Метаболизъм. Метаболизъм в състояние на хранене. Метаболизъм на червените кръвни клетки.
Глюкозната хомеостаза (способността на организма да поддържа равновесие във вътрешната си среда, но тук използвам дефиницията пряко) е фундаментална за човешкото тяло и се регулира основно от нивата на четири основни хормона: Инсулин, Глюкагон, Кортизол и Епинефрин.
Съотношенията на тези хормони в кръвообращението ни ще диктуват активността на специфични метаболитни пътища, които контролират глюкозната хомеостаза в диапазона от 2,8 mmol/l до 6,4 mmol/L. Има и много други хормони (хормон на щитовидната жлеза, растежен хормон и т.н.т.) и адипокини (адипонектин, лептин и т.н.т.), които могат да повлияят на глюкозната хомеостаза, както и невронни механизми, които контролират функциите на по-високо ниво, като глад и ситост. Те няма да бъдат към фокусът ми сега.
Метаболизъм в състояние на хранене В състояние на нахранване или след хранене, повишените нива на глюкоза предизвикват освобождаването на инсулин от панкреаса. Тъй като нивата на инсулин се повишават, има увеличение на усвояването, окисляването и съхранението на глюкоза в периферните тъкани, както и увеличаване на други анаболни пътища. При тези условия повечето тъкани (черен дроб, скелетни мускули, мастна тъкан, мозък и червени кръвни клетки) ще увеличат усвояването и окисляването на глюкоза. Всяка тъкан ще поеме глюкоза в нахранено състояние, използвайки един от глюкозните транспортери (GLUT), за който е известно, че улеснява транспортирането на глюкоза през плазмената мембрана. Това семейство протеини може да бъде широко категоризирано като инсулинонезависими и инсулинозависими транспортери.
Инсулинонезависимо усвояване на глюкоза Мозъкът и червените кръвни клетки винаги предпочитат да окисляват глюкозата, независимо от нивата на хормоните. Следователно и двете тъкани имат преобладаване на GLUT1 транспортери върху клетъчната мембрана. GLUT1 присъства на кръвно-мозъчната бариера, докато GLUT3 (инсулин-независим) е преобладаващ в мозъка. GLUT1 има по-нисък Km (по-висок афинитет) към глюкозата, като и осигурява транспорт до тези важни тъкани. По същия начин, усвояването на глюкоза в черния дроб също е независимо от инсулина и се улеснява от GLUT2 транспортери. Панкреасът също предимно експресира GLUT1 и е в състояние да поема глюкоза по този начин.
Метаболизъм на червените кръвни клетки Червените кръвни клетки нямат митохондрии, поради което окисляват глюкозата както при хранене, така и при гладуване. Глюкозата може да се окисли чрез няколко пътя:
- Гликолиза Глюкозата се окислява до пируват и се превръща в лактат, който ще влезе в цикъла на Кори (още и цикъл на млечна киселина, при който лактатът се връща в черния дроб и се използва като субстрат за глюконеогенеза).
- Пентозофосфатен път Глюкозата първоначално се окислява до рибулоза 5-фосфат. В допълнение към производството на тази 5-C захар, по-важното е, че се произвежда NADPH, който е необходим като редуциращ агент в червените кръвни клетки.
- Мозъчен метаболизъм Мозъкът ни предпочита да окислява глюкозата при повечето условия, с изключение на състоянията на глад.
- Метаболизъм в черния дроб В черния ни дроб глюкозата се усвоява по инсулин-независим начин. и активността на процеси, повишени в състояние на хранене.
- Гликолиза Глюкозата ще се окисли до пируват, който може да влезе в цикъла на ТСА след превръщане в ацетил-КоА.
- Синтез на гликоген Глюкозо 6-фосфатът се използва за синтезиране на гликоген.
- Пентозофосфатен път Глюкозо 6-фосфат може да се използва за генериране на пет-въглеродни захари и NADPH.
- Цикъл на трикарбоксилната киселина TCA цикълът ще окисли ацетил-CoA, за да генерира NADH, FADH 2 и GTP. Ацетил-КоА, който влиза в цикъла, се окислява напълно и се освобождава като CO2.
- Синтез на холестерол Ацетил-КоА, транспортиран до цитозола, се използва за синтезиране на холестерол, който може да се използва за много клетъчни процеси.
- Синтез на мастни киселини Излишният цитрат от цикъла на TCA се извежда от митохондриите и се разцепва на оксалоацетат (OAA) и ацетил-CoA. Цитозолният ацетил-КоА може да се използва за синтез на мастни киселини или синтез на холестерол. В крайна сметка синтезът на мастни киселини води до синтез и секреция на VLDL.
- Цикъл на урея В зависимост от диетата и нуждите от транслация, излишните аминокиселини ще бъдат дезаминирани чрез реакции на трансаминиране и азотът ще влезе в цикъла на уреята като аспартат или свободен амоняк. Излишните аминокиселини не се съхраняват, по-скоро дезаминираните въглеродни скелети могат да се съхраняват като гликоген или триацилглицерол.
Инсулин зависимо усвояване на глюкоза Обратно, скелетните мускули и мастните тъкани изискват инсулин за усвояване на глюкозата.
GLUT4 е основният транспортер на глюкоза. В тези тъкани и в отсъствието на инсулин този транспортер е предимно свързан с вътреклетъчните везикули. Когато клетката получи сигнал (чрез инсулин, свързващ инсулиновия рецептор), това клетъчно сигнално събитие позволява на съдържащите GLUT4 везикули да се слеят с плазмената мембрана, където ще улеснят усвояването на глюкоза.
Метаболизъм на скелетните мускули
- Скелетният мускул ще увеличи усвояването както на аминокиселини, така и на глюкоза при нахранване.
Синтез на протеини
- Аминокиселините ще се използват за протеинов синтез (анаболен метаболизъм).
Гликолиза
- Глюкозата може да се окисли до пируват, който може да влезе в цикъла на ТСА след превръщане в ацетил-КоА
Синтез на гликоген
- Глюкозо 1-фосфатът може да се преобразува в UDP-глюкоза и да се съхранява като гликоген.
Мастен метаболизъм
- В мастната тъкан глюкозата, както и хранителните мазнини и холестерол (транспортирани като хиломикрони) се поемат от мастната тъкан. Глюкозата има няколко потенциални съдби, описани по-долу, докато хранителните мазнини се съхраняват като триацилглицерол.
Пентозофосфатен път
- Глюкозата ще бъде окислена, за да генерира NADPH, необходим за синтеза на мастни киселини.
TAG синтез
- Окисляването на глюкозата до глицерол 3-фосфат е необходимо за синтеза на триацилглицероли (TAG).