Промежуточный обмен: локализация метаболических путей
( Рис.16.7(БХ) Локализация метаболических путей )
Метаболические пути можно исследовать на разных уровнях организации, которые удобно разделить на две главные группы:
1) на уровне органов и тканей - в этом случае можно следить за поступающими в ткань субстратами и уходящими из нее метаболитами и описать ход их превращений;
2) на субклеточном уровне - каждая клеточная органелла (например, митохондрия ), каждый компартмент (например, цитозоль ) выполняют специфическую биохимическую роль в рамках общей системы внутриклеточного метаболизма.
Аминокислоты , образовавшиеся после переваривания белков, и глюкоза , образовавшаяся в результате переваривания углеводов, после всасывания поступают в печеночную воротную вену. Следовательно, эти метаболиты вместе с другими водорастворимыми продуктами пищеварения сначала поступают в печень ( Рис.16.5(БХ) Движение углеводов и аминокислот ). Печень выполняет важную метаболическую функцию - регулирует концентрации большинства содержащихся в крови метаболитов, в первую очередь глюкозы и аминокислот. Например, глюкоза при избыточном поступлении либо превращается в гликоген ( гликогенез ), либо используется для синтеза жиров ( липогенез ). В промежутках между приемами пищи печень поддерживает концентрацию глюкозы в крови на физиологическом уровне за счет запасов гликоген а ( гликогенолиз ) или же (вместе с почками) путем превращения в глюкозу неуглеводных метаболитов, таких, как лактат , глицерол и аминокислоты ( глюконеогенез ). Поддержание в крови адекватной концентрации глюкозы жизненно важно для ряда тканей, использующих в качестве топлива исключительно этот моносахарид ( мозг , эритроциты). В печени осуществляются также синтез главных белков плазмы (например, альбумина) и дезаминирование аминокислот , присутствующих в избыточном количестве; образующаяся при этом мочевина переносится током крови в почки и экскретируется.
Скелетная мышца использует в качестве топлива глюкозу, превращая ее в лактат и CO2. Запасаемый мышцей гликоген используется как топливо в процессе мышечного сокращения. В мышце осуществляется синтез мышечных белков из аминокислот плазмы. На долю мышечной ткани приходится около 50% всей массы организма; таким образом, она содержит значительный запас белка, который может быть использован для пополнения аминокислот плазмы крови, особенно в те периоды, когда их недостаточно в пищевом рационе.
Липиды ( Рис.16.6(БХ) Движение липидов ) при переваривании образуют моноацилглицеролы и жирные кислоты . В клетках кишечника они ассоциируются с белками и секретируются сначала в лимфатическую систему , а затем в систему кровообращения , в которой циркулируют в виде липопротеина, известного под названием хиломикрон . Все гидрофобные липидрастворимые продукты пищеварения (в частности, холестерол ) включаются в состав липопротеинов, что облегчает их транспортировку от одной ткани к другой в водной среде - плазме. В отличие от глюкозы и аминокислот триацилглицеролы в составе хиломикрона не захватываются печенью, они гидролизуются во внепеченочных тканях ферментом липопротеинлипазой ; освобождающиеся жирные кислоты либо включаются в состав тканевых липидов, либо окисляются и используются как топливо. Другим важным источником длинноцепочечных жирных кислот является их синтез ( липогенез ) из углеводовв, идущий главным образом в жировой ткани и в печени.
Триацилглицерол жировой ткани служит главным топливным резервом организма. После его гидролиза ( липолиза) жирные кислоты освобождаются и поступают в систему кровообращения. Свободные жирные кислоты далее поглощаются большинством тканей (за исключением мозга и эритроцитов), где они либо эстерифицируются, образуя ацилглицеролы, либо окисляются до CO2, выполняя роль топлива. В печени имеются еще два важных метаболических пути: 1. Избыток триацилглицеролов, образующихся либо из жирных кислот, либо путем литогенеза, секретируется в систему кровообращения в виде липопротеинов очень низкой плотности ( ЛПОНП ). Далее эти триадилглицеролы разделяют судьбу хиломикронов. 2. Частичное окисление жирных кислот ведет к образованию кетоновых тел ( кетогенез ). Кетоновые тела транспортируются из печени во внепеченочные ткани, где они служат еще одним важным топливным ресурсом.
Большинство клеток выполняют специализированные функции, в связи с чем важное значение приобретают определенные метаболические пути, тогда как другие практически не используются. На Рис.16.7(БХ) Локализация метаболических путей представлены основные метаболические пути и их взаимосвязь в паренхиматозных клетках печени с указанием их внутриклеточной локализации.
Сразу становится очевидной центральная роль митохондрий, в которых пересекаются процессы метаболизма углеводов, липидов и аминокислот. В митохондриях, в частности, локализованы ферменты цикла лимонной кислоты , дыхательной цепи и синтеза АТР , бета-окисления жирных кислот и образования кетоновых тел. Здесь же находится <сборный ="цитозоле . Следует отметить, что при глюконеогенезе даже такие вещества, как лактат и пируват , которые образуются в цитозоле, должны поступать внутрь митохондрии и превращаться в оксалоацетат ; из последнего образуется глюкоза.
Мембраны эндоплазматического ретикулума содержат ферментную систему синтеза ацилглицеролов , а рибосомы ответственны за синтез белков .
Следует отметить, что транспорт метаболитов, различающихся по размерам, заряду и растворимости в липидах мембран, окружающих органеллы, связан с работой весьма сложных механизмов.
