متابولیسم فروکتوز
بعد از گلوکز فراوان‌ترین مونوساکاریدهایی که در متابولیسم مواد سوختی شرکت می‌نمایند، فروکتوز و گالاکتوز می‌باشند. این دو قند عمدتاً در کبد کاتابولیزه می‌شوند. اولین مرحله کاتابولیسم فروکتوز همراه با فسفریلاسیون آنها در محل کربن شماره یک می‌باشد. فسفریلاسیون فروکتوز به وسیله آنزیم فروکتوزکیناز صورت می‌گیرد.
ساکارز در اثر هیدرولیز به دو منوساکارید گلوکز و فروکتوز شکسته می‌شود. فروکتوز پس از جذب در رده به کبد منتقل شده و در آنجا طی چند واکنش به دو ترکیب دی‌هیدروکسی استن فسفات و گلیسرالدئید تبدیل می‌شود. این مسیر می‌تواند ادامه یافته و وارد مسیر گلیکولیز شود و یا این که این دو ماده توسط آنزیم فروکتوز ۱ و ۶ دی فسفات آلدولاز به فروکتوز ۱ و ۶ دی فسفات تبدیل شده و وارد مسیر گلوکونئوژنز شوند. نقص آنزیم فروکتوکیناز سبب بروز بیماری فروکتوزوری اصلی و نقص در آنزیم فروکتوز ۱- فسفات آلدولاز سبب ایجاد بیماری عدم تحمل ارثی فروکتوز می‌شود.
محل ورود فروکتوز به گلیکولیز
اگرچه گلوکز شایع‌ترین مونوساکارید مصرفی محسوب می‌شود، سایر مونوساکاریدها نیز سوخت‌های مهمی به حساب می‌آیند. اجازه دهید چگونگی هدایت دو قند شایع ـ یعنی فروکتوز و گالاکتوز ـ را به سمت مسیر گلیکولیز مورد بررسی قرار دهیم. بیشتر فروکتوز خوراکی با استفاده از مسیر فروکتوز ۱- فسفات توسط کبد متابولیزه می‌شود. مرحله‌ی اول عبارتست از فسفریله شدن فروکتوز به فروکتوز ۱- فسفات توسط فروکتوکیناز. فروکتوز ۱- فسفات سپس به گلیسرآلدئید و دی هیدروکسی استون فسفات شکسته می‌شود که ترکیب اخیر یکی از واسطه‌های گلیکولیز است. این شکست آلدولی توسط یک فروکتوز ۱- فسفات آلدولاز اختصاصی کاتالیز می‌شود. گلیسرآلدئید سپس توسط تریوزکیناز به گلیسرآلدئید ۳- فسفات، واسطه‌ی گلیکولیزی، فسفریله می‌شود. به عنوان راهی دیگر، فروکتوز می‌تواند توسط هگزوکیناز به فروکتوز ۶- فسفات فسفریله شود. با این وجود، تمایل هگزوکیناز به گلوکز ۲۰ برابر تمایل آن به فروکتوز است. در کبد، فروکتوز ۶- فسفات به مقدار ناچیزی تشکیل می‌شود زیرا در این اندام مقدار گلوکز بسیار فراوان‌تر است. علاوه بر این، گلوکز، به عنوان سوخت ترجیحی، همچنین توسط واکنش هگزوکیناز در عضله به دام انداخته می‌شود. از آنجا که کبد و عضله به جای فروکتوز، گلوکز را فسفریله می‌کنند، بافت چربی در معرض فروکتوز بیشتری نسبت به گلوکز قرار می‌گیرد. از این‌رو، تشکیل فروکتوز ۶- فسفات، به اندازه‌ای که از نظر زیستی معنی‌دار باشد، به طور رقابتی توسط گلوکز مهار نمی‌شود و بیشتر فروکتوز در بافت چربی از طریق فروکتوز ۶- فسفات متابولیزه می‌شود.
۶ فسفوفروکتو -۱- کیناز آنزیم تنظیمی مهم در مسیر گلیکولیز می‌باشد.
۶ فسفرفروکتو -۱- کیناز جایگاه تنظیمی مهمی در گلیکولیز می‌باشد. این آنزیم اولین مرحله متعهد شونده گلیکولیز را کاتالیز می‌کند زیرا واکنش کاتالیز شده توسط فسفوگلوکز ایزومراز قابل برگشت بوده و سلول‌ها می‌توانند از گلوکز ۶- فسفات در مسیر پنتوز فسفات یا سنتز گلیکوژن استفاده کنند. سیترات، ATP و یون هیدروژن (pH پائین) اثرات آلوستریک منفی بر ۶ فسفوفروکتو -۱- کیناز داشته در حالی که AMP و فروکتوز ۲ و ۶- بیس فسفات اثرات آلوستریک مثبت دارند. این ترکیبات پیام‌های مورد نیاز برای تغییرات مختلف در سرعت گلیکولیز در پاسخ به تغییرات (a) حالت و وضعیت انرژی سلول (AMP یا ATP) و (b) محیط داخلی سلول (یون‌های هیدروژن) و (c) توانایی تغییر سوخت‌هایی مثل اسیدهای چرب و کتون‌بادی‌ها (سیترات) و (d) نسبت انسولین/ گلوکاگن در خون (فروکتوز ۲، ۶- بیس فسفات) را فراهم می‌کنند.
شکل. فعالیت گلوکوکیناز از طریق انتقال آنزیم بین هسته و سوبسترا تنظیم می‌شود. گلوکز فعالیت گلوکوکیناز (GK) را به وسیله افزایش انتقال آنزیم به سیتوپلاسم زیادتر می‌کند. فروکتوز ۶- فسفات فعالیت GK را از طریق تحریک انتقال به درون هسته کاهش می‌دهد. فروکتوز ۱- فسفات فعالیت GK را از طریق مهار انتقال به درون هسته زیاد می‌کند. اتصال GK (به پروتئین تنظیم کننده RP) فعالیت GK را به طور کامل مهار می‌کند.
تبدیل فروکتوز ۱ و ۶- بیس فسفات به فروکتوز ۶- فسفات و ارتوفسفات یک مرحله‌ی برگشت‌ناپذیر است.
فسفوانول پیرووات به محض تشکیل توسط آنزیم‌های گلیکولیزی ـ ولی در جهت معکوس ـ متابولیزه می‌شود. این واکنش‌ها تحت شرایط درون سلولی نزدیک به حالت تعادل می‌باشند؛ بنابراین، هنگامی که شرایط برای گلوکونئوژنز مناسب می‌شود، واکنش‌های معکوس اتفاق خواهند افتاد تا این که به مرحله‌ی برگشت‌ناپذیر بعدی برسند. این مرحله، هیدرولیز فروکتوز ۱ و ۶- بیس فسفات به فروکتوز ۶- فسفات و Pi است.
Pi + fructose6- phosphate فروکتوز ۱و۶- بیس فسفاتاز + ۶- bisphosphate و Fructose1
آنزیم مسئول در این مرحله، فروکتوز ۱ و ۶- بیس فسفاتاز است. مشابه همتای گلیکولیزی خود، این فسفاتاز یک آنزیم آلوستریک است که در تنظیم گلوکونئوژنز شرکت می‌کند. ما در بخش‌های بعدی این فصل به خصوصیات تنظیمی این آنزیم خواهیم پرداخت.
اندازه‌گیری فروکتوز
در حالت عادی میزان فروکتوز خون منفی است ولی در دو اختلال متابولیکی زیر میزان فروکتوز در خون افزایش می‌یابد. فروکتوز اوری اسناشیال که ناشی از کمبود فعالیت آنزیم فروکتوز کیناز است که یک اختلال آسمپتوماتیک و خوش خیم می‌باشد و دوم عدم تحمل مادرزادی فروکتوز که یک بیماری ژنتیکی خطرناک نوزادان است و از کمبود فعالیت یا فقدان آنزیم فروکتوز-۱ فسفوآلدولاز و فروکتوز-۱ و ۶ دی فسفوآلدولاز ناشی می‌شود. در این حالت با مصرف مقداری فروکتوز، گلوکز ادرار را می‌توان به روش سالیوانف و کروماتوگرافی کاغذی اندازه‌گیری نمود برای تعیین فروکتوز خون ابتدا گلوکز نمونه را با آنزیم گلوکز اکسیداز حذف کرده سپس با استفاده از معرف اندول -۳- اسید استیک در اسید کلریدریک غلظت فروکتوز را تعیین می‌نمائیم.
تست تحمل فروکتور
این تست مانند تحمل گلوکز انجام می‌شود با این تفاوت که نیازی به نمونه ادرار نیست. افزایش قند در نمونه‌های افراد طبیعی در این تست mg/dl30-26 است که در بیماریهای کبدی این افزایش به mg/dl80-60 نیز می‌رسد و در عدم تحمل مادرزادی فروکتوز میزان قندهای احیاء کننده خون از mg/dl100 نیز فراتر می‌رود یعنی اگر غلظت قندهای احیاء کننده در نمونه قبل از خوردن فروکتوز mg/dl100 باشد میزان آنها در نمونه بعد از مصرف فروکتوز ممکن است به mg/dl200 نیز برسد.
تست تحمل فروکتوز وریدی
در انجام این تست مقداری فروکتوز به صورت داخل وریدی تزریق و نمونه‌های ۱۵ دقیقه تا ۲ ساعت بعد از تزریق از بیمار دریافت شده و غلظت گلوکز و فسفر و فروکتوز آنها تعیین می‌گردد در نمونه ۱۵ دقیقه کاهش قابل ملاحظه‌ای، در غلظت فسفر و گلوکز و افزایش در میزان فروکتوز مشاهده می‌شود در افراد طبیعی و در بیماریهای فروکتوز اوری اصلی تغییری در غلظت پارامترهای یاد شده دیده نمی‌شود.
عدم تحمل فروکتوز
بیماران دارای عدم تحمل فروکتوز ارثی، در آنزیم کبدی (آلدولاز B) نقص دارند که فروکتوز ۱- فسفات را به دی‌هیدروکسی استون فسفات و گلیسرآلدهید تبدیل می‌کند. سه ایزوآنزیم آن (C, B, A) در پستانداران وجود دارد. آلدولاز B به مقدار زیادی در کبد موجود است که هم بر فروکتوز ۱- فسفات و هم فرکتوز ۱ و ۶- بیس فسفات عمل می‌کند. مصرف فروکتوز توسط فردی که فاقد B آلدولاز می‌باشد. باعث تجمع فروکتوز ۱- فسفات و کاهش Pi و ATP در کبد می‌شود. واکنش‌های درگیر، فروکتوکیناز و آنزیم‌های فسفریلاسیون اکسیداتیو می‌باشند:
ADP + Fructose 1-Phosphate ATP + Fructose
ATP انرژی تهیه شده به وسیله زنجیره انتقال الکترون + Pi + ADP
Fructosel- Phosphate Pi+ Fructose : مجموع واکنش
کم شدن Pi همزمان با تولید فروکتوز ۱- فسفات، تولید ATP به وسیله زنجیره انتقال الکترون را مهار می‌کند. سطح ATP پائین آمده و انجام فعالیتهای نرمال برای کبد غیرممکن می‌شود. تخریب سلولی افزایش می‌یابد که به دلیل عدم توانایی حفظ گرادیانت یونی به وسیله پمپ‌های وابسته به ATP می‌باشد.
اگر چه بیماران دارای عدم تحمل فروکتوز به فروکتوز حساس هستند، اما انسان‌ها در کل ظرفیت محدودی برای این قند دارند. ظرفیت کبد در فسفریله کردن فروکتوز بیشتر از ظرفیت شکست فروکتوز ۱- فسفات می‌باشد که نشان می‌دهد فروکتوز استفاده شده توسط کبد به طور ضعیفی کنترل می‌شود و افزایش فروکتوز، کبد را از Pi و ATP خالی می‌کند. فروکتوز به طور عمده در بیمارستان‌ها به جای گلوکز به بیماران تزریق می‌شود. به این علت که منبع بهتری نسبت به گلوکز برای کالری می‌باشد چون استفاده از آن غیروابسته به انسولین می‌باشد. دریافت مقدار زیادی از فروکتوز به صورت تزریق داخل رگیباعث تخریب شدید کبد می‌شود. تلاش‌های مشابهی برای جایگزین کردن گلوکز با سوربیتول یا زایلیتول صورت گرفته که هم چنان مثل فروکتوز باعث تهی شدن کبد از ATP می‌شوند و نمی‌بایستی که به صورت تزریقی استفاده شوند.
به نام او که همه چیز میداند