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.
Глюкагон может также угнетать использование глюкозы за счет гликолиза на уровне фосфофруктокиназы и пируват-киназы. Эти эффекты глюкагона с участием вторичного мессенджера цАМФ приводят к быстрому повышению уровня глюкозы в крови. Гипергликемия при этом не наблюдается, так как повышение уровня глюкозы сопровождается последующим снижением уровня глюкагона в крови.
Инсулин – наиболее важный пептидный гормон, обеспечивающий контроль метаболизма глюкозы, аминокислот, липидов. Его концентрация в крови повышается после кормления животного, а затем снижается. Повышение концентрации глюкозы в крови вызывает повышение секреции инсулина.
Принимая во внимание, что инсулин является главенствующим гормональным регулятором, удаляющим глюкозу из крови, различные системы должны защищать организм против гипогликемии. При падении концентрации глюкозы в крови возрастает секреция глюкагона. Высокий уровень глюкозы в крови приводит к снижению секреции глюкагона и усилению секреции инсулина поджелудочной железой. Эффекты глюкагона являются противоположными эффектам инсулина. Стимулируя распад резервов организма – гликогена печени и липидов жировой ткани, и стимулируя глюконеогенез, глюкагон способствует поддержанию должной концентрации глюкозы в случаях отсутствия кишечной абсорбции. Действие глюкагона направлено в первую очередь на клетки печени, а не на мышечную ткань.
После приема корма пропионовая кислота и аминокислоты из пищеварительного тракта являются основными субстратами для глюконеогенеза у жвачных. При голодании животного продукция глюкозы снижается, тогда как мобилизуются белки и липиды. Постоянная необходимость глюконеогенеза у жвачных объясняется сравнительно низким и постоянным отношением инсулин/глюкагон.
Адреналин мозговой доли надпочечников мобилизует гликоген печени различными механизмами. Во-первых, адреналин может проявлять свой эффект через стимуляцию продукции глюкагона альфа-клетками поджелудочной железы и угнетение секреции инсулина. Во-вторых, эффект адреналина на распад гликогена печени обусловлен альфаадренэргическими рецепторами и включает цАМФ-независимый механизм, а также бета-адренэргические рецепторы, обеспечивающие продукцию цАМФ.
Взаимосвязь адреналина с альфа-рецепторами плазматических мембран клеток печени приводит к получению инозитол-трифосфата и диацилглицерола, вторичных мессенджеров процесса. Образование этих компонентов в ответ на связывание адреналина с альфа-адренэргическими рецепторами напоминает образование цАМФ при связывании адреналина с бета-адренэргическими рецепторами. Инозитолтрифосфат стимулирует реализацию Са+ из внутриклеточных запасов.
