Глава 7. Взаимосвязь обменов

Поступающие с пищей вещества распадаются (гидролизуются) в различных отделах (ротовой полости, желудке, тонкой кишке) ЖКТ до мономеров и всасываются путем облегченной диффузии (чаще) или активного транспорта (реже) в энтероциты. Простые, растворимые в воде вещества (глюкоза, аминокислоты), выходя из этих клеток, оказываются в капиллярах, собирающихся позднее в систему воротной вены, и затем – в печени.

Высшие жирные кислоты, высвобождающиеся из различных сложных липидов в кишечнике, а также холестерин, ГФ связываются с солями парных желчных кислот, образуя холеиновые комплексы, и в таком виде преодолевают мембрану энтероцита. Попав в цитозоль, этот комплекс распадается, соли желчных кислот возвращаются по v.portae в гепатоциты, а жирные кислоты участвуют в ресинтезе, т.е. в клетках кишечного эпителия образуются ТАГ, которые не идут в печень и не загружают ее. Они вместе с ХС, ГФ, белками создают липид-белковые комплексы (хиломикроны), которые покидают цитозоль, выходя в лимфатические капилляры; и начинается их довольно длинный путь: грудной проток → нижняя полая вена → правое предсердие, и первым паренхиматозным органом, оказывающимся на пути ХМ, являются легкие. Из них через левые отделы сердца эти комплексы попадают наконец в сосуды, приносящие вещества к органам. К интиме артерий прикреплена ЛПЛ-липаза, расщепляющая НЖ ХМ-нов до глицерина и ВЖК, которые и оказываются у мембран клеток-мишеней. В промежутках между приемами пищи гомеостаз глюкозы основных низкомолекулярных соединений (глюкозы, ВЖК, глицерина, холестерина, аминокислот) в плазме крови поддерживается печенью. Выход глюкозы и аминокислот не имеет затруднений, они транспортируются (вследствие гидрофильности) в свободном виде. А липиды, в первую очередь, ТАГ и холестерин (особенно его эфиры), синтезированные в гепатоцитах и являющиеся гидрофобами требуют особых условий для своего передвижения в плазме крови.

Для этих целей происходит образование мицелл липопротеидов, в глубине которых локализуются НЖ, ЭХ, снаружи они окружаются полярными белковыми молекулами, а для связи между ними используются глицерофосфатиды. Так как из всех липидов организму больше всего необходимы НЖ (в качестве энергоисточников), то их и синтезируется и содержится в ЛП больше (обладая низкой удельной плотностью, они уменьшают этот показатель в целом) – поэтому выходящие липиднобелковые комплексы называются ЛПОНП.

По мере продвижения по кровотоку эти сложные белки, как и ХМ, подвергаются действию ЛПЛ, постепенно теряя гидролизованные нейтральные жиры и переходя сначала в ЛП промежуточной плотности, а затем в ЛПНП (где сохраняется, в основном, холестерин); последние в клетки-мишени попадают путем эндоцитоза.

При голодании печень со своими задачами справляется с трудом, и тогда на помощь приходит жировая ткань. В липоцитах (адипоцитах) активируется ТАГ-липаза, разрушающая нейтральные жиры до глицерина и высших жирных кислот. Растворимый в воде трехатомный спирт, выйдя из клетки, спокойно транспортируется в плазме крови к местам назначения. ВЖК, не способные к этому виду превращения, прячутся в альбумины и в таком комплексе доставляются к тканям.

Большинство веществ поступает в клетку из внеклеточной жидкости, представляющей из себя практически плазму крови, молекулярный состав которой зависит в основном от характера пищи. Плазмолемма – полупроницаема, поэтому соединения извне попадают в клетку разными способами, чаще путем облегченной диффузии, несколько реже с помощью АТФ-азных систем (активный транспорт), а некоторые крупные структуры (например, липопротеиды), используя экзоцитоз. Оказавшись в цитозоле, все вещества, чтобы могли быть использованы, предварительно активируются, но разными способами (Рис. 3.31).

Рис. 3.31.Пути подготовки веществ для использования в клетке

Глицерин часто поступает в клетку после действия внутрисосудистой ЛПЛ, которая, используя в качестве субстратов находящиеся в плазме крови липопротеиды, гидролизует включенные в них ТАГ до трехатомного спирта и ВЖК.

Первый, очень похожий по строению (восстановленная триоза) и свойствам на моносахарид, активируется также, как и глюкоза:

Фермент, отвечающий за реакцию фосфорилирования глюкозы, называется гексо- (в печени глюко-) киназа, а катализирующий в печени и почках подобный процесс с глицерином – глицерокиназа. Продукты же, получившиеся после этого – глюкозо-6-фосфат и глицерол-1-фосфат соответственно. Следует заметить, липоциты – клетки, в которых больше всего и образуется сложных эфиров глицерина – нейтральных жиров - плазменный его аналог не используют из-за отсутствия глицерокиназы. Происхождение активной формы этого соединения несколько иное, из углеводов. Об этом чуть позже.

Глюкоза и глицерин – хорошо растворимы в воде вследствие полярности молекул, но не способны менять рН среды, а высшие жирные кислоты обладают противоположными свойствами: их углеводородные радикалы практически не полярны, но наличие карбоксила создает определенную опасность изменения гомеостаза, поэтому механизм активации подобных соединений несколько иной:

Правда, подобное преобразование происходит в цитозоле у поверхности наружной мембраны митохондрии, в матриксе которой молекула ВЖК подвергается окислению. А добраться до органоида субстрату помогают специфические белки (fatty acid binoling proteins, FABP), доставляющие его от цитолеммы.

После взаимодействия с НSКоА (коэнзимом ацилирования, непосредственным участником реакции в его структуре и служит НS-группа) из свободной ВЖК получается ацил-КоА – неплохо растворимый и энергетически подготовленный к преобразованиям комплекс.

Главное же предназначение аминокислот – быть звеньями различных по массе пептидов, жизненно важных для клетки. Поэтому, чтобы в любой момент, когда возникает нужда в том или ином белке, в цитозоле присутствовали необходимые аминокислоты, при попадании в цитозоль они сразу же депонируются, связываясь со своими индивидуальными и свободными на тот промежуток времени тРНК:

Энзим, катализирующий данную реакцию, обладает, как отмечено выше (Раздел I, Глава 2), суперспецифичностью. Только его безошибочная работа обеспечивает после формирования аминоацил-тРНК нахождение аминокислотой своего места в синтезируемом полипептиде. Глубокий гидролиз АТФ, сопровождающий реакцию, позволяет высвобождающуюся при этом энергию позднее тратить на образование пептидной связи.

Заметим в скобках, те же аминокислоты, на которые не нашлось свободных специфических тРНК, модифицируются разными механизмами, связывающими эти вещества с другими обменами.

Подготовленные вышеперечисленными способами соединения будут использоваться клеткой для разных целей, но протекают многочисленные процессы не хаотично, а строго интегрировано. Это обеспечивается компартментализацией – разделением клеточного пространства на органеллы, где и проходят специфические реакции, не смешиваясь, и мешая друг другу (Табл. 3.12); но с другой стороны, они зависят друг от друга, о чем свидетельствуют следующие данные.

Таблица 3.12