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.
Увеличение количества этого иона вызывает активацию фосфорилазкиназы, которая в свою очередь повышает активность гликоген-фосфорилазы.
Дополнительно, активация фосфорилаз-киназы посредством Са+ , кальмодулин-зависимой протеинкиназы, и протеинкиназы С так же, как активация протеинкиназы С за счет диацилглицерола, может быть важной для инактивации гликоген-синтазы.
Адреналин способен так же стимулировать распад гликогена в скелетной мышце. Эта мышца имеет недостаток глюкагона, но имеет бета-адренэргические рецепторы. Циклический АМФ, продуцируемый в ответ на стимуляцию адреналином аденилатциклазы посредством бетаадренэргических рецепторов, приводит к конкурентной активации гликоген-фосфорилазы и инактивации гликогенсинтазы. Это не приводит, однако, к повышению уровня глюкозы в крови. В отличие от печени скелетная мышца имеет очень низкую активность глюкозо-6-фосфатазы, и поэтому в этой ткани цАМФ не угнетает гликолиз. Таким образом, роль адреналина в метаболизме гликогена в скелетной мышце – получение большего количества субстрата (глюкозо-6-фосфата) для гликолиза.
Различные стрессорные факторы (испуг, болезнь, голодание, снижение уровня глюкозы в крови) стимулируют реализацию кортикостероидного гормона кортизола. Кортизол действует на мышечную и жировую ткани, печень, чтобы обеспечить организм энергией при стрессе. Кортизол – сравнительно медленно действующий гормон – стероид, который изменяет метаболизм путем влияния на биосинтез определенных ферментов в его клетках-мишенях. В жировой ткани кортизол усиливает распад запасных триглицеридов и использование жирных кислот. При этом жирные кислоты окисляются в различных тканях, а глицерин вступает в процесс глюконеогенеза в печени. Кортизол стимулирует распад мышечных белков. Как результат активности кортизола аминокислоты периферических тканей превращаются в кетокислоты, вступающие в реакции глюконеогенеза. В печени кортизол усиливает глюконеогенез. Глюкоза, синтезируемая в печени, запасается в виде гликогена в печени или поступает в различные ткани как источник энергии. Окончательный итог действия кортизола – обеспечение нормального уровня глюкозы в крови и повышение запасов гликогена в печени для борьбы со стрессом. Подобный эффект имеет глюкагон и противоположный – инсулин.
