Связь между обменом белков и липидов

Возможно использование продуктов превращения жирных кислот для синтеза заменимых аминокислот. Возникающий при распаде жирных кислот ацетилкоэнзим А вступает в реакцию конденсации с оксалоацетатом и через ЦТК приводит образованию α-кетоглутаровой кислоты. α-Кетоглутаровая кислота в результате аминирования или трансаминирования переходит в глутаминовую кислоту. Однако эта возможность синтеза углеродного скелета аминокислот из жирных кислот ограничена. Она исчерпывается синтезом глутаминовой кислоты и требует наличия оксалоацетата, возникающего из других источников (углеводов и белков).

Кроме жирных кислот, в состав нейтральных жиров входит глицерин. Глицерин окисляется в глицериновую кислоту и в дальнейшем превращается в пировиноградную кислоту, а последняя используется для синтеза ряда заменимых аминокислот. Возможность синтеза липидов из белков доказывается и односторонним белковым питанием, которое не вызывает нарушений в обмене.

Путь использования белков для синтеза липидов проходит через образование ацетилкоэнзима А. Ацетилкоэнзим А образуется из всех аминокислот на определённой стадии их окисления. Он может быть использован для синтеза жирных кислот. Глицерин образуется лишь за счет аминокислот, которые способны превращаться в пируват.

Связь между обменом углеводов и липидов

Молекула триацилглицерина состоит из глицерина и жирных кислот. Из этих составляющих липидов в организме синтезируются углеводы. Глицерин может образовываться из фосфодиоксиацетона или фосфоглицеринового альдегида - нормальных промежуточных продуктов обмена углеводов. Основным исходным материалом для синтеза жирных кислот является ацетилкоэнзим А. Ацетилкоэнзим А образуется в результате окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты в тканях, а пировиноградная кислота является нормальным продуктом обмена углеводов.

С вопросом о возможности превращения липидов в углеводы дело обстоит сложнее. Если в отношении глицерина такое превращение хорошо известно (фосфорилирование глицерина и окисление глицерофосфата в фосфоглицериновый альдегид – промежуточный метаболит гликолиза), то механизм превращения жирных кислот в углеводы в организме человека в настоящее время дискутируется. В пользу признания возможности синтеза углеводов из липидов говорит тот факт, что во время спячки животных наблюдается резкое снижение дыхательного коэффициента (до 0,5). Такое падение дыхательного коэффициента объясняется превращением липидов в углеводы, которое сопровождается поглощением кислорода, так как углеводы содержат больше кислорода, чем липиды.

Помимо прямых переходов метаболитов этих классов веществ друг в друга, существует тесная энергетическая связь, когда энергетические потребности могут обеспечиваться окислением какого-либо одного класса органических веществ при недостаточном поступлении с пищей других.

Существуют регуляторные механизмы, обеспечивающие как взаимопревращения белков, липидов и углеводов, так и интеграцию энергии. Движущей силой, вероятнее всего, является энергетическое состояние клетки, в частности, отношение АМФ/АТФ. Оно влияет на активность ключевых ферментов гликолиза, ЦТК, синтеза жирных кислот и т.д.

Скорость распада одних питательных веществ и биосинтеза других определяется физиологическим состоянием и потребностями организма в энергии и метаболитах. Таким образом, обмен веществ имеет ряд реакций, чаще обратимых, которые связывают между собой обмен белков, липидов и углеводов в единый процесс (рис. 18).

Рис. 18. Взаимосвязь обмена белков, жиров и углеводов

Благодаря обмену веществ клетки в организме функционируют с наименьшей затратой энергии и веществ. Это осуществляется в результате сбалансированной работы регуляторных систем внутриклеточного метаболизма, таких как внутриклеточная, гормональная и нервная регуляция.

Уровни регуляции гомеостаза

Внутриклеточный механизм регуляции, обеспечивающий гомеостаз в организме, является первым уровнем регуляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат вещества, образующиеся в самой клетке или поступающие в нее извне. Эти вещества могут действовать тремя способами:

- изменять активность ферментов путем ингибирования или активации;

- изменять количество ферментов и других белков путем индукции или репрессии их синтеза, или меняя скорость их распада;

- изменять скорость трансмембранного переноса веществ, взаимодействуя с мембраной.

У сложно устроенных многоклеточных организмов с дифференцированными органами, выполняющими специальные функции, возникает необходимость межорганной координации обмена веществ. Например, интенсивная работа мышц требует включения процессов мобилизации гликогена в печени или мобилизации липидов в жировой ткани. Межорганная координация обеспечивается передачей сигналов двумя путями: через кровь с помощью гормонов (эндокринная система) и через нервную систему.

Эндокринная система – второй уровень регуляции. Она представлена железами (иногда отдельными клетками), синтезирующими гормоны - химические сигналы. Гормоны освобождаются в кровь в ответ на специфический стимул. Этим стимулом может быть нервный импульс или изменение концентрации определенного вещества в крови, протекающей через эндокринную железу (например, снижение концентрации глюкозы). Гормон транспортируется с кровью и, достигая клеток-мишеней, модифицирует в них обмен веществ через внутриклеточные механизмы, т.е. путем изменения активности или количества ферментов, либо скорости трансмембранного переноса веществ. В результате изменения обмена веществ устраняется стимул, вызвавший освобождение гормона (например, повышается концентрация глюкозы в крови). Выполнивший свою функцию гормон разрушается специальными ферментами.

Третий уровень регуляции – нервная система с рецепторами сигналов, как внешней среды, так и внутренней. Сигналы трансформируются в волну деполяризации нервного волокна (нервный импульс), который в синапсе с клеткой-эффектором вызывает освобождение медиатора – химического сигнала. Медиатор через внутриклеточные механизмы регуляции вызывает изменение обмена веществ. Клетками-эффекторами могут быть и некоторые эндокринные клетки, отвечающие на нервный импульс синтезом и выделением гормона.

Три уровня регуляции обмена веществ теснейшим образом взаимосвязаны и функционируют как единая система.