Метаболізм фруктози та галактози

Метаболізм фруктози

Основним джерелом фруктози в нашому організмі являється сахароза, яка під дією сахарази розщеплюється та глюкозу та фруктозу, остання потрапляє в кровообіг за допомогою ГЛЮТ5 і прямує до печінки - основний орган катаболізму фруктози.
Печінка має як ГЛЮТ2 так і ГЛЮТ5, тому захопити фруктозу для неї не являється проблемою.Відразу після того, як цей моносахарид потрапив в клітину, він фосфорилюється за допомогою фермента фруктокіназа, який експресується лише в клітинах печінки та кишечника(до речі, кишечник також здатен розщеплювати глюкозу, але його вклад в цей процес мізерний), в результаті діяльності цього ферменту ми отримуємо продукт реакції - фруктозу-1-фосфат.
Можна було б подумати, що буде ще один фермент, який утворить фруктозу-1,6-дифосфат, але ні: фруктоза-1-фосфат відразу розщеплюється на дигідроксиацетон-фосфат та гліцеральдегід за допомогою фермента альдолаза Б.Дигідроксиацетон фосфат піде по стандартному шляху гліколіза, а гліцеральдегід перетвориться на дигідроксиоцетон фосфат за допомогою фермента тріоза кіназа, і буде субстратом для гліколіза.

На мембрані м'язових та жирових клітин також можна знайти ГЛЮТ5, а це свідчить про те, що ці клітини також здатні розщеплювати фруктозу: коли цей моносахарид потрапляє в клітину, то він одразу перетворюється на фруктозу-6-фосфат, яка потім перетворюється на фруктозу-1,6-дифосфат і іде по стандартному шляху гліколіза.Ця реакція каталізується ферментом гексокіназа.

Чому в м'язах утворюється глюкоза-1,6-дифосфат, коли в печінці тільки глюкоза-1-фосфат? Вся справа в тому, що гексокіназа(знаходиться майже у всіх клітинах) здатна чіпляти фосфат в шосте положення на будь-яку гексозу(вуглевод, який має 6 атомів карбону), а так як печінка має тільки глюкокіназу, яка може фосфорилювати лише глюкозу, то для печінки існує обхідний шлях у вигляді фруктокінази.

Метаболізм галактози або шлях Лелуара

Основним джерелом галактози для людини являється молочний цукор - лактоза, яка під дією лактази розщеплюється на глюкозу та галактозу.Галактоза всмоктується за допомогою ГЛЮТ2 та SGLT1 і прямує до печінки.
Ось тут є цікавий момент: галактоза потрапляє в наш організм в бета конфігурації, а нам потрібно альфа конфігурація, тому:галактоза мутаротаза перетворює бета-галактозу в альфа-галактозу, і ось тепер ми будемо працювати з нею.
В клітинах печінки знаходиться галактозакіназа(ГАЛК), яка чіпляє фосфат в перше положення атому карбону, в результаті чого ми маємо галактозу-1-фосфат.
Наступним кроком галактоза уридилтрансфераза(ГАЛТ) бере УДФ-глюкозу(яка потрібна для синтезу глікогену) та галактозу-1-фосфат, і робить між ними обмін "додаткових" груп(фосфат та УДФ): утворюється УДФ-галактоза та глюкоза-1-фосфат.
Тепер потрібно згадати, що відрізняє глюкозу від галактози: вся різниця в четвертому атомі карбону, тому існує галактоза-4-епімераза, яка перетворює УДФ-галактозу в УДФ-глюкозу.

Якщо метаболізм фруктози був можливий в печінці, адипоцитах та м'язах(бо вони експресують ГЛЮТ5), то галактоза здатна катаболізуватися лише в печінці.До речі, галактоза дуже важлива для нормального розвитку ЦНС(невідомо чому).

Можливі патології

Вроджена фруктоземія аутосомне рецесивне захворювання внаслідок мутації альдолази Б, в результаті чого фруктоза-1-фосфат не може розщепитися на дигідроксиацетон-фосфат та гліцеральдегід.
Після споживання їжі багатої на фруктозу(сиропи, цукор) в печінці накопичується велика кількість фруктози-1-фосфат(через неможливість розщепитися) і приводить до інтоксикації: через те, що печінка тратить АТФ на фосфорилювання фруктози, але не отримує нових молекул АТФ - ми маємо зменшення кількості АТФ, що приводить до нездатності печінки виконувати свої функції.

Фруктозуріа аутосомне рецесивне захворювання внаслідок мутації фруктокінази.Це не так страшно, тому-що фруктоза, на відміну від фруктози-1-фосфат, при своїй надмірній кількості може покинути клітину і вийти з організму разом з сечею.В хворих з цієї проблемою спостерігається велика кількість фруктози в сечі, ніяких побічних ефектів в основному немає.

Класична галактоземія відбувається внаслідок мутації ГАЛТ, в результаті чого в печінці накопичується галактоза-1-фосфат, що веде до інтоксикації(схоже з фруктоземією), являється смертельнонебезпечним.