Печень отличается наиболее сложным обменом глюкозы по сравнению с другими органами. В ней происходят противоположные процессы: синтез/распад гликогена и гликолиз/глюконеогенез.
Направление метаболизма глюкозы в печени связано с ритмом питания. При пищеварении около половины глюкозы из крови воротной вены задерживается печенью, откладывается в форме гликогена, а также используется для синтеза жиров.
Переключение печени с гликолиза на глюконеогенез и наоборот происходит с участием инсулина и глюкагона и осуществляется с помощью:
- аллостерических механизмов;
- ковалентной модификации ферментов путем
фосфорилирования / дефосфорилирования;
- индукции/репрессии синтеза ключевых ферментов.
Регуляция направлена на необратимые стадии гликолиза и глюконеогенеза.
При уменьшении инсулин-глюкагонового индекса синтез ключевых ферментов гликолиза снижается, а ферментов глюконеогенеза (фосфоенолпируваткарбоксикиназа, фруктозо-6-фосфатаза, глкозо-6-фосфатаза) - увеличивается, и стимулируется глюконеогенез.
Направление реакций гликолиза регулируется содержанием глюкозы. При пищеварении концентрация глюкозы в крови возрастает до 10-20 мкмоль/л и активность глюкокиназы будет максимальной. Ускоряется гликолитическая реакция
глюкоза → глюкозо-6-фосфат.
Инсулин индуцирует синтез глюкокиназы и поэтому ускоряет фосфорилирование глюкозы.
Т.к. глюкокиназа печени не ингибируется глюкоза-6-фосфатом, то большая часть последнего направляется погликолитическому пути.
Активность фосфофруктокиназы (фермент гликолиза) и фосфатазы фруктозо-1,6-бисфосфата (фермент глюконеогенеза) зависит от концентрации фруктозо-2,6-бисфосфата.
Фруктозо-2,6-бисфосфат аллостерически активирует фосфофруктокиназу (усиливается гликолиз) и ингибирует фосфатазу фруктозо-1,6-бифосфата (замедляется глюконеогенез).
Фруктозо-2,6-бисфосфат образуется фосфорилированием фруктозо-6-фосфата при участии бифункционального фермента (БИФ).
Киназная активность проявляется при дефосфорилированной форме БИФ, которая характерна для абсорбтивного периода (инсулин-глюкагоновый индекс высокий) – гликолиз усиливается.
Фосфатазная активность проявляется при фосфорилированной форме БИФ (длительное голодание, инсулин/глюкагоновый индекс низкий): снижается количество фруктозо-2,6-бисфосфата, гликолиз замедляется и переключается на глюконеогенез.
В период пищеварения инсулин активирует протеинфосфатазу, которая дефосфорилирует пируваткиназу, и переводит ее в активное состояние: реакция
фосфоенолпируват → пируват (гликолитическая)
ускоряется при пищеварении и замедляется в постабсорбтивном периоде.
Реакции глюконеогенеза
пируват → оксалоацетат → фосфоенолпируват
могут протекать при любом состоянии организма. Это необходимо для поддержания постоянной концентрации оксалоацетата, использующегося, помимо глюконеогенеза, в цикле Кребса, при трансмембранном переносе веществ, в синтезе аминокислот.
В период пищеварения из-за ускорения начальных стадий гликолиза повышается содержание фруктозо-1,6-бисфосфата, что ведет к активации пируваткиназы (гликолиз усиливается).
После приема пищи, богатой углеводами, инсулин-глюкагоновый индекс возрастает, увеличивается количество глюкокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы (гликолитические ферменты), что стимулирует гликолитический путь.
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 для энергообеспечения гепатоцитов. Для этого АТФ синтезируется в реакциях субстратного и окислительного фосфорилирования при аэробном гликолизе, при окислительном декарбоксилировании ПВК и при окислении ацетил-KoA в цикле Кребса.
Основными потребителями АТФ в гепатоцитах являются трансмембранный перенос веществ, синтез белков, гликогена, жиров, глюконеогенез. Скорость синтеза АТФ зависит от скорости его расходования в этих процессах.
АТФ и АМФ – аллостерические эффекторы некоторых гликолитических ферментов: АМФ активирует фосфофруктокиназу и ингибирует фосфатазу фруктозо-1,6-бисфосфата, АТФ ингибирует пируваткиназу.
Т.о., при расходовании АТФ (растет концентрация АМФ) активируются гликолиз и синтез АТФ, а глюконеогенез замедляется.
Нарушения углеводного обмена