Метаболизм гликогена
Глюкоза может депонироваться в виде гликогена в двух основных источниках: печени и скелетных мышцах. Однако, гликоген, который находится в мышцах, не может обратно превратиться в глюкозу, т.к. в мышцах нет фермента глюкозо-6-фосфатазы. Главное потребление глюкозы (75%) происходит в мозге через аэробный путь. Оставшуюся часть в основном используется эритроцитами, сердечной и скелетными мышцами. Глюкоза в организме берётся либо из потребляемой человеком пищи, либо из лактата и аминокислот посредством глюконеогенеза. Глюкоза в организме находится главным образом в виде двух форм: растворённой и в полимерной форме - гликогена. Считается, что гликоген - главная форма хранения глюкозы, и он обнаружен в двух основных местах - печени и мышцах.
Гликогенолиз Расщепление гликогена известно как гликогенолиз и осуществляется с помощью фермента гликогенфосфорилазы. Этот фермент отщепляет один остаток глюкозы от всей молекулы гликогена. В результате этой реакции образуется глюкозо-1-фосфат. Глюкозо-1-фосфат потом под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат. В мышцах глюкозо-6-фосфат идёт на гликолиз. В печени, почках и кишечнике есть фермент глюкозо-6-фосфатаза, которая превращает глюкозо-6-фосфат в глюкозу. Это позволяет поддерживать уровень глюкозы крови.
Регуляция гликогенолиза Ключевой фермент - гликогенфосфорилаза. Он может существовать в двух формах - активной и неактивной. Активность увеличивается АМФ, а ингибируется глюкозо-6-фосфатом и АТФ. Инсулин инактивирует фермент, а глюкагон и адреналин - активирует.
Синтез гликогена Синтез гликогена из глюкозы осуществляется благодаря ферменту гликогенсинтазы. Этот фермент использует УДФ-глюкозу как один субстрат, а другим субстратом является сам гликоген. Активация глюкозы происходит с помощью фермента УДФ-глюкозопирофосфорилазы. При синтезе гликогена используется сам гликоген (уже к нему добавляется остатки глюкозы), поэтомк возникает вопрос, а откуда первичный гликоген. Совсем недавно был открыт белок гликогенин, который находится в ядре молекулы гликогена. К этому белку к остатку тирозина и прикрепляется первая молекула глюкозы.
Регуляция гликогенеза Ключевым ферментом является гликогенсинтаза. Она существует в двух формах - активной и неактивной (фосфорилированной). Активация происходит в высоких концентрациях глюкозо-6-фосфата. Инсулин активирует гликогенсинтазу, а глюкагон и адреналин - инактивируют.
Болезни обмена гликогена Известно 11 типов, они делятся на гликогенозы, когда нарушена работа ферментов распада, и агликогенозы, когда нарушена работа ферментов синтеза. Тип0 - нарушена работа гликогенсинтазы, при этом наблюдается гипогликемия, ранняя смертьи гиперкетония. Тип1 - болезнь Гирке - нарушена работа глюкозо-6-фосфатазы, при этом наблюдается гепатомегалия, поражение почек.
Метаболизм фруктозы
Диета, состоящая из большого количества сахарозы (дисахарид глюкозы и фруктозы), может использоваться для того, чтобы фруктоза была главным источником энергии. Путь использования фруктозы различен в печени и мышцах. Мышцы, которые содержат только гексокиназу (нет глюкокиназы), могут фосфорилировать фруктозу до фруктозо-6-фосфата, который является промежуточным продуктом гликолиза. В печени фруктоза фосфорилируется по С-1 позиции с помощью фруктокиназы, образуя фруктозо-1-фосфат. В печени находится альдолаза В, которая в качестве субстрата может использовать как Фр-1,6-фф, так и фр-1-ф. Если субстратом является фр-1-ф, то продуктами реакции является ФДА и глицеральдегид. ФДА с помощью фермента триозофосфатизомеразы превращается в 3-ФГА, который идёт в гликолиз. Глицеральдегид может фосфорилироваться до 3-ФГА посредством глицеральдегидкиназы или превращаться в ФДА с помощью АДГ, глицеролкиназы и глицеролфосфатДГ.
Клинические нарушения метаболизма фруктозы Известно три наследственных аномалии в метаболизме фруктозы. Идиопатическая фруктозурия - нет фруктокиназы, которая в норме присутствует в печени, островках поджелудочной железы и корковом веществе почек. Фруктоза в моче обнаруживается при потреблении фруктозы и сахарозы. Заболевание может протекать без симптомов. Врождённая непереносимость фруктозы наблюдается при недостатке альдолазы В, которая в норме присутствует в печени, малом кишечнике и корковом веществе почек. Заболевание характеризуется тяжёлой гипогликемией и тошнотой после потребления фруктозы. Длительное употребление фруктозы у детей ведёт к тошноте, гепатомегалии, геморрагиям и смерти. Гипогликемия является следствием того, что фруктозо-1-фосфат является ингибитором гликогенолиза (в фосфорилазной реакции) и глюконеогенеза (т.к. недостаток альдолазы). Лечение - диета, лишённая фруктозы и сахарозы. Наследственная недостаточность фруктозо-1,6-дифосфатазы ведёт к нарушению глюконеогенеза и последующей гипогликемии, лактатного ацидоза и гипервентиляции. Эти симптомы могут стать летальными в неонатальном периоде. Метаболизм галактозы Галактоза, которая главным образом поступает с молочным сахаром, лактозой (дисахарид глюкозы и галактозы), вступает в гликолиз только после превращения её в глюкозо-1-фосфат. Это осуществляется в несколько этапов. На первом этапе галактоза фосфорилируется с помощью галактокиназы до галактозо-1-фосфата. Эпимеризация галактозо-1-фосфата до гл-1-ф требует переноса УДФ от уридиндифосфатглюкозы (УДФ-глюкоза). Эта реакция катализируется ферментом галактозо-1-фосфатуридилтрансферазой. При этом образуется УДФ-галактоза и гл-1-ф. Удф-галактоза эпимеризуется до УДФ-глюкозы посредством УДФ-галактозо-4 эпимеризы. Глюкозо-1-фосфат потом превращается в гл-6-ф с помощью фосфоглюкозомутазы.
Клинические нарушения метаболизма галактозы Нарушение метаболизма галактозы сопровождается галактоземией (повышенное содержание галактозы в крови).Галактоземия может быть вызвана наследственным дефектом любого фемента метаболизма галактозы. Классическая галактоземия характеризуется недостатком двух ферментов: галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы и галактокиназы. Галактоземия характеризуется рвотой и диареей после приёма молока, гепатомегалией, желтухой, отставанием в умственном развитии. Поражения, наблюдаемые при галактоземии, обусловлены не отсутствием какого-либо необходимого для организма соединения, а накоплением токсических веществ. Одним из таких токсических веществ является галактитол, образующий при восстановлении галактозы посредством фермента альдоредуктазы. Метаболизм глицерола Главным источником глицерола является жировая ткань. Молекула глицерола является основой для триацилглицеролов. Глицерол, образовавшийся из ТАГ, идёт в печень, где фосфорилируется глицеролкиназой. В результате образуется глицерол-3-фосфат, который окисляется до ФДА с помощью фермента глицерол-3-фосфатДГ. ФДА потом идёт либо на гликолиз, либо на глюконеогенез в зависимости от того, нужна ли энергия или нет. Метаболизм глюкуроновой кислоты Глюкуронат - высоко полярная молекула, которая содержится в протеогликанах, в комплексе с билирубином и стероидными гомонами, он также может соединяться с некоторыми лекарствами, повышая их растворимость.
Глюкуронат образуется из глюкозы в глюкуроновой цикле. Глюкуроновый путь является альтернативным путём окисления глюкозы. Он идёт без образования АТФ, но используется для получения активной формы глюкороната, УДФ-глюкороната.