стой кишечника обязательно присутствуют мальтоза, изомальтаза, которая может гидролизовать также палатинозу (глюкозо-а-1,6-фруктоза), и сахароза. Как мальтаза, так и изомальтаза изолированы частично в форме прочных комплексов с сахаразой (мол. масса 220 000 и 280 000) и, вероятно, в таком виде существуют in situ. Сахараза способна также гидролизовать а-1,4-глюкозиды, так что изомальтазно-сахаразный комплекс ферментов может медленно завершать полное переваривание гликогена и амилопектина. Недостаточность изомальтазно-сахаразного комплекса отмечается чаще, чем недостаточность каждого фермента в отдельности. Причина этого неясна, поскольку все три ?-оли-госахаридазы иммунологически совершенно различны.

Каждый из упомянутых ферментов находится в щеточной кайме эпителия слизистой оболочки в количествах, достаточных для нормального усвоения пищи у взрослого. Относительная активность слизистой оболочки кишечника при гидролизе этих субстратов выражается следующими числами: для мальтозы 100, сахарозы 30, изомальтозы 30, палатинозы 9, целлобиозы 2,5.

Кишечный эпителий содержит три различных фермента с ?-галактозидазной активностью: ?-галактозидазу с оптимумом рН при 4,5, гетерогалактозидазу, которая расщепляет олигосахариды смешанного строения по ?-галактозидной связи, и истинную лак-тазу. Лактоза встречается только как компонент молока; ее концентрация в женском молоке почти в два раза выше, чем в коровьем молоке. У большинства млекопитающих активность лактазы ¦ограничена даже в период вскармливания потомства и исчезает совсем после его прекращения. Максимальная активность лактазы у женщины составляет 10—15% активности мальтазы. Недостаточная активность лактазы может представлять серьезную проблему у детей. Если ребенка вскармливают грудью в течение продолжительного периода, поступление лактозы может достигать 30— 40 г/сут и превышать лактазную мощность. Непереваренная лактоза недоступна ребенку и может вместо этого поддерживать развитие мощной и нежелательной кишечной флоры. Переход к коровьему молоку или к «смеси», включающей сахарозу, способствует преодолению этих затруднений.

Многие люди, в основном африканского или азиатского происхождения, страдают непереносимостью лактозы, что связано с

14. метаболизм углеводов. I

543

отсутствием лактазы, и подвержены желудочно-кишечным расстройствам после приема молока. Поскольку эти люди вообще спо-' собны к значительному потреблению молока без каких-либо симптомов заболевания во время младенчества и раннего детства, то развитие у них лактазной недостаточности, по-видимому, наступает не сразу после рождения. Непереносимость лактозы наблюдается также у детей с генетическим дефектом лактазы. Во всех случаях устранение лактозы из пищевого рациона представляет собой одновременно практически удобный и высокоэффективный способ снятия симптомов заболевания, вызываемых непереносимостью лактозы.

14.2. Всасывание углеводов в кишечнике

Как упоминалось выше, переваривание углеводов завершается дисахаридазами в щеточной кайме на мукозной поверхности клеток кишечника. Неясно, находятся ли образовавшиеся моносахариды тогда внутри клеток или все еще вне их. При нормальном питании дисахариды в крови человека практически отсутствуют; принимая во внимание невозможность дальнейших превращений дисахаридов в крови, можно считать, что олигосахариды проникают через кишечный эпителий лишь в редких случаях; это наблюдается либо при их аномально большом приеме, либо при генетическом дефекте специфической дисахаридазы. Напротив, глюкоза, галактоза и фруктоза, нормальные продукты переваривания, всасываются из просвета кишечника с высокой эффективностью, но с совершенно различными скоростями, а именно (по уменьшению скорости всасывания): галактоза>глюкоза>фруктоза>манно-за>ксилоза>арабиноза.

Более медленно всасываемые члены этого ряда проникают через эпителий путем облегченного транспорта, что означает более высокую скорость всасывания, чем этого можно было бы ожидать на основании простой, свободной диффузии; вместе с тем при этом процессе устанавливается равновесие и указанные сахара не могут накапливаться против градиента концентрации. Суммарная эффективность всасывания поэтому зависит от удаления этих Сахаров путем диффузии наружу, на серозную сторону клетки, откуда они быстро уводятся с током крови.

Напротив, глюкоза и галактоза, равно как и такие сахара, как З-О-метилглюкоза, 1-дезоксиглюкоза, 6-дезоксиглюкоза и 6-дезок-сигалактоза, могут концентрироваться против десятикратного градиента при участии активного транспортного механизма, что обеспечивает их раннее всасывание, несмотря на перистальтическое продвижение вниз по кишечному тракту и потребление нуждаю-

III. МЕТАБОЛИЗМ

щейся в этих сахарах кишечной микрофлорой. Транспортируемые этой системой сахара имеют следующую общую структуру:

Такая транспортная система способна к насыщению и приблизительно подчиняется кинетике Михаэлиса — Ментен; система функционирует, только если в просвете кишечника одновременно имеется Na+, двигающийся в том же направлении через щеточную кайму. Исходя из низкой {iNa+J в цитозоле, можно заключить, что Na+ должен двигаться «вниз», тем самым давая необходимую энергию для движения сахара «вверх». Однако истинная физическая взаимосвязь между этими процессами не доказана. Те же самые клетки обладают и Ыа+-зависимым механизмом всасывания различных аминокислот (гл. 21).

Поскольку различные транспортируемые сахара в принципе могут конкурировать за транспортную систему, то, очевидно, должен существовать переносчик со связывающим центром, придающим специфичность к сахарам, благодаря чему последние могут избирательно транспортироваться. Гликозид флоридзин — мощный ингибитор переноса Сахаров, но не переноса Na+; в его присутствии Na+ продолжает накапливаться в клетке, продвигается через клетку и выходит из нее, в то время как глюкоза не проникает в щеточную кайму. Гликозид дигиталиса, уабаин, — ингибитор Na+-K+-ATPa3bi, ответственной за процесс выброса Na+ из клеток, благодаря чему поддерживается высокая внутриклеточная [К+] (разд. 11.3.2); этот гликозид также блокирует всасывание -глюкозы, что объясняется возникающей в итоге неспособностью эпителиальных клеток переносить Na+ с серозной стороны к плазме крови. Поскольку уабаин фактически вызывает увеличение 'внутриклеточной [iNa+] до наступления равновесия с [Na+] на ¦ мукозной стороне, градиент Na+ снимается и транспорт глюкозы становится невозможным. Подобным образом добавление к кишечной щеточной кайме препаратов нигерицина, делающего возможным ??+??^-?????, также прекращает транспорт глюкозы с помощью этого механизма. Поскольку ни отсутствие .Na+, ни присутствие флоридзнна не оказывают влияния на всасывание глюкозы, происходящей из сахарозы или изомальтозы, представляется вероятным, что эти дисахариды поступают в клетки слизистой

—СГ-

ОН

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

547

оболочки в соответствии со своим собственным градиентом концентрации и подвергаются гидролизу внутри клетки.

Описанная система эффективно работает при низких концентрациях моносахаридов в просвете кишечника. Наряду с этим, по-видимому, имеется вторая система для облегченного транспорта больших количеств глюкозы или галактозы, функционирующая до тех пор, пока концентрации этих Сахаров в просвете, перед щеточной каймой, значительно превышают концентрации внутри клеток. Нет никаких данных о возможном механизме выхода глюкозы на серозную сторону эпителиальной клетки; предполагается, что таким механизмом может быть простая диффузия по градиенту концентрации. При реабсорбции глюкозы в верхней части почечного канальца (гл. 35), при абсорбции глюкозы животными клетками в культуре, а также клетками Е. coli, по-видимому, действует тот же механизм, что и при всасывании глюкозы клетками кишечного эпителия, а именно Ыа+-зависимая транспортная система.

Все еще неизвестна роль, если вообще существует таковая, му-таротазной активности в транспортных процессах в клетках животных. Белок, катализирующий этот процесс, широко представлен в корковом веществе почек и кишечном эпителии; он катализирует быстрое достижение равновесия между а- и ?-формами глюкозы (разд. 2.2.2), равно как и между а- и ?-формами других Сахаров, транспортируемых Na+- зависимой системой. После введения а-или ?-?-глюкозы непосредственно в почечную артерию в почечной вене устанавливается равновесие а- и ?-форм, в то время как та часть глюкозы, которая фильтруется (но ие реабсорбируется в канальцах) и достигает ворот почки, по-прежнему далека от равновесия. К этому следует добавить, что частично очищенная мута-ротаза ингибируется флоридзином; К; имеет одинаковый порядок и для почечной, и для кишечной систем всасывания. Число оборотов очищенной мутаротазы составляет 2,5-104 молекул глюкозы в секунду; количество этого фермента в почке таково, что 1 г (свежая масса) коркового вещества почек быка может катализировать мутаротацию 2 г глюкозы в минуту. По-видимому, мутаротация есть результат связывания глюкозы с белком-переносчиком; этот белок, будучи изолированным из мембраны, обладает мутаротаз-ной активностью.

14.2.1. Поступление глюкозы в клетки

Концентрация свободной глюкозы в цитозоле большинства животных клеток исключительно низка, тогда как концентрация в плазме крови поддерживается близкой к 5 ммоль/л. Поступление глюкозы в клетки поэтому осуществляется в направлении падения

648

III. МЕТАБОЛИЗМ

градиента. Оно происходит, однако, не как пассивная простая диффузия через беспорядочно расположенные поры мембраны, а как облегченный процесс, природа которого пока еще загадочна. Механизм этого процесса, который не нуждается в АТР или Na*~ и нечувствителен к уабаииу, очевидно, должен включать мембранный переносчик. У эритроцита соответствующий белок, по-видимому, встроен в мембрану, и при том так, что он гликозилируется на той стороне молекулы, которая обращена наружу и где находится доступная сульфгидрильная группа; подсчитано, что на одну клетку приходится 2-Ю5 таких центров, каждый из которых переносит более