Роль обміну речовин в механізмі старіння. Обмін вуглеводів

Відео: регуляція вуглеводного обміну наочно зрозуміло. Продовження слід

обмін вуглеводів

Як встановлено поруч дослідників, відповідно до зміни потреби окремих органів і тканин у вуглеводах з віком змінюється їх споживання і використання (Парина, 1972).

Цьому відповідає зміна активності гексокінази, що каталізує фосфорилювання глюкози, - обов`язковий етап її включення в усі можливі шляхи її перетворень.

Один з ізоферментів гексокінази, а саме - глюкокіназа, бере участь в регуляції глікемії.

При старінні гексокіназну активність тканин змінюється по-різному або взагалі не змінюється. У печінки сумарна активність її ізоферментів з віком знижується (Парина, 1972). У той же час в печінці і міокарді гексокіназну і глюкокіназная активності змінюються різноспрямовано: перша зростає, друга падає (Богацкая, 1968 Литошенко, 1977б).

При оцінці ролі зазначених вище зрушень активності гексокінази, що реєструються in vitro, слід мати на увазі, що рівень фосфорилювання глюкози в клітині in vivo може з ними не збігатися. Так, активність гексокінази II значно пригнічена в працюючому м`язі навіть при фізіологічних концентраціях деяких фосфорних сполук (Lueck, Fromm, 1975).

Глюкозо-6-фосфат (Г-6-Ф) є одним з центральних продуктів в обміні вуглеводів. Він виходить з глікогену або з глюкози і може далі піддаватися гідролізу, гликолизу, перетворюватися в глікоген і вступати в пентозофосфатний шунт. У печінки Г-6-Ф піддається дефосфорілірованіем з утворенням глюкози. Цей процес каталізується Г-6-Ф-азой, активність якої з віком падає.

При старінні знижується і глікогендепонірующая функція печінки (Нагірний та ін., 1963- Гацько, 1975). Про це свідчить значне падіння концентрації глікогену в печінці 20-30-місячних щурів у порівнянні з такою 5-місячних (Szelenyi et al., 1972).

Зменшуються запаси глікогену і в міокарді старих тварин (Богацкая, 1968). Зниження вмісту глікогену може бути результатом посилення його розпаду. На користь цього говорять дані дослідження активності фосфорілази.

Вона зростає на початку постнатального розвитку, після досягнення статевої зрілості рівень її значно варіює залежно від органу, статі та виду тварини (Wilson, 1972- Парина, Каліман, 1978). Підвищення рівня фосфорілази в старості в деяких органах супроводжується більш високим вмістом фосфорілази а (Богацкая, Потапенко, 1980), активність якої не залежить від концентрації ряду метаболітів, що пригнічують активність фосфорілази б.

Щодо вікових змін активності ферментів, які каталізують гідролітичні розпад глікогену, відомо, що рівень а-амілази, найбільш високий в печінці статевонезрілих щурів, дещо знижується при досягненні статевої зрілості і в наступні періоди онтогенезу його зміни мало виражені (Парина, 1972).

Інтенсивний фосфороліз, що зберігається в ряді органів старіючого організму, пов`язаний з деякими властивими йому особливостями вуглеводного обміну. З огляду на вікового зниження в деяких органах швидкості фосфорилювання глюкози (Парина, 1972), а також зменшення її припливу в клітини тканин (особливо м`язової) внаслідок ослаблення проникності судин та інших причин глюкоза як джерело енергії в разі необхідності швидкої її мобілізації стає менш вигідною, ніж глікоген.

Його запаси, які утворюються поступово з надходить глюкози (в м`язах це відбувається в період функціонального спокою), певною мірою звільняють тканину від потреби в безперервному припливі значних кількостей глюкози. Особливо важлива роль глікогену при високому рівні функціональної діяльності м`язи, оскільки активність гексокінази в ній в цей момент пригнічується. Падіння активності фосфорілази або відсутність збільшення її рівня в печінці старого організму можуть мати місце в разі посилення в ній процесу глюконеогенезу.

Перетворення Г-6-Ф в процесі гліколізу і в дентозофосфатном циклі (ДФЦ) визначається рівнем активності відповідних ключових ферментів, що лімітують швидкість процесу в цілому. У гликолизе таким ферментом є фосфофруктокінази (ФФК). Її активність в серці щурів і в ряді органів і тканин зростає в старості, іноді після попереднього зниження в зрілому віці (Бoгацкая, 1968 Silberberg et al., 1970 Шабанова та ін., 1979).

Це свідчить про підвищення або збереження високого рівня гліколізу в ряді органів старіючого організму. Ці зміни пов`язані також і з віковим зниженням активності ФДФ-ази. Вона разом з ФФК бере участь в регуляції гліколізу як шляхом підвищення активності ФФК, так і шляхом зниження активності ФДФ-ази (Мільман, Юровицкий, 1974).

Остання, досягаючи найнижчого рівня в печінці в другій половині онтогенезу, обумовлює збільшення виходу ФДФ і, отже, інтенсивності гліколізу.

Для характеристики регуляції цього процесу в онтогенезі великий інтерес представляють зміни активності лактатдегідрогенази (ЛДГ). Незважаючи на суперечливість даних про рівень її активності при старінні, згідно з результатами більшості робіт, вона зростає в багатьох тканинах старого організму (Разумович, 1972- Wilson, 1972- Богацкая, Литошенко, 1975), іноді після попереднього падіння у дорослих тварин, іноді залишаючись на тому ж рівні, що і в молодому віці.

Такий характер вікових зрушень активності ЛДГ пов`язаний з ослабленням з віком човникових механізмів, відповідальних за окислення цитоплазматического відновленого никотинамидадениндинуклеотида (НАД-Н) (Каліман, Нечипуренко, 1978), в тому числі і утворюється в результаті гліколізу.

Оскільки в даному випадку виникають умови для накопичення в старості НАД-Н в цитоплазмі, здатного гальмувати швидкість гліколізу, підвищення або збереження високої активності лактатдегідрогенази в тканинах старіючого організму набувають вирішального значення в окисленні НАД-Н в реакції відновлення пірувату.

Утворений лактат включається в процес глюконеогенезу, інтенсивність якого підвищується з віком і знаходиться на високому рівні в печінці старих тварин (Дьяченко, 1968). Про вікові зміни інших шляхів перетворення пірувату відомо, що освіта з нього ацетил-КоА зменшується внаслідок зниження активності піруватдегідрогеназного комплексу в органах старих тварин (Дьяченко, 1968).

ПФЦ грає важливу роль у взаємозв`язку між метаболізмом вуглеводів та інших речовин. У ПФЦ утворюються рибоза-5-фосфат і НАДФ-Н, який використовується в синтезі жирних кислот і стеринів, а також і в процесах гідроксилювання багатьох хімічних сполук ендогенного і екзогенного походження.

Активність ключового ферменту ПФЦ - Г-6-ФДГ - в органах тварин різного віку значно варіює залежно від органу, статі, виду тварини і сезону року (Науменко, 1971- Wilson, 1972- Шабанова та ін., 1979).

З віком, у зв`язку з уповільненням темпу зростання, зменшується потреба в рибоза-5-фосфаті, використовуваному для синтезу нуклеїнових кислот, а також в НАДФ-Н для синтезу жирних кислот, інтенсивність синтезу яких в старості знижується (Пашкова, Попова, 1970). Можна припускати, що відзначається в ряді випадків підвищення активності Г-6-ФДГ в пізні періоди онтогенезу пов`язане з іншими шляхами утилізації НАДФ-Н - окисленням ряду ендогенних субстратів (статевих та інших стероїдних гормонів, холестерину та ін.).

Поряд зі змінами в шляхах перетворення вуглеводів, що надходять в організм, певною мірою з`ясовані вікові особливості їх утворення з невуглеводних продуктів. Основним ферментом, що лімітує швидкість цього процесу, є фосфоенолпіруваткарбоксікіназа (ФЕПК). Її активність зростає в печінці білих щурів і досягає високого рівня у статевозрілих тварин. У наступні періоди онтогенезу відзначається тенденція до її подальшого підвищення (Парина і ін., 1974).

Реакція, що каталізується ФЕПК, є тією ланкою, через яке в процеси глюконеогенезу включаються лактат і продукти перетворення значної частини амінокислот. Це, мабуть, і визначає відоме схожість в спрямованості вікових змін активності ряду ферментів катаболізму амінокислот і ФЕПК. Стан наступних ферментів глюконеогенезу: Г-6-Ф-ази і ФДФ-ази, активність яких з віком падає, не впливає на його інтенсивність, оскільки їх активність більш ніж на порядок вища за активність ключового ферменту - ФЕПК.

Збереження в старості великих можливостей печінки до новоутворення вуглеводів узгоджується з деякими віковими особливостями як вуглеводного, так і амінокислотного обміну. Як вже зазначалося, з огляду на пригнічення синтезу білків у другій половині онтогенезу виникають умови для обмеження утилізації амінокислот в синтетичних процесах.

Оскільки надходження амінокислот в тканині не може суворо контролюватися через зміни, що наступають з віком в системах їх мембранного транспорту (Міщенко, 1975), важливе значення набуває їх катаболізм, інтенсивність якого, посилюючись вже в дорослому організмі, збільшує кількість попередників у синтезі вуглеводів.

Таким чином, зменшення з віком використання глюкози клітинами ряду органів і тканин, обумовлене падінням активності гексокінази, супроводжується зростаючим в цей період утворенням вуглеводів з амінокислот. Глюконеогенез, інтенсивно йде в печінці старих тварин, дозволяє також швидко утилізувати лактат, утворення якого збільшується при старінні.

Тим самим високий рівень глюконеогенезу в печінці старих тварин перешкоджає накопиченню лактату в крові і в той же час сприяє використанню продуктів неповного розпаду вуглеводів, що утворюються в інших органах.