Печень является центральным органом метаболизма, обеспечивая интеграцию углеводного, жирового и белкового обмена. В гепатоцитах происходит глюконеогенез, синтез гликогена и его распад, β-окисление жирных кислот, детоксикация ксенобиотиков и аминокислот. В печени локализуются ферменты уроцикла, участвующие в детоксикации аммиака, и ключевые ферменты синтеза липопротеинов.
Метаболизм углеводов в печени характеризуется высокой активностью гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы, регулируемых гормонами (инсулин, глюкагон). При избытке глюкозы активируется путь пентозофосфатного шунта, обеспечивающий образование NADPH для биосинтеза жирных кислот. Важной особенностью является способность печени переключаться между катаболизмом и анаболизмом в зависимости от энергетического состояния организма.
Скелетные мышцы специализируются на энергетическом обмене, обеспечивая сокращение и работу организма. В мышцах преобладает гликолиз, как аэробный, так и анаэробный, с образованием молочной кислоты при недостатке кислорода. Запас гликогена в мышцах используется исключительно локально, в отличие от печени, где гликоген служит источником глюкозы для всего организма.
Мышечные митохондрии активно участвуют в цикл Кребса и β-окислении жирных кислот, особенно при длительной аэробной нагрузке. В мышцах присутствует фермент креатинкиназа, обеспечивающий быструю регенерацию АТФ из креатинфосфата, что критично для кратковременной высокой нагрузки.
Жировая ткань выполняет функцию депо энергии, синтезируя и накапливая триглицериды. Адипоциты характеризуются высокой активностью липопротеинлипазы, обеспечивающей захват жирных кислот из крови, и ферментов триацилглицеролсинтетазы. При энергетическом дефиците активируется гормон-чувствительная липаза, расщепляющая триглицериды с образованием свободных жирных кислот и глицерина.
Жировая ткань участвует в эндокринной регуляции, выделяя адипокины, влияющие на чувствительность к инсулину и системный метаболизм. Метаболическая активность адипоцитов зависит от их локализации: висцеральные адипоциты более метаболически активны и оказывают более сильное влияние на системный обмен, чем подкожные.
Нейроны обладают высокой энергетической потребностью и специфическим метаболизмом. Основным источником энергии является глюкоза, которая окисляется в митохондриях с высокой эффективностью. Гликоген в нервной ткани представлен в основном в астроцитах, где он используется для поддержания энергетического метаболизма нейронов при кратковременном дефиците глюкозы.
Нейроны имеют ограниченные возможности для β-окисления жирных кислот, что делает их зависимыми от углеводного обмена. Анаэробный гликолиз в астроцитах приводит к образованию лактата, который транспортируется к нейронам и используется как дополнительный источник энергии. Высокая активность пентозофосфатного пути обеспечивает нейроны NADPH для защиты от окислительного стресса.
Почки выполняют фильтрацию крови, а также активный метаболизм аминокислот, углеводов и липидов. Проксимальные канальцы обладают высокой митохондриальной активностью, обеспечивая активный транспорт и реабсорбцию веществ. В почках синтезируется глюкоза в процессе глюконеогенеза, что особенно важно при голодании.
Почки участвуют в детоксикации аммиака через образование глутамина, который выводится с мочой. Метаболизм липидов в почках относительно низок, однако β-окисление жирных кислот обеспечивает значительную часть энергии для активного транспорта и работы канальцев.
Миокард характеризуется высокой аэробной активностью и гибкостью в использовании источников энергии. Основным топливом служат жирные кислоты, которые обеспечивают до 70% потребляемой энергии. Глюкоза и лактат используются как дополнительные источники при повышенной нагрузке. Кардиомиоциты обладают развитой митохондриальной сетью и ферментами цикла Кребса, обеспечивая устойчивое производство АТФ.
Особенностью сердечной ткани является способность переключаться между различными субстратами в зависимости от состояния организма и гормонального влияния, что обеспечивает метаболическую гибкость и поддержание постоянной работы сердца.
Особенности тканевого метаболизма отражают функциональные задачи органов, обеспечивая адаптацию организма к изменяющимся условиям и поддержание гомеостаза на системном уровне.