дополнительных источников энергии. Овцематки испытывают стресс синтеза глюкозы во вторую стадию беременности. В этот период энергия глюкозы необходима для роста и развития плода и плаценты. У овцематок, по сравнению с другими видами животных, высокое отношение массы плода к массе матери, что создает определенное напряжение гомеостаза глюкозы. Нарушения механизмов гомеостаза углеводного обмена отмечаются и при кетозах дойного стада.
Процессы глюконеогенеза и гликолиза взаимно согласованы; если один из них сравнительно не активен, то в этом случае другой будет проявлять высокую активность. Количество и активность определенных ферментов обоих процессов контролируется таким образом, что оба процесса не будут одновременно активными. Степень гликолиза так же детерминируется концентрацией глюкозы, а степень глюконеогенеза зависит от концентрации лактата и других предшественников глюкозы.
Взаимосвязь фруктозо-6-фосфата и фруктозо-1,6-дифосфата строго контролируется. Активность фосфофруктокиназы стимулируется АМФ и ингибируется АТФ и лимонной кислотой. Активность фруктозо1,6-дифосфатазы, с другой стороны, ингибируется АМФ и активируется лимонной кислотой. Высокий уровень АМФ в клетке указывает, что величина энергии – низкая, и свидетельствует о необходимости синтеза АТФ. Напротив, высокий уровень АТФ и лимонной кислоты показывает на высокий уровень энергии и уровень посредников биосинтеза. В этих условиях активность гликолиза снижается и возрастает активность глюконеогенеза.
Взаимосвязь фосфоенолпирувата и пирувата так же строго регулируется. Напомним, что активность пируват киназы контролируется аллостерическими эффекторами и фосфорилированием. В печени активность фермента ингибируется высоким уровнем АТФ и аланина, свидетельствуя о высоком уровне энергии и посредников этого синтеза. С другой стороны, активность пируват карбоксилазы угнетается АДФ, когда уровень энергии в клетке низкий. Поэтому процесс глюконеогенеза будет активным при наличии в клетке посредников синтеза и количества АТФ. Пируват киназа, ключевой фермент гликолиза, снижает свою активность, когда есть острая необходимость в глюкозе для функций мозга и мышц.
Метаболизм глюкозы в крови происходит в основном по пути гликолиза в эритроцитах. Так как эритроциты имеют малое число митохондрий, то конечным продуктом гликолиза является молочная кислота, которая из клеток поступает обратно в плазму крови. В эритроцитах глюкоза используется по пентозофосфатному пути для продукции НАДФН+Н+ , необходимого в этих клетках для поддержания восстановленной формы глютатиона. Восстановленный глютатион играет важную роль в разложении органических перекисей и перекиси водорода в реакции с участием глютатион-пероксидазы. НАДФН+Н+ абсолютно
необходим для восстановления окисленного глютатиона в восстановленную форму с участием глютатион-редуктазы. Перекиси вызывают необратимые окислительные нарушения мембран клеток, структур ДНК, различных других компонентов клеток, а поэтому должны быть разрушены.
Гликолиз в мозге приводит к получению пирувата, который затем полностью окисляется до СО2 и Н2О. Пентозофосфатный путь также важен для данной ткани для поддержания глютатиона в восстановленной форме. Клетки скелетных мышц и сердечной мышцы используют глюкозу по пути гликолиза с образованием конечных продуктов – пирувата и лактата. Пируват с участием пируват-дегидрогеназного комплекса и цикла трикарбоновых кислот в митохондриях клеток является источником значительных количеств АТФ. Из курса общей биохимии известно, что окисление одной молекулы глюкозы в цикле реакций трикарбоновых кислот (цикл Кребса) дает образование 38 молекул АТФ.
Клетки скелетных мышц и сердечной мышцы в отличие от других клеток способны синтезировать значительные количества гликогена. Жировая ткань также аккумулирует глюкозу инсулинзависимым механизмом. В адипоцитах пируват может быть генерирован по пути гликолиза и может быть окислен в пируват-дегидрогеназном комплексе до ацетил-КоА для получения АТФ. Однако часть ацетил-КоА в первую очередь используется на синтез новых молекул жирных кислот в этой ткани. Получение НАДФН+Н+ в жировой ткани в пентозфосфатном пути очень важно для его участия в синтезе жирных кислот. Жировая ткань способна осуществлять гликогенез и гликогенолиз, но эти процессы ограничены в ней по сравнению с мышечной тканью.
Основная роль печени в углеводном обмене заключается в поддержании гомеостаза глюкозы в крови за счет регуляции синтеза и распада гликогена. Синтез гликогена происходит или из глюкозы, или путем глюконеогенеза – из молочной, пировиноградной и пропионовой кислот, из ряда аминокислот, глицерина. Если синтез гликогена из глюкозы может иметь место не только в печени, но и в мышечной ткани, то синтез этого полисахарида из молочной кислоты идет исключительно в печени.
Количество гликогена в печени животного является недостаточным, чтобы постоянно поддерживать уровень глюкозы в крови. Основным источником глюкозы в крови при голодании животного является процесс глюконеогенеза в печени, который стимулируется глюкагоном и адреналином. При длительном голодании животного процесс глюконеогенеза стимулируется глюкокортикоидами, а после приема корма угнетается инсулином.
Печень является основным органом, снабжающим весь организм свободной глюкозой, так как дефосфорилирующий фермент
глюкозо-6-фосфатаза, превращающий гюкозо-6-фосфат в глюкозу, содержится преимущественно в этом органе. Важнейшей функцией печени является обеспечение различных тканей организма энергией, источниками которой являются глюкоза, аминокислоты, кетоновые тела.
При этом в процессе гликолиза и цикла трикарбоновых кислот окисляется не только глюкоза, но и другие моносахара. Так, по гликолитическому пути распадается фруктоза, которая в печени, в отличие от мышечной ткани, превращается не во фруктозо-6-фосфат, а во фруктозо1-фосфат. Последний распадается на глицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон. Глицериновый альдегид затем фосфорилируется за счет АТФ, образуя фосфоглицериновый альдегид. Фосфодиоксиацетон также трансформируется в другую молекулу фосфоглицеринового альдегида. Получаемые в этих реакциях две молекулы фосфоглицеринового альдегида затем претерпевают все последующие стадии гликолиза.
В печени до 15% глюкозы окисляются в реакциях пентозофосфатного пути для получения НАДФН+Н+ , которые необходимы для восстановительных синтезов, поддержания глютатиона в восстановленной форме, и для различных реакций, катализируемых микросомальными ферментными системами. Количественно менее важным, но также необходимым, является получение в пентозофосфатном пути рибозо-фосфата, участника синтеза нуклеотидов, таких как АТФ и других в структуре ДНК и РНК.
Глюкоза используется также для синтеза гликогена, что является характерной особенностью клеток печени. Глюкоза может быть использована и в обмене глюкуроновой кислоты, важной в детоксикации лекарственных веществ, гормонов и билирубина. Глюкоза в организме жвачных животных, превращаясь в D-глюкуроновую кислоту, участвует так же в синтезе витамина С. Печень наделена значительной способностью для гликолиза; при этом получаемый пируват может быть использован в цикле трикарбоновых кислот для получения АТФ или может быть направлен на синтез новых жирных кислот. В отличие от других тканей печень уникальна в том, что она способна к превращению 3-карбоновых предшественников, таких как лактат, пируват, аланин в глюкозу в процессе глюконеогенеза.
Запасы энергии хранятся в печени и мышцах в форме гликогена. В ситуациях, требующих повышенного энергетического обеспечения (длительные перегоны животных, высокая продуктивность молочных коров, метаболические расстройства), сигнал о потребности в энергии реализуется через гормон глюкагон альфа-клеток поджелудочной железы и гормон адреналин, поступающий в кровь из хромаффинных клеток мозговой доли надпочечников. В ответ на низкий уровень глюкозы в крови глюкагон крови взаимодействует с рецепторами на плазменных мембранах клеток печени. Их комплекс активирует аденилатциклазу, что приводит к активации гликоген фосфорилазы и инактивации гликоген синтазы.
