Пути использования продуктов пищеварения углеводов в организме
После приема пищи, содержащей углеводы, концентрация глюкозы в крови повышается. В ответ на это поджелудочная железа выделяет в кровь гормон инсулин. Под воздействием инсулина повышается проницаемость для глюкозы оболочек клеток ряда тканей за исключением мозговых, проницаемость которых не зависит от инсулина. Глюкоза поступает в клетки разных тканей, в первую очередь в клетки мышечной ткани, печени, жировые клетки.
Поступившая в клетки глюкоза включается в процесс синтеза гликогена – важнейшего запасного углевода организма, или подвергается другим превращениям, важнейшее из которых – использование в качестве источника энергии. Это, однако, не относится к жировым клеткам, где из поступившей глюкозы синтезируются жиры в реакциях, регулируемых инсулином.
Превращения глюкозы в клетке начинаются практически сразу после ее поступления и происходят с затратой энергии, источником которой является АТФ, по следующей схеме:
Глюкоза +АТФ → глюкозо-6-фосфат + АДФ
Цифра «6» указывает на местоположение остатка фосфорной кислоты – у шестого от альдегидной группы атома углерода. Следует заметить, что с этой реакции начинаются все пути превращений глюкозы в клетках: синтез гликогена, использование ее в качестве источника энергии и так называемый гексозомонофосфаный путь (пентозный цикл), одним из важнейших итогов которого является синтез пентоз (рибозы, дезоксирибозы).
Реакция фосфорилирования глюкозы катализируется ферментом гексокиназой, имеющимся в любой клетке. Глюкозо-6-фосфат, образовавшийся в ходе этой реакции, уже не может выйти в кровь, так как оболочки клеток непроницаемы для него. Обратная реакция – образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата – катализируется ферментом глюкозо-6-фосфатазой, который содержится только в клетках печени, почках и слизистой оболочке кишечника. Таким образом, глюкоза, попавшая в клетки большинства органов и тканей, уже не может выйти оттуда и подвергается там необратимым превращениям.
Синтез гликогена
Остановимся на процессе синтеза гликогена. Глюкозо-6-фосфат подвергается внутримолекулярной перестройке, при которой остаток фосфорной кислоты перемещается от шестого углеродного атома к первому, с образованием глюкозо-1-фосфата. На следующем этапе превращений происходит дополнительная активация молекулы глюкозы за счет взаимодействия с УТФ (уридинтрифосфатом), что эквивалентно расходованию еще одной молекулы АТФ. В результате образуется УДФ-глюкоза – активная форма глюкозы. УДФ-глюкоза взаимодействует с молекулой гликогена, которая в результате этого увеличивается на один глюкозный остаток. Реакция катализируется ферментом гликогенсинтетазой. Схема синтеза гликогена представлена на рис. 32.
Рис. 32. Схема синтеза гликогена
Таким образом, молекула гликогена является непременным участником процесса своего синтеза. При отсутствии в клетке хотя бы небольшого (затравочного) количества гликогена процесс его синтеза становится сложным. Так, при выполнении объемной мышечной работы, сопровождающейся значительными энерготратами (марафонский бег, лыжные гонки и т.п.) запасы гликогена в мышцах, печени, других тканях снижаются очень значительно. Однако остаются небольшие фрагменты молекул, которые в период восстановления в результате присоединения глюкозных остатков разрастаются до исходной величины.
Завершая описание процесса синтеза гликогена, можно сформулировать условия, при которых этот процесс может происходить в клетках различных тканей и в первую очередь мышечной и печени:
· Повышенное содержание глюкозы в крови (норма 3,9-6,1 ммоль/л), связанное с поступлением глюкозы в кровь из пищеварительной системы.
· Присутствие в крови гормона инсулина, в отсутствии которого оболочки клеток большинства органов и тканей непроницаемы для глюкозы.
· Наличие в клетках затравочного количества гликогена.
· Пониженное содержание гликогена в тканях.
Любая клетка организма, в том числе клетки печени, может запасать только ограниченное количество гликогена. Повысить предельное содержание гликогена непросто. Один из главных путей решения этой проблемы – систематическия мышечная тренировка