Образование глюкозы в печени

Углеводы | Университетская клиника

Образование глюкозы в печени

Углеводы – это органические соединения, которые широко распространены в природе как в животном, так и в растительном мире. Они действуют как резервный и поддерживающий материал в организме. Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. 

Сахара

Вещества, известные как «сахара» и «сахариды», характеризуются сладким вкусом. Они легко растворяются в воде. Такие углеводы содержат несколько гидроксильных групп и по крайней мере одну карбонильную группу (альдегид или кетон).

Они синтезируются в основном растениями из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, в котором исходным материалом является вода, поступающая через корневую систему из почвы, и углекислый газ (CO 2), присутствующий в воздухе.

 

Животные могут синтезировать некоторые углеводы из жиров и белков, но большинство животных углеводов имеют растительное происхождение. Углеводы – один из основных источников энергии (сжигание 1 г дает человеку около 4 ккал).

Углеводы, содержащиеся в пище человека, делятся на простые и сложные сахара.

Простые сахара

Простые сахара (моносахариды) включают: глюкозу (виноградный сахар), фруктозу (фруктовый сахар) и галактозу – она входит в состав дисахаридов, например, лактозы.

Глюкозу называют виноградным сахаром и тростниковым сахаром. Обычно такой сахар содержится в растительных продуктах, фруктовых соках – наиболее распространенный источник – виноградный сок. глюкозы во фруктах и ​​овощах увеличивается при созревании и снижается при длительном хранении. 

Виноградный сок

Глюкоза также содержится в картофеле и меде, она входит в состав сахарозы (сахароза, среди прочего, подслащивает напитки), крахмала и целлюлозы. Важной особенностью глюкозы является ферментация под действием дрожжей, используемых для производства вин и более крепких спиртов.

Фруктоза также присутствует во фруктах и ​​меде, который является сахаром намного более сладким, чем другие углеводы. Поэтому сиропы фруктозы, сделанные из кукурузного сиропа, в настоящее время широко используются в пищевой промышленности, в производстве напитков, десертов и т. д. 

Фруктоза

Наблюдаемое в настоящее время увеличение потребления фруктозы, из-за ее использования в производстве сладких продуктов, рассматривается как причина увеличения массы тела у детей и взрослых. 

Метаболический эффект фруктозы значительно отличается от метаболического эффекта глюкозы, что означает, что она не увеличивает выработку инсулина – гормона поджелудочной железы, и лептина – гормона сытости, секретируемого в основном жировой тканью. С другой стороны, фруктоза увеличивает синтез триглицеридов в печени, что способствует гипертриглицеридемии (повышенная концентрация триглицеридов в сыворотке крови).

Помимо моносахаридов, пища также содержит дисахариды, которые состоят из двух простых молекул сахара (сахарозы, лактозы и мальтозы).

Сахароза, обычно называемая «сахаром», представляет собой свекольный или тростниковый сахар, состоящий из молекул фруктозы и глюкозы.

Сахароза

Лактоза (молочный сахар) состоит из галактозы и глюкозы и, как следует из названия, в большем количестве присутствует в молоке.

Мальтоза – это сахар, состоящий из двух молекул глюкозы, в большом количестве он присутствует в солоде – «солодовый сахар» (в проросших зернах, особенно в ячмене, богатых ферментами, гидролизующими крахмал).

Его используют для производства детского питания, диетических добавок и конфет, а также при пивоварении, дистилляции и выпечке.

Сложные сахара

Сложные сахара, то есть полисахариды, включают: крахмал, содержащийся в качестве резервного вещества в картофеле и зерновых продуктах, в корнеплодах и фруктах, и гликоген – резервный материал в тканях животных.

Крахмал картофельный

Крахмал – это трудноусвояемый сахар, поэтому продукты, содержащие этот полисахарид, перед употреблением следует подвергать термической обработке – варке, запеканию, жарке, которая расщепляет крахмал на более простые сахара (декстрины), растворимые в воде и легче усваиваемые.

Гликоген содержится в основном в мышцах и печени животных. В организме он может быть синтезирован из простых сахаров, органических кислот и частей аминокислот, не содержащих азот, и хранится в печени, мышцах, почках, сердечной мышце, мозге и тромбоцитах. В организме человека примерно 350–450 г гликогена.

Полисахариды также включают пищевые волокна, в том числе целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозы, пектины и другие соединения.

Эти вещества не перевариваются в пищеварительном тракте человека, а это означает, что они не усваиваются и, следовательно, не превращаются в питательные вещества и энергию.

Их особенность в том, что они раздражают стенки кишечника и стимулируют его перистальтические движения, что ускоряет выведение каловых масс. Это предотвращает запоры, дивертикулез кишечника и воспаления в кишечнике, геморрой и рак толстой кишки. 

Пища, богатая пищевыми волокнами, имеет большой объем, поэтому она обладает сытным эффектом – усиливает чувство сытости, например, после употребления большого количества фруктов и овощей или темного хлеба. 

Пища, богатая пищевыми волокнами

Пищевые волокна снижают концентрацию глюкозы и холестерина в сыворотке крови, поэтому рекомендуется употреблять их в количестве 20–40 г/сут, запивая большим количеством воды – 1,5–2,0 л в сутки. Вода необходима для набухания волокон в кишечнике. 

Много пищевых волокон содержится в отрубях и зерновых продуктах, полученных из цельного зерна, бобовых, капусте, салате, перце и сухофруктах.

Переваривание углеводов

Переваривание углеводов, особенно крахмала, начинается в полости рта под воздействием фермента, содержащегося в слюне – α-амилазы слюны. Процесс идет только при щелочном pH, оптимум pH 6,0–7,0). Здесь крахмал гидролизуется до мальтозы, мальтотриозы и декстринов. 

Попадая в желудок, пища приобретает кислую среду, в которой амилаза слюны инактивируется. В желудке происходит только частичный гидролиз дисахаридов сахарозы и мальтозы. Дальнейшее переваривание углеводов происходит в тонком кишечнике. 

Гидролиз дисахаридов

В двенадцатиперстной кишке пищеварение происходит при участии α-амилазы поджелудочной железы – углеводы гидролизуются до декстринов и дисахаридов. Кишечный сок содержит ферменты: глюкоамилазу и гликозидазы, а также лактазу, сахаразу и мальтазу, которые переваривают углеводы в простые сахара. 

Около 50% глюкозы уже всасывается в двенадцатиперстной кишке, а остальная часть из тощей кишки попадает в кровь в воротной вене. Поглощенные простые сахара попадают в печень через кровоток. Там большая часть гексоз превращается в глюкозу – часть попадает в кровоток, часть окисляется в печени, а часть превращается в гликоген, сохраняясь в качестве резервного материала.

Роль углеводов в организме человека

Углеводы играют в организме человека множество важных функций:

  • Являются основным источником энергии для тела (сжигание 1 г дает 4 ккал). Глюкоза является единственным источником энергии для мозга, нервного ядра и эритроцитов и используется в качестве энергетического субстрата мышечной тканью, печенью, сердцем, почками и кишечником. Углеводы обеспечивают около 50-60% энергии в повседневной пище и придают пище органолептические свойства.
  • Необходимы для окисления жирных кислот до СО2 и воды (в случае недостаточного количества усвояемых углеводов –

Источник: https://unclinic.ru/uglevody/

Метаболизм углеводов

Образование глюкозы в печени

Углеводы – это органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Термин «сахара» (сахариды) часто используется как синоним углеводов. Углеводы делятся на 4 группы в зависимости от количества мономерных звеньев – моносахаридов, дисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов.

Углеводы выполняют различные функции в живых организмах. Полисахариды также служат компонентами накопления энергии (например, целлюлоза в растениях и хитин у членистоногих). Источниками углеводов для человека служат фрукты, сладости, напитки, хлеб, макароны, картофель, рис, цельные зерна, бобовые и многое другое.

Углеводы являются основным источником энергии для живых организмов.

Углеводный обмен

Углеводы являются наиболее важным источником энергии для организма, на которые приходится 50-60% от общего расхода энергии. Они также участвуют в создании гликопротеинов и гликолипидов, которые выполняют важные регуляторные функции в организме.

Основными группами углеводов, которые принимаются с пищей, являются:

  • полисахариды – крахмал в растительных продуктах, гликоген в животных и т.д.;
  • дисахариды – сахароза и лактоза;
  • моносахарид – фруктоза.

Они перевариваются в пищеварительной системе до D-изомеров моносахаридов глюкозы, фруктозы и галактозы. Глюкоза и галактоза абсорбируются через эпителий тонкой кишки за счет вторично-активного транспорта, а фруктоза – за счет облегченной диффузии.

Как только они попадают в кровообращение, они достигают всех клеток в организме. Поступление глюкозы из внеклеточной среды в клетки происходит путем облегченной диффузии из-за наличия значительного градиента концентрации. Глюкоза больше электролитов и гидрофильна.

По этой причине она может проходить через мембраны тканей и клеток.

Попав в клетки, глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат с помощью фермента гексокиназы, а в печени – с помощью глюкозо-киназы.

Ферментативное действие глюкокиназы характеризуется увеличением эффективности подъема концентрации глюкозы от 5 до 10 ммоль / л.

 Инсулин стимулирует экспрессию глюкокиназы, а длительное голодание и диабет оказывают противоположное действие – эти условия приводят к снижению выработки ферментов.

Глюкозо-6-фосфат также получают путем разрушения собственных запасов гликогена. 

Наибольшее количество гликогена находится в печени. Гликогенолиз регулируется соотношением анаболических и катаболических гормонов или, другими словами, соотношением инсулина к адреналину и глюкагону.

Под влиянием глюкагона и адреналина в печени активируется аденилатциклаза и стимулируется образование циклического аденозинмонофосфата (цАМФ).

В результате фермент фосфорилаза В превращается в свою активную форму, фосфорилазу А, которая стимулирует расщепление гликогена. Влияние инсулина на гликогенолиз противоположное.

Гликоген расщепляется до глюкозо-1-фосфата, который превращается в глюкозо-6-фосфат. Полученный глюкозо-6-фосфат может быть направлен либо на деградацию, либо на синтез. Из-за присутствия фермента глюкозо-6-фосфатазы в клетке печени, при необходимости, глюкозо-6-фосфат может быть источником глюкозы для кровообращения, тем самым буферизуя уровень глюкозы в плазме.

Катаболические процессы углеводов

Гликолиз является основным катаболическим путем расщепления глюкозы. Это ряд цитоплазматических реакций, в которых глюкоза разлагается до пирувата, сопровождающихся синтезом и высвобождением АТФ. Гликолиз – самый древний механизм извлечения энергии из органического вещества.

Это катаболическая цепь из десяти реакций, в которых одна молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пирувата, сопровождающиеся синтезом 2 молекул АТФ и восстановлением 2 молекул никотинамидадениндинуклеотида (НАД + до НАДН).

Получающийся в результате пируват входит в цикл трикарбоновых кислот, который является общим конечным путем катаболизма углеводов, жиров и белков.

Во время цикла Кребса образуются 2 молекулы углекислого газа, четыре пары атомов H переносятся в дыхательную цепь в митохондриях и окисляются до 4 молекул воды путем окислительного фосфорилирования, что оптимально дает 36-38 молекул АТФ. Цикл Кребса гораздо более эффективен для обмена энергией в организме, но это возможно только в аэробных условиях.

В организме есть еще один дополнительный путь расщепления глюкозы. Это пентозофосфатный маршрут или маршрут Эмбден-Майерхофа. 30% всасывания глюкозы в печени и жировых клетках происходит таким образом. Образуются восстановительные элементы, необходимые для липогенеза. Также образуются пентозы, которые нужны для синтеза нуклеотидов.

Анаболические процессы углеводов

Анаболические процессы в углеводном обмене включают синтез гликогена (гликогенез), который осуществляется в клетках печени и мышц. Этот процесс контролируется инсулином, который стимулирует комплекс ферментов гликогенсинтазы.

Глюкоза может синтезироваться в небольшой степени и в почках трикарбонатных предшественников пирувата, лактата и глицерина и частично из углеводородного скелета аминокислот.

Этот процесс называется глюконеогенез и стимулируется несколькими гормонами – глюкокортикоидами, глюкагоном и тиреоидными гормонами.

Поддержание уровня глюкозы в крови

В физиологических условиях концентрация глюкозы в крови в организме поддерживается на уровне 3,9–6,1 ммоль / л, что обусловлено наличием стабильной и тонкой системы гормональных механизмов. Понижение уровня сахара в крови ниже определеного предела называется гипогликемией, а повышение – гипергликемией.

Механизмы поддержания уровня глюкозы в крови:

  • адекватное потребление углеводов с пищей – это важный гомеостатический фактор;
  • функция глюкозы печени – благодаря ферменту глюкозо-6-фосфатазы печень может обеспечить плазму необходимым количеством глюкозы (когда уровни глюкозы в крови снижаются, первоначально увеличивается деструкция гликогена, и после истощения его запасов активируются ферменты глюконеогенеза в печени и почках и запускается производство глюкозы из неуглеводных источников);
  • гормональные механизмы – единственным гормоном, который снижает уровень сахара в крови, является инсулин.

Основными гормонами, которые противодействуют ему, являются глюкагон, адреналин, кортизол, гормон роста и гормоны щитовидной железы. Как видите, количество гормонов, противодействующих инсулину, очень велико. Это связано с тем, что нейроны чрезвычайно чувствительны к гипогликемии и снижению уровня сахара в крови ниже 2,3 ммоль / л, что приводит к коме и падению ниже 1 ммоль / л к смерти мозга. Вещества, которые противодействуют гипогликемии, включены в другую последовательность. Самое раннее изменение – снижение секреции инсулина. Секреция адреналина и глюкагона затем увеличивается. По мере углубления гипогликемии увеличивается симпатоадреналовый ответ, повышается секреция кортизола и гормона роста.

Поддержание уровня глюкозы в крови связано с одновременным вовлечением многих сложных нервно-рефлекторных и гормональных механизмов. В гипоталамусе находятся нейроны, которые активируются концентрацией глюкозы, а также нейроны, которые им ингибируются. Эти нейроны играют роль глюкорецепторов и в условиях гипогликемии важны для нормализации концентрации глюкозы в плазме.

Источник: http://medicine-simply.ru/just-medicine/metabolizm-uglevodov

Глюконеогенез – это что такое? Регуляция процесса, ферменты

Образование глюкозы в печени

Одним из значимых процессов в организме является глюконеогенез. Это название метаболического пути, который приводит к тому, что из неуглеводных соединений (пирувата, в частности) образуется глюкоза.

Каковы его особенности? Как данный процесс регулируется? Есть множество важных нюансов, касающихся данной темы, и сейчас стоит уделить им внимание.

Определение

Итак, глюконеогенез – это процесс синтеза глюкозы из веществ, имеющих не углеводную природу происхождения. Протекает он преимущественно в печени, чуть менее интенсивно – в почечном корковом веществе и кишечной слизистой оболочке.

Данный процесс включает все обратимые реакции гликолиза с особыми обходными путями. Выражаясь простым языком, он повторяет реакции окисления глюкозы не полностью. Что получается? Глюконеогенез – это процесс, способный протекать во всех тканях. Исключение составляет только 6-фосфатазная реакция. Она протекает лишь в почках и печени.

Общие особенности

Глюконеогенез – это процесс, который происходит у микроорганизмов, грибов, растений и животных. Интересно, что его реакции одинаковы для всех биологических видов и тканей.

Важнейшие предшественники глюкозы у животных – это трехуглеродные соединения. К таковым относится глицерол, пируват, лактат и аминокислоты.

Образованная в процессе глюконеогенеза глюкоза транспортируется в кровь, а оттуда – к другим тканям. Что дальше? После физических нагрузок, которым был подвержен организм, образованный в скелетных мышцах лактат снова отправляется в печень. Там он превращается в глюкозу. Она, в свою очередь, опять поступает в мышцы, либо преобразуется в гликоген.

Весь описанный круговорот именуется циклом Кори. Это своеобразная совокупность ферментативных биохимических процессов, в ходе которых лактат транспортируется из мышц в печень и далее превращается в глюкозу.

Субстраты

Обсуждая специфику регуляции гликолиза и глюконеогенеза, нужно затронуть вниманием и эту тему. Субстраты – это реагенты, образующие питательную среду. В случае с глюконеогенезом в их роли выступают:

  • Пировиноградная кислота (ПВК). Без нее невозможно переваривание углеводов и обмен аминокислот.
  • Глицерин. Отличается сильным дегидратирующим свойством.
  • Молочная кислота. Является важнейшим участником регуляторных обменных процессов.
  • Аминокислоты. Они являются главным строительным материалом любого живого организма, в том числе и человеческого.

Включение этих элементов в процесс глюконеогенеза зависит от того, в каком физиологическом состоянии пребывает организм.

Они, на самом деле, полностью повторяют стадии гликолиза (окисление глюкозы), но только в обратном направлении. Катализация осуществляется теми же ферментами.

Исключение составляют четыре реакции – превращения пирувата в оксалоацетат, глюкозо-6-фосфата в чистую глюкозу, фруктозо-1,6-дифосфата в фруктозо-6-фосфат, а также оксалоацетата в фосфоенолпируват.

Хочется оговориться, что оба процесса регулируются реципрокно. То есть если клетка в достаточной степени снабжена энергией, то гликолиз останавливается. Что происходит после этого? Запускается глюконеогенез! То же самое и в обратном направлении. Когда активируется гликолиз, останавливается глюконеогенез в печени и почках.

Регуляция

Еще один важнейший нюанс рассматриваемой темы. Что можно сказать о регуляции глюконеогенеза? Если бы он происходил одновременно с гликолизом на большой скорости, то в результате бы сильно увеличился расход АТР, и началось бы образовываться тепло.

Эти процессы взаимосвязаны. Если, например, увеличивается поток глюкозы, проходящий через гликолиз, то количество пирувата, идущего через глюконеогенез, спадает.

Отдельно нужно поговорить о глюкозо-6-фосфате. У этого элемента, к слову, есть и другое название. Также его именуют фосфолированной глюкозой. Во всех клетках данное вещество образуется в процессе гексокиназной реакции, а в печени – в ходе фосфоролиза. Также оно может появиться в результате ГНГ (в тонком кишечнике, мышцах) или по итогам унификации моносахаридов (печени).

Как используется глюкозо-6-фосфат? Сначала синтезируется гликоген. Потом он дважды окисляется: первый раз в анаэробных или аэробных условиях, а второй – в пентозофосфатном пути. И уже после этого превращается непосредственно в глюкозу.

Роль в организме

О функции глюконеогенеза необходимо рассказать в отдельности. Как всем известно, в человеческом организме при голодании активно используются запасы питательных веществ. К таковым относятся жирные кислоты и гликоген. Эти вещества расщепляются до неуглеводных соединений, кетокислот и аминокислот.

Большая часть этих соединений из организма не выводится. Происходит реутилизация. Кровью эти вещества транспортируются из других тканей в печень, а затем используются в процессе глюконеогенеза, чтобы синтезировалась глюкоза. А она является ключевым источником энергии.

Какой вывод? Функция глюконеогенеза – поддержание в организме нормального уровня глюкозы при интенсивных нагрузках и долгом голодании. Постоянное поступление данного вещества необходимо эритроцитам и нервной ткани. Если вдруг запасы организма истощатся, то выручит глюконеогенез. Ведь этот процесс – основной поставщик энергетических субстратов.

Алкоголь и глюконеогенез

Данному сочетанию необходимо уделить внимание, раз тема изучается с медицинской и биологической точек зрения.

Если человек употребляет большое количество алкоголя, то происходящий в печени глюконеогенез сильно замедляется. Результатом становится уменьшение содержащейся в крови глюкозы. Данное состояние именуется гипогликемией.

Выпив спиртное на пустой желудок, либо после тяжелых физических нагрузок, можно спровоцировать понижение уровня глюкозы до 30 % от нормы.

Разумеется, это состояние негативно отразится на мозговой функции. Оно очень опасно, в особенности для тех областей, которые держат под контролем температурные показатели тела. Ведь из-за гипогликемии они могут понизиться на 2 °С и больше, а это очень серьезная динамика. Но если человеку в таком состоянии дать раствор глюкозы, то температура быстро нормализуется.

Голодание

Примерно через 6 часов после его начала, глюконеогенез начинает стимулироваться глюкагоном (одноцепочечный полипептид, который составляет 29 аминокислотных остатков).

Но активным данный процесс становится лишь на 32-й час. Просто в этот момент к нему подключается кортизол (катаболический стероид). После этого начинают расщепляться белки мышц и прочие ткани. Они превращаются в аминокислоты, являющиеся предшественниками глюкозы в процессе глюконеогенеза.Это атрофия мышц.

Для организма она является вынужденной мерой, на которую ему приходится идти, дабы мозг получил определенную порцию глюкозы, необходимую для функционирования. Именно поэтому очень важно, чтобы больные люди, восстанавливающиеся после операций и болезней, получали хорошее дополнительное питание.

Если этого не будет, то мышцы и ткани начнут истощаться.

Клиническое значение

Выше было вкратце рассказано о реакциях глюконеогенеза и прочих особенностях данного процесса. Напоследок стоит обсудить клиническое значение.

Если снизится использование лактата в качестве субстрата, необходимого для глюконеогенеза, то будут последствия: понижение рН крови и последующее развитие лактатацидоза. Произойти это может из-за дефекта ферментов глюконеогенеза.

Следует оговориться, что недолговременный лактоацидоз может одолеть и здоровых людей. Случается это при условии интенсивной мышечной работы. Но тогда данное состояние быстро компенсируется гипервентиляцией легких и выведением из организма углекислого газа.

К слову, на глюконеогенез оказывает влияние и этанол. Его катаболизм чреват увеличением количества NADH, а это отражается на равновесии в лактатдегидрогеназной реакции. Оно просто смещается в сторону образования лактата. Также из-за этого снижается образование пирувата. Итогом становится замедление всего процесса глюконеогенеза.

Источник: https://FB.ru/article/466688/glyukoneogenez---eto-chto-takoe-regulyatsiya-protsessa-fermentyi

О вашем здоровье
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: