Переваривание углеводов
Основные углеводы пищи — крахмал, сахароза, лактоза. Крахмал построен из остатков глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидными и α-1,6-гликозидными связями.
Расщепление крахмала начинается в ротовой полости под действием α-амилазы слюны с образованием декстринов. В желудке ферментов гидролиза углеводов нет, возможно лишь остаточное действие слюнной амилазы. В двенадцатиперстной кишке α-амилаза поджелудочной железы расщепляет крахмал до мальтозы (α-1,4) и изомальтозы (α-1,6).
На щёточной кайме энтероцитов работают пристеночные гликозидазы: сахаразо-изомальтазный комплекс гидролизует мальтозу, изомальтозу и сахарозу; лактаза (β-гликозидаза) расщепляет лактозу до галактозы и глюкозы. Активность лактазы максимальна у детей и снижается с возрастом, что у части взрослых приводит к лактазной недостаточности.
Всасывание моносахаридов
- Облегчённая диффузия через специфические транспортёры — характерна для фруктозы (GLUT5), а также возможна для глюкозы и галактозы.
- Вторично-активный транспорт с симпортом Na⁺ (SGLT) — для глюкозы и галактозы против градиента; градиент Na⁺ поддерживается Na⁺/K⁺-АТФазой с затратой АТФ.
- Из энтероцита в кровь моносахариды переходят облегчённой диффузией (GLUT2).
Поглощение глюкозы клетками тканей осуществляется белками семейства GLUT. Особое значение имеет GLUT4 — инсулинзависимый транспортёр мышечной и жировой ткани.
Фосфорилирование глюкозы в клетке
После поступления в клетку глюкоза немедленно фосфорилируется до глюкозо-6-фосфата. Реакцию катализируют:
- Гексокиназа — низкая Kₘ (~0,1 ммоль/л), работает во всех тканях, ингибируется продуктом — глюкозо-6-фосфатом.
- Глюкокиназа — высокая Kₘ (~10 ммоль/л), индуцируется инсулином, работает в гепатоцитах и β-клетках поджелудочной железы.
Глюкозо-6-фосфат является узловым метаболитом и используется для синтеза гликогена, пентоз, других моносахаридов, аминокислот, а также для катаболизма до СО₂ и Н₂О с образованием АТФ или до лактата.
Синтез гликогена
Гликогенез активен в абсорбтивный период (1–2 часа после еды). Этапы:
- Глюкоза → глюкозо-6-фосфат (гексокиназа/глюкокиназа).
- Глюкозо-6-фосфат → глюкозо-1-фосфат (фосфоглюкомутаза).
- Глюкозо-1-фосфат + УТФ → УДФ-глюкоза + пирофосфат (УДФ-глюкопирофосфорилаза).
- Гликогенсинтаза переносит остаток глюкозы из УДФ-глюкозы на праймер из 5–8 остатков, образуя α-1,4-гликозидную связь.
- После наращивания цепи из ~12 остатков фермент ветвления (амило-1,4→1,6-гликозилтрансфераза) переносит фрагмент из 5–6 остатков и формирует α-1,6-связь — точку ветвления.
Мобилизация гликогена
Гликогенолиз протекает в постабсорбтивном периоде (10–18 часов голодания) и при интенсивной физической нагрузке. Ключевой фермент — гликогенфосфорилаза, расщепляющая α-1,4-связи с образованием глюкозо-1-фосфата. У точек ветвления, когда остаётся 4 остатка, олигосахаридтрансфераза переносит триозидный фрагмент на основную цепь, оставляя один остаток в α-1,6-связи. Эту связь гидролизует α-1,6-гликозидаза с высвобождением свободной глюкозы.
Глюкозо-1-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат. В мышцах он используется для собственных нужд (гликолиз). В печени под действием глюкозо-6-фосфатазы образуется свободная глюкоза, поступающая в кровь для поддержания гликемии.
Гормональная регуляция
Синтез и распад гликогена реципрокно регулируются через фосфорилирование двух ключевых ферментов: гликогенсинтазы (активна в дефосфорилированной форме) и гликогенфосфорилазы (активна в фосфорилированной форме). Состояние оценивают по инсулин-глюкагоновому индексу (ИГИ).
Инсулин (высокий ИГИ, после еды): через тирозинкиназный рецептор активирует протеинфосфатазу гранул гликогена, которая дефосфорилирует оба фермента — гликогенсинтаза активируется, гликогенфосфорилаза инактивируется. Параллельно инсулин стимулирует встраивание GLUT4, индуцирует глюкокиназу и активирует фосфодиэстеразу, разрушающую цАМФ.
Глюкагон (в печени) и адреналин (через β₂-адренорецепторы) действуют через G-белок и аденилатциклазу: АТФ → цАМФ → активация протеинкиназы А. ПКА фосфорилирует киназу фосфорилазы, которая активирует гликогенфосфорилазу, и одновременно фосфорилирует гликогенсинтазу, инактивируя её. Адреналин через α₁-рецепторы запускает инозитолфосфатный путь и Са²⁺-зависимую активацию киназы фосфорилазы.
Ключевые моменты
- Крахмал гидролизуется α-амилазами слюны и поджелудочной железы до мальтозы и изомальтозы, а далее — пристеночными гликозидазами до моносахаридов.
- Глюкоза всасывается вторично-активно с Na⁺ (SGLT) и облегчённой диффузией; в ткани поступает через GLUT, причём GLUT4 — инсулинзависимый.
- Гексокиназа имеет низкую Kₘ и ингибируется продуктом, глюкокиназа — высокую Kₘ и индуцируется инсулином.
- Синтез гликогена идёт через УДФ-глюкозу; гликогенсинтаза формирует α-1,4-связи, фермент ветвления — α-1,6-связи.
- Распад катализируется гликогенфосфорилазой; точки ветвления удаляются олигосахаридтрансферазой и α-1,6-гликозидазой.
- Только печень содержит глюкозо-6-фосфатазу и поставляет свободную глюкозу в кровь.
- Инсулин активирует гликогенсинтазу через дефосфорилирование; глюкагон и адреналин через цАМФ и ПКА активируют распад и тормозят синтез.