Любое увеличение скорости фосфорилирования глюкозы может привести к увеличению концентрации глюкозо-6-фосфата, что вызовет интенсификацию гидролиза, так как последняя реакция отвечает кинетике первого порядка. В итоге может возрасти скорость холостого кругооборота, включающего и глюкозо-6-фосфат. Функционирование такого цикла могло бы обеспечить регуляцию не только потребления, но и выделения глюкозы клетками в среду.
Количественные оценки метаболизма глюкозы в изолированных гепатоцитах двумя независимыми методами, а также использование стационарных (или квазистационарных) режимов обмена мечеными субстратами окончательно подтвердили существование «футильного» цикла между глюкозой и глюкозо-6-фосфатом. Последний метод, применение которого стало возможным благодаря появлению в исследовательской практике суспензии изолированных гепатоцитов, позволил количественно описать аналогичные циклы между фруктозо-6-фосфатом и фруктозо-1,6-дифосфатом и фосфоенолпируватом — пируватом и оксалоацетатом.
Полученные экспериментальные доказательства существования цикла глюкоза — глюкозо-6-фосфат свидетельствуют о том, что уровень глюкозы и поглощение ее клетками печени регулируются противоположным действием глюкокиназы и глюкозо-6-фосфатазы.
Согласно этой концепции скорость цикла глюкоза — глюкозо-6-фосфат должна зависеть от относительных концентраций участвующих метаболитов в силу того, что Км глюкозо-6-фосфатазы для глюкозо-6-фосфата 2-4мМ, а его концентрация в клетке в 10 раз меньше. Глюкокиназа имеет Км 10-20мМ и при физиологических концентрациях глюкозы порядка 5мМ скорость фосфорилирования также может зависеть от ее содержания.
Действительно, в изолированных гепатоцитах концентрат глюкозо-6-фосфата увеличивается при повышении концентрации глюкозы в среде и при увеличении общего производства глюкозы клетками печени. Содержание глюкозо-6-фосфата в изолированных клетках с активным глюконеогенезом в течение 40-минутной инкубации составляет примерно 0,30мМ. Увеличение концентрации глюкозо-6-фосфата в 1,7 раза и соответствующая активация глюкозо-6-фосфатазы приводят к увеличению в 2,5 раза общего потока метаболитов через цикл глюкоза — глюкозо-6-фосфат. Аналогичным образом увеличивается скорость общего синтеза глюкозы в 3 раза при 1,5-кратном возрастании концентрации глюкозо-6-фосфата. Эти данные могут свидетельствовать о регулирующем влиянии цикла на выделение и поглощение глюкозы, причем ключевая роль принадлежит концентрации глюкозо-6-фосфата.
Положение глюкозо-6-фосфата в точке разветвления четырех основных метаболических путей — синтез гликогена и глюкозы, гликолиз через фруктозо-1,6-дифосфат и пентозофосфатный путь — позволяет предположить ведущую роль цикла глюкоза — глюкозо-6-фосфат и в регуляции направления метаболического потока в клетке. Данные, представленные в работе Катца с соавторами, наглядно подтверждают эту возможность.
