Биохимия человека Том 1 - Марри Р. 1993

Биоэнергетика и метаболизм углеводов и липидов
Метаболизм наиболее важных гексоз
Метаболизм фруктозы

Фруктоза может быть фосфорилирована с образованием фруктозо-6-фосфата в реакции, катализируемой гексокиназой — ферментом, который катализирует также реакции фосфорилирования глюкозы и маннозы (рис. 21.2). Однако сродство данного фермента к фруктозе гораздо ниже, чем к глюкозе, поэтому маловероятно, что это превращение находится на главном пути усвоения фруктозы.

В печени имеется другой фермент, называемый фруктокиназой, который катализирует перенос фосфата от АТР на фруктозу с образованием фруктозо-1-фосфата. Фруктокиназа обнаружена также в почках и кишечнике. Этот фермент не катализирует фосфорилирование глюкозы, на его активность (в отличие от активности глюкокиназы) не влияют ни голодание, ни инсулин; это позволяет понять, почему у больных диабетом выведение фруктозы из крови происходит с нормальной скоростью. Значение К_м фруктокиназы печени для фруктозы очень мало, что указывает на чрезвычайно высокое сродство фермента к данному субстрату. Образование фруктозо-1-фосфата является, по-видимому, главным путем фосфорилирования фруктозы. При отсутствии в печени фруктокиназы наблюдается идиопатическая фруктозурия.

Фруктозо-1-фосфат расщепляется на D-глицеральдегид и дигидроксиацетонфосфат альдолазой В, которая присутствует в печени и способна также расщеплять фруктозо-1,6-бисфосфат. Отсутствие этого фермента вызывает наследственную нетолерантность к фруктозе. D-глицеральдегид может включаться в гликолиз после фосфорилирования с образованием глицеральдегид-3-фосфата. Эта реакция катализируется другим ферментом печени — триозокиназой. Два триозофосфата — дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид-3-фосфат — могут либо трансформироваться далее по гликолитическому пути, либо конденсироваться под действием альдолазы с последующим превращением в глюкозу. Метаболизм фруктозы в печени происходит главным образом по последнему пути.

При генетически обусловленных нетолерантности к фруктозе или недостаточной активности фруктозо-1,6-дифосфатазы наблюдается индуцируемая фруктозой гипогликемия, возникающая несмотря на наличие больших запасов гликогена. Вероятно, фруктозо-1-фосфат и фруктозо-1,6-бисфосфат ингибируют фосфорилазу печени по аллостерическому механизму.

Если у подопытного животного удалить печень и кишечник, то вводимая в кровь фруктоза не превращается в глюкозу и животное может погибнуть от гипогликемии, если ему не сделать инъекцию глюкозы. Имеются данные о том, что у человека фруктоза может превращаться в почках в глюкозу и лактат. У человека в отличие от крыс значительное количество фруктозы, образующейся при расщеплении сахарозы, прежде чем поступить в систему воротной вены, превращается в глюкозу в клетках стенки кишечника. Метаболизм фруктозы в печени по гликолитическому пути происходит гораздо быстрее, чем метаболизм глюкозы. Это объясняется тем, что фруктоза минует стадию, характерную для метаболизма глюкозы, катализируемую фосфофруктокиназой. На этой стадии осуществляется метаболический контроль скорости катаболизма глюкозы. Это позволяет фруктозе интенсифицировать в печени процессы метаболизма, ведущие к синтезу жирных кислот, их эстерификацию и секрецию липопротеинов очень низкой плотности; в результате может увеличиваться концентрация триацилглицеролов в плазме крови.

Свободная фруктоза обнаружена в семенной жидкости; она также секретируется в больших количествах в систему кровообращения плода у копытных и китообразных и накапливается в околоплодной и аллантоидной жидкостях.

Метаболизм сорбитола

В хрусталике глаза человека обнаружены и фруктоза, и сорбитол, причем при диабете их концентрация увеличивается. Они, вероятно, участвуют в патогенезе диабетической катаракты. Образование фруктозы из глюкозы (рис. 21.2) происходит по «пути сорбитола» (полиола, не обнаруженного в печени), причем этот путь активируется у больных диабетом при увеличении концентрации глюкозы. Глюкоза восстанавливается NADPH до сорбитола в результате реакции, катализируемой альдозоредуктазой, затем сорбитол окисляется до фруктозы в присутствии NAD и сорбитолдегидрогеназы (полиолдегидрогеназы). Сорбитол с трудом проникает через клеточные мембраны и поэтому накапливается в клетке. Альдозоредуктаза обнаружена в плаценте овцы, она обеспечивает образование сорбитола, который секретируется в кровь плода. Присутствие сорбитолдегидрогеназы в печени, в том числе и в печени плода, обеспечивает превращение сорбитола во фруктозу. При внутривенном введении сорбитол действительно превращается преимущественно во фруктозу, а не в глюкозу; при пероральном введении всасывание его в кишечнике незначительно, и он ферментируется бактериями толстого кишечника с образованием ацетата и Н₂.

Сладкие продукты с сорбитолом могут вызывать боли в животе при нетолерантности к этому веществу.

Рис. 21.2. Метаболизм фруктозы. Альдолаза А обнаружена во всех тканях, кроме печени, в которой имеется только альдолаза В. Альдозоредуктаза не обнаружена в печени.