Биомедицинское значение центральных метаболических путей

Цикл Кребса. Главная функция цикла состоит в том, что он является общим конечным путем окисления углеводов, липидов и белков, т.к. в ходе метаболизма глюкоза, жирный кислоты и аминокислоты превращаются или в ацетил-KoA, либо в промежуточные соединения цикла Кребса. Этот цикл играет важную роль в глюконеогенезе, дезаминировании и липогенезе. Печень - единственный орган, в котором протекают все эти процессы. Поэтому серьезные последствия вызывает повреждение большого числа клеток печени или замещение их соединительной тканью (острый гепатит, цирроз).

О жизненно важной роль цикла Кребса свидетельствует также то, что у человека почти неизвестны (или их нет) генетически обусловленные изменения ферментов, катализирующих реакции Цикла. Вероятно, наличие таких нарушений несовместимо с нормальным развитием.

Гликолиз. Особенно важна его способность к образованию АТФ в отсутствии кислорода, что позволяет поддерживать интенсивную работу скелетной мышцы в условиях неэффективного аэробного окисления.

Известно несколько болезней, обусловленных недостаточной активностью ферментов гликолиза (например, пируваткиназы), что приводит к гемолитической анемии.

В быстро растущих раковых клетках гликолиз идет со скоростью, превышающей возможности цикла Кребса, и образование ПВК превосходит ее потребление. Избыток лактата приводит к повышению кислотности в опухолевой ткани. Эта особенность метаболизма используется в терапии некоторых форм опухолей.

Глюконеогенез обеспечивает организм глюкозой в тех случаях, когда диета содержит недостаток углеводов. Поступление глюкозы в качестве источника энергии особенно необходимо для нервной системы и эритроцитов. При понижении концентрации глюкозы в крови нарушается функционирование мозга; при тяжелой гипогликемии возникает коматозное состояние и может наступить летальный исход. Глюкоза необходима для жировой ткани как источник глицерола, входящего в состав глицеридов.

Глюкоза служит единственным видом топлива для работы скелетной мышцы в анаэробных условиях. Она является предшественником молочного сахара (лактозы) в молочных железах и активно потребляется плодом в период развития. Механизм глюконеогенеза используется для удаления из крови продуктов тканевого метаболизма, например лактата, образующегося в мышцах и эритроцитах, глицерола, синтезирующегося в жировой ткани.

Окисление жирных кислот. При голодании и сахарном диабете окисление жирных кислот протекает интенсивно, в результате чего в печени происходит образование кетоновых тел (кетоз). Кетоновые тела имеют кислотную природу, поэтому при их избыточном образовании в течение длительного времени, как, например, при сахарном диабете, развивается кетоацидоз, который в конечном итоге может привести к летальному исходу.

Поскольку глюконеогенез зависит от окисления жирных кислот, нарушения последнего приводят к гипогликемии; она возникает, в частности, при недостатке карнитина или снижении активности ферментов, участвующих в процессе окисления жирных кислот, а также при ингибировании окисления жирных кислот ядами, например гипоглицином.

Орнитиновый цикл. Аммиак, образующийся из аминогрупп аминокислот, потенциально токсичен для человека. Организм избавляется от аммиака, превращая его в нетоксичную мочевину. Нормальный ход метаболического превращения аммиака в мочевину имеет важное значение для сохранения здоровья. При серьезных расстройствах в работе печени - например, при обширном циррозе (замещении нормальных клеток печени фибробластами и коллагеном) или тяжелом гепатите - аммиак накапливается в крови, вызывая определенные клинические симптомы. Лечение детей, страдающих врожденной недостаточностью одного из ферментов цикла мочевины, основано на понимании биохимии образования мочевины.