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.