Общие принципы регуляции углеводного обмена

Процессы регуляции углеводного обмена находятся под контролем большого количества различных факторов, обеспечивающих координацию и сбалансированность сложных химических процессов распада и синтеза углеводов.

Существует два основных уровня контроля:

• • нейрогормональный (у высших животных);
• • метаболический (во всех типах организмов).

Однако независимо от уровня регуляции регуляторный сигнал реализуется через внутриклеточные механизмы, т. е. путем изменения активности или количества фермента либо скорости трансмембранного переноса веществ (метаболическая регуляция).

На активность ферментов углеводного обмена влияют концентрации субстратов и продуктов реакции, кислородный режим, избирательная проницаемость биомембран, концентрация коферментов и др. (гл. 18 и 19).

Рис. 20.7. Схема регуляторных механизмов ряда процессов углеводного обмена млекопитающих:

реакции катаболизма (гликогенолиз, гликолиз, окислительное декарбоксилирование пирувата. цикл ТКК) — сплошные линии; реакции анаболизма (глюконеогенез, синтез гликогена) — пунктирные линии. Активация ферментов (+); ингибирование (-). Главные регуляторные ферменты: (Т) — гликогенфосфорилаза; @ — фосфофруктокнназа: (з) — пируватдекарбоксилаза; 0— изоиитратдегидрогеназа; 0— пируваткарбоксилаза;0— гликогенсинтаза В основе регуляторных механизмов изменения активности ферментов углеводного обмена лежат два пути: аллостерическая регуляция по типу прямой и обратной связи и обратимая ковалентная модификация ферментов.

(фосфорилирование — дефосфорилирование). Ранее уже рассматривались регуляторные механизмы различных процессов метаболизма углеводов. На рис. 20.7 приведена обобщенная схема механизмов регуляции углеводного обмена в организме млекопитающих, в том числе и гормонального (через цАМФ). В схеме приведены только основные пункты контроля.

Как видно из рис. 20.7, можно выделить три группы регуляторных сигналов:

• • АТФ, АДФ и АМФ;
• • НАДН, НАД⁺;
• • промежуточные метаболиты: глюкозо-6-фосфат, изоцитрат, ацетил-КоА, сукцинил-КоА.

Повышение уровней АДФ, АМФ. НАД⁺ представляет сигнал, увеличивающий скорость катаболизма и уменьшающий скорость анаболизма, в то время как высокие уровни АТФ, НАДН (первичный источник энергии для синтеза АТФ) представляют собой сигналы, снижающие скорость реакций катаболизма. Все влияния по типу прямой и обратной связи согласованы друг с другом и с влиянием АТФ, АДФ, АМФ, НАД*, НАДН. Следует помнить, что в организме человека, высших животных на всех стадиях синтеза и распада углеводов регуляция углеводного обмена осуществляется при участии ЦНС и гормонов. Механизмы этого уровня регуляции подробно рассмотрены в гл. 13.

Регуляция метаболизма углеводов осуществляется гормонами поджелудочной железы — инсулином и глюка гон ом; гормонами коркового слоя надпочечников — глюкокортикоидами.

Инсулин является единственным гормоном, резко снижающим содержание сахара в крови. Его действие на углеводный обмен полифункционально. Основные механизмы регуляции связаны с повышением в присутствии инсулина проницаемости клеточных мембран для транспорта глюкозы внутрь клетки, а также опосредовано через активацию синтеза регуляторных ферментов катаболизма глюкозы — гексокиназы и фосфофруктокиназы, фермента синтеза гликогена — гликогенсинтазы (гл. 13).

Адреналин и глюкагон осуществляют регуляцию метаболизма гликогена путем изменения активности гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы (через цАМФ) таким образом, что торможение гликогеногенеза и стимуляция гликогенолиза осуществляются одновременно, т. е. реципропно. Глюкокортикоиды (11-гидроксистероиды) усиливают глюконеогенез за счет интенсификации катаболизма белков и аминокислот в тканях и вовлечения промежуточных метаболитов в процесс глюконеогенеза. Таким образом, в рассмотренных случаях адреналин, глюкагон, глюкокортикоиды действуют как антагонисты инсулина. На содержание сахара в крови влияет также гормон щитовидной железы тироксин (подобно инсулину). Гормоны передней доли гипофиза — гормон роста (соматотропин), АКТГ и, вероятно, другие факторы повышают уровень сахара в крови, однако механизмы действия этих гормонов в значительной степени являются опосредованными, поскольку они стимулируют мобилизацию из жировой ткани свободных жирных кислот, которые являются ингибиторами потребления глюкозы.