Обмен белков, жиров и углеводов.

Углеводный обмен. В результате расщепления различных полисахаридов и дисахаридов образуются три моносахарида — глюкоза, фруктоза и галактоза, которые всасываются в пищеварительном тракте. Они поступают в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу, накапливающуюся в виде гликогена. Гликоген — это полисахарид с сильно разветвленной цепью и высокой молекулярной массой, построенный из остатков глюкозы, которые химически соединены между собой α-гликозидными связями.
Печень может содержать достаточный запас гликогена для снабжения крови глюкозой в течение 12—24 ч; после этого печень для поддержания нормального уровня глюкозы в крови должна превращать в глюкозу другие вещества, главным образом аминокислоты. При достаточном поступлении в организм белков печень способна превращать в глюкозу до 60% аминокислот пищи.
Глюкоза служит основным источником энергии для всех клеток, и ее содержание в крови не должно падать ниже некоторого минимального уровня, составляющего около 60 мг на 100 мл крови. При падении содержания глюкозы ниже этого уровня первым начинает страдать головной мозг. Клетки мозга в отличие от большинства других клеток организма не способны запасать сколько-нибудь существенные количества глюкозы в форме гликогена и не могут использовать в качестве источников энергии жиры и аминокислоты. Когда уровень глюкозы в крови низок и мозг не получает достаточного количества «топлива», возникают симптомы, сходные с теми, которые наблюдаются при недостатке кислорода: затемнение сознания, судороги, потеря сознания, после чего может наступить смерть. Всякий раз, когда клетки головного мозга (или любые другие клетки) оказываются лишенными глюкозы или кислорода, они не могут осуществлять процессы обмена, доставляющие энергию для нормального функционирования этих клеток. Остальные ткани обычно тоже получают для этой цели глюкозу из крови, но они способны в случае надобности использовать и другие вещества.
Мышечные клетки, подобно клеткам печени, также могут превращать глюкозу в резервный гликоген, но гликоген мышц служит только местным запасом «топлива»: он расходуется для мышечной работы и не может быть использован для регулирования уровня глюкозы в крови. В печени содержится фермент глюкозо-6-фосфатаза, превращающий глюкозо-6-фосфат в свободную глюкозу, поступающую в кровяное русло.
Глюкоза не только накапливается в виде гликогена или окисляется для получения энергии, но и может быть превращена в резервный жир. Когда поступление глюкозы превышает непосредственную потребность в этом веществе, печень превращает глюкозу в жир, который может быть использован как источник энергии когда-нибудь в будущем. Давно известно, что потребление больших количеств крахмала или сахаров способствует отложению жира; например, скармливая крупному рогатому скоту и свиньям крахмал в виде кукурузы и пшеницы, человек получает жиры — сливочное масло и сало. Но лишь недавно благодаря использованию радиоактивных и стабильных изотопов было показано, что определенный углеродный атом, введенный в организм в составе углевода, оказывается в составе адипозной (жировой) ткани или печени. Как глицерин, так и жирные кислоты, входящие в состав молекулы липида, могут синтезироваться из углеродной цепи глюкозы.
Функция печени в углеводном обмене регулируется сложным взаимодействием четырех гормонов — инсулина, адреналина, кортизола и гормона роста, вырабатываемых соответственно поджелудочной железой, мозговым веществом надпочечников, корой надпочечников и гипофизом.
Липидный (жировой) обмен. У каждого вида животных или растений откладывающийся в организме жир содержит жирные кислоты в определенных количественных соотношениях. Когда мы едим говяжье сало или оливковое масло, оно должно превратиться в жир того типа, который свойствен человеку. Это осуществляет печень, которая, кроме того, переводит всосавшийся жир в форму, пригодную для накопления в жировой ткани. Жир, содержащийся в этой ткани, не только может быть использован в случае надобности для получения энергии, но и служит мягкой подстилкой для некоторых внутренних органов, а также образует подкожный изолирующий слой, препятствующий слишком быстрой потере тепла. Роль жировой ткани в теплоизоляции тела особенно очевидна у таких водных животных, как киты, у которых под кожей имеется толстый слой ворвани, состоящий из клеток, переполненных жиром.
Окисление жирных кислот протекает нормально только при наличии щавелевоуксусной кислоты (образующейся главным образом при обмене углеводов), которая вступает в реакцию конденсации с ацетилкоферментом А — продуктом обмена жирных кислот. У больных диабетом, у которых углеводный обмен нарушен, обмен жиров также протекает ненормально, вследствие чего некоторые вредные промежуточные продукты расщепления жиров (так называемые кетоновые тела) накапливаются в крови. Кроме того, в печени откладывается большое количество жиров — симптом, наблюдающийся и при ряде других нарушений функции этого органа.
Липиды, так же как и белки, служат структурными компонентами протоплазмы, в частности ядерной и плазматической мембран.
Жировой обмен регулируется отчасти гормонами гипофиза и надпочечников, отчасти же половыми гормонами, но детали этой регуляции неясны. Всякое тяжелое расстройство функции печени ведет к полному исчезновению жира из обычных жировых депо организма; это указывает на то, что жир должен подвергнуться какому-то воздействию со стороны печени, прежде чем организм сможет использовать его для создания резерва или для непосредственного получения энергии.
Белковый обмен. Аминокислоты, переносимые кровью воротной вены, могут переходить в печень, где они либо немедленно используются, либо задерживаются в качестве резерва; часть аминокислот остается в крови и попадает в другие клетки тела, где они включаются в состав новых белков. Эксперименты с аминокислотами, меченными изотопом 15N (тяжелым азотом), показали, что белки тела непрерывно и быстро расщепляются и синтезируются заново.
Если пища содержит больше аминокислот, чем это необходимо для синтеза клеточных белков, ферменты печени отщепляют от них аминогруппы, т. е. производят так называемое дезаминирование. Другие ферменты, соединяя отщепленные аминогруппы с двуокисью углерода, образуют из них мочевину — вещество, представляющее собой отход метаболизма; мочевина переносится с кровью в почки и выделяется с мочой.
В результате дезаминирования аминокислот получаются простые органические кислоты. Углеродные цепи некоторых аминокислот, называемых «глюкогенными», могут превращаться в глюкозу или гликоген; углеродные цепи других аминокислот — «кетогенных» — дают кетоновые тела. Белки как таковые не откладываются или почти не откладываются в организме про запас; белки, которые организм расходует после истощения запаса углеводов и жиров, — это не резервные белки, а ферменты и структурные белки самих клеток.