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.
ВЗАИМОСВЯЗЬ ОБМЕНА УГЛЕВОДОВ, ЖИРОВ, БЕЛКОВ В ОРГАНИЗМЕ ЖВАЧНЫХ ЖИВОТНЫХ
В учебных пособиях для более детального изложения вопросы обмена углеводов, жиров, белков обычно излагаются обособленно. В реальности основные обмены веществ в организме животного представляют собой единство биохимических процессов. При этом основная стратегия всего клеточного метаболизма организма жвачного животного состоит в получении энергии в виде макроэргических соединений, в первую очередь, из углеводов. Доля углеводов в суточном рационе жвачных животных достигает 80%. Окисление 1 г глюкозы до СО2 и Н2О дает образование 4,2 ккал (17,6 кДж) энергии.
Носителями энергии являются углеводы, жиры, белки кормов. Независимо от их органического строения, получение заключенной в их химических связях энергии достигается только путем окислительновосстановительного распада в ферментативных реакциях биологического окисления. При этом универсальным получаемым макроэргическим соединением – донором энергии является АТФ.
NH2
N
N
O O O
N
N CH2 O P O P O P OH
O
OH OH OH
H H
HO OH
АТФ
Единство метаболизма углеводов, жиров, белков выражается в наличии одних и тех же метаболитов. Эта ситуация позволяет вовлекать продукты обмена углеводов в реакции обмена белков или жиров. Организм животного способен депонировать относительно небольшие количества углеводов в форме гликогена печени и мышц. Значительный избыток углеводов вызывает превращение углеводов в жиры с последующим их депонированием. Компоненты нейтральных жиров – жирные кислоты и глицерин – происходят из продуктов обмена углеводов. Избыток углеводов в организме может привести и к образованию дополнительных количеств холестерола, синтезирующегося из ацетилкоэнзима А.
Метаболические пути углеводов, белков, жиров претерпевают интеграцию. Так глюкозо-6-фосфат является перекрестком углеводного обмена в печени. Действительно, глюкозо-6-фосфат под влиянием
