Фруктолиз
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Фруктолиз относится к метаболизму фруктозы из источников пищевых . Хотя метаболизм глюкозы . посредством гликолиза использует многие из тех же ферментов и промежуточных структур, что и при фруктолизе, эти два сахара имеют очень разные метаболические судьбы в метаболизме человека Менее одного процента потребляемой фруктозы напрямую преобразуется в триглицериды плазмы. [1] 29–54% фруктозы превращается в печени в глюкозу, а около четверти фруктозы превращается в лактат . 15–18% превращается в гликоген . [2] Глюкоза и лактат затем обычно используются в качестве энергии для питания клеток по всему телу. [1]
Фруктоза – это диетический моносахарид , который естественным образом присутствует во фруктах и овощах либо в виде свободной фруктозы, либо как часть дисахарида сахарозы , а также в виде ее полимера инулина . Он также присутствует в виде рафинированного сахара, включая сахар-песок (белый кристаллический столовый сахар, коричневый сахар , кондитерский сахар и сахар турбинадо ), рафинированной кристаллической фруктозы , кукурузных сиропов с высоким содержанием фруктозы , а также в меде. Около 10% калорий, содержащихся в западной диете, обеспечивается фруктозой (приблизительно 55 г/день). [3]
В отличие от глюкозы, фруктоза не стимулирует инсулина секрецию и фактически может снижать уровень циркулирующего инсулина. [4] Помимо печени, фруктоза метаболизируется в кишечнике, семенниках, почках, скелетных мышцах, жировой ткани и головном мозге. [5] [6] но он не транспортируется в клетки инсулиночувствительными путями (инсулин-регулируемые транспортеры GLUT1 и GLUT4 ). Вместо этого фруктоза поглощается GLUT5 . Фруктоза в мышцах и жировой ткани фосфорилируется гексокиназой.
Фруктолиз и гликолиз являются независимыми путями.
[ редактировать ]
Хотя метаболизм фруктозы и глюкозы имеет много одинаковых промежуточных структур, их метаболическая судьба в метаболизме человека очень разная. У человека фруктоза практически полностью метаболизируется в печени и направляется на пополнение запасов гликогена в печени и синтез триглицеридов , в то время как большая часть поступающей с пищей глюкозы проходит через печень и поступает в скелетные мышцы, где метаболизируется до CO 2 , H 2 O и АТФ и жировые клетки, где он метаболизируется преимущественно до фосфата глицерина для синтеза триглицеридов, а также производства энергии. [7] Продуктами метаболизма фруктозы являются гликоген печени и липогенез жирных кислот de novo и, в конечном итоге, синтез эндогенных триглицеридов. Этот синтез можно разделить на две основные фазы: первая фаза — синтез триоз , дигидроксиацетона ( DHAP) и глицеральдегида ; вторая фаза — последующий метаболизм этих триоз либо по глюконеогенному пути для пополнения гликогена, либо полный метаболизм по фруктолитическому пути до пирувата , который вступает в цикл Кребса , превращается в цитрат и в дальнейшем направляется на de novo синтез свободных жирных кислот пальмитат . [7]
Метаболизм фруктозы до DHAP и глицеральдегида.
[ редактировать ]Первым этапом метаболизма фруктозы является фосфорилирование фруктозы во фруктозо-1-фосфат под действием фруктокиназы ( Km = 0,5 мМ, ≈ 9 мг/100 мл), захватывая таким образом фруктозу для метаболизма в печени. Гексокиназа IV ( глюкокиназа ) также встречается в печени и способна фосфорилировать фруктозу до фруктозо-6-фосфата (промежуточного продукта глюконеогенного пути); однако он имеет относительно высокий Km (12 мМ) для фруктозы, и, следовательно, по существу вся фруктоза превращается во фруктозо-1-фосфат в печени человека. Большая часть глюкозы, с другой стороны, не фосфорилируется (Km печеночной глюкокиназы (гексокиназы IV) = 10 мМ), проходит через печень, направляясь к периферическим тканям, и поглощается инсулинозависимым переносчиком глюкозы GLUT 4. , присутствует в жировой ткани и скелетных мышцах.
Затем фруктозо-1-фосфат подвергается гидролизу фруктозо-1-фосфатальдолазой (альдолазой B) с образованием дигидроксиацетонфосфата (DHAP) и глицеральдегида; DHAP может либо изомеризоваться до глицеральдегид-3-фосфата под действием триозофосфат-изомеразы, либо подвергнуться восстановлению до глицерин-3-фосфата под действием глицерин-3-фосфатдегидрогеназы. Образующийся глицеральдегид также может быть преобразован в глицеральдегид-3-фосфат под действием глицеральдегидкиназы или преобразован в глицерин-3-фосфат под действием глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы. В этот момент метаболизм фруктозы дает промежуточные продукты глюконеогенного пути, ведущего к синтезу гликогена, или она может окисляться до пирувата и восстанавливаться до лактата, или декарбоксилироваться до ацетил-КоА в митохондриях и направляться на синтез свободных жирных кислот, что в конечном итоге приводит к синтез триглицеридов .
Синтез гликогена из DHAP и глицеральдегид-3-фосфата.
[ редактировать ]Синтез гликогена в печени после приема пищи, содержащей фруктозу, происходит из глюконеогенных предшественников. Фруктоза первоначально превращается в DHAP и глицеральдегид под действием фруктокиназы и альдолазы B. Полученный глицеральдегид затем подвергается фосфорилированию до глицеральдегид-3-фосфата. Повышенные концентрации DHAP и глицеральдегид-3-фосфата в печени стимулируют глюконеогенный путь к образованию глюкозо-6-фосфата, глюкозо-1-фосфата и гликогена. Похоже, что фруктоза является лучшим субстратом для синтеза гликогена, чем глюкоза, и что пополнение гликогена имеет приоритет над образованием триглицеридов. [8] После восполнения запасов гликогена в печени промежуточные продукты метаболизма фруктозы в первую очередь направляются на синтез триглицеридов.
Синтез триглицеридов из DHAP и глицеральдегид-3-фосфата.
[ редактировать ]Углероды пищевой фруктозы содержатся как в СЖК, так и в глицериновых фрагментах триглицеридов плазмы (ТГ). Избыток фруктозы, поступающей с пищей, может превращаться в пируват, вступать в Кребса и выходить в виде цитрата, направляемого на синтез свободных жирных кислот в цитозоле гепатоцитов цикл . DHAP, образующийся во время фруктолиза, также может быть преобразован в глицерин, а затем в глицерин-3-фосфат для синтеза ТГ. Таким образом, фруктоза может обеспечивать триозы как для глицерин-3-фосфатного остова, так и для свободных жирных кислот в синтезе ТГ. Действительно, фруктоза может обеспечивать основную часть углеводов, необходимых для синтеза ТГ de novo у людей. [9]
Фруктоза индуцирует липогенные ферменты печени.
[ редактировать ]Потребление фруктозы приводит к независимой от инсулина индукции нескольких важных липогенных ферментов печени, включая пируваткиназу , НАДФ. + -зависимая малатдегидрогеназа , цитратлиаза , ацетил-КоА-карбоксилаза , синтаза жирных кислот , а также пируватдегидрогеназа . Было показано, что диеты с высоким содержанием рафинированной фруктозы приводят к гипертриглицеридемии в широком диапазоне групп населения, включая людей с нормальным метаболизмом глюкозы, а также людей с нарушенной толерантностью к глюкозе, диабетом, гипертриглицеридемией и гипертонией, хотя это и не является последовательным результатом исследований метаболического питания. Наблюдаемые гипертриглицеридемические эффекты являются признаком повышенного потребления углеводов, а фруктоза, по-видимому, зависит от ряда факторов, включая количество потребляемой с пищей фруктозы и степень резистентности к инсулину .
| Группа | Пируваткиназа | НАДФН-Малат Дегидрогеназа | Цитрат-лиаза | Ацетил-КоА Карбоксилаза | Синтаза жирных кислот |
|---|---|---|---|---|---|
| Контролируйте животных | |||||
| Контрольная диета | 495 ± 23 | 35 ± 5 | 21 ± 3 | 6.5 ± 1.0 | 3.6 ± 0.5 |
| Фруктозная диета | 1380 ± 110* | 126 ± 9* | 69 ± 7* | 22.5 ± 2.7* | 10.8 ± 1.4* |
| Животные с диабетом | |||||
| Контрольная диета | 196 ± 21 | 14 ± 3 | 9 ± 2 | 3.1 ± 0.8 | 1.4 ± 0.6 |
| Фруктозная диета | 648 ± 105* | 70 ± 9* | 37 ± 6* | 10.3 ± 2.0* | 3.9 ± 0.9* |
‡ = среднее значение ± SEM активность в нмоль/мин на мг белка.
§ = 12 крыс/группа
* = достоверно отличается от контроля при p < 0,05. [10]
Нарушения метаболизма фруктозы
[ редактировать ]Отсутствие двух важных ферментов обмена фруктозы приводит к развитию двух врожденных нарушений обмена углеводов – эссенциальной фруктозурии и наследственной непереносимости фруктозы . Кроме того, при внутривенном введении фруктозы может наблюдаться снижение потенциала фосфорилирования гепатоцитов.
Врожденные нарушения метаболизма фруктозы
[ редактировать ]Эссенциальная фруктозурия
[ редактировать ]Отсутствие фруктокиназы приводит к неспособности фосфорилировать фруктозу во фруктозо-1-фосфат внутри клетки. В результате фруктоза не задерживается внутри клетки и не направляется на ее метаболизм. [11] Концентрация свободной фруктозы в печени увеличивается, и фруктоза может свободно покинуть клетку и попасть в плазму. Это приводит к увеличению концентрации фруктозы в плазме, что в конечном итоге превышает порог реабсорбции фруктозы почками, что приводит к появлению фруктозы в моче. [11] Эссенциальная фруктозурия — доброкачественное бессимптомное состояние. [12]
Наследственная непереносимость фруктозы
[ редактировать ]Отсутствие фруктозо-1-фосфатальдолазы (альдолазы В) приводит к накоплению фруктозо-1-фосфата в гепатоцитах, почках и тонком кишечнике. Накопление фруктозо-1-фосфата после приема фруктозы ингибирует гликогенолиз (распад гликогена) и глюконеогенез, что приводит к тяжелой гипогликемии. Это симптоматическое заболевание, приводящее к тяжелой гипогликемии, болям в животе, рвоте, кровотечениям, желтухе, гепатомегалии и гиперурикемии, что в конечном итоге приводит к печеночной и/или почечной недостаточности и смерти. Заболеваемость варьируется во всем мире, но оценивается в 1:55 000 (диапазон от 1:10 000 до 1:100 000) живорождений. [13]
Сниженный потенциал фосфорилирования
[ редактировать ]Было показано, что внутривенное (в/в) введение фруктозы снижает потенциал фосфорилирования в клетках печени за счет улавливания неорганического фосфата (Pi) в виде фруктозо-1-фосфата. [14] Реакция фруктокиназы происходит довольно быстро в гепатоцитах, захватывающих фруктозу в клетках путем фосфорилирования. С другой стороны, расщепление фруктозо-1-фосфата до DHAP и глицеральдегида под действием альдолазы B происходит относительно медленно. Таким образом, фруктозо-1-фосфат накапливается с соответствующим уменьшением внутриклеточного Pi, доступного для реакций фосфорилирования в клетке. Вот почему фруктоза противопоказана для растворов для полного парентерального питания (ППП) и никогда не вводится внутривенно в качестве источника углеводов. Было высказано предположение, что чрезмерное потребление фруктозы с пищей может также привести к снижению потенциала фосфорилирования. Однако это по-прежнему спорный вопрос. Пищевая фруктоза плохо усваивается, и увеличение ее потребления с пищей часто приводит к нарушению всасывания. Вопрос о том, может ли абсорбироваться достаточное количество фруктозы с пищей, чтобы вызвать значительное снижение фосфорилирующего потенциала в клетках печени, остается под вопросом, и в литературе нет четких примеров этого.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Сан, Сэм З.; Эмпи, Марк В. (2 октября 2012 г.). «Метаболизм фруктозы у человека – что говорят нам изотопные исследования» . Питание и обмен веществ . 9 (1): 89. дои : 10.1186/1743-7075-9-89 . ISSN 1743-7075 . ПМЦ 3533803 . ПМИД 23031075 .
- ^ Риппе, Дж. М.; Ангелопулос, Ти Джей (2013). «Сахароза, кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы и фруктоза, их метаболизм и потенциальное воздействие на здоровье: что мы на самом деле знаем?» . Адв Нутр . 4 (2): 236–45. дои : 10.3945/ан.112.002824 . ПМЦ 3649104 . ПМИД 23493540 .
- ^ Харви, Ричард А.; Ферье, Дениз Р. (2011). «Обмен фруктозы». Биохимия (5-е изд.). Филадельфия: Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 9781608314126 . OCLC 551719648 .
- ^ Гавел, Питер Дж.; Д'Алессио, Дэвид; Кейм, Нэнси Л.; Таунсенд, Раймонд Р.; Хейман, Марк; Рейдер, Дэниел; Киффер, Тимоти Дж.; Чоп, Матиас; Эллиотт, Шэрон С. (1 июня 2004 г.). «Диетическая фруктоза снижает уровень циркулирующего инсулина и лептина, ослабляет постпрандиальное подавление грелина и увеличивает уровень триглицеридов у женщин» . Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 89 (6): 2963–2972. дои : 10.1210/jc.2003-031855 . ISSN 0021-972X . ПМИД 15181085 .
- ^ Дуар, В; Феррарис, РП (2008). «Регуляция переносчика фруктозы GLUT5 в здоровье и болезни» . AJP: Эндокринология и обмен веществ . 295 (2): Е227-37. дои : 10.1152/ajpendo.90245.2008 . ПМЦ 2652499 . ПМИД 18398011 .
- ^ Хундаль, HS; Дарахшан, Ф; Кристиансен, С; Блейкмор, С.Дж.; Рихтер, Э.А. (1998). «Экспрессия GLUT5 и транспорт фруктозы в скелетных мышцах человека». Метаболизм скелетных мышц при физических нагрузках и диабете . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 441. С. 35–45. дои : 10.1007/978-1-4899-1928-1_4 . ISBN 978-1-4899-1930-4 . ПМИД 9781312 .
- ^ Jump up to: а б МакГрейн, ММ (2006). Обмен углеводов: синтез и окисление . Миссури: Сондерс, Эльзевир. стр. 258–277.
- ^ Парняк, Массачусетс; Калант Н. (1988). «Повышение концентрации гликогена в первичных культурах гепатоцитов крыс, подвергнутых воздействию глюкозы и фруктозы» . Биохимический журнал . 251 (3): 795–802. дои : 10.1042/bj2510795 . ПМК 1149073 . ПМИД 3415647 .
- ^ Харрис, Дж. Робин (1996). Субклеточная биохимия: биохимия и биохимическая клеточная биология . Springer Science & Business Media. п. 98.
- ^ Кречмер, Норман; Холленбек, Клэри (1991). «Метаболизм фруктозы и сахарозы, его физиологические и патологические последствия». Сахара и подсластители . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 084938835X . ОСЛК 23769501 .
- ^ Jump up to: а б Штайнманн Б., Сантер Р. (2012). «Нарушения обмена фруктозы». В Саудубрей Дж. М., ван ден Берге Г., Уолтер Дж. Х. (ред.). Врожденные метаболические заболевания: диагностика и лечение (5-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. стр. 157–165. ISBN 978-3-642-15719-6 .
- ^ «Эссенциальная фруктозурия» . Сирота . Проверено 11 апреля 2019 г.
- ^ «Непереносимость фруктозы, наследственная» . Rarediseases.org . Национальная организация редких заболеваний . Проверено 1 ноября 2021 г.
- ^ Сегебарт С., Гривенье А.Р., Лонго Р., Люйтен П.Р., ден Холландер Дж.А. (1991). «In vivo мониторинг метаболизма фруктозы в печени человека с помощью 32 P-магнитно-резонансная спектроскопия». Biochimie . 73 (1): 105–108. doi : 10.1016/0300-9084(91)90082-C . PMID 2031955 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Вступление фруктозы и галактозы в гликолиз , Глава 16.1.11. Биохимия , 5-е издание, Джереми М. Берг, Джон Л. Тимочко и Люберт Страйер, Нью-Йорк: WH Freeman; 2002.
- Таппи, Л; Ле, К.А. (2010). «Метаболические эффекты фруктозы и рост ожирения во всем мире». Физиологические обзоры . 90 (1): 23–46. doi : 10.1152/physrev.00019.2009 . ПМИД 20086073 .
метаболизма Карта |
|---|
- ^ Биби, Джейн А.; Фрей, Перри А. (1 октября 1998 г.). «Галактозомутаротаза: очистка, характеристика и исследование двух важных остатков гистидина» . Биохимия . 37 (42): 14989–14997. дои : 10.1021/bi9816047 . ISSN 0006-2960 .