У вищих організмів обмін вуглеводів схильний до складних механізмів регуляції, в яких беруть участь гормони, метаболіти і коферменти. Представлена на малюнку 9 схема відноситься до печінки, яка займає в вуглеводному метаболізмі центральне місце. Деякі з представлених механізмів не діють в інших тканинах.
Однією з найважливіших функцій клітин печінки є накопичення надлишкової глюкози у вигляді глікогену і її швидке вивільнення у міру метаболічної необхідності (буферна функція). Після повної мобілізації запасів глікогену печінка може постачати глюкозу за рахунок синтезу de novo. Крім того, як і всі тканини, вона споживає глюкозу шляхом гліколізу. Функції накопичення (синтезу) глюкози у вигляді глікогену і його розпаду повинні бути взаємоузгоджені. Таким чином, абсолютно неможливо одночасне протікання гліколізу і глюконеогенезу, як і синтезу і деградації глікогену. Узгодження процесів забезпечується тим, що синтез (анаболізм) і розпад (катаболізм) катализируются двома різними ферментами і контролюються незалежно. На схемі показані тільки ці ключові ферменти.
До гормонів, які впливають на вуглеводний обмін, належать пептиди інсулін і глюкагон, глюкокортикоид кортизол і катехоламін адреналін.
Інсулін (Малюнок 8) синтезується в # 946; -клітинах острівців Лангерганса підшлункової залози. Як і багато секреторні білки, попередник гормону (препроинсулин) містить сигнальний пептид, який направляє пептидную ланцюг всередину ЕПР, де після відщеплення сигнального пептиду і замикання дисульфідних містків утворюється проінсулін. Останній надходить в апарат Гольджі і депонується в клітинних везикулах, # 946; -гранулах. У цих гранулах шляхом відщеплення С-пептиду утворюється зрілий інсулін, який зберігається в формі, що містять цинк гексамерів аж до секреції.
Малюнок 8 - Молекула інсуліну і її утворення. [13]
Інсулін індукує синтез de novo глікоген-синтази (реакція 1), а також деяких ферментів гліколізу (реакції 3, 5, 7). Одночасно інсулін пригнічує синтез ключових ферментів глюконеогенезу (репресія, 4, 6, 8, 9).
Первинна структура молекули глюкагону наступна:
Глюкагон як антагоніст інсуліну діє в протилежному напрямку: індукує ферменти глюконеогенезу (реакції 4, 6, 8, 9) і репресує піруваткіназа (7), ключовий фермент гліколізу. Інші афекти глюкагону засновані на взаимопревращении ферментів і опосередковані вторинним месенджером цАМФ. За цим механізмом гальмується синтез глікогену (1) і активується розщеплення глікогену (2). Подібним чином діє і адреналін. Гальмування піруваткінази (7) глюкагоном також обумовлено взаємоперетворення ферментів.
Глюкокортикоїди, перш за все кортизол, індукують всі ключові ферменти глюконеогенезу (4, 6, 8, 9). Одночасно вони індукують ферменти деградації амінокислот і забезпечують тим самим глюконеогенез вихідними сполуками. Високі концентрації АТР і цитрату гальмують гліколіз шляхом аллостерічеськой регуляції фосфофруктокинази. Крім того, АТФ гальмує піруваткіназа. Інгібітором піруваткінази є ацетил-КоА. Всі ці метаболіти утворюються при розпаді глюкози (гальмування кінцевим продуктом). АМФ (AMP), сигнал дефіциту АТФ, активує розщеплення глікогену і гальмує глюконеогенез.
Малюнок 9 - Регуляція вуглеводного обміну