Metabolismus glukózy

Základní znalost metabolismu glukózy je velice důležitá, protože glukóza je pro naše přežití sloučenina naprosto nezbytná. Kromě toho s poruchami metabolismu glukózy souvisí několik důležitých onemocnění. Glukóza patří mezi sacharidy (cukry), přesněji řečeno patří do podskupiny monosacharidů. Makroskopicky má glukóza podobu bílé krystalické látky s výrazně sladkou chutí.

 

Příjem glukózy v potravě

Glukózu přijímáme v potravě. V ní bývá obvykle přítomna jako součást větších molekul sacharidů, jako jsou disacharidy (např. laktóza), oligosacharidy a polysacharidy. Tyto větší molekuly jsou v trávicí trubici štěpeny díky řadě enzymů (amylázy, disacharidázy) na monosacharidy (včetně glukózy) a ty mohou být vstřebávány buňkami sliznice tenkého střeva. Více si můžete přečíst v textu o trávení potravy.

 

Význam glukózy

Než si povíme o dalším osudu glukózy v organizmu, je nutné si říci o jejím významu. Hlavní funkcí glukózy je být zdrojem energie pro buňky našeho těla. Jde o zdroj energie rychle mobilizovatelný a efektivní. To je první důležitá výhoda oproti lipidům, které jsou sice ideální jako zásobní forma energie, ale nemohou být využity tak rychle jako glukóza. Druhá a ještě zásadnější výhoda oproti lipidům je ta, že některé buňky našeho těla (například buňky centrálního nervového systému) prakticky nedokážou využít jiné zdroje energie, než je glukóza. Přeložme to do jednoduché češtiny – mozek neustále potřebuje přísun glukózy, jinak dojde k rychlé poruše vědomí a ke smrti.

Kromě energie je metabolismus glukózy zdrojem látky známé jako acetylkoenzym A (acetyl-CoA) a ta může být využita k syntéze mastných kyselin a tím následně lipidů. O těchto a dalších sloučeninách si můžete přečíst v odstavcích níže:

 

Transport glukózy do tkání

Glukóza je po vstřebání ze střeva transportována portální žilou do jater, která hrají v metabolismu glukózy zásadní roli. Glukóza může nicméně vstupovat do všech buněk lidského těla, což je zajištěno speciálními membránovými transportními proteiny. Funkce některých těchto proteinů je regulována inzulinem v tom smyslu, že bez inzulinu není možný vstup glukózy do těchto buněk (jde o proteiny GLUT 4 ve svalové a tukové tkáni).

Zajímavý fakt je ten, že před dalším zpracováním glukózy v buňkách dochází k její fosforylaci, což znamená navázání molekuly fosfátu na glukózu. Hlavní důvod je ten, že fosforylovaná glukóza nemůže opustit buňku. 

Toto je pro zajímavost způsob aktivace GLUT 4 proteinu inzulinem. Inzulin se naváže na svůj buněčný receptor a následně se díky nitrobuněčné signalizaci přesune GLUT 4 receptor z vezikuly uvnitř buňky na její povrch. Glukóza pak GLUT 4 receptorem může pronikat do buněk.

 

Zásobní formy glukózy

V játrech a ve svalech může být vytvářen z molekul glukózy glykogen (tzv. glykogeneze), což je zásobní forma glukózy. Vznik glykogenu je stimulován inzulinem. V případě potřeby může být glykogen opět rozštěpen (tzv. glykogenolýza) na molekuly glukózy, které mohou být následně transportovány do místa potřeby. Štěpení glykogenu stimuluje glukagon a katecholaminy.

 

Glykolýza

Glykolýza je základní metabolický proces, který zpracovává glukózu. Probíhá prakticky ve všech buňkách v jejich cytoplazmě a vede ke vzniku energeticky bohatých molekul sloučeniny známé jako adenositrifosfát (ATP). Nebudu tady popisovat jednotlivé reakce tohoto procesu. Důležitý je podle mne fakt, že:

a) za normálních okolností za přítomnosti kyslíku jsou na konci vlastní glykolýzy 2 molekuly ATP a pyruvát. Pyruvát se následně může měnit na acetylkoenzym A. Acetylkoenzym A, který takto vzniká, je sloučenina s velkým významem pro řadu biologických pochodů, účastní se citrátového cyklu a je základem pro tvorbu mastných kyselin a tím pádem pro syntézu lipidů. Při zpracování acetylkoenzymu A v citrátovém cyklu a v následném průběhu úzce souvisejícího dýchacího řetězce vzniká hodně energie a po započtení ke glykolýze dospějeme k celkovému zisku až 38 molekul ATP*.

b) při nedostatku kyslíku (nebo při absenci mitochondrií v buňce) je glykolýza mnohem méně efektivní. Vznikají při ní opět jen 2 ATP a pyruvát se bez kyslíku přeměňuje nikoliv na acetylkoenzym A, ale na laktát. Žádný další proces umožňující vznik energie nenásleduje, a proto jsou 2 molekuly ATP jediným energetickým ziskem této formy glykolýzy. K této formě glykolýzy typicky dochází v zatížených pracujících svalech a hromadící se laktát v nich vyvolává pocit únavy s potřebou odpočinku.

* Toto číslo je udávané různě, záleží na tom, jakou přesně cestou následné reakce probíhají (problematika člunků) a je to už dosti složité.

 

Pentózový cyklus

Ve většině tkání se glukóza může využít v tzv. pentózovém cyklu. Jeho produktem není energie, ale vzniká při něm sloučenina NADPH, pětiuhlíkaté sacharidy (pentózy) a další sloučeniny. Všechny vzniklé sloučeniny se dále uplatňují v metabolických pochodech. Více najdete v textu o pentózovém cyklu.

 

Glukoneogeneze

Glukoneogeneze je tvorba molekul glukózy přímo v našem organizmu. Dochází k ní v játrech v případě, kdy není přísun glukózy v potravě. Glukóza může vznikat z řady sloučenin (např. pyruvát, laktát, glycerol a některé aminokyseliny) a její vznik podporují katecholaminy a glukagon.

Základní a velmi zjednodušené schéma způsobů vzniku a přeměny glukózy (tj. glukoneogeneze, glykogeneze, glykogenolýza, glykolýza a pentózový cyklus).

 

Proč je to důležité?

• Hladina glukózy v krvi (glykemie) je dosti precizně regulována a měla by se nalačno pohybovat mezi 3,8-5,6 mmol/l (lze nejpřesněji zjistit ze vzorku žilní krve). Pokles glykemie pod 3,3 mmol/l s klinickými příznaky označujeme jako hypoglykemii, zvýšené hladiny glukózy označujeme jako hyperglykemii.

• Hypoglykemie se nejčastěji vyskytuje v rámci terapie cukrovky, vzácně mohou být příčiny i jiné. Kromě vlastních neurologických příznaků vznikajících při poklesu krevního cukru se objevují příznaky v důsledku aktivace katecholaminů, které se snaží glykemii zvýšit (pocení, neklid, bušení srdce apod.). Více najdete v příslušném textu.

• Zvýšená glykemie bývá přítomna u prediabetu a diabetu (cukrovky). Diabetes mellitus je ve skutečnosti souhrnné označení pro více chorob, které mají odlišný mechanizmus účinku- Hlavními typy jsou diabetes mellitus 1. typu a diabetes mellitus 2. typu.

• Diabetes mellitus 1. typu bylo smrtelné onemocnění, které souviselo s absolutním nedostatkem inzulinu. Nedostatek inzulinu naruší průnik glukózy do buněk svalové a tukové tkáně (výše zmíněný GLUT 4 protein). Svalová tkáň je nucena získávat energii jiným mechanizmem a ten představuje utilizace mastných kyselin. Nežádoucím účinkem této metabolické dráhy je nicméně vznik a hromadění tzv. ketolátek, které způsobí rozvrat vnitřního prostředí s metabolickou acidózou a po určité době smrt. Více najdete v textu o cukrovce 1. typu a o ketoacidóze.

• Diabetes mellitus 2. typu je onemocnění související primárně s relativním nedostatkem inzulinu. Inzulinu může být dostatek, ale tkáně vůči němu začnou vykazovat narůstající rezistenci. Stav má tendenci trvat dlouhou dobu, vede k postupnému vyčerpání slinivky břišní a nakonec se u něj může objevit i absolutní nedostatek inzulinu. Diabetes mellitus 2. typu může způsobit řadu orgánových komplikací, k akutnímu úmrtí u něj nedochází v rámci ketoacidózy (ta se v tomto případě nevyskytuje), ale v rámci těžké hyperglykemie s rozvojem hyperosmolárního kómatu. Více najdete v textu o cukrovce 2. typu.

• Glykogenózy jsou vzácné vrozené poruchy metabolismu glukózy, které se týkají zásobního glykogenu. Typickým příkladem je von Gierkeho nemoc.