Содержание
Гормональная регуляция метаболизма углеводов
Гормональная регуляция энергетического метаболизма
Действие гормонов, влияющих на энергетический метаболизм можно увидеть при определении некоторых биохимических показателей. Например, концентрации глюкозы в крови. Гормоны делят на:
1. Повышающие уровень глюкозы в крови;
2. Понижающие уровень глюкозы в крови.
Ко второй группе относится только ИНСУЛИН.
Также гормоны можно разделить на ГОРМОНЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ на энергетический метаболизм и ГОРМОНЫ КОСВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ.
Гормоны прямого действия.
ИНСУЛИН
Основные механизмы действия инсулина:
1. Инсулин повышает проницаемость плазматических мембран для глюкозы. Этот эффект инсулина является главным лимитирующим звеном метаболизма углеводов в клетках.
2. Инсулин снимает тормозящее действие глюкокортикостероидов на гексокиназу.
3. На генетическом уровне инсулин стимулирует биосинтез ферментов метаболизма углеводов, в том числе ключевых ферментов.
4. Инсулин в клетках жировой ткани ингибирует триглицеридлипазу — ключевой фермент распада жиров.
Регуляция секреции инсулина в кровь происходит с участием нейро-рефлекторных механизмов. В стенках кровеносных сосудов есть особые хеморецепторы, чувствительные к глюкозе. Повышение концентрации глюкозы в крови вызывает рефлекторную секркцию инсулина в кровь, глюкоза проникает в клетки и ее концентрация в крови снижается.
Остальные гормоны вызывают повышение концентрации глюкозы в крови.
ГЛЮКАГОН.
Относится к белково-пептидным гормонам. Обладает мембранным типом взаимодействия с клеткой-мишенью. Эффект оказывает через аденилатциклазную систему.
1. Вызывает повышение активности гликоген-фосфорилазы. В результате ускоряется распад гликогена. Так как глюкагон оказывает эффект только в печени то можно сказать, что он "гонит глюкозу из печени".
2. Понижает активность гликоген-синтетазы, замедляя синтез гликогена.
3. Активирует липазу в жировых депо.
АДРЕНАЛИН.
Имеет рецепторы во многих тканях, а механизмы действия у него такие же, как у глюкагона.
1. Ускоряет распад гликогена.
2. Замедляет синтез гликогена.
3. Ускоряет липолиз.
ГЛЮКОКОРТИКОСТЕРОИДЫ (ГКС).
Относятся к стероидным гормонам, поэтому обладают внутриклеточным типом взаимодействия с клеткой-мишенью. Проникая в клетку-мишень, они взаимодействуют с клеточным рецептором и обладают следующими эффектами:
1. Ингибируют гексокиназу — таким образом они замедляют утилизацию глюкозы. В результате концентрация глюкозы в крови возрастает.
2. Данные гормоны обеспечивают процесс гликонеогенеза субстратами.
3. На генетическом уровне усиливают биосинтез ферментов катаболизма белков.
Гормоны косвенного действия
СОМАТОТРОПНЫЙ ГОРМОН.
1. Усиливает выделение глюкагона, поэтому наблюдается ускорение распада гликогена.
2. Вызывает активацию липолиза, поэтому способствует утилизации жира в качестве источника энергии.
ЙОДСОДЕРЖАЩИЕ ГОРМОНЫ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ.
Трииодтиронин (Т3)
Тироксин (Т4)
Это гормоны — производные аминокислоты тирозина. Обладают внутриклеточным типом взаимодействия с клетками-мишенями. Рецептор Т3/Т4 находится в ядре клетки. Поэтому эти гормоны усиливают биосинтез белков на уровне транскрипции. Среди этих белков — окислительные ферменты, в частности разнообразные дегидрогеназы. Кроме того, они стимулируют синтез АТФаз, т.е. ферментов, которые разрушают АТФ. Для процессов биоокисления требуются субстраты — продукты окисления углеводов и жиров. Поэтому при увеличении продукции этих гормонов наблюдается усиление распада углеводов и жиров. Гиперфункция щитовидной железы называется Базедова болезнь или тиреотоксикоз. Один из симптомов этого заболевания — понижение массы тела. Для этого заболевания характерно повышение температуры тела. В опытах in vitro наблюдается разобщение митохондриального окисления и окислительного фосфорилирования при высоких дозах этих гормонов.
Регуляция углеводного обмена осуществляется при участии очень сложных механизмов, которые могут оказывать влияние на индуцирование или подавление синтеза различных ферментов углеводного обмена либо способствовать активации или торможению их действия. Инсулин, катехоламины, глюкагон, соматотропный и стероидные гормоны оказывают различное, но очень выраженное влияние на разные процессы углеводного обмена. Так, например, инсулин способствует накоплению в печени и мышцах гликогена, активируя фермент гликогенсинтетазу, и подавляет гликогенолиз и глюконеогенез. Антагонист инсулина — глюкагон стимулирует гликогенолиз. Адреналин, стимулируя действие аденилатциклазы, оказывает влияние на весь каскад реакций фосфоролиза. Гонадотропные гормоны активируют гликогенолиз в плаценте. Глюкокортикоидные гормоны стимулируют процесс глюконеогенеза. Соматотропный гормон оказывает влияние на активность ферментов пентозофосфатного пути и снижает утилизацию глюкозы периферическими тканями. В регуляции глюконеогенеза принимают участие ацетил-КоА и восстановленный никотинамидадениндинуклеотид. Повышение содержания жирных кислот в плазме крови тормозит активность ключевых ферментов гликолиза. В регуляции ферментативных реакций углеводного обмена важную цель играют ионы Са2+, непосредственно или при участии гормонов, часто в связи с особым Са2+-связывающим белком — кальмодулином. В регуляции активности многих ферментов большое значение имеют процессы их фосфорилирования — дефосфорилирования. В организме существует прямая связь между углеводным обменом и обменом белков, липидов и минеральных веществ.
Пути регуляции метаболизма углеводов крайне разнообразны. На любых уровнях организации живого организма обмен углеводов регулируется факторами, влияющими на активность ферментов, участвующих в реакциях углеводного обмена. К этим факторам относятся концентрация субстратов, содержание продуктов (метаболитов) отдельных реакций, кислородный режим, температура, проницаемость биологических мембран, концентрация коферментов, необходимых для отдельных реакций, и т.д
Современная схема пентозофосфатного пути окисления углеводов, отражающая его связь с гликолизом (по Херсу).
1 — транскетолаза; 2 — трансальдолаза; 3 — альдолаза; 4 — фосфофруктокиназа; 5 — фруктозо-1,6-бисфосфатаза; 6 — гексокиназа; 7 — глюкозофосфатизомераза; 8 — триозофосфатизомераза; 9 -глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа; 10 — 6-фосфоглюконолактоназа; 11 — 6-фосфоглюконатдегид-рогеназа; 12 — изомераза; 13 — эпимераза; 14 — лактатдегидрогеназа.
Десять реакций гликолиза протекают в цитозоле.
Гормональная регуляция метаболизма углеводов
Гликолитический путь играет двоякую роль: приводит к генерированию АТФ в результате распада глюкозы, и он же поставляет строительные блоки для синтеза клеточных компонентов. Реакции гликолитического пути в физиологических условиях легкообратимы, кроме реакций, катализируемых гексокиназой, фосфофруктокиназой и пируват-киназой. Фосфофруктокиназа – наиболее важный регуляторный элемент (фермент) в процессе гликолиза, ингибируется высокими концентрациями АТФ и цитрата и активируется АМФ.
Скорость цикла трикарбоновых кислот зависит от потребности в АТФ. Высокий энергетический заряд клетки понижает активность цитратсинтазы, изоцитратдегидрогеназы и α-кетоглутаратдегидрогеназы. Еще один важный регуляторный момент – необратимое образование ацетил-КоА из пи-рувата. В результате пентозофосфатного пути происходит генерирование НАДФН и рибозо-5-фосфата в цитозоле. НАДФН участвует в восстановительных биосинтезах, а рибозо-5-фосфат используется в синтезах РНК, ДНК и нуклеотидных коферментов.
Взаимодействие гликолитического и пентозофосфатного путей обеспечивает возможность постоянного приспособления концентраций НАДФН, АТФ и строительных блоков, например рибозо-5-фосфата и пирувата, для удовлетворения потребностей клеток.
Наконец, глюконеогенез и гликолиз регулируются реципрокно, так что, если активность одного из путей относительно понижается, то активность другого пути повышается.
У человека на всех стадиях синтеза и распада углеводов регуляция углеводного обмена осуществляется при участии ЦНС и гормонов.
Например, установлено, что концентрация глюкозы (норма 4,4 – 6,1 ммоль/л) в крови ниже 3,3–3,4 ммоль/л (60–70 мг/100 мл) приводит к рефлекторному возбуждению высших метаболических центров, расположенных в гипоталамусе. В регуляции углеводного обмена особая роль принадлежит высшему отделу ЦНС – коре большого мозга. Наряду с ЦНС важное влияние на содержание глюкозы оказывают гормональные факторы, т.е. регуляции уровня глюкозы в крови осуществляется ЦНС через ряд эндокринных желез .
Читайте также:
36. Гипо — и гипергликемия.
Нормальный уровень глюкозы в крови составляет 3,5 – 5,55 ммоль.
Гормоны регулирующие уровень глюкозы в крови
Гипогликемия– это снижение уровня глюкозы в крови. Различают физиологическую и патологическую гипогликемию.
Причины физиологической гипогликемии:
1) физический труд (повышенные затраты)
2) беременность и лактация
3) голодание
Причины патологической гипогликемии:
1) нарушение депонирования глюкозы в печени
2) нарушение всасывания углеводов в ЖКТ
3) нарушение мобилизации гликогена
4) дефицит глюкогона
5)алкогольная интоксикация
6) приём в– ганглиоблокаторов
Гипергликемия– это повышение уровня глюкозы в крови.
Причины:
1) переедание углеводов
2) избыток контринсумерных гормонов, которые препятствуют утилизации глюкозы мышечной тканью и одновременно стимулируют глюконеогенез
3) стрессы
4) беременность
5) расстройство мозгового кровообращения
6) заболевания печени воспалительного или дегенеративного характера
37.Регуляция уровня глюкозы в крови.
Уровень глюкозы в крови является одним из гомеостатических параметров. Регуляция уровня глюкозы в крови – это сложный комплекс механизмов, обеспечивающий постоянство энергетического гомеостаза для наиболее жизненно важных органов (мозг, эритроциты). Глюкоза – главный и едва не единственный субстрат энергетического обмена. Существует два механизма регуляции:
-
Срочный (через ЦНС)
-
Постоянный (через гормональное влияние)
Срочный механизм срабатывает практически всегда при действии на организм любых экстремальных факторов. Он осуществляется по классической модели (через зрительный анализатор воспринимается информация об опасности. Возбуждение из одного очага в коре распространяется по всем зонам коры. Затем возбуждение передаётся на гипоталамус, где находится центр симпатической нервной системы. По спинному мозгу импульсы поступают в симпатический ствол и по постганглионарным волокнам к коре надпочечников. При этом происходит выброс адреналина, который запускает аденилатциклазный механизм мобилизации гликогена).
Срочный механизм поддерживает стабильную гликемию на протяжении 24 часов. В дальнейшем запас гликогена уменьшается и уже спустя 15 – 16 часов подключается постоянный механизм, в основе которого лежит глюконеогенез. После истощения запасов гликогена, возбуждённая кора продолжает посылать импульсы в гипоталамус. Отсюда выделяются либерины, которые с током крови заносятся переднюю долю гипофиза, которая, в свою очередь, синтезирует в кровоток СТГ, АКТГ, ТТГ, которые в свою очередь стимулируют выброс трийодтиронина и тиреотропина. Эти гормоны стимулируют липолиз. Тиреотропные гормоны активируют протеолиз, в результате чего образуются свободные аминокислоты, которые как и продукты липолиза используются как субстраты глюконеогенеза и цикла трикарбоновых кислот.
В ответ на повышение уровня глюкозы в крови, происходит выброс инсулина, однако вследствие того, что жирные кислоты и выделяемые гормоны выключают гликолиз в мышечной ткани, потребление глюкозы мышцами не происходит, вся глюкоза сохраняется для мозга и эритроцитов.
В условиях длительного воздействия отрицательных факторов на организм (постоянный стресс) может возникнуть дефицит инсулина, что является одной из причин сахарного диабета.
Инсулин — гормон, понижающий уровень сахара в крови
Повышение уровня глюкозы (гипергликемия):
Физиологический подъем уровня глюкозы – психоэмоциональный стресс, усиленная физическая нагрузка, «боязнь белого халата»);
Сахарный диабет;
Болезни поджелудочной железы, характеризующиеся стойким или временным снижением продукции инсулина (панкреатит, гемохроматоз, муковисцидоз, онкозаболевания железы)
Заболевания эндокринных органов (акромегалия и гигантизм, синдром Иценко-Кушинга, феохромацитома, тиреотоксикоз, соматостатинома)
Прием лекарственных препаратов: тиазиды, кофеин, эстрогены, глюкокортикостероиды.
Понижение уровня глюкозы (гипогликемия):
Длительное голодание, запой, усиленная физическая нагрузка, лихорадка;
Нарушение со стороны ЖКТ: перистальтическая дисфункция, мальабсорбция, гастроэнтеростома, постгастроэктомия;
Нарушения со стороны поджелудочной железы: онкозаболевания, дефицит глюкагона(поражение альфа-клеток островков Лангенгарска);
Нарушения со стороны эндокринных органов: адреногенитальный синдром, болезнь Аддисона, гипотиреоз, гипопитуитаризм;
Нарушение в ферментативной системе: гликогенозы, нарушение толерантности к фруктозе, галактоземия;
Нарушение печеночных функций: гепатиты различной этиологии, гемохроматоз, цирроз;
Онкозаболевания: печени, желудка, надпочечников, фибросаркома;
Прием лекарственных средств: анаболические стероиды, психоактивные вещества, неселективные бета-адреноблокаторы. Передозировка: салицилаты, алкоголь, мышьяк, хлороформ, антигистаминные препараты.