Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Так осуществляется быстрая мобилизация гликогена. Большое количество глюкозы, которое образуется при гидро- лизе глюкоза-6-фосфата после расщепления гликогена, выделяется из печени в кровь. Пониженное потребление глюкозы мышцами и жировой тканью также вносит свой вклад в поддержание концентрации глюкозы в крови на определенном уровне. Поглощение глюкозы мышцами и жировой тканью снижается из-за низкой концентрации инсулина. При уменьшении концентрации глюкозы в крови и мышцы, и печень используют в качестве источника энергии жирные кислоты. Итак, концентрация глюкозы в крови удерживается ни уровне выше примерно 80мг((ООмл под действием трех основных факторов: мобилизации гликогепа и высвобождения глюкозы печенью; выделения жирных кислот жировой тканью; переключения мышц и печени на исиользование в качестве источника энергии жирных кислот вместо глюкозы.
23.8. Адаптация метаболизма к продоляпьтельному голоданию: снижение распада белков Рассмотрим теперь, каким образом обмен веществ приспосабливается к продолжительному голоданию. В организме взрослого неголодаюшего мужчины несом 70кг энергетические ресурсы составляют в норме 1600ккал в виде гликогена, 24000 ккал в виде мобнлизусмого белка и 135 000 ккал в виде триацнлглицеролов (табл. 23.1). Суточная потребность в энергии составляет от 1600ккал в состоянии покоя до 6000ккал в зависимости от степени активности. Таким образом, энергетический запас достаточен для обеспечения потребностей организма при голодании в течение 1-Змее.
Однако запас углеводов истощается всего лишь за сутки. Несмотря на это, концентрация глюкозы в крови поддерживается на уровне не ниже 50мг(100мл. Мозг не вьпержнвает даже кратковременного снижения концентрации глюкозы ниже этого уровня. Поэтому главная задача метаболиз,иа при голодании— обеспечить достаточно высокую концентрацию глюкозы для мозга и других тканей (иапример, эритроцитовй которые полностью зависят от этого источника энергии. Однако в организме не слишком много предшественников глюкозы. Ббльшая час гь энергии запасается в форме остатков жирных кислот трнацилглицеролов.
Напомним, 293 23. Интеграции метаболизма ег глюкоза Кетоноьыь ь Ь)- к о о. о о э ла ные оты 4 Б В о э ВРемя голодания, дни гис. 23.19. Содержание жирных кислот и кетоновых тел в сыворотке крови нри голодании увсличивастся, а солержаннс глюкозы уменьшается. Часть 1П. Биосинтез 294 предщеспзеиникив макромвлекул что жирные кислоты не могут превращаться в глюкозу, так как ацетил-СоА не превращается в нируввт (разя, ! 7.!4).
Глицероловьпй компонент триацилглицеролов (триглицеридов) может превращаться в глюкозу, но он имеется лишь в ограниченном количестве. Остается только один потенпиальный источник глюкозы — аминокислоты, образующиеся при распаде белков. Мышцы — самый богатый источник аминокислот нри голодании.
Однако выживание для большинства голодающих людей зависит от способности двигаться, а для этого требуется большая мышечная масса. Таким ибразом, вторая задача метабилизма при голодании — сохранить белки. Это достигиется переключением метаболизлза на такой путь, при котором в качдсвве источника ззтергии используется не глюкиза, а жирные кислоты и кетоновые тела (рис.
23.19). Метаболические изменения в течение первых суток голодания подобны состоянию организма натощак после ночного сна. Низкий уровень содержания сахара в крови приводит к снижению секреции инсулина и повышению секреции глюкагона. Домитзирующие зтетаболические процессы -мобилизация вриацилглицеролов в жировой тка- ни и глюконеогенез в печени. Печень получает энергию для своих нужд путем окисления жирных кислот, высвобождающихс я иэ жировой ткани. Затем повышаются концентрации ацетил-СоА и цитрата, а это выключает гликолиз.
Поглощение глюкозы мышцами существенно снижается из-за низкой концентрации инсулина, тогда как жирные кислоты свободно проникают в мышцы. Вследствие этого мышцы также переключаются с использования глюкозы в качестве источника энергии ни использование жирных кислот, р-Окисление жирных кислот в мышцах останавливает превращение пирувата в ацетил-СоА, В результате пируват, лактат и алании переносятся в печень, где оии превращаются в глюкозу.
Протеолиз мышечных белков дает часть этих трехуглеродных предшественников глюкозы, Другое сырье для синтеза глюкозы в печени-глицерол, образующийся прн расщеплении трнацилглнцоролов. Важнейшее изменение, наступающее через трое суток голодания;образование в печени больших количеств ацетоацетата и (3-гилроксибузнрата (кетоновьм тел) (рис. 23.20). Поскольку цикл трнкарбоновых кислот не способен окислить все ацетильные группы, образующиеся при расщеплении жирных кислот, синтез кетоновых тел из ацетил-СоА существенно увеличивается. Глюконеогенез истощает запас оксалоацетата, необходимого для вступления аце- .зилзСоА в цикл трикарбоновых кислот.
Это приводит к тому, что в печени образуются большие количества кетоновых тел, которые выделяются в кровь. К этому времени мозг начинает потреблять значительное количество ацетоацетата вместо глюкозы. Через три дня голодания примерно треть энергетических потребностей мозга удовлетворяется кетоновыми телами (табл. 23.2). Сердечная мышца также использует в качестве источника энергии кетоновые тела. Все эти изменения энергетического метаболизма называют кетовом.
Через несколько недель голодания кевонивые вели становятся основным источником энергии для мозга (табл. 23,2). Мозгу необходимо всего 40г глюкозы в сутки, тогда квк в первый день голодания он потребляет 120г. Интенсивное преврасцение жирных кислот в кептоновые тела в печени и их использование мозгом существенно снижают потребность в глюкозе, Поэтому распад мышечных белков снижается по сравнению 2 Ацетил.СоА 1~чсал Ацетоацетмл.СоА ! цетил.СоА+ н,о ~Ь» Сад О !! — Б — Сод сн ! НО-С вЂ” сн, сн 1 СОО Вгндрокенцрмвтнлглутарнн СоА Ацетил.С04 О=С вЂ” Сн, СН СОО Ацатоицатат НАОН+ Н+ ндоь Н НΠ— С вЂ” СН ! СН ! СОО в-а.гидроиоибутират пролетают над водой без остановок 2400 км.
Эти птицы поддерживают скорость 40км/ч на протяжении бОч. Такой удивительный подвиг возможен благодаря большим запасам жира, которые эффективно используют.- ся во время долгого полета. Птицы, мнгрирующие на короткие расстояния или вообще не мнгрнрующие, относительно тощи. Их жировой индекс составляет примерно 0,3; жировой индекс — отношение общего сухого веса жира тела к сухому весу тела п~ицы за вычетом жира. Птицы, мигрирующие на большие расстояния, наоборот, готовясь к перелету над сушей, накапливают довольно много жира, а непосредственно перед вьшетом в путь над морем становятся весьма тучными. Жировой индекс достигает у них 3.
У краснозобого колибри за сутки накапливается около 0,15г триацилглицеролов на 1г веса тела. У человека это соответствовало бы увеличению веса на 10 кг в сутки. Накопленный жнр у перелетных птиц сохраняется под кожей, в брюшной полости, в мышцах и в печени. За время долгого перелета над водой расходуется около двух третей этого таблнцн 23.2 Энергетический мегабплнам прн галала- нви Энергетический обмен и по. Обраэованис и нспольгребленнс гнергии хование энергетических ресурсов а течение СутОк. г З.й день 40-й лень 1П! 50 40 100 50 мо мо 75 150 150 80 мо 295 Ряс. 23.20.
Синтез кетоновых тел в печени. с нерлылги днями голодания. Самое главное для выживания — расщепление 20г мышечного белка вместо 75 г в начале голодания. Максимальная продолжительность голодания зависит от запаса трнацнлглицеролов. 23.9. Огромные запасы жира позволяю~ перелетным птицам покрывать большие расстояния Еще одна удивительная иллюстрация биологической ценности триацнлглицероловперелетные птицы. Некоторые небольшие наземные птицы улетают осенью со своих летних угодий в Новой Англии на зимовку в Вест-Индию и возвращаются весной. Онн Ионольчоаанне энерго!нческих ресурсов в мохгу Глнмоча Ке!оновыс тела Расход глюкозы в прутик органах Мобилизация энергетических ресурсов Лнпалит в кировой ткани Расщепление мышечных белков Образование источников энергии в печени Глюкоза Кетонавые тела 23.
Интеграция метаболизма Красиозобыи колибри жирового запаса. Переход на использование в качестве источника энергии жирных кислот и кетоновых тел должен происходить очень быстро, так как за время 60-часового полета почти не происходит расщепления белка. Кроме того, окисление жира обеспечивает этих птиц водой, необходимой для восполнения потерь в дыхательных путях. Следует отметить высокую эффективность триацилглицеролов в качестве запасного источника энергии. Напомним, что в триацилглицеролах запасается в 6 раз больше энергии, чем в гликогеие, так как они не содержат воды и находятся в более восстановленном состоянии (разд. 17.3). Перелетные птицы, у которых такое же количество энергетических ресурсов было бы запасено в виде гликогена, никогда не достигли бы суши! Заключение Стратегия метаболизма состоит в том, чтобы генерировать АТР, восстановительную способность и строительные блоки для биосинтетических процессов.
Эта сложная система реакций регулируется аллостерическими взаимодействиями, обратимыми ковалентными модификациями, изменениями в количестве ферментов, компартментацией и взаимодействиями между метаболически специализированными органами. Фермент, катализирующий решающий этап метаболического пути, является обычно важнейшим регуляторным пунктом. В качестве примеров можно привести фосфофруктокиназу в гликолизе и ацетил-СоА— карбоксилазу в синтезе жирных кислот. Пути, идущие в противоположных направлениях, например клюконеогенез и глико- Часть !П.
Биосинтез 296 предшественников макромолекул лиз, скоординированы таким образом, что когда один из этих путей проявляет высокую активность, другой бездействует. Другая пара противоположных последовательностей реакции-синтез и расщепление гликогена — координированно регулируются усиливающим сигнал каскадом, который запускается гормоном и вызывает фосфорилирование гликоген-синтазы и фосфорилазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
