Автор: Андрей Антонов Глюконеогенез (от греч. glykys – сладкий, neos – новый и genesis – рождение, происхождение, то есть дословно – новообразование глюкозы) – процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. Процесс протекает в основном в печени и менее интенсивно – в корковом веществе почек (около 10 %), а также в слизистой оболочке кишечника. Особенно активно глюконеогенез идет при недостатке углеводов, что характерно для безуглеводной диеты или голодания. Зачем организму нужна глюкоза, если энергетический запас в виде подкожного и висцерального жира способен обеспечить энергетические потребности организма более чем на 2 месяца? Все мы помним, что грамм жира дает при окислении 9 ккал. Казалось бы, голодай спокойно и избавляйся от жира. Но не все так просто. В скелетных мышцах жир потребляется только окислительными мышечными волокнами, частично – промежуточными мышечными волокнами и только при нагрузке уровня анаэробного порога. В мышечных волокнах окисление жирных кислот, в отличие от гликолиза, происходит только в митохондриях. Гликолитические мышечные волокна митохондрий практически не имеют и использовать жирные кислоты в качестве источника энергии не могут. Не могут использовать жиры головной мозг и вся нервная система. И это притом, что нервная ткань особенно богата липидами, которые могут составлять почти половину ее общей массы. Ткань мозга и нервов содержит лишь небольшие количества триглицеридов. Большую часть липидов нервной ткани представляют сложные липиды: фосфолипиды, липиды, содержащие аминоспирт с длинной цепью углеродных атомов в молекуле – сфингозин (сфинголипиды), и холестерин, который всегда обнаруживают в свободном, а не в этерифицированном состоянии, характерном для большинства других тканей. Все эти липиды могут быть синтезированы в мозгу из глюкозы и других низкомолекулярных соединений, поступающих с током крови, так что мозг обладает довольно высокой способностью синтезировать жирные кислоты. При этом митохондрии мозга и нервной ткани практически инертны в отношении бета-окисления жирных кислот. Напомню, что бета-окисление – это первый этап в окислении свободных жирных кислот, в результате которого из разных свободных жирных кислот, а они имеют значительные структурные различия, образуется ацетил-КоА, который включается потом в цикл Кребса. Весь ацетил-КоА, необходимый для выработки энергии в реакциях цикла лимонной кислоты для синтеза стероидов и других важных синтетических реакций, таких как синтез нейромедиатора ацетилхолина, должен быть получен в результате превращений глюкозы. Справедливости ради стоит отметить, что в качестве питания мозг может использовать и кетоновые тела, особенно на голодании, которые образуются печенью из ацетил-КоА. Сама печень, синтезируя кетоновые тела, не способна использовать их в качестве энергетического материала, так как не располагает соответствующими ферментами. В сутки головному мозгу и нервной системе требуется около 120 г глюкозы. Не могут обходиться без глюкозы и эритроциты. В эритроцитах в процессе гликолиза происходит активное потребление глюкозы. Эритроциты занимают 40–45 % объема крови. При созревании в костном мозге они теряют ядро и все субклеточные органеллы. Без ядра у них отсутствует способность синтезировать нуклеиновые кислоты, без рибосом – белок, без митохондрий – окислять липиды. Поэтому эритроциты способны утилизировать фактически только глюкозу. Метаболизм глюкозы в эритроцитах исключительно анаэробный, хотя они обогащены кислородом. В эритроцитах большая часть глюкозы окисляется до молочной кислоты, которая выходит в кровоток. При этом образуется аденозинтрифосфат, энергия которого используется в основном для поддержания электрохимического и ионных градиентов через плазматическую мембрану. Эритроциты имеют самую высокую относительную скорость утилизации глюкозы в организме, примерно 10 г глюкозы/кг ткани в день, тогда как в целом организм потребляет глюкозу со скоростью 2,5 г/кг в сутки. В сутки эритроциты потребляют около 60 г глюкозы. Также глюкоза необходима мозговому слою надпочечников, сетчатке глаза и некоторым другим органам, но их энергозатраты не так велики, и мы не будем их рассматривать. Как видим, нашему организму волей-неволей приходится синтезировать глюкозу из жиров и белков. Субстратом глюконеогенеза выступают еще лактат и пируват, но мы не будем их подробно рассматривать, поскольку они являются продуктом анаэробного гликолиза. То есть образуются из гликогена и глюкозы при любых состояниях организма в эритроцитах и работающих мышцах. Таким образом, лактат и пируват используются в глюконеогенезе постоянно, а нас интересует процесс новообразования глюкозы при дефиците или полном отсутствии углеводов в питании. Рассмотрим, как же включаются в процесс глюконеогенеза белки и жиры. Белки В процесс, конечно же, включаются не сами белки, а их составляющие – аминокислоты, образующиеся в результате распада мышечных белков. Аминокислоты, которые при катаболизме превращаются в пируват или метаболиты цитратного цикла, могут рассматриваться как потенциальные предшественники глюкозы и гликогена и носят название гликогенных. К ним относятся 14 аминокислот. Две аминокислоты – лейцин и лизин – в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат или ацетил-КоА и используются в синтезе кетоновых тел. Они называются кетогенными и в глюконеогенезе участия не принимают. Четыре аминокислоты – тирозин, изолейцин, триптофан и фенилаланин – используются и для синтеза глюкозы, и для синтеза кетоновых тел, так как в процессе их катаболизма образуются два продукта – определенный метаболит цитратного цикла и ацетоацетат или ацетил-КоА. Их называют смешанными, или гликокетогенными. Как мы видим, из 20 аминокислот человеческого организма 18 могут стать субстратами глюконеогенеза. Из всех аминокислот, поступающих в печень, примерно 30 % приходится на долю аланина. Это объясняется тем, что при расщеплении мышечных белков образуются аминокислоты, многие из которых превращаются сразу в пируват или сначала в оксалоацетат, а затем в пируват. Последний превращается в аланин, приобретая аминогруппу от других аминокислот. Аланин из мышц переносится кровью в печень, где снова преобразуется в пируват, который частично окисляется и частично включается в глюконеогенез. Надо сказать, что катаболизм аминокислот происходит практически постоянно. За сутки в норме в организме человека распадается примерно 100 г аминокислот, и такое же количество должно поступать в составе белков пищи. Естественно, что при дефиците углеводов катаболизм аминокислот значительно повышается. Скорость глюконеогенеза из аминокислот регулируется гормонами. Так, под действием глюкагона увеличивается активность регуляторных ферментов процесса, а кортизол индуцирует синтез ферментов глюконеогенеза в печени. Жиры А как же происходит процесс глюконеогенеза жиров? Жировая ткань в организме выполняет три основных функции: синтез жирных кислот из глюкозы (этот процесс называется липогенез, или деградация жира) с последующим синтезом триглицеридов из жирных кислот и глицерина (глицерола) (этот процесс называется эстерификация), сохранение их в жировом депо и освобождение их из жирового депо. Последний процесс называется липолизом. Это тот самый механизм, который хочет у себя максимально активировать большая часть посетителей тренажерных залов и групповых программ. Что представляет собой молекула жира, или, правильнее сказать, триглицерида? Сложный эфир глицерина, в котором молекула глицерина связана с тремя молекулами жирных кислот. Выйти сквозь клеточную мембрану адипоцита (так называется жировая клетка) в кровоток триглицерид не может. Но в процессе липолиза под действием фермента липазы триглицериды распадаются на жирные кислоты и глицерин и в такой форме выходят в кровоток. Липолиз протекает в митохондриях адипоцитов, куда триглицериды доставляются с помощью переносчика – всем известного карнитина. Попав в кровоток, эти четыре молекулы, составляющие триглицерид, могут пойти на обеспечение энергозатрат, а если в этом нет необходимости, войти в другую жировую клетку. Процесс липогенеза с эстерификацией и липолиза происходит в организме постоянно. Но вот проблема: жирные кислоты в процесс глюконеогенеза включиться не могут. Они могут использоваться мышечными волокнами сердца, окислительными мышечными волокнами диафрагмы и скелетных мышц. В глюконеогенезе может участвовать только глицерин. Под действием фермента глицеролкиназа глицерин преобразуется в глицерол-3-фосфат и далее в ходе еще нескольких реакций превращается в глюкозу. Как мы видим, процесс образования глюкозы из жиров более трудоемкий и происходит лишь из одной из четырех молекул триглицерида, а три оставшихся молекулы свободных жирных кислот при недостатке потребности в энергии вышеперечисленных мышечных волокон могут вернуться в жировое депо. Так что организму гораздо проще получать глюкозу из аминокислот, а их хранилищем является мышечная ткань. Поэтому мышцы так «летят» на полной безуглеводке, несмотря на количество принимаемого белка. Спортсмены несколько замедляют этот процесс фармакологически, принимая анаболические стероиды. Хорошо себя зарекомендовал и диетический метод – прием небольших доз быстрых углеводов за 20–30 минут перед тренировкой. В этом случае инсулин не успевает секретироваться, а глюкозу получат мозг и эритроциты, замедлив процесс глюконеогенеза в мышцах. Также надо обратить внимание на необходимость аэробной работы на уровне ниже анаэробного порога. Мы должны тратить свободные жирные кислоты, полученные в результате липолиза, чтобы не допустить их обратного возврата в жировую ткань. Превышение уровня анаэробного порога рекрутирует промежуточные и гликолитические мышечные волокна, и энергообеспечение пойдет за счет гликолиза, что приведет к еще большему катаболизму мышечной ткани. Безуглеводная диета – это очень эффективное средство снижения массы тела, но на ней легко потерять больший процент мышц, чем жира, так что применяйте ее, сделав соответствующие коррективы в тренировочном процессе. Применяя безуглеводку и проводя лечебное голодание без тренировок, мы теряем в большей степени мышечную массу. А это далеко не лучший вариант.
Приднестровская бездопинговая ф -я пауэрлифтинга
Глюконеогенез
Автор: Андрей Антонов
Глюконеогенез (от греч. glykys – сладкий, neos – новый и genesis – рождение, происхождение, то есть дословно – новообразование глюкозы) – процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. Процесс протекает в основном в печени и менее интенсивно – в корковом веществе почек (около 10 %), а также в слизистой оболочке кишечника. Особенно активно глюконеогенез идет при недостатке углеводов, что характерно для безуглеводной диеты или голодания.
Зачем организму нужна глюкоза, если энергетический запас в виде подкожного и висцерального жира способен обеспечить энергетические потребности организма более чем на 2 месяца? Все мы помним, что грамм жира дает при окислении 9 ккал. Казалось бы, голодай спокойно и избавляйся от жира.
Но не все так просто. В скелетных мышцах жир потребляется только окислительными мышечными волокнами, частично – промежуточными мышечными волокнами и только при нагрузке уровня анаэробного порога. В мышечных волокнах окисление жирных кислот, в отличие от гликолиза, происходит только в митохондриях.
Гликолитические мышечные волокна митохондрий практически не имеют и использовать жирные кислоты в качестве источника энергии не могут.
Не могут использовать жиры головной мозг и вся нервная система. И это притом, что нервная ткань особенно богата липидами, которые могут составлять почти половину ее общей массы. Ткань мозга и нервов содержит лишь небольшие количества триглицеридов. Большую часть липидов нервной ткани представляют сложные липиды: фосфолипиды, липиды, содержащие аминоспирт с длинной цепью углеродных атомов в молекуле – сфингозин (сфинголипиды), и холестерин, который всегда обнаруживают в свободном, а не в этерифицированном состоянии, характерном для большинства других тканей. Все эти липиды могут быть синтезированы в мозгу из глюкозы и других низкомолекулярных соединений, поступающих с током крови, так что мозг обладает довольно высокой способностью синтезировать жирные кислоты. При этом митохондрии мозга и нервной ткани практически инертны в отношении бета-окисления жирных кислот. Напомню, что бета-окисление – это первый этап в окислении свободных жирных кислот, в результате которого из разных свободных жирных кислот, а они имеют значительные структурные различия, образуется ацетил-КоА, который включается потом в цикл Кребса. Весь ацетил-КоА, необходимый для выработки энергии в реакциях цикла лимонной кислоты для синтеза стероидов и других важных синтетических реакций, таких как синтез нейромедиатора ацетилхолина, должен быть получен в результате превращений глюкозы. Справедливости ради стоит отметить, что в качестве питания мозг может использовать и кетоновые тела, особенно на голодании, которые образуются печенью из ацетил-КоА.
Сама печень, синтезируя кетоновые тела, не способна использовать их в качестве энергетического материала, так как не располагает соответствующими ферментами.
В сутки головному мозгу и нервной системе требуется около 120 г глюкозы.
Не могут обходиться без глюкозы и эритроциты. В эритроцитах в процессе гликолиза происходит активное потребление глюкозы. Эритроциты занимают 40–45 % объема крови. При созревании в костном мозге они теряют ядро и все субклеточные органеллы. Без ядра у них отсутствует способность синтезировать нуклеиновые кислоты, без рибосом – белок, без митохондрий – окислять липиды. Поэтому эритроциты способны утилизировать фактически только глюкозу. Метаболизм глюкозы в эритроцитах исключительно анаэробный, хотя они обогащены кислородом. В эритроцитах большая часть глюкозы окисляется до молочной кислоты, которая выходит в кровоток. При этом образуется аденозинтрифосфат, энергия которого используется в основном для поддержания электрохимического и ионных градиентов через плазматическую мембрану. Эритроциты имеют самую высокую относительную скорость утилизации глюкозы в организме, примерно 10 г глюкозы/кг ткани в день, тогда как в целом организм потребляет глюкозу со скоростью 2,5 г/кг в сутки.
В сутки эритроциты потребляют около 60 г глюкозы.
Также глюкоза необходима мозговому слою надпочечников, сетчатке глаза и некоторым другим органам, но их энергозатраты не так велики, и мы не будем их рассматривать.
Как видим, нашему организму волей-неволей приходится синтезировать глюкозу из жиров и белков. Субстратом глюконеогенеза выступают еще лактат и пируват, но мы не будем их подробно рассматривать, поскольку они являются продуктом анаэробного гликолиза. То есть образуются из гликогена и глюкозы при любых состояниях организма в эритроцитах и работающих мышцах. Таким образом, лактат и пируват используются в глюконеогенезе постоянно, а нас интересует процесс новообразования глюкозы при дефиците или полном отсутствии углеводов в питании. Рассмотрим, как же включаются в процесс глюконеогенеза белки и жиры.
Белки
В процесс, конечно же, включаются не сами белки, а их составляющие – аминокислоты, образующиеся в результате распада мышечных белков. Аминокислоты, которые при катаболизме превращаются в пируват или метаболиты цитратного цикла, могут рассматриваться как потенциальные предшественники глюкозы и гликогена и носят название гликогенных. К ним относятся 14 аминокислот. Две аминокислоты – лейцин и лизин – в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат или ацетил-КоА и используются в синтезе кетоновых тел. Они называются кетогенными и в глюконеогенезе участия не принимают. Четыре аминокислоты – тирозин, изолейцин, триптофан и фенилаланин – используются и для синтеза глюкозы, и для синтеза кетоновых тел, так как в процессе их катаболизма образуются два продукта – определенный метаболит цитратного цикла и ацетоацетат или ацетил-КоА. Их называют смешанными, или гликокетогенными. Как мы видим, из 20 аминокислот человеческого организма 18 могут стать субстратами глюконеогенеза. Из всех аминокислот, поступающих в печень, примерно 30 % приходится на долю аланина. Это объясняется тем, что при расщеплении мышечных белков образуются аминокислоты, многие из которых превращаются сразу в пируват или сначала в оксалоацетат, а затем в пируват. Последний превращается в аланин, приобретая аминогруппу от других аминокислот. Аланин из мышц переносится кровью в печень, где снова преобразуется в пируват, который частично окисляется и частично включается в глюконеогенез. Надо сказать, что катаболизм аминокислот происходит практически постоянно. За сутки в норме в организме человека распадается примерно 100 г аминокислот, и такое же количество должно поступать в составе белков пищи. Естественно, что при дефиците углеводов катаболизм аминокислот значительно повышается. Скорость глюконеогенеза из аминокислот регулируется гормонами. Так, под действием глюкагона увеличивается активность регуляторных ферментов процесса, а кортизол индуцирует синтез ферментов глюконеогенеза в печени.
Жиры
А как же происходит процесс глюконеогенеза жиров? Жировая ткань в организме выполняет три основных функции: синтез жирных кислот из глюкозы (этот процесс называется липогенез, или деградация жира) с последующим синтезом триглицеридов из жирных кислот и глицерина (глицерола) (этот процесс называется эстерификация), сохранение их в жировом депо и освобождение их из жирового депо. Последний процесс называется липолизом. Это тот самый механизм, который хочет у себя максимально активировать большая часть посетителей тренажерных залов и групповых программ. Что представляет собой молекула жира, или, правильнее сказать, триглицерида? Сложный эфир глицерина, в котором молекула глицерина связана с тремя молекулами жирных кислот. Выйти сквозь клеточную мембрану адипоцита (так называется жировая клетка) в кровоток триглицерид не может. Но в процессе липолиза под действием фермента липазы триглицериды распадаются на жирные кислоты и глицерин и в такой форме выходят в кровоток. Липолиз протекает в митохондриях адипоцитов, куда триглицериды доставляются с помощью переносчика – всем известного карнитина. Попав в кровоток, эти четыре молекулы, составляющие триглицерид, могут пойти на обеспечение энергозатрат, а если в этом нет необходимости, войти в другую жировую клетку. Процесс липогенеза с эстерификацией и липолиза происходит в организме постоянно. Но вот проблема: жирные кислоты в процесс глюконеогенеза включиться не могут. Они могут использоваться мышечными волокнами сердца, окислительными мышечными волокнами диафрагмы и скелетных мышц. В глюконеогенезе может участвовать только глицерин. Под действием фермента глицеролкиназа глицерин преобразуется в глицерол-3-фосфат и далее в ходе еще нескольких реакций превращается в глюкозу.
Как мы видим, процесс образования глюкозы из жиров более трудоемкий и происходит лишь из одной из четырех молекул триглицерида, а три оставшихся молекулы свободных жирных кислот при недостатке потребности в энергии вышеперечисленных мышечных волокон могут вернуться в жировое депо. Так что организму гораздо проще получать глюкозу из аминокислот, а их хранилищем является мышечная ткань. Поэтому мышцы так «летят» на полной безуглеводке, несмотря на количество принимаемого белка. Спортсмены несколько замедляют этот процесс фармакологически, принимая анаболические стероиды. Хорошо себя зарекомендовал и диетический метод – прием небольших доз быстрых углеводов за 20–30 минут перед тренировкой. В этом случае инсулин не успевает секретироваться, а глюкозу получат мозг и эритроциты, замедлив процесс глюконеогенеза в мышцах. Также надо обратить внимание на необходимость аэробной работы на уровне ниже анаэробного порога. Мы должны тратить свободные жирные кислоты, полученные в результате липолиза, чтобы не допустить их обратного возврата в жировую ткань. Превышение уровня анаэробного порога рекрутирует промежуточные и гликолитические мышечные волокна, и энергообеспечение пойдет за счет гликолиза, что приведет к еще большему катаболизму мышечной ткани.
Безуглеводная диета – это очень эффективное средство снижения массы тела, но на ней легко потерять больший процент мышц, чем жира, так что применяйте ее, сделав соответствующие коррективы в тренировочном процессе. Применяя безуглеводку и проводя лечебное голодание без тренировок, мы теряем в большей степени мышечную массу. А это далеко не лучший вариант.