Роль печени в обмене углеводов

Основная роль печени в углеводном обмене -обеспечение постоянства концентрации глюкозы в крови.

Это достигается регуляцией между синтезом и распадом гликогена, депонируемого в печени.

1. Синтез гликогена из глюкозы обеспечивает в норме временный резерв углеводов, необходимых для поддержания концентрации глюкозы в крови в тех случаях, если ее содержание значительно уменьшается (например, у человека это происходит при недостаточном поступлении углеводов с пищей или в период ночного «голодания»). Необходимо подчеркнуть важную роль фермента глюкокиназы в процессе утилизации глюкозы печени. Глюкокиназа, подобная гексокиназе, катализирует фосфорилирование глюкозы с образованием глюкоза-6-фосфата, при этом активность глюкокиназы в печени почти в десять раз превышает активность гексокиназы. Важное различие между этими двумя ферментами заключается в том, что глюкокиназа в противоположность гексокиназе имеет высокое значение К_м для глюкозы и не ингибируется глюкоза-6-фосфатом.

После приема пищи содержание глюкозы в воротной вене резко возрастает: в тех же пределах увеличивается ее внутрипеченочная концентрация. Повышение концентрации глюкозы в печени вызывает существенное увеличение активности глюкокиназы и автоматически увеличивает поглощение глюкозы печенью (образовавшийся глюкоза-6-фосфат либо затрачивается на синтез гликогена, либо расщепляется).

2.Распад гликогена в печени происходит в основном фосфоролитическим путем. В регуляции скорости гликогенолиза в печени большое значение имеет система циклических нуклеотидов. Кроме того, глюкоза в печени образуется также в процессе глюконеогенеза.

Основные субстраты глюконеогенеза - лактат, глицерин и аминокислоты. Принято считать, что почти все аминокислоты, за исключением лейцина, могут пополнять пул предшественников глюконеогенеза.

При оценке углеводной функции печени необходимо иметь в виду, что соотношение между процессами утилизации и образования глюкозы регулируется прежде всего нейрогуморальным путем при участии желез внутр. секреции.

Центральную роль в превращениях глюкозы и саморегуляции углеводного обмена в печени играет глюкозо-6-фосфат:

- резко тормозит фосфоролитическое расщепление гликогена,

- активирует ферметативный перенос глюкозы с уридиндифосфоглюкозы на молекулу синтезирующегося гликогена,

- является субстратом для дальнейших гликолитических превращений, а таже окисления глюкозы, в том числе по пентозофосфатному пути,

- расщепление глюкоза-6-фосфата фосфатазой обеспечивает поступление в кровь свободной глюкозы, доставляемой током крови во все органы и ткани.

Как отмечалось, наиболее мощным аллостерическим активатором фосфофруктокиназы-1 и ингибитором фруктоза-1, 6-бисфосфатазы печени является фруктоза-2, 6-бисфосфат (Ф-2, 6-Р₂ ). Повышение в гепатоцитах уровня Ф-2, 6-Р₂ способствует усилению гликолиза и уменьшению скорости глюконеогенеза.

Метаболизм фруктозы и галактозы.

1.Метаболизм фруктозы. Поступающая в печень фруктоза может фосфорилироваться в положении 6 для фруктоза-6-фосфата под действием гексокиназы, обладающей относительной специфичностью и катализирующей фосфорилирование, кроме глюкозы и фруктозы, еще и маннозы. Однако в печени существует и другой путь: фруктоза способна фосфорилироваться при участии более специфического фермента – фруктокиназы. В результате образуется фруктоза-1-фосфат. Эта реакция не блокируется глюкозой. Далее фруктоза-1-фосфат под действием альдолазы расщепляется на две триозы: диоксиацетонфосфат и глицеральдегид. Под влиянием соответствующей киназы (триокиназы) и при участии АТФ глицеральдегид подвергается фосфорилированию до глицеральдегид-3-фосфата. Последний (в него легко переходит и диоксиацетон фосфат) подвергается обычным превращениям, в том числе с образованием в качестве промежуточного продукта пировиноградной кислоты.

Известно также, что метаболизм фруктозы по гликолитическому пути в печени происходит гораздо быстрее, чем метаболизм глюкозы.

Для метаболизма глюкозы характерна стадия, катализируемая фосфофруктокиназой-1. Как известно, на этой стадии осуществляется метаболический контроль скорости катаболизма глюкозы. Фруктоза минует эту стадию, что позволяет ей интенсифицировать в печени процессы метаболизма, ведущие к синтезу жирных кислот, их эстерификацию и секрецию липопротенинов очень низкой плотности; в результате может увеличиваться концентрация триглицеридов в плазме крови.

2.Метаболизм галактозы в печени сначала фосфорилируется при участии АТФ и фермента галактокиназы с образованием галактозо-1-фосфата.Большая часть галактозо-1-фосфата в печени превращается в ходе реакции, катализируемой гексозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой: УДФ-глюкоза+Галактозо-1-фосфат→ УДФ-галактоза+ Глюкозо-1-фосфат.

Это уникальная трансферазная реакция возвращения галактозы в основное русло углеводного метаболизма.

53. Роль печени в липидном обмене.

Ферментные системы печени способны катализировать все реакции или значительное большинство реакций метаболизма липидов. Совокупность этих реакций лежит в основе таких процессов, как

- синтез:

а)высших жирных кислот,

б) триглицеридов,

в) фосфолипидов,

г) холестирина и его эфиров,

-липолиз триглицеридов,

-окисление жирных кислот,

-образование ацетоновых (кетоновых) тел и т.д.

1. а) Ферментативные реакции синтеза триглицеридов в печени и жировой ткани сходны. Так, КоА-производные жирной кислоты с длинной цепью взаимодействуют с глицеролтрифосфатом с образованием фосфотидной кислоты, которая затем гидролизируется до диглицерида.

б) Путем присоединения к последнему еще одной молекулы КоА-производного жирной кислоты образуется триглицерид. Синтезированные в печени триглицериды либо остаются в печени, либо секретируются в кровь в форме липопротеинов.

Основным местом образования плазменных пре-β -липопротеинов (липопротеины очень низкой плотности-ЛПОНП) и α -липопротеинов (липопротеины высокой плотности- ЛПВП) является печень.

Образование ЛПОНП.

Основной белок апопротеин В-100 (апо Б-100) липопротеинов синтезируется в рибосомах шероховатого эндоплазматического ретикулума гепатоцитов. В гладком эндоплазматическом ретикулуме, где синтезируется и липидные компоненты, происходит сборка ЛПОНП. Одним из основных стимулов образования ЛПОНП является повышение концентрации неэстерифицированных жирных кислот (НЭЖК). Последние либо поступают в печень с током крови, будучи связанными с альбумином, либо синтезируются непосредственно в печени. НЭЖК служит главным источником образования триглицеридов (ТГ). Информация о наличии НЭЖК и ТГ передается на мембранно-связанные рибосомы шероховатого эндоплазматического ретикулума, что в свою очередь является сигналом для синтеза белка (апо В-100). Синтезированый белок внедряется в мембрану шероховатого ретикулума, после взаимодействия с фосфолипидным бислоем от мембраны отделяется участок, состоящий из фосфолипидов (ФЛ) и белка, который и является предшественником ЛП-частицы. Далее белокфосфолипидный комплекс поступает в гладкий эндоплазматический ретикулум, где взаимодействует с ТГ и эстерифицированным холестирином (ЭХС), в результате чего после соответствующих структурных перестроек формируются насцентные т.е. незавершенные частицы (н-ЛПОНП). Последние поступают через тубулярную сеть аппаратов Гольджи в секреторные везикулы и в их составе доставляются к поверхности клетки, после его путем экзоцитоза выделяются в пересинусоидные пространства (пространства Диссе). Из последнего н-ЛПОНП поступают в просвет кровяного синусоида, где происходят перенос апопротеинов С из ЛПВП на н-ЛПОНП и достраивание последних. Время синтеза апо В-100, образования липид-белковых комплексов и секреций готовых частиц ЛПОНП составляет 40 минут.

У человека основная масса β -липопротеинов (ЛПНП) образуется в плазме крови из ЛПОНП при действии липопротеинлипазы. В ходе этого процесса образуются сначала промежуточные короткоживущие липопротеины (Пр.ЛП), а заетм формируются частицы, обедненные триглицеридами и обогащенные холестерином, т.е. ЛПНП.

При высоком содержании жирных кислот в плазме их поглощение печенью возрастает, усиливается синтез триглицеридов, а также окисление жирных кислот, что может привести к повышенному образованию кетоновых тел. Кетоновые тела образуются в печени в ходе т.н. β -гидрокси- β -метилглутарил-КоА пути. Ацетоацетил-КоА, являющийся исходным соединением при кетагенезе, может образоваться как непосредственно в ходе β -окисления жирных кислот, так и в результате конденсации ацетил-КоА. Из печени кетоновые тела током крови доставляются в ткани и органы (мышцы, почки, мозг и др.), где они быстро окисляются при участии соответствующих ферментов, т.е. по сравнению с другими тканями печень является исключением.

В печени происходит интенсивный распад фосфолипидов, а также их синтез.

в)синтез фосфолипидов. Помимо глицерина и жирных кислот, которые входят в состав нейтральных жиров, для синтеза фосфолипидов необходимы неорганические фосфаты и азотистые соединения, в частности холин для фосфатидхолина. Неорганические фосфаты в печени имеются в достаточном количестве. При недостаточном образовании или недостаточном поступлении в печень холина синтез фосфолипидов из компонентов нейтрального жира становится либо невозможным, либо резко снижается, и нейтральный жир откладывается в печени. В этом случае говорят о жировой инфильтрации печени, которая может затем перейти в ее жировую дистрофию. Синтез фосфолипидов имитируется количеством азотистых оснований, т.е. для синтеза фосфоглицеридов необходим либо холин, либо соединения, которые могут являться донорами метильных групп и участвовать в образовании холина (например, метионин). Такие соединения получили названия липотропных веществ.

г)роль печени в обмене стероидов, в частности холестерина.

Часть холестерина поступает в организм с пищей, но значительно большее количество его синтезируется в печени из ацетил-КоА. Биосинтез холестерина в печени подавляется экзогенным холестерином, т.е. получаемым с пищей.

Таким образом, биосинтез холестерина в печени регулируется по принципу отрицательной обратной связи. Чем больше холестерина поступает с пищей, тем меньше его синтезируетя в печени, и наоборот. Принято счиать, что действие экзогенного холестерина на биосинтез его в печени связано с торможением β -гидрокси- β -метилглутарил-КоА-редуктазной реакции: β -гидрокси- β -метилглутарил-КоА+2НАДФН+2Н⁺→ мевалованная кислота +2НАДФ⁺+НS-КоА.

Часть синтезированного в печени холестерина выделяется из организма вместе с желчью, другая часть превращается в желчные кислоты и используется в других органах для синтеза стероидных гормонов и иных соединений. В печени холестерин может взаимодействовать с жирными кислотами(в виде ацил-КоА) с образованием эфиров холестерина. Синтезированные в печени эфиры холестерина поступают в кровь, в которой содержится также определенное количество свободного холестерина.