Широкое использование фруктозы в качестве субстрата при моделировании различных энергетических состояний в изолированных клетках печени заслуживает более подробного анализа для умелого применения ее в экспериментальной практике. В обсуждении использованы данные из работы Кларка с соавторами.
Концентрация фруктозы в крови крыс составляет 1,5 - 2,5мМ. Это по крайней мере в 4 раза ниже той концентрации, что обычно применяется при исследованиях метаболизма печени. При инкубации гепатоцитов из печени голодных крыс (24ч) в течение 60мин с глюкозой (5мМ) без фруктозы содержание свободной глюкозы в среде не меняется. В присутствии 2,5, 7,5 и 25мМ фруктозы конечная концентрация глюкозы возрастает на 30, 60 и 40% соответственно. Фруктоза в концентрации 2,5мМ увеличивает скорость субстратных циклов между глюкозой и глюкозо-6-фосфатом и между фруктозо-6-фосфатом и фруктозо-1,6-дифосфатом. Повышение концентрации фруктозы способствует угнетению их активности.
При добавлении в инкубационную среду с глюкозой (5мМ) фруктозы (25мМ) скорость потребления О2 возрастает на 37% и одновременно уменьшается выход тепла на 24%. Отметим, что 2,5мМ фруктозы вызывает увеличение потребления кислорода на 47%, а теплообразования — на 63%. Возрастание интенсивности потребления кислорода и, следовательно, стимулирование субстратного фосфорилирования, сопровождающееся более высокой стимуляцией теплообразования, может свидетельствовать о снижении эффективности работы энергообразующих систем в таких клетках.
В присутствии высоких концентраций фруктозы возрастает синтез глюкозы и образование лактата, а скорость субстратных циклов снижается, вероятно, за счет уменьшения концентрации АТФ при чрезмерном фосфорилировании фруктозы. Действительно, как показано авторами, содержание АТФ при концентрациях фруктозы 2,5, 7,5 и 25мМ снижается на 20, 65 и 80%.
Основной эффект 2,5мМ фруктозы заключается в значительном стимулировании катаболизма глюкозы через гексокиназную и фосфофруктокиназную реакции. Возрастание активности этих ферментативных процессов должно увеличивать использование АТФ. В процессе гликолиза и цикла трикарбоновых кислот одновременно увеличивается образование АТФ. И так как глюконеогенез из фруктозы требует 2 моля АТФ на каждый моль синтезированной глюкозы, то образование тепла при утилизации 2,5мМ фруктозы объясняется гидролизом макроэргон.
Пентозофосфатный путь в гепатоцитах
Интенсивность реакций пентозофосфатного пути в изолированных клетках печени достаточна для синтеза НАДФ в количестве, позволяющем покрыть 1/2—3/4 потребности синтетических реакций в ней, в частности при липогенезе.
Инкубация клеток, выделенных из печени сытых крыс, в среде с 10мМ глюкозой и необходимыми мечеными субстратами показала, что скорость потока через основные ферментативные реакции окислительного участка шунта составляет 7,4 и 9,8 нмоль/20 мин/мг белка. Эти скорости значительно меньше максимальных активностей соответствующих ферментон in vitro, но тем не менее обеспечивают общий метаболизм значительной части глюкозы.
При анализе интенсивности потоков через рибокиназу была установлена высокая эффективность рибозы как субстрата глюконеогенеза в изолированных гепатоцитах.
Доступность субстратов и модификаторов активности ферментов пентозофосфатного шунта может играть важную роль в регуляции интенсивности и направления потоков в этом метаболическом пути, так как в изолированных гепатоцитах основные ферменты действуют со скоростями, что значительно ниже максимальных значений, существующих in vitro.