Жила-была Глюкоза

Жила-была Глюкоза. Только жила она совсем чуть-чуть. Зато жизнь ее была яркой и интересной. Потому что она точно знала, что нельзя сделать свою жизнь интересной, не реализовав основные этапы. Ведь так пишут все коучеры по личным стратегиям, а Глюкоза очень хотела самореализоваться. И будучи правильной D-Глюкозой, она последовательно реализовывала каждый этап.
Сначала Глюкоза попала куда следует. Ей это удалось не сразу, но ей помогли. И уже там, где следует, она близко познакомилась с Гексокиназой. Все же знают, что без правильных знакомств бывает трудно самореализоваться. При активном содействии Гексокиназы Глюкоза фосфорилировалась. Ну а потом, когда поняла, что это необратимо, деваться ей уже было некуда. И тогда она связалась с Фосфофруктокиназой, потому что терять ей было нечего (так она думала). Потом все-таки наступил период мучительных колебаний, когда бывшая Глюкоза не знала, то ли ей прямо нужно, то ли обратно. Так и металась туда-сюда, то приобретала фосфаты, то их теряла. То отдавала электроны, то опять забирала. Все думала, может, опять получится стать Глюкозой. Не знала, глупая, что никогда ей уже не стать прежней: с другим набором атомов еще может получиться, если, конечно, будет на то воля Великого Регулятора. А если такой воли не будет, то не видать ей перерождения в образе Глюкозы. Или если пентозофасфатные гринкарты будут разыгрываться, то еще можно стать счастливой Пентозой и послужить субстратом для ДНК или там, РНК.
Но наша Глюкоза пошла другим метаболическим путем. Она отдала свои фосфаты обществу, получила просветление и стала пируватом. А потом вообще ушла в цикл Кребса и покинула Сансару.
("Сказание о гликолизе". Сказка из сборника "Тысяча и одна молекула")

Сказка - ложь, да в ней намек

Почему именно глюкоза, а не что-нибудь еще? Так уж случилось, что именно эта молекула заняла центральное место в метаболизме многих и многих живых существ, начиная от микроорганизмов и заканчивая животными и человеком. Ну, во-первых, это универсальный источник энергии. В одной молекуле глюкозы содержится шесть атомов углерода, шесть - кислорода и двенадцать - водорода. Расщепляя глюкозу до углекислого газа и воды, клетка получает большое количество энергии, значительная часть которой запаковывается в фосфаты, а оставшаяся часть уходит в тепло.

Жила-была Глюкоза
Во-вторых, глюкозу в организме можно сохранять и накапливать - на тот случай, когда она потребуется. В организме человека глюкоза накапливается в виде гликогена, в основном в печени и в мышцах.
при этом мышцы тратят глюкозу исключительно на собственные нужды, а печень контролирует нужды всего организма через уровень глюкозы в крови, при необходимости переключая запасание на трату имеющегося и далее - на синтез новой глюкозы из более простых предшественников.

В-третьих, из глюкозы можно много чего полезного для клетки сотворить. Конечно, глюкозу для этого надо сначала обработать, но потом из того, что получится, можно сделать много разного: аминокислоты, нуклеотиды, коферменты, жирные кислоты... Для человека - не все, но многие, а для некоторых организмов так вообще все. Например, кишечная палочка так и поступает, тем и живет. А растения делают глюкозу из атмосферного CO2 под влиянием солнечного света. А человек не умеет фотосинтезировать, поэтому он получает глюкозу из пищи.

Слюна: - Амилаза, подъем!
Альфа-амилаза (сонно): А? Что?
Слюна: - Подъем, говорю, тут еду загружают.
Альфа-амилаза (почесывая активный центр): - Какая еда? Третий час ночи.
Слюна: - Без понятия. Иди, давай, найди там углевод попроще, оторви от него пару-тройку глюкоз, можно даже сцепкой, надо мозгу отправить, а то он небось тоже ни сном, ни духом.
(Алексей Водовозов "Организм и все-все-все" 3-я серия "Ночные приключения глюкозы".
ФБ, 29.11.2018)
Жила-была Глюкоза
Углеводы пищи начинают обрабатываться уже во рту, и делает это фермент слюны альфа-амилаза. Амилаза катализирует распад сложных углеводов на более простые, поэтому важно тщательно пережевывать пищу. В желудке этот процесс прекращается и возобновляется уже в тонком кишечнике; там работает уже другая альфа-амилаза - из поджелудочной железы. Суть процесса состоит в том, чтобы разложить полисахариды и дисахариды пищи на моносахариды; то, что не удалось разложить, отправляется дальше, и там начинают работать бактерии из кишечного микробиома; тут уже все зависит от того, какие бактерии есть в наличии, насколько разнообразен микробиом, словом, тонкостей достаточно много.

Дальше получившаяся в результате глюкоза поступает в кровь, и кровь разносит ее по всему организму. Из крови глюкоза поступает в клетки. Как? А через специальные белки-транспортеры семейства Сопрано GLUT.

одни белки семейства GLUT зависят от инсулина, а другие - не зависят. Инсулинозависимые GLUT находятся в мышцах и в жировой ткани и пропускают глюкозу в клетки только тогда, когда инсулин связывается со своими рецепторами; когда инсулина нет или он не может связаться с рецепторами, эти транспортеры не могут пропустить глюкозу в клетку. Именно поэтому у диабетиков повышенный уровень глюкозы в крови. ИнсулиноНЕзависимые GLUT находятся в эритроцитах (клетках крови) и в нейронах, они пропускают глюкозу всегда. Еще один тип GLUT находится в клетках печени; эти транспортеры служат для пропуска глюкозы туда-сюда, в зависимости от ее уровня в крови (за счет этих самых GLUT концентрация глюкозы в клетках печени получается такая же, как и в крови, и таким образом клетки печени узнают, что надо делать: запасать глюкозу, тратить запасенное или вообще делать новую, потому что караул, все запасы иссякли).

Сколько в среднем должно быть углеводов в нормальном рационе нормального человека - не худеющего и не спортсмена? Оценки на этот счет разные, но в среднем сходятся на 50% углеводов, 20% белков и 30% жиров. Если человек худеет, то количество белков в рационе повышается за счет количества углеводов . А если человек - спортсмен, то - сюрприз! - в его рационе повышается количество углеводов (до 70%) за счет количества жиров, а количество белков остается неизменным.

необходимо четко понимать, что при такой диете кардинальным образом меняется метаболизм, переключаясь с катаболизма (распад) на анаболизм (синтез). Почему? Да потому, что глюкозы недостаточно, и ее приходится синтезировать. Из чего? Из аминокислот тех белков, которые вы едите сверх нормы. О том, куда девается при этом жир из жировой ткани, поговорим позже, когда будем обсуждать липидный обмен. А пока запомним, что липидный обмен очень тесно связан с углеводным обменом, и косяки в одном неминуемо вызывают косяки в другом. Ну и довеском пойдет необходимость утилизировать лишние аминогруппы. Поэтому такое можно делать, только четко понимая, что делаешь, и зная, как это делать без всяких нехороших последствий.
Жила-была Глюкоза
После приема пищи в среднем в течение двух часов происходит проникновение глюкозы в печень и мышцы и запасание ее в виде гликогена. Этот период имеет специальное название и называется абсорбтивным периодом. После окончания абсорбтивного периода уровень глюкозы в крови достигает нормы и, возможно, начинает понижаться, так как мозгу и нервной системе вообще подпитка требуется постоянно. Как только уровень глюкозы в крови снижается, клетки печени это сразу узнаЮт, и один из продуктов гликолиза останавливает деятельность фермента гексокиназы, которая запирает глюкозу в клетках печени путем ее фосфорилирования. При этом гексокиназа вообще вытаскивается из цитоплазмы в ядро клетки, где ее затыкают специальным белком. И тогда ничто не препятствует выходу глюкозы из клеток обратно в кровь, что она и делает. Начинает тратиться запасенный гликоген. И это происходит до следующего приема пищи, после чего цикл повторяется.
гликогена запасается некоторое ограниченное количество. Если он не был потрачен весь, а новой глюкозы прибыло много, то в гликоген складывается недостающая часть глюкозы, а куда девать остальное? Только в жир. Поэтому важно, чтобы тратилось все, запасенное нелегким трудом. И еще не нужно забывать, что если еда состояла не только из углеводов (как это обычно и бывает), то абсорбтивный период продлевается до 4х - 4х с половиной часов, и там уже запасается не только гликоген.

На молекулярном уровне регуляторами и контролерами метаболических путей служат определенные молекулы, а вернее, изменение их концентраций. А на более высоком уровне процессы регулируются гормонами. В случае глюкозы такими регуляторами служат инсулин и глюкагон. Инсулин появляется, когда уровень глюкозы в крови высокий, и тем самым сигналит о том, что можно и нужно глюкозу использовать и запасать. Когда уровень глюкозы в крови снижается, то появляется глюкагон, который сигналит о том, что все, баста, нужно прекращать юзать глюкозу и пора бы уже заняться тратами запасенного, а если запасенного не хватает, то и новую глюкозу организовать. Глюконеогенез в качестве исходников использует пируват, лактат, глицерин, некоторые аминокислоты (например аланин, из которого простым переносом аминогруппы получается пируват).

Не забываем, что существует краткосрочная регуляция и долгосрочная регуляция. Долгосрочная регуляция осуществляется на уровне экспрессии генов, и к ней может приводить необходимость долговременной адаптации. Например, человек регулярно переедает. Изо дня в день, из месяца в месяц, из года в год. Нетрудно догадаться, что все метаболические изменения, которые произошли у этого человека, уже закрепились на уровне экспрессии генов, и сдвинуть что-то в обратную сторону будет довольно сложно. Во всяком случае, это не решится на уровне "что бы такое съесть, чтобы похудеть", а будет необходим комплексный подход.

Это мы еще ничего не сказали о мышечной активности. Мышечная активность тоже служит нехилым регулятором метаболических процессов, и происходит это за счет изменения концентрации АМФ (аденозинмонофосфата). Но это - совсем другая история.

Продолжение следует

Литература: