Сеглен в 1973г. сообщил о синтезе гликогена в изолированных клетках печени голодных крыс в присутствии высокой концентраций глюкозы. Катц с соавторами позднее подтвердили, что поглощение глюкозы начинается при ее концентрации в среде инкубации 10-20мМ. Гепатоциты сытых крыс не синтезируют гликоген до тех пор, пока его запасы не будут исчерпаны полностью, несмотря на включение метки из глюкозы в гликоген при изменении содержания глюкозы в среде в процессе инкубации. Это явление может быть объяснено различной активностью гликогенсинтетазной и гликогенфосфорилазной реакций.
Активность ферментов на метаболическом участке между глюкозо-6-фосфатом и гликогеном менялась через 20мин инкубации гепатоцитов из печени сытых крыс таким образом, что синтез гликогена полностью инактивировался и начинал доминировать гликогенолиз.
Эффективный синтез гликогена осуществляется в основном в клетках печени голодных животных. Скорость синтеза гликогена в гепатоцитах крыс, голодавших 20-24 часа, в присутствии 20мМ глюкозы составляла 36 мкмоль в час-1 на г-1, а в присутствии 40мМ глюкозы — 54мкмоль. В гепатоцитах существуют две функционально различные системы синтеза гликогена. Первая включает синтез гликогена конкурентно с синтезом глюкозы из предшественников глюконеогенеза. Вторая функционирует при значительном возрастании концентрации глюкозы в среде инкубации.
Эффективный синтез в первой системе осуществляется в присутствии 10мМ глюкозы, субстратов глюконеогенеза и аминокислот, из которых наиболее эффективен глутамин. Синтетические реакции протекают с линейными скоростями в области концентраций глюкозы от 10 до 2,0мМ, т.е. до тех пор, пока субстрат не используется на 80-90%. Вторая система синтеза гликогена осуществляется в условиях более высокого содержания глюкозы — до 30-40мМ. В этом случае глюкоза поглощается быстрее, чем производится внутри гепатоцитов, и при этом возрастает скорость гликолиза.
Гликогенсинтетазная активность заметно увеличивается в процессе синтеза гликогена в обоих системах. Тем не менее они различаются по активности фосфорилазы, интенсивность функционирования которой угнетается при увеличении концентрации глюкозы, но не изменяется или увеличивается при синтезе гликогена из предшественников глюконеогенеза. Однако в рамках указанного механизма нельзя объяснить, как осуществляется синтез гликогена в присутствии предшественников глюконеогенеза и глюкозы.
Вероятно, в «нормальных» условиях роль глюкозы как предшественника гликогена переоценивается и синтез гликогена идет в основном из предшественников глюконеогенеза. Подобная ситуация существует в гепатоцитах и при синтезе липидов. Свободная глюкоза не является эффективным предшественником жирных кислот, а их главный источник — гликоген и лактат.
Общепринято, что глюкоза является основным субстратом для липогенеза в жировой ткани и не используется для липогенеза печенью в своей массе у голодных и накормленных после голода крыс пищей, содержащей главным образом углеводы. А большая часть глюкозы утилизируется внепеченочными тканями.
Содержание глюкозы в среде инкубации небезразлично для глюконеогенеза изолированными клетками печени. Глюкоза вызывает 2-3-кратное увеличение интенсивности глюконеогенеза из диоксиацетона, по-видимому, за счет увеличения фосфофруктокиназного потока. Использование лактата в качестве предшественника глюконеогенеза вызывает обратный эффект. В гепатоцитах, полученных из печени сытых животных, активность глюконеогенеза из 2,5мМ лактата в присутствии 10 и 30мМ глюкозы снижается более чем на 20 и 60% соответственно.
В гепатоцитах из печени голодных крыс глюкоза оказывает незначительный эффект на глюконеогенез из 9мМ лактата даже при концентрации глюкозы 30мМ. Эти результаты согласуются с мнением о том, что высокие концентрации лактата маскируют или заметно угнетают действие глюкозы.
Действие глюкозы более эффективно при использовании 30-минутной преинкубации гепатоцитов с 10мМ глюкозой и последующим добавлением 2мМ лактата.
Точный молекулярный механизм ингибирующего действия 10мМ глюкозы на глюконеогенез из лактата в изолированных клетках печени окончательно не установлен. Предполагается, что преинкубация с глюкозой вызывает увеличение содержания фруктозо-2,6-дифосфата, который активирует фосфофруктокиназу и ингибирует фруктозо-1,6-дифосфотазу, что приводит к увеличению уровня фруктозо-1,6-дифосфата, который, в свою очередь, активирует пируваткиназу по аллостерическому механизму.
Основными предшественниками глюконеогенеза являются лактат, глицерин и аминокислоты. В гепатоцитах из печени сытых крыс глицерин приобретает особое значение в этом процессе, обеспечивая высокие скорости реакций, катализируемых фруктозодифосфатальдолазой и глицерофосфатдегидрогеназой.
