Метаболические функции печени

Благодаря большому количеству ферментных систем печень играет ключевую роль в метаболизме углеводов, жиров, белков и других веществ (рис. 3/1-3).

Метаболизм углеводов

Конечными продуктами расщепления углеводов, поступающих в организм человека, являются глюкоза, фруктоза и галактоза, В печени фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу, поэтому мета­болизм глюкозы является общим конечным путем метаболизма всех углеводов.

Во всех клетках энергия запасается в виде АТФ, который образуется в ходе анаэробного (гликолиз) или аэробного (цикл лимонной кислоты) расщепления глюкозы. В печени и жировой ткани расщепление глюкозы может также происходить по пентозофосфатному пути, что позволяет не только получить энергию, но и выработать кофактор, играющий важную роль в синтезе жирных кислот. Глюкоза, поступающая в кровь после еды, запасается в организме в форме гликогена. Если депо гликогена насыщены, то поступающая глюкоза превра­щается в жир. Гликоген является легкодоступным источником глюкозы. Необходимость превраще­ния глюкозы в гликоген при запасании энергетиче­ского материала обусловлена тем, что накопление легко растворимой глюкозы в клетках могло бы привести к осмотическому шоку с последующим разрушением клеточной мембраны. Нераствори­мый гликоген осмотически неактивен. Только пе­чень и, в меньшей степени, скелетные мышцы спо­собны запасать значительное количество гликоге­на. Инсулин потенциирует синтез гликогена, тогда как адреналин и глюкагон, напротив, способствуют гликогенолизу. Поскольку в печени содержится около 70 г гликогена, а потребление глюкозы составляет в среднем 150 г/сут, запасы гликогена истощаются через 24 ч голодания. Чтобы обеспечить непрерывное снабжение органов и тканей глюкозой после 24 ч голодания, необходим синтез глюкозы de novo (глюконеогенез).

Рис. 34-3.Основные пути метаболизма в печени. Хотя небольшое количество АТФ образуется в результате промежу­точных реакций, подавляющее большинство молекул АТФ синтезируется путем окислительного фосфорилирования восстановленных форм никотинамидаденинадинуклеотида (НАД) и никотинамидаденинадинуклеотидфосфата

Печень обладает уникальной способностью вы­рабатывать большое количество глюкозы из молоч­ной и пировиноградной кислоты, аминокислот (в основном из аланина) и глицерола (образуемого в ходе метаболизма жиров). Нормальная концентрация глюкозы в крови поддерживается за счет глюконеогенеза в печени. Глюкокортикоиды, кате-холамины, глюкагон и тиреоидные гормоны потенциируют глюконеогенез, в то время как инсулин, напротив, ингибирует.

Метаболизм жиров

При насыщении депо углеводов избыток поступающих с пищей жиров (и белков) превращается в печени в жиры. Образующиеся жирные кислоты могут немедленно использоваться в качестве источника энергии или откладываться в жировой ткани или печени. В качестве источника энергии почти все клетки организма непосредственно утилизируют жирные кислоты, образующиеся из жиров пищи или синтезируемые в ходе промежуточного метабо­лизма углеводов и белков. Исключением являются эритроциты и мозговое вещество почки, где может утилизироваться только глюкоза. Нейроны в каче­стве источника энергии в обычных условиях исполь­зуют только глюкозу, но через несколько дней голо­дания могут переключаться на жирные кислоты.

Жирные кислоты, образующиеся из жиров, вна­чале окисляются до ацетилкоэнзима А (ацетил-KoA), который, в свою очередь, окисляется в цикле лимонной кислоты с образованием АТФ. Печень обладает высокой способностью к окислению жир­ных кислот, в результате чего из избытка ацетил-KoA образуется ацетоацетат. Ацетоацетат, высво­бождаемый гепатоцитами, служит альтернативным и легкодоступным (ацетоацетат быстро превраща­ется в ацетил-КоА) циркулирующим в крови энер­гетическим субстратом для других видов клеток. Глюкагон усиливает окисление жирных кислот, а инсулин ингибирует его.

Ацетил-КоА, кроме того, используется печенью для образования холестерина и фосфолипидов, не­обходимых для синтеза клеточных мембран во всем организме. Синтезируемые в печени липопротеины имеют важное значение для транспорта липидов в крови.

Метаболизм белков

Печень играет ключевую роль в метаболизме белков. Если печень прекращает участвовать в ме­таболизме белков, то через несколько дней наступа­ет смерть. Метаболизм белков осуществляется в не­сколько последовательных этапов: 1) дезаминиро-вание аминокислот; 2) образование мочевины (для элиминации аммиака, образующегося при дезами-нировании аминокислот); 3) взаимопревращения между заменимыми аминокислотами; 4) синтез белков плазмы.

Дезаминирование необходимо для превращения избытка аминокислот в углеводы и жиры. В ходе ферментативных процессов (чаще всего трансами-нирование) аминокислоты превращаются в соответ­ствующие кетокислоты, а в качестве побочного про­дукта реакции образуется аммиак. Дезаминирова­ние аланина весьма важно для глюконеогенеза в печени. Хотя дезаминирование может происхо­дить в почках (в основном это касается глутамина, см. главу 30), основным местом дезаминирования в организме является печень. За исключением ами­нокислот, имеющих разветвленный радикал (лей­цин, изолейцин и валин), в печени подвергаются де-заминированию почти все аминокислоты, посту­пающие в организм с белками пищи. Аминокислоты с разветвленным радикалом подвергаются метабо­лизму преимущественно в скелетных мышцах.

Аммиак, образующийся при дезаминировании аминокислот (а также вырабатывающийся под дей­ствием бактерий толстого кишечника и всасываю­щийся в кровь через стенку кишки), обладает высо­кой цитотоксичностью. В ходе нескольких последо­вательных реакций, проходящих в печени под действием ферментов, к двум молекулам аммиака присоединяется одна молекула СО2, в результате чего образуется мочевина. Образовавшаяся моче­вина легко диффундирует из печени и затем выде­ляется через почки.

Трансаминирование соответствующих кетокис-лот в печени приводит к образованию заменимых аминокислот и компенсирует их недостаток в пище­вом рационе. Незаменимые аминокислоты в соответ­ствии со своим названием не синтезируются посред­ством этого механизма и должны поступать извне.

Почти все белки плазмы, за исключением имму-ноглобулинов, образуются в печени. В количест­венном отношении наиболее важными из этих бел­ков являются альбумин и факторы свертывания. Альбумин обеспечивает поддержание нормального онкотического давления плазмы, а также является главным белком, осуществляющим связывание и транспорт гормонов и лекарственных препаратов. Следовательно, изменение концентрации альбуми­на оказывает влияние на концентрацию фармако­логически активной, несвязанной фракции многих лекарственных препаратов.

Все факторы свертывания, за исключением фак­тора VIII и фактора фон Виллебранда, образуются в печени. Витамин К является необходимым кофак­тором для синтеза протромбина (фактор II) и фак­торов VІІ, IX и X. В печени синтезируется холинэ-стераза плазмы (синоним: псевдохолинэстераза) — фермент, который гидролизует эфиры, в том числе некоторые местные анестетики и сукцинилхолин. Другие важные белки, образующиеся в печени, вклю­чают ингибиторы протеаз (антитромбин III, А2-ан-типлазмин и А1-антитрипсин), транспортные белки (трансферрин, гаптоглобин и церулоплазмин), бел­ки системы комплемента, А1-гликопротеин, С-реак-тивный белок и сывороточный амилоид типа А.