23.7. Печень выполняет роль буфера в регуляции содержания глюкозы в крови

Концентрация глюкозы в норме натощак составляет В течение дня концентрация глюкозы в крови в норме колеблется от перед едой до примерно после еды. Как же поддерживается относительно постоянный уровень содержания глюкозы, несмотря на значительные изменения в ее поступлении и использовании? Выше мы уже обсуждали основные регуляторные элементы, так что теперь мы рассмотрим их во взаимодействии. Содержание глюкозы в крови регулируется прежде всего печенью, которая может поглощать и выделять в кровь большое количество глюкозы в ответ на гормональные сигналы и на само изменение концентрации глюкозы (рис. 23.18). Повышение концентрации глюкозы в крови, происходящее после приема богатой углеводами пищи, в свою очередь вызывает повышение содержания глюкозо-6-фосфата в печени, так как только в этих условиях каталитические участки глюкокиназы заполняются глюкозой. Напомним, что глюкокиназа в отличие от гексокиназы имеет высокую для глюкозы тогда как концентрация глюкозы в крови натощак составляет и не ингибируется глюкозо-6-фосфатом. В результате при повышении содержания глюкозы в крови скорость образования глюкозо-6-фосфата в печени увеличивается. Дальнейшая судьба глюкозо-6-фосфата регулируется в основном противоположно направленным действием глюкагона и инсулина. Глюкагон запускает каскадный механизм регуляции,

опосредуемый сАМР (разд. 16.15), что приводит к расщеплению гликогена, тогда как инсулин, будучи антагонистом глюкагона, оказывает противоположное действие. Высокая концентрация глюкозы приводит к пониженной секреции глюкагона и повышенной секреции инсулина поджелудочной железой. Вследствие этого при повышенном содержании глюкозы в крови быстро синтезируется гликоген. Эти гормональные воздействия на синтез и сохранение запасов гликогена усиливаются непосредственным действием самой глюкозы. Как обсуждалось ранее (разд. 16.18), фосфорилаза а, способная расщеплять гликоген, чувствительна к концентрации глюкозы. Когда концентрация глюкозы высока, связывание глюкозы с форфорилазой а делает ее чувствительной к действию фосфатазы, превращающей ее в фосфорилазу Фосфорилаза неспособна расщеплять гликоген. Это превращение приводит также к высвобождению фосфатазы, что позволяет ей активировать гликоген-синтазу. Таким образом, глюкоза аллостерически переключает метаболизм гликогена с расщепления на синтез.

Высокое содержание инсулина после еды способствует также проникновению глюкозы в мышцы и жировую ткань. Инсулин стимулирует синтез гликогена как в мышцах, так и в печени. Благодаря большой массе мышцы могут запасать примерно втрое больше гликогена, чем печень. Поступление глюкозы в жировую ткань обеспечивает образование глицерол-3-фосфата для синтеза триацилглицеролов.

Содержание глюкозы в крови начинает снижаться через несколько часов после еды, что вызывает снижение секреции инсулина и повышение секреции глюкагона. Описанные выше процессы протекают в обратном направлении. Активация каскада реакций, опосредуемых с приводит к повышению концентрации фосфорилазы а и понижению концентрации гликоген-синтазы а. Действие гормонов на этот каскадный механизм усиливается пониженным связыванием глюкозы с фосфорилазой а, что делает ее менее чувствительной к гидролитическому действию фосфатазы. Вместо этого фосфатаза остается связанной с фосфорилазой а, так что гликоген-синтаза остается в неактивной фосфорилированной форме. Так осуществляется быстрая мобилизация гликогена. Большое количество глюкозы, которое образуется при гидролизе глюкозо-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 на уровне выше примерно под действием трех основных факторов: мобилизации гликогена и высвобождения глюкозы печенью; выделения жирных кислот жировой тканью; переключения мышц и печени на использование в качестве источника энергии жирных кислот вместо глюкозы.