48. Особенности обмена глюкозы в разных органах и клетках: эритроциты, мозг, мышцы, жировая ткань, печень.
Метаболизм глюкозы в эритроцитах. Эритроциты лишены митохондрий, поэтому в качестве энергетического материала они могут использовать только глюкозу. В эритроцитах катаболизм глюкозы обеспечивает сохранение структуры и функции гемоглобина, целостность мембран и образование энергии для работы ионных насосов. Глюкоза поступает в эритроциты путём облегчённой диффузии с помощью ГЛЮТ-2. Около 90% поступающей глюкозы используется в анаэробном гликолизе, а остальные 10% — в пентозофосфатном пути. Конечный продукт анаэробного гликолиза лактат выходит в плазму крови и используется в других клетках, прежде всего гепатоцитах. АТФ, образующийся в анаэробном гликолизе, обеспечивает работу Nа + , К+-АТФ-азы и поддержание самого гликолиза, требующего затраты АТФ в гексокиназной и фосфофруктокиназной реакциях. Важная особенность анаэробного гликолиза в эритроцитах по сравнению с другими клетками — присутствие в них фермента бисфосфоглицератмутазы. Бисфосфоглицератмутаза катализирует образование 2,3-бисфосфоглицерата из 1,3-бисфосфоглицерата. Образующийся только в эритроцитах 2,3-бисфосфоглицерат служит важным аллостерическим регулятором связывания кислорода гемоглобином. Глюкоза в эритроцитах используется и в пентозофосфатном пути, окислительный этап которого обеспечивает образование кофермента NADPH, необходимого для восстановления глу-татиона.
Метаболизм глюкозы в печени.Основная рольпеченив углеводном обмене заключается в обеспечении постоянстваконцентрацииглюкозывкрови. Это достигается регуляцией междусинтезом и распадом гликогена, депонируемого впечени. Впеченисинтез гликогенаи его регуляция в основном аналогичны тем процессам, которые протекают в других органах итканях, в частности вмышечной ткани.Синтез гликогенаизглюкозыобеспечивает в норме временный резервуглеводов, необходимый для поддержанияконцентрацииглюкозывкровив тех случаях, если ее содержание значительно уменьшается (например, у человека это происходит при недостаточном поступленииуглеводовс пищей или в период ночного «голодания»). Необходимо подчеркнуть важную рольферментаглюкокиназы в процессе утилизацииглюкозыпеченью. Глюкокиназа, подобногексокиназе, катализируетфосфорилированиеглюкозыс образованием глюкозо-6-фосфата, при этомактивностьглюкокиназы впеченипочти в 10 раз превышаетактивностьгексокиназы. Важное различие между этими двумяферментамизаключается в том, что глюкокиназа в противоположностьгексокиназеимеет высокое значение КМ дляглюкозыи не ингибируется глюкозо-6-фосфатом. Считают, что основная рольпечени– расщеплениеглюкозы– сводится прежде всего к запасанию метаболитов-предшественников, необходимых длябиосинтеза жирных кислотиглицерина, и в меньшей степени кокислениюее до СО2 и Н2О. Синтезированные впеченитриглицериды в норме выделяются вкровьв составелипопротеинови транспортируются вжировую тканьдля более «постоянного» хранения. Вреакцияхпентозофосфатного пути впечениобразуется НАДФН, используемый для восстановительныхреакцийв процессах синтезажирных кислот,холестеринаи другихстероидов. Кроме того, при этом образуются пентозофосфаты, необходимые для синтезануклеиновых кислот. Наряду с утилизациейглюкозывпеченипроисходит и ее образование. Непосредственным источникомглюкозывпеченислужитгликоген.Распад гликогенавпеченипроисходит в основном фосфоролитическим путем. В регуляции скоростигликогенолизавпеченибольшое значение имеет система циклическихнуклеотидов. Кроме того,глюкозавпечениобразуется также в процессеглюконеогенеза.
Метаболизм глюкозы в мозгу.Основнымсубстратомдыханиямозговойтканиявляетсяглюкоза. В 1 мин 100 гтканимозга потребляют в среднем 5 мгглюкозы. Подсчитано, что более 90% утилизируемойглюкозывтканимозга окисляется до СО2и Н2О при участиицикла трикарбоновых кислот. В физиологических условиях роль пентозофосфатного путиокисленияглюкозыв мозговойтканиневелика, однако этот путьокисленияглюкозыприсущ всемклеткамголовного мозга. Образующаяся в процессепентозофосфатного циклавосстановленная форма НАДФ (НАДФН) используется для синтезажирных кислотистероидов. Междуглюкозойигликогеноммозговойтканиимеется тесная связь, выражающаяся в том, что при недостаточном поступленииглюкозыизкровигликогенголовного мозга является источникомглюкозы, аглюкозапри ее избытке – исходным материалом длясинтеза гликогена.Распад гликогенав мозговойтканипроисходит путем фосфоролиза с участием системыцАМФ. Однако в целом использованиегликогенав мозге по сравнению сглюкозойне играет существенной роли в энергетическом отношении, так как содержаниегликогенав головном мозге невелико. Наряду с аэробнымметаболизмом углеводовмозговаятканьспособна к довольно интенсивному анаэробномугликолизу. Значение этого явления пока недостаточно ясно, ибогликолизкак источник энергии ни в коей мере не может сравниться по эффективности с тканевымдыханиемв головном мозге.
Метаболизм глюкозы в мышцах.При работе умеренной интенсивности мышца может покрывать свои энергетические затраты за счет аэробногометаболизма. Однако при больших нагрузках, когда возможность снабжениякислородомотстает от потребности в нем, мышца вынуждена использовать гликолитический путь снабжения энергией. При интенсивной мышечной работе скорость расщеплениягликогенаилиглюкозыс образованиеммолочной кислотыувеличивается в сотни раз. Соответственно содержаниемолочной кислотывмышечной тканиможет повышаться до 1,0–1,2 г/кг и более. С токомкровизначительное количествомолочной кислотыпоступает впечень, где ресинтезируется вглюкозуигликоген(глюконеогенез) за счет энергии окислительных процессов.
Метаболизм глюкозы в жировой ткани. В адипоцитах для обеспечения реакций синтеза жира распад глюкозы идёт по двум путям: гликолиз, обеспечивающий образование глицерол-3-фосфата и ацетил-КоА, и пентозофосфатный путь, окислительные реакции которого обеспечивают образование NADPH, служащего донором водорода в реакциях синтеза жирных кислот.
Читайте также: Ткань сатин жаккард в розницу
Особенности обмена глюкозы в разных тканях эритроциты мозг печень
Название работы: Особенности обмена глюкозы в разных органах и клетках: эритроциты, мозг, мышцы, жировая ткань, печень
Предметная область: Биология и генетика
Описание: Метаболизм глюкозы в эритроцитах. В эритроцитах катаболизм глюкозы обеспечивает сохранение структуры и функции гемоглобина целостность мембран и образование энергии для работы ионных насосов. Около 90 поступающей глюкозы используется в анаэробном гликолизе а остальные 10 в пентозофосфатном пути.
Особенности обмена глюкозы в разных органах и клетках: эритроциты, мозг, мышцы, жировая ткань, печень.
Метаболизм глюкозы в эритроцитах . Эритроциты лишены митохондрий, поэтому в качестве энергетического материала они могут использовать только глюкозу. В эритроцитах катаболизм глюкозы обеспечивает сохранение структуры и функции гемоглобина, целостность мембран и образование энергии для работы ионных насосов. Глюкоза поступает в эритроциты путём облегчённой диффузии с помощью ГЛЮТ-2. Около 90% поступающей глюкозы используется в анаэробном гликолизе, а остальные 10% — в пентозофосфатном пути. Конечный продукт анаэробного гликолиза лактат выходит в плазму крови и используется в других клетках, прежде всего гепатоцитах. АТФ, образующийся в анаэробном гликолизе, обеспечивает работу Nа+, К+-АТФ-азы и поддержание самого гликолиза, требующего затраты АТФ в гексокиназной и фосфофруктокиназной реакциях. Важная особенность анаэробного гликолиза в эритроцитах по сравнению с другими клетками — присутствие в них фермента бисфосфоглицератмутазы. Бисфосфоглицератмутаза катализирует образование 2,3-бисфосфоглицерата из 1,3-бисфосфоглицерата. Образующийся только в эритроцитах 2,3-бисфосфоглицерат служит важным аллостерическим регулятором связывания кислорода гемоглобином. Глюкоза в эритроцитах используется и в пентозофосфатном пути, окислительный этап которого обеспечивает образование кофермента NADPH, необходимого для восстановления глу-татиона.
Метаболизм глюкозы в печени. Основная роль печени в углеводном обмене заключается в обеспечении постоянства концентрации глюкозы в крови . Это достигается регуляцией между синтезом и распадом гликогена , депонируемого в печени . В печени синтез гликогена и его регуляция в основном аналогичны тем процессам, которые протекают в других органах и тканях , в частности в мышечной ткани . Синтез гликогена из глюкозы обеспечивает в норме временный резерв углеводов , необходимый для поддержания концентрации глюкозы в крови в тех случаях, если ее содержание значительно уменьшается (например, у человека это происходит при недостаточном поступлении углеводов с пищей или в период ночного «голодания»). Необходимо подчеркнуть важную роль фермента глюкокиназы в процессе утилизации глюкозы печенью . Глюкокиназа, подобно гексокиназе , катализирует фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата, при этом активность глюкокиназы в печени почти в 10 раз превышает активность гексокиназы . Важное различие между этими двумя ферментами заключается в том, что глюкокиназа в противоположность гексокиназе имеет высокое значение КМ для глюкозы и не ингибируется глюкозо-6-фосфатом. Считают, что основная роль печени расщепление глюкозы сводится прежде всего к запасанию метаболитов-предшественников, необходимых для биосинтеза жирных кислот и глицерина , и в меньшей степени к окислению ее до СО2 и Н2О. Синтезированные в печени триглицериды в норме выделяются в кровь в составе липопротеинов и транспортируются в жировую ткань для более «постоянного» хранения. В реакциях пентозофосфатного пути в печени образуется НАДФН, используемый для восстановительных реакций в процессах синтеза жирных кислот , холестерина и других стероидов . Кроме того, при этом образуются пентозофосфаты, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот . Наряду с утилизацией глюкозы в печени происходит и ее образование. Непосредственным источником глюкозы в печени служит гликоген . Распад гликогена в печени происходит в основном фосфоролитическим путем. В регуляции скорости гликогенолиза в печени большое значение имеет система циклических нуклеотидов . Кроме того, глюкоза в печени образуется также в процессе глюконеогенеза .
Метаболизм глюкозы в мозгу. Основным субстратом дыхания мозговой ткани является глюкоза . В 1 мин 100 г ткани мозга потребляют в среднем 5 мг глюкозы . Подсчитано, что более 90% утилизируемой глюкозы в ткани мозга окисляется до СО2 и Н2О при участии цикла трикарбоновых кислот . В физиологических условиях роль пентозофосфатного пути окисления глюкозы в мозговой ткани невелика, однако этот путь окисления глюкозы присущ всем клеткам головного мозга. Образующаяся в процессе пентозофосфатного цикла восстановленная форма НАДФ (НАДФН) используется для синтеза жирных кислот и стероидов . Между глюкозой и гликогеном мозговой ткани имеется тесная связь, выражающаяся в том, что при недостаточном поступлении глюкозы из крови гликоген головного мозга является источником глюкозы , а глюкоза при ее избытке исходным материалом для синтеза гликогена . Распад гликогена в мозговой ткани происходит путем фосфоролиза с участием системы цАМФ . Однако в целом использование гликогена в мозге по сравнению с глюкозой не играет существенной роли в энергетическом отношении, так как содержание гликогена в головном мозге невелико. Наряду с аэробным метаболизмом углеводов мозговая ткань способна к довольно интенсивному анаэробному гликолизу . Значение этого явления пока недостаточно ясно, ибо гликолиз как источник энергии ни в коей мере не может сравниться по эффективности с тканевым дыханием в головном мозге.
Читайте также: Соединительная ткань таблица рыхлая волокнистая
Метаболизм глюкозы в мышцах. При работе умеренной интенсивности мышца может покрывать свои энергетические затраты за счет аэробного метаболизма . Однако при больших нагрузках, когда возможность снабжения кислородом отстает от потребности в нем, мышца вынуждена использовать гликолитический путь снабжения энергией. При интенсивной мышечной работе скорость расщепления гликогена или глюкозы с образованием молочной кислоты увеличивается в сотни раз. Соответственно содержание молочной кислоты в мышечной ткани может повышаться до 1,01,2 г/кг и более. С током крови значительное количество молочной кислоты поступает в печень , где ресинтезируется в глюкозу и гликоген ( глюконеогенез ) за счет энергии окислительных процессов.
Метаболизм глюкозы в жировой ткани . В адипоцитах для обеспечения реакций синтеза жира распад глюкозы идёт по двум путям: гликолиз, обеспечивающий образование глицерол-3-фосфата и ацетил-КоА, и пентозофосфатный путь, окислительные реакции которого обеспечивают образование NADPH, служащего донором водорода в реакциях синтеза жирных кислот.
Особенности обмена глюкозы в разных тканях эритроциты мозг печень
Источники энергетического обеспечения эритроцитов
Эритроцит является метаболически активной клеткой и содержит более 40 различных ферментов. Энергетическое обеспечение эритроцита осуществляется за счет утилизации глюкозы в реакциях анаэробного гликолиза. Эффективность гликолиза характеризуется образованием двух молекул АТФ на одну молекулу глюкозы, однако это небольшое количество энергии обеспечивает эритроциту выполнение всех его функций.
Основная доля энергии АТФ расходуется в эритроцитах на транспорт ионов, функционирование АТФ-азных систем и поддержание электролитного баланса клетки. Макроэргические фосфатные связи АТФ необходимы также и для инициации реакций гликолиза и пентозофосфатного цикла.
Наиболее важные реакции гликолиза протекают с участием следующих ферментов: гексокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. Отличительной особенностью гликолиза в эритроцитах по сравнению с другими клетками является выработка значительного количества 2,3-дифосфоглицериновой кислоты, регулирующей кислородосвязывающую функцию гемоглобина.
Кроме гликолиза в эритроцитах происходит прямое окисление глюкозы в пентозофосфатном цикле, на долю которого приходится 10 – 11 % всего энергетического метаболизма клетки. Ключевыми ферментами пентозофосфатного цикла являются глюкозо-6-фосфат-дегидротеназа, 6-фосфоглюконатдегидрогеназа. В процессе пентозофосфатного окисления глюкозы образуется восстановленная форма кофермента НАДФ, использующаяся для восстановления глутатиона – основного компонента антиоксидантной системы эритроцита.
Главной функциональной группой глутатиона является сульфгидрильная группа, водород которой обеспечивает нейтрализацию органических и неорганических окислителей, действующих на мембрану эритроцита, и защищает липиды мембраны от свободнорадикального окисления.
Вышеизложенное делает очевидным большую значимость для поддержания стабильности эритроцитарной мембраны, интенсивности гликолитических реакций, обеспечивающих образование АТФ и соответственно полноценное функционирование АТФ-азных систем и трансмембранный перенос ионов, а также состояние пентозного цикла окисления глюкозы и образование достаточного количества НАДФН2.
В условиях врожденной или приобретенной недостаточности энергообеспечения эритроцитов при нарушении активности гликолитических ферментов, а также ферментов пентозофосфатного окисления глюкозы возникает дестабилизация эритроцитарной мембраны, изменение формы эритроцита и гемолиз.
Как известно, отличительными особенностями структуры и, соответственно, метаболизма эритроцитов являются отсутствие ядра, рибосомального аппарата, в связи с чем эритроциты не обладают белок-синтетической функцией. В эритроцитах отсутствуют митохондрии, система цитохром и соответственно отсутствует цикл трикарбоновых кислот. Эритроцит не воспроизводит De novo нуклеиноыве кислотиы и липиды. Основным источником энергии для эритроцитов является глюкоза, метаболизирующаяся по двум основным путям: путь Эмбдена-Мейергофа и в гексозомонофосфатный путь.
Лишенный глюкозы эритроцит деградирует, переходит в эхиноцит, сфероцит и затем подвергается осмотическому лизису, поскольку теряет способность поддерживать градиент натрия и калия, в то же время накапливает окисленный глутатион и метгемоглобин в условиях окислительного стресса.
Читайте также: Терморезак для ткани srt kd series
Метаболизм глюкозы в пути Эмбдена-Мейергофа заканчивается образованием пирувата или лактата. Проникновение глюзозы в эритроцит происходит довольно быстро с помощью неиндентифицированного переносчика мембраны клеток. Концентрация глюкозы в эритроцитах такая же, как и в плазме крови. Основные стадии пути Эмбдена-Мейергофа включают: фосфорилирование глюкозы при участии АТФ и гексокиназы.
Дефицит гексокиназы может быть одной из причин наследственной гемолитической анемии. Продукт гексокиназной реакции (глюкозо-6-фосфат) трасформирется в глюкозо-1-фосфат при участии фосфоглюкомутазы, а также находится в рановесии с фруктозо-6-фосфат вследствие глюкозофосфатизомеразной реакции (ГФИ), имеющей большое метаболическое значение. Дефицит ГФИ является причиной достаточно часто возникающей наследственной несфероцитарной гемолитической анемии. Третья стадия в пути Эмбдена-Мейергофа включает фосфорилирование фруктозо-6-фосфата до фруктозо-1,6-дифосфата при участии фосфофруктокиназы.
Дефицит фермента ФФК является одной из причин нарушения накопления гликогена и развития наследственной гемолитической анемии.
Далее в эритроците Ф-1,6-ДФ распадается на две триозы – глицеральдегидтрифосфат (ГАФ) и диоксиацетонфосфат (ДАФ).
Глицеральдегидтрифосфат непрерывно превращается в 1,3ДФГ, который затем трансформируется в 2,3ДФГ и 3ФГ. Последний дефосфорилируется в 2ФГ, который находится в равновесии с фосфоенолпируватом (ФЕП). В свою очередь ФЕП служит донором фосфата для АДФ на второй стадии синтеза АТФ в реакциях гликолиза в эритроцитах.
Гексозомонофосфатный путь. Образующийся в гексокиназной реакции глюкозо-6-фосфат далее участвует в 3-х направлениях метаболизма в эритроцитах с участием ферментов фосфоглюкокиназы, глюкозофосфоизомеразы(ГФИ) и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы(Г-6-ФДГ). В глюкозо-6-фосфатдегидрогеназных реакциях НАДФ+ восстанавливается до НАДФ*Н. В 6-фосфоглюконатдегидрогеназной реакции в эритроцитах образуется рибулозо-5-фосфат, который находится в равновесии с рибозо-5-фосфатом и ксилулозо-5-фосфатом.
В физиологических условиях энергетические потребности эритроцитов покрываются в результате утилизации глюкозы в пути Эмбдена-Мейергофа и гексозомонофостном пути. Однако эритроциты обладают способностью метаболизировать фруктозу, лактозу, галактозу, нуклеотиды, в частности инозин.
В эритроцитах происходят реакции восстановления метгемоглобина. Как известно, в процессе диссоциации оксигемоглобина железо гемоглобина приобретает 2-х валентное ферросостояние. В ряде случаев О2 отрывается в виде супероксиданионрадикала, забирает один электрон у железа и превращает гемоглобин в метгемоглобин. В присутствии восстановленного глютатиона и аскорбиновой кислоты метгемоглобин восстанавливается до гемоглобина.
Гемоглобин эритроцитов. Основным белком эритроцитов, на долю которого приходится около 98 % всей массы белков цитоплазмы, является гемоглобин. Последний является гетеродимерным тетрамером, состоящим из четырех полипептидных цепей, соединенных с четырьмя молекулами гема. В свою очередь гем – это молекула протопорфина IX, связанная с анионом железа. Каждый тетрамер гемоглобина может обратимо связывать и транспортировать не более 4-х молекул кислорода. К числу основных гемоглобинов (Hb) взрослого человека относится гемоглобин А (от слова adultus – взрослый), на долю которого приходится 96–98 % и в составе которого имеются две α- и две β-цепи (α2β2).
К числу нормальных гемоглобинов относится гемоглобин А2 , который содержится в крови взрослого человека в количестве 1,5-3,5 % (символ HbA2 – α2 δ2). На долю фетального гемоглобина (HbF – α2γ2) приходится 0,5–1 % Смена гемоглобина F на гемоглобин А происходит во время рождения ребенка, а к 4–6 месяцам жизни уровень фетального гемоглобина составляет 1 %.
Главным регулятором сродства Hb к О2 является промежуточный продукт гликолиза – 2-3дифосфоглицериновая кислота (2-3ДФГ). Увеличение образования 2-3ДФГ снижает сродство Hb к О2, что приводит к сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина вправо и к усиленному поступлению О2 в ткани. Сдвиг кривой вправо возникает также при увеличении температуры тела, возрастании уровня СО2 или на фоне развития метаболического ацидоза.
Фетальный гемоглобин слабо связывается с 2-3ДФГ и поэтому характеризуется более высокой кислородсвязывающей способностью по сравнению с HbA.
Гены гемоглобина: 2 гена α–цепей глобина расположены в 16-й паре хромосом, а 11 пара хромосом содержит пару генов γ-цепей и по одной копии δ- и β-цепей. Глобин синтезируется только в эритрокариоцитах и лишь в период созревания ретикулоцита из нормоцитов. На каждой стадии развития гены α-глобина и других глобинов координировано экспрессируются.
Избыточное образование одной цепи гемоглобина, происходящее при талассемии, приводит к преципитации белка в эритроците, повреждению клетки и её преждевременной элиминации клетками моноцитарно-макрофагальной системы.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом