происходит регуляция этих процессов:

· первая реакция гликолиза,

· третья реакция гликолиза и обратимая ей,

· десятая реакция гликолиза и обратимые ей.

Регуляция глюконеогенеза

Гормональная активация глюконеогенеза осуществляется глюкокортикоидами, которые увеличивают синтез пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват-карбоксикиназы, фруктозо-1,6-дифосфатазы. Глюкагон стимулирует те же самые ферменты через аденилатциклазный механизм путем фосфорилирования.

Энергия для глюконеогенеза поступает от β-окисления жирных кислот. Конечный продукт этого окисления, ацетил-SКоА аллостерически стимулирует активность первого фермента глюконеогенеза – пируваткарбоксилазы. Кроме этого, фруктозо-1,6-дифосфатаза стимулируется при участии АТФ.

Гормональные и метаболические факторы, регулирующие гликолиз и глюконеогенез

Регуляция гликолиза

Гормональная регуляция

В печени гликолиз стимулируется инсулином, повышающим количество ключевых ферментов гликолиза (гексокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы).

В печени активность глюкокиназы, кроме инсулина, регулируется другими гормонами:

· активацию вызывает андрогены,

· подавляют ее активность глюкокортикоиды и эстрогены.

В других тканях активность гексокиназ

· повышается тиреоидными гормонами,

· снижается – глюкокортикоидами и соматотропином.

Метаболическая регуляция

Гексокиназа непеченочных клеток ингибируется продуктом собственной реакции – глюкозо-6-фосфатом.

Фосфофруктокиназа:

· активируется АМФ и собственным субстратом (фруктозо-6-фосфат),

· ингибируется – АТФ, лимонной кислотой, жирными кислотами.

Пируваткиназа активируется фруктозо-1,6-дифосфатом (прямая положительная регуляция).

Молекулы АМФ, стимулирующие гликолиз, образуются в аденилаткиназной реакции, активируемой при появлении избытка АДФ. Особенно ярко значение такой регуляции проявляется при мышечной работе:

АДФ + АДФ ↔ АТФ + АМФ

 

Глюкоза в крови контролируется гормонами

Нервная регуляция концентрации глюкозы в крови выражается в положительном влиянии n.vagus на секрецию инсулина и тормозящем влиянии на этот процесс симпатической иннервации. Кроме этого, выделение адреналина в кровь подвержено симпатическим влияниям.

Основными факторами гормональной регуляции являются глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды, соматотропный гормон с одной стороны, и инсулин с другой. Все гормоны, кроме инсулина, влияя на печень, увеличивают гликемию.

Инсулин является единственным гормоном организма, действие которого нацелено на снижение уровня глюкозы крови. При его влиянии глюкозу усиленно поглощают мышцы и жировая ткань.

Уменьшение концентрации глюкозы в крови инсулином достигается следующими путями:

· переход глюкозы в клетки – активация белков-транспортеров ГлюТ 4 на цитоплазматической мембране,

· вовлечение глюкозы в гликолиз – повышение синтеза глюкокиназы – фермента, получившего название "ловушка для глюкозы", стимуляция синтеза других ключевых ферментов гликолиза – фосфофруктокиназы, пируваткиназы,

· увеличение синтеза гликогена – активация гликогенсинтазы и стимуляция ее синтеза, что облегчает превращение излишков глюкозы в гликоген,

· активация пентозофосфатного пути – индукция синтеза глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы,

· усиление липогенеза – вовлечение глюкозы в синтез триацилглицеролов или фосфолипидов.

Многие ткани совершенно нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимыми. К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчатка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты.

Глюкагон повышает содержание глюкозы крови:

· увеличивая мобилизацию гликогена через активацию гликогенфосфорилазы,

· стимулируя глюконеогенез – повышение работы ферментов пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват-карбоксикиназы, фруктозо-1,6-дифосфатазы.

Адреналин вызывает гипергликемию:

· активируя мобилизацию гликогена – стимуляция гликогенфосфорилазы,

Глюкокортикоиды повышают глюкозу крови

· за счет подавления перехода глюкозы в клетку,

· стимулируя глюконеогенез – увеличивают синтез ферментов пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват-карбоксикиназы, фруктозо-1,6-дифосфатазы.

В таблице кратко сформулированы основные аспекты гормональных влияний:

Снижение глюкозы крови	Повышение глюкозы крови
Инсулин · Повышение ГлюТ 4-зависимого транспорта глюкозы в клетки · Усиление синтеза гликогена · Активация ПФП · Активация гликолиза и ЦТК	Адреналин · Активация гликогенолиза в печени Глюкагон · Активация гликогенолиза в печени · Стимуляция глюконеогенеза Глюкокортикоиды · Усиление глюконеогенеза · Уменьшение проницаемости мембран для глюкозы

В качестве итога вышесказанному представлен рисунок:

Гомеостаз глюкозы в крови в абсорбтивный период и при голодании

Уровень глюкозы крови легко изменяется

Концентрация глюкозы в крови и моче является одним из главнейших биохимических показателей в клинико-диагностической практике. Для цельной крови нормальным считается уровень 3,3-5,5 ммоль/л.