5.2. Особенности углеводного обмена в печени
Печень играет очень важную роль в углеводном обмене, обеспечивая постоянство глюкозы в крови за счет динамического равновесия процессов гликогенеза и гликогенолиза, глюконеогенеза и гликолиза, а также утилизации глюкозы в реакциях пентозофосфатного цикла и продуктов гликолиза – в цикле Кребса.
Метаболизм глюкозы в гепатоцитах начинается с трансмембранного переноса ее при участии переносчика ГЛЮТ-2 с последующим фосфорилированием при участии глюкокиназы (в абсорбтивный период) или гексокиназы (в постабсорбтивный период) и превращением в глюкозо-6-фосфат. Преимущественное потребление глюкозы клетками печени, обусловленное свойствами глюкокиназы, тормозит чрезмерное повышение её концентрации в крови в абсорбтивном периоде, что, в свою очередь, снижает последствия протекания нежелательных реакций с участием глюкозы, например, гликозилирования белков.
Центральное место в углеводном обмене в печени занимает трансформация глюкозо-6-фосфата, который окисляется либо по пути гликолиза, либо по пентозофосфатному пути, а также может участвовать в синтезе гликогена или расщепляться под действием глюкозо-6-фосфатазы на свободную глюкозу и фосфат (Рис. 30). В печени преобладает последний путь, завершающийся выбросом свободной глюкозы в кровоток. Соотношение между процессами утилизации и образования глюкозы регулируется нейрогуморальным путем за счет действия инсулина, глюкагона, адреналина и глюкокортикоидов.
Рис.30. Превращение глюкозо-6-фосфата в печени [1].
Печень обеспечивает депонирование глюкозы в виде гликогена, который является важным источником глюкозы в крови в постабсорбтивный период. Содержание гликогена в печени изменяется в зависимости от ритма питания. После приёма пищи, богатой углеводами, запас гликогена в печени пополняется и может составлять примерно 5% от её массы. При длительном голодании содержание гликогена снижается почти до нуля. Распад гликогена (гликогенолиз) в печени происходит фосфоролитически при участии активной фосфорилазы.
Характерной особенностью углеводного обмена в печени являются реакции глюконеогенеза, в процессе которых в гепатоцитах происходит синтез глюкозы из различных соединений неуглеводной природы таких как, лактат, глицерин, а также из аминокислот – глицина, аланина, серина, треонина, аспарагиновой и глутаминовой кислот и др. Глюконеогенез связывает между собой обмен белков и углеводов, обеспечивает жизнедеятельность организма при недостатке углеводов в пище, а также способствует утилизации лактата, образуемого в избытке в анаэробном гликолизе.
В печени активно происходит метаболизм фруктозы, галактозы и глюкуроновой кислоты. Глюкуроновая кислота участвует в конъюгации плохо растворимых и токсичных веществ (фенолы, билирубин, ксенобиотики), а также в образовании гетерополисахаридов (гиалуроновая кислота, гепарин). Фруктоза способна фосфорилироваться в печени при участии специфического фермента фруктокиназы с образованием фруктозо-1-фосфата. Данная реакция не блокируется глюкозой, в отличие от гексокиназной, и вовлекает фруктозу в метаболизм, не зависящий от концентрации глюкозы в крови. Далее фруктозо-1-фосфат расщепляется на две триозы: диоксиацетон-фосфат и глицеральдегид, которые могут участвовать в метаболизме липидов или в гликолизе, минуя скорость лимитирующую фосфофруктокиназную реакцию гликолиза. Галактоза превращается под действием галактокиназы в галактозо-1-фосфат, большая часть которого в печени взаимодействует с УДФ-глюкозой и преобразуется в УДФ-галактозу и глюкозо-1-фосфат. Таким образом становится возможным участие галактозы в углеводном обмене.
В печени также очень активно протекает пентозофосфатный путь, являющийся источником НАДФН+Н+, который используется в различных биосинтетических реакциях, в частности в синтезе липидов. В гепатоцитах 1/3 глюкозы подвергается именно прямому окислению, превращаясь в пентозофосфатном пути.
Дефект или дефицит ферментов, участвующих в печени в метаболизме гликогена (синтез и распад), а также фруктозы и галактозы является причиной развития таких заболеваний, как гликогенозы, агликогенозы, фруктозурия, фруктоземия и галактоземия. При повреждении паренхимы печени, нарушается ее глюкостатическая функция, окисление глюкозы в пентозофосфатном пути, утилизация молочной кислоты и пирувата.