Регуляция гликолиза и глюконеогенеза в печени

Печень отличается наиболее сложным обменом глюкозы по сравнению с другими органами. Кроме двух противоположных процессов — синтеза и рас­пада гликогена — в печени могут происходить два других противоположно направленных процесса — гликолиз и глюконеогенез.

В случае как синтеза и распада гликогена, так и гликолиза и глюконеогенеза направление метаболиз­ма глюкозы в печени связано с ритмом питания. При пищеварении значительная часть глюкозы (около половины) из крови воротной вены задерживается печенью, откладывается в форме гликогена, а так­же используется для синтеза жиров. Исходные субстраты для синтеза жиров — -глицерофосфат и жирные кислоты — образуются в процессе глико­лиза и ОПК. Синтез жиров из глюкозы проис­ходит подобным образом и в жировой ткани.

2. Переключение печени с гликолиза на глюконео­генез и наоборот происходит с участием инсулина и глюкагона и осуществляется с помощью:

1. аллостерических механизмов;

2. ковалентной модификации ферментов путем фосфорилирования / дефосфорилирования;

3. индукции / репрессии синтеза ключевых фер­ментов, катализирующих реакции субстратньх циклов.

Регуляция направлена на необратимые стадии гликолиза и глюконеогенеза.

В период пищеварения после приема богатой углеводами пищи инсулин-глюкагоновый индекс возрастает, индуцируется транскрипция генов и уве­личивается количество гликолитических ферментов глюкокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы, что стимулирует гликолитический путь.

При уменьшении инсулин-глюкагонового индекса транскрипция гена и синтез этих ферментов снижа­ются, но синтез ферментов глюконеогенеза — фосфоенолпируваткарбоксикиназы, фруктозо-6-фосфатазы и глюкозо-6-фосфатазы — увеличивается, в результате чего стимулируется глюконеогенез.

Регуляция энергетического статуса гепатоцитов осуществляется путем изменения скорости аэробно­го распада глюкозы.

Глюкоза в клетках печени используется не только для синтеза гликогена и жиров, но и как источник энергии, который необходим для синтеза веществ на экспорт и для жизнеобеспечения самих гепато­цитов. АТР синтезируется в реакциях субстратного и окислительного фосфорилирования при аэробном гликолизе, в результате окислительного декарбоксилирования пирувата и окисления ацетил-КоА в цитратном цикле.

Основными потребителями АТР в гепатоцитах яв­ляются трансмембранный перенос веществ, синтез белков, гликогена, жиров, глюконеогенез. От ско­рости утилизации АТР в этих процессах зависит ско­рость его синтеза. Это достигается тем, что АТР и AMP являются аллостерическими эффекторами не­которых гликолитических ферментов. В частности, AMP активирует фосфофруктокиназу и ингибирует фосфатазу фруктозо-1,6-бифосфата, а АТФ ингибирует пируваткиназу.

Следовательно, при усилении расходования АТФ и снижении его концентрации (при одновременном увеличении концентрации АМФ) активируется гликолиз и синтез АТФ, а глюконеогенез замедляется. От АТФ и АМФ зависит и скорость реакций общего пути катаболизма.

Пентозофосфатный путь превращения глюкозы

Протекает в цитоплазме. Состоит из 2-х этапов: 1. Окислительный. 2. Неокислительный (рис. 13, 14).

Весь пентозофосфатный путь заключается в том, что молекулы глюкозы превращаются в молекулы глюкозо-6-фосфата, каждая из которых два раза окисляется и дает молекулу рибозо-5-фосфата, 2 молекулы НАДФН₂ и 1 молекулу СО₂. (окислительный этап).

Неокислительный этап – это совокупность большого количества обратимых реакций. Каждая из них - это перенос 2-х или 3-х углеродного фрагмента с одного моносахарида на другой. Между моносахаридами происходит взаимный обмен частями своих молекул. При этом из пентозофосфатов, вступающих в реакцию, образуются моносахариды с разным числом углеродных атомов. Это триозы (например, фосфоглицериновый альдегид (ФГА)), тетрозы, гексозы, гептозы. Реакции неокислительного этапа катализируются ферментами трансальдолазами и транскетолазами. В состав кофермента транскетолаз входит витамин В₁. В результате 6 молекул рибозо-5-фосфата превращаются в 5 молекул глюкозо-6-фосфата. Эти 5 молекул глюкозо-6-фосфата вместе с еще одной, поступающей дополнительно, опять вступают в пентозофосфатный путь. Получается цикл. На каждом его "обороте" происходит частичное окисление 6-ти молекул глюкозо-6-фосфата, то есть 5 молекул глюкозо-6-фосфата остаются нетронутыми, а одна молекула полностью расщепляется до СО₂ и Н₂О.

Итоговое уравнение пентозофосфатного пути:

6 глюкозо-6 фосфат + 12 НАДФ⁺ ------> 6 CO₂ + 12 НАДФН₂ + 12Н⁺ + 5глюкозо-6-фосфат

Значение окислительного этапа пентозофосфатного пути

1. Один из главных источников НАДФН₂ для клетки. Образуется этот НАДФН₂ в цитоплазме, поэтому он не передает свой водород по системе митохондриального окисления на кислород и АТФ не образуется. Он отдает свой водород на синтез жирных кислот, холестерина и других стероидов, а также на монооксигеназные реакции.

2. Образуются пентозы - строительный материалом для синтеза нуклеотидов, коферментов и некоторых других веществ.

Значение неокислительного этапа пентозофосфатного пути

1.Является источником моносахаридов с разным числом углеродных атомов. Это строительный материал для разных синтезов, в том числе для синтезов различных олигосахаридов, которые входят в состав различных клеточных рецепторов.

2 Образующийся фосфоглицериновый альдегид является точкой сопряжения между пентозофосфатным путем и некоторыми другими путями метаболизма. Например: он может восстанавливаться до фосфоглицерина, который нужен для синтеза жиров.