Glikogen je rezerva ugljikohidrata životinja, a sastoji se od velike količine ostataka glukoze. Opskrba glikogenom omogućuje vam brzo popunjavanje nedostatka glukoze u krvi, čim se razina smanji, glikogen se razdvoji, a slobodna glukoza uđe u krv. Kod ljudi se glukoza uglavnom skladišti kao glikogen. Nije korisno da stanice pohranjuju pojedinačne molekule glukoze, jer bi to značajno povećalo osmotski tlak unutar stanice. U svojoj strukturi, glikogen podsjeća na škrob, to jest na polisaharid, koji se uglavnom skladišti u biljkama. Škrob se također sastoji od ostataka glukoze međusobno povezanih, međutim, postoji mnogo više grana u molekulama glikogena. Visokokvalitetna reakcija na glikogen - reakcija s jodom - daje smeđu boju, za razliku od reakcije joda sa škrobom, što vam omogućuje da dobijete ljubičastu boju.
Regulacija proizvodnje glikogena
Formiranje i razgradnja glikogena regulira nekoliko hormona, i to:
1) inzulin
2) glukagon
3) adrenalin
Nastajanje glikogena nastaje nakon što se koncentracija glukoze u krvi poveća: ako ima mnogo glukoze, ona se mora pohraniti u budućnosti. Unos glukoze u stanice uglavnom reguliraju dva hormonska antagonista, odnosno hormoni s suprotnim učinkom: inzulin i glukagon. Oba hormona izlučuju stanice gušterače.
Imajte na umu: riječi "glukagon" i "glikogen" vrlo su slične, ali glukagon je hormon, a glikogen je rezervni polisaharid.
Inzulin se sintetizira ako ima mnogo glukoze u krvi. To se obično događa nakon što osoba jede, pogotovo ako je hrana bogata ugljikohidratima (na primjer, ako jedete brašno ili slatku hranu). Svi ugljikohidrati koji se nalaze u hrani razgrađuju se na monosaharide, a već se u tom obliku apsorbiraju kroz crijevni zid u krv. Prema tome, razina glukoze raste.
Kada stanični receptori reagiraju na inzulin, stanice apsorbiraju glukozu iz krvi, a njezina se razina ponovno smanjuje. Inače, zbog toga je dijabetes - nedostatak inzulina - figurativno nazvan "glad među obiljem", jer se u krvi nakon konzumiranja hrane bogate ugljikohidratima pojavljuje mnogo šećera, ali bez inzulina, stanice ga ne mogu apsorbirati. Dio stanica glukoze se koristi za energiju, a ostatak se pretvara u mast. Stanice jetre koriste apsorbiranu glukozu za sintezu glikogena. Ako je u krvi malo glukoze, javlja se obrnuti proces: gušterača izlučuje hormon glukagon, a stanice jetre počinju razbijati glikogen, oslobađajući glukozu u krv ili ponovno sintetizirajući glukozu iz jednostavnijih molekula, poput mliječne kiseline.
Adrenalin također dovodi do razgradnje glikogena, jer je cijelo djelovanje ovog hormona usmjereno na mobiliziranje tijela, pripremu za reakciju tipa "pogodak ili trčanje". A za to je potrebno da koncentracija glukoze postane veća. Tada ga mišići mogu koristiti za energiju.
Dakle, apsorpcija hrane dovodi do oslobađanja hormona inzulina u krv i sintezu glikogena, a izgladnjivanje dovodi do oslobađanja hormona glukagona i razgradnje glikogena. Oslobađanje adrenalina, koji se javlja u stresnim situacijama, također dovodi do razgradnje glikogena.
Od čega je sintetiziran glikogen?
Glukoza-6-fosfat služi kao supstrat za sintezu glikogena ili glikogenegeneze, kako se inače naziva. To je molekula koja se dobiva iz glukoze nakon vezivanja ostatka fosforne kiseline na šesti atom ugljika. Glukoza, koja tvori glukozu-6-fosfat, ulazi u jetru iz krvi iu krv iz crijeva.
Moguća je i druga mogućnost: glukoza se može ponovno sintetizirati iz jednostavnijih prekursora (mliječna kiselina). U ovom slučaju, glukoza iz krvi ulazi, na primjer, u mišiće, gdje se razdvaja u mliječnu kiselinu oslobađanjem energije, a zatim se nakupljena mliječna kiselina transportira u jetru, a stanice jetre ponovno sintetiziraju glukozu iz nje. Tada se ova glukoza može pretvoriti u glukozu-6-fosfot i dalje na temelju toga da sintetizira glikogen.
Faze formiranja glikogena
Dakle, što se događa u procesu sinteze glikogena iz glukoze?
1. Glukoza nakon dodatka ostatka fosforne kiseline postaje glukoza-6-fosfat. To je zbog enzima heksokinaze. Ovaj enzim ima nekoliko različitih oblika. Heksokinaza u mišićima se malo razlikuje od heksokinaze u jetri. Oblik ovog enzima, koji je prisutan u jetri, lošije je povezan s glukozom, a produkt nastao tijekom reakcije ne inhibira reakciju. Zbog toga su stanice jetre u stanju apsorbirati glukozu samo kad je ima mnogo, a ja odmah mogu pretvoriti mnogo supstrata u glukozu-6-fosfat, čak i ako nemam vremena za obradu.
2. Enzim fosfoglukomutaza katalizira pretvorbu glukoza-6-fosfata u njegov izomer, glukoza-1-fosfat.
3. Rezultirajući glukoza-1-fosfat zatim se kombinira s uridin trifosfatom, tvoreći UDP-glukozu. Ovaj proces katalizira enzim UDP-glukoza pirofosforilaza. Ova reakcija ne može se odvijati u suprotnom smjeru, tj. Nepovratna je u onim uvjetima koji su prisutni u stanici.
4. Enzim glikogen sintetaza prenosi ostatak glukoze na nastajuću molekulu glikogena.
5. Enzim koji fermentira glikogen dodaje točke grananja, stvarajući nove grane na molekuli glikogena. Kasnije na kraju ove grane dodaju se novi ostaci glukoze pomoću glikogenske sintaze.
Gdje je glikogen pohranjen nakon formiranja?
Glikogen je rezervni polisaharid potreban za život i pohranjuje se u obliku malih granula koje se nalaze u citoplazmi nekih stanica.
Glikogen čuva sljedeće organe:
1. Jetra. Glikogen je u izobilju u jetri i jedini je organ koji koristi zalihe glikogena za reguliranje koncentracije šećera u krvi. Do 5-6% može biti glikogen iz mase jetre, što približno odgovara 100-120 grama.
2. Mišići. U mišićima su zalihe glikogena manje u postotku (do 1%), ali ukupno, prema težini, mogu premašiti sav glikogen koji se nalazi u jetri. Mišići ne emitiraju glukozu koja je nastala nakon razgradnje glikogena u krv, nego ga koriste samo za vlastite potrebe.
3. Bubrezi. Pronašli su malu količinu glikogena. Čak su i manje količine pronađene u glijalnim stanicama i leukocitima, odnosno bijelim krvnim stanicama.
Koliko traje skladištenje glikogena?
U procesu vitalne aktivnosti organizma, glikogen se sintetizira vrlo često, gotovo svaki put nakon obroka. Tijelo nema smisla pohranjivati ogromne količine glikogena, jer njegova glavna funkcija nije da služi kao donor hranjivih tvari što je duže moguće, već da regulira količinu šećera u krvi. Skladištenje glikogena traje oko 12 sati.
Za usporedbu, pohranjene masti:
- Prvo, obično imaju mnogo veću masu od mase pohranjenog glikogena,
- drugo, mogu biti dovoljni za mjesec dana postojanja.
Osim toga, vrijedno je napomenuti da ljudsko tijelo može pretvoriti ugljikohidrate u masti, ali ne i obrnuto, to jest, pohranjena masnoća ne može se pretvoriti u glikogen, nego se može koristiti izravno za energiju. Ali razgraditi glikogen na glukozu, onda uništiti samu glukozu i upotrijebiti dobiveni proizvod za sintezu masnoća.
Glikogen je lako iskorištena rezerva energije.
Mobilizacija glikogena (glikogenoliza)
Rezerve glikogena koriste se različito ovisno o funkcionalnim karakteristikama stanice.
Glikogen u jetri razgrađuje se smanjenjem koncentracije glukoze u krvi, prvenstveno između obroka. Nakon 12-18 sati gladovanja, zalihe glikogena u jetri su potpuno iscrpljene.
U mišićima se količina glikogena obično smanjuje samo tijekom tjelesne aktivnosti - produljena i / ili intenzivna. Glikogen se ovdje koristi kako bi se osigurao rad miocita glukozom. Dakle, mišići, kao i drugi organi, glikogen koriste samo za vlastite potrebe.
Mobilizacija (razgradnja) glikogena ili glikogenolize aktivira se kada postoji nedostatak slobodne glukoze u stanici, a time iu krvi (post, mišićni rad). Razina glukoze u krvi "namjerno" podržava samo jetru, u kojoj se nalazi glukoza-6-fosfataza, koja hidrolizira glukozni fosfatni ester. Slobodna glukoza nastala u hepatocitu oslobađa se kroz plazmatsku membranu u krv.
Tri enzima izravno sudjeluju u glikogenolizi:
1. Fosforilaza glikogen (koenzim piridoksal fosfat) - cijepa α-1,4-glikozidne veze kako bi nastala glukoza-1-fosfat. Enzim djeluje dok 4 ostatka glukoze ne ostanu do točke grananja (α1,6-veza).
Uloga fosforilaze u mobilizaciji glikogena
2. a (l, 4) -a (l, 4) -glukantransferaza je enzim koji prenosi fragment iz tri ostatka glukoze u drugi lanac uz formiranje nove α1,4-glikozidne veze. Istovremeno, jedan ostatak glukoze i "otvorena" pristupačna α1,6-glikozidna veza ostaju na istom mjestu.
3. Amilo-α1,6-glukozidaza, ("detituschy" enzim) - hidrolizira α1,6-glikozidnu vezu oslobađanjem slobodne (nefosforilirane) glukoze. Kao rezultat, formira se lanac bez grana, koji opet služi kao supstrat za fosforilazu.
Uloga enzima u razgradnji glikogena
Sinteza glikogena
Glikogen se može sintetizirati u gotovo svim tkivima, ali najveće zalihe glikogena su u jetri i skeletnim mišićima.
U mišićima se količina glikogena obično smanjuje samo tijekom tjelesne aktivnosti - produljena i / ili intenzivna. Nagomilavanje glikogena ovdje je zabilježeno u razdoblju oporavka, osobito pri uzimanju hrane s visokim udjelom ugljikohidrata.
Glikogen jetre razgrađuje se smanjenjem koncentracije glukoze u krvi, prvenstveno između obroka (post-adsorpcija). Nakon 12-18 sati gladovanja, zalihe glikogena u jetri su potpuno iscrpljene. Glikogen se akumulira u jetri samo nakon jela, s hiperglikemijom. To je zbog specifičnosti hepatičke kinaze (glukokinaze) koja ima nizak afinitet za glukozu i može raditi samo pri visokim koncentracijama.
Pri normalnim koncentracijama glukoze u krvi njegovo hvatanje jetrom nije provedeno.
Sljedeći enzimi izravno sintetiziraju glikogen:
1. Fosfoglukomutaza - pretvara glukoza-6-fosfat u glukozu-1-fosfat;
2. Glukoza-1-fosfat-uridil-transferaza - enzim koji provodi ključnu reakciju sinteze. Ireverzibilnost ove reakcije osigurana je hidrolizom rezultirajućeg difosfata;
Reakcije sinteze UDP-glukoze
3. Glikogen sintaza - tvori α1,4-glikozidne veze i proširuje glikogenski lanac, pri čemu se aktivni C1 UDF-glukoza veže na C4 terminalni ostatak glikogena;
Reakcijska kemija reakcije sinteze glikogena
4. Amilo-α1,4-α1,6-glikoziltransferaza, enzim "glikogen-grananje" - prenosi fragment s minimalnom dužinom od 6 glukoznih ostataka u susjedni lanac formiranjem a1,6-glikozidne veze.
Priručnik za kemičare 21
Kemija i kemijska tehnologija
Razgradnja glikogena u glukozu
Tijekom fosforolize, glikogen se tako razgrađuje s tvorbom fosfornog estera glukoze, a da je prethodno ne razdvoji na veće fragmente polisaharidne molekule. [C.251]
Fosforilaze prenose polisaharide (posebice, glikogen) iz oblika za skladištenje u metabolički aktivni oblik u prisutnosti fosforilaze, a glikogen se raspada da bi se formirao glukozni fosfatni eter (glukoza-1-fosfat) bez njegovog dijeljenja na veće fragmente polisaharidne molekule. Općenito govoreći, ova reakcija se može predstaviti kako slijedi [str.
Kasnije ćemo detaljnije odgovoriti na ovo važno pitanje (pogl. 25), sada samo kažemo da ako je tijelo iznenada u kritičnoj situaciji, nadbubrežna medula izlučuje hormon adrenalin u krv, što služi kao molekularni signal za jetru i mišiće. Pod utjecajem tog signala, jetra se okreće na svoju glikogensku fosforilazu, zbog čega se razina glukoze u krvi povećava, tj. mišići dobivaju gorivo. Isti signal uključuje skeletni mišić razgradnju glikogena s nastankom laktata, čime se pojačava [p.464]
Digestija ugljikohidrata iz hrane počinje u usnoj šupljini. Pod djelovanjem enzima sline, amilaza, škrob i glikogen prolaze kroz plitko cijepanje u obliku polisaharida niske molekulske mase - dekstrina. Dalje razgradnja dekstrina, kao i neprobavljeni škrob i glissogen javlja se u tankom crijevu uz sudjelovanje amilaze soka pankreasa. Rezultat je disaharid maltoza, koji se sastoji od dva glukozna ostatka. Digestija ugljikohidrata dovršena je pretvaranjem nastalih maltoza i drugih prehrambenih disaharida (saharoze, laktoze) u monosaharide (glukoza, fruktoza, galaktoza), od kojih je glavna glukoza. [C.44]
Složeni ugljikohidrati počinju se transformirati već u području usta. Slina, sekrecija koju proizvode žlijezde slinovnice (parotidna, submandibularna, sublingvalna), sadrži dva enzima koji razgrađuju amilazu ugljikohidrata (amilaza sline koja se naziva ptyalin) i malu količinu maltaze. Ovi enzimi, sukcesivnim izlaganjem škrobu ili glikogenu, dovode do razgradnje (hidrolize) tih polisaharida do nastanka glukoze. [C.241]
Da bi se glikogen-fosforilaza razgradila pod djelovanjem glikogena, različit enzim mora djelovati i na polisaharid. (1-> 6) -glukozidaza. Ovaj enzim katalizira dvije reakcije. U prvom od njih, on odvaja iz lanca tri ostatka glukoze iz spomenutih četiri i prenosi ih na kraj nekog drugog vanjskog bočnog lanca. U drugoj reakciji, kataliziranoj s (1- + -> 6) -glukozidazom, četvrti ostatak glukoze se odcjepljuje, vezuje na grani točke (1- -> 6> veze. Hidroliza (1-> 6> veze u točki grananja vodi do formiranje jedne molekule D-glukoze i od- [p.457]
Glikogen se otapa u vrućoj vodi i tvori opalescentnu otopinu. Slikano je jodom u crveno-smeđoj boji, bliskoj boji amilopektina boje joda. Glikogen nema reducirajućih svojstava. Tijekom hidrolize glikogena razrijeđenom mineralnom kiselinom, kao i cijepanjem enzima, formira se a-O-glukoza. Ostaci molekula glukoze u molekulama glikogena povezani su međusobno glukozidnim vezama 1,4 i 1,6. Tako, kao i amilo-pektin, molekula glikogena ima gransku strukturu, s većom količinom 1,6 glukozidnih veza (za 12 veza od 1,4, postoji jedna 1,6 veza) nego u molekuli amilopektina, i stoga razgranati i kompaktniji (sl. 5). [C.74]
Funkcija jetre u metabolizmu ugljikohidrata je izuzetno velika i višestruka. Sposoban je sintetizirati glikogen iz glukoze i ne-ugljikohidratnog materijala. Takav materijal može biti mliječna kiselina, glicerin, produkti cijepanja glikokola, alanina, tirozina, fenilalanina, serina, treonina, cisteina, valina, izoleucina, asparaginske i glutaminske kiseline, arginina i prolina. To su takozvane glukozne kiseline. Jetra može oksidirati piruvičnu kiselinu da formira ATP, koji se koristi u jetri za pretvaranje mliječne kiseline u glikogen. [C.84]
Po prvi put s AMP-ovisnom fosforilacijom proteina otkriveno je ispitivanjem metabolizma glikogena u stanicama skeletnih mišića. Glikogen je glavni rezervni oblik glukoze, kao što je već spomenuto, njegova dezintegracija u mišićnim stanicama regulirana je adrenalinom (zapravo, adrenalin regulira i razgradnju glikogena i njegovu sintezu u skeletnim mišićima). Ako je, primjerice, životinja podvrgnuta stresu (panika, itd.), Nadbubrežne žlijezde će početi bacati adrenalin u krv, a to će dovesti razna tkiva tijela u stanje pripravnosti. Adrenalin koji cirkulira u krvi uzrokuje, posebice, razgradnju glikogena u mišićnim stanicama do glukoze-1-fosfata i istodobno inhibira sintezu novog glikogena. Glukoza-1-fosfat se pretvara u glukoza-6-fosfat, koji se zatim oksidira u reakcijama glikolize formiranjem ATP, osiguravajući energiju za intenzivan rad mišića. Na taj način adrenalin priprema mišićne stanice za intenzivan rad. [C.372]
Kod ljudi je poznat niz genetskih bolesti povezanih s oslabljenom sintezom ili razgradnjom glikogena. Jedan od prvih je bio slučaj kroničnog povećanja jetre - kod 8-godišnje djevojčice koja je također imala različite vrste metaboličkih poremećaja. Djevojka je umrla od gripe. Obdukcija je pokazala da joj je jetra 3 puta veća od norme, da sadrži ogromnu količinu glikogena, čiji je udio bio gotovo 40% suhe težine organa. Glikogen izoliran iz jetre bio je kemijski sasvim normalan, međutim, kada je komad jetrenog tkiva homogeniziran i inkubiran u puferu, taj glikogen je ostao netaknut - niti laktat ni glukoza nije nastala. Kada je suspenzija pripremljena iz tkiva normalne jetre dodana glikogenu, brzo se srušila u glukozu. Na temelju ovog biokemijskog testa, istraživači su zaključili da je pacijent poremećen proces razgradnje glikogena (ova bolest se često naziva Gyrkeova bolest nakon imena liječnika koji ju je opisao). Isprva se pretpostavljalo da je glukoza-6-fosfataza neispravan enzim, budući da oboljela jetra nije tvorila glukozu, ali je odsutnost formacije laktata pokazala da defekt utječe ili na glikogen fosforilazu ili na enzim za isskakivanje (a - 1 - 6 a) -glukozidaza]. Kasnije su istraživači ojačani u mišljenju da je u ovom klasičnom slučaju na njega utjecala (1-6) -glukozidaza. Kao rezultat, molekule glikogena u jetri mogu se razgraditi u glukozu ili [c.616]
Ovdje je potrebno naglasiti da se razgradnja glikogena u jetri s nastankom slobodne glukoze (mobilizacija glikogena, str. 245) događa uglavnom fosforolitičkim. Istodobno, glikogen se razgrađuje pod utjecajem ne amilaze, ali hepatične fosforilaze formiranjem glukoza-1-monofosfornog etera (str. 251). Potom se vrlo brzo odvajaju fosfataze jetre u slobodnu glukozu i fosfornu kiselinu. Tako, na kraju, fosforilaza i glukoza-1-monofosforna eterska fosfataza prisutne u jetri razdvajaju glikogen u pojedinačne čestice glukoze, bez međudjelovanja dekstrina i maltoze, koje su karakteristični proizvodi hidrolizne razgradnje glikogena (u prisutnosti amilaze). [C.245]
Metabolizam u mozgu, mišićima, masnom tkivu i jetri uvelike varira. Kod osobe koja se normalno hrani, glukoza je praktički jedini izvor energije za mozak. Kada postimo, ketonska tijela (acetoacetat i 3-hidroksi-butirat) dobivaju ulogu glavnog izvora energije za mozak. Mišići koriste glukozu, masne kiseline i ketonska tijela kao izvor energije i sintetiziraju glikogen kao rezervu energije za vlastite potrebe. Masno tkivo specijalizirano je za sintezu, pohranu i mobilizaciju triacilglicerola. Višestruki metabolički procesi jetre podržavaju rad drugih organa. Jetra može brzo mobilizirati glikogen i izvesti glukoneogenezu kako bi zadovoljila potrebe drugih organa. Jetra igra glavnu ulogu u regulaciji metabolizma lipida. Kada su izvori energije u izobilju, dolazi do sinteze i esterifikacije masnih kiselina. Zatim se kreću iz jetre u masno tkivo u obliku lipoproteina vrlo niske gustoće (VLDL). Međutim, kada se posti, masne kiseline se u jetri pretvaraju u ketonska tijela. Integraciju aktivnosti svih ovih organa obavljaju hormoni. Inzulin signalizira obilje izvora hrane, potiče stvaranje glikogena i triacilglicerola, kao i sintezu proteina. Glukagon, naprotiv, signalizira o niskom sadržaju glukoze u krvi, potiče razgradnju glikogena i glukoneogeneze u jetri i hidrolizu triacilglicerola u masnom tkivu. Adrenalin i norepinefrin djeluju na energetske resurse kao što je glukagon, a razlika je u tome što je njihova glavna meta mišić, a ne jetra. [C.296]
Inzulin. Važnu ulogu u metabolizmu ugljikohidrata i regulaciji šećera u krvi igra hormon inzulin. Za razliku od djelovanja drugih hormona, smanjuje koncentraciju šećera u krvi, povećavajući pretvaranje glukoze u glikogen u jetri i mišićima, promičući pravilnu oksidaciju glukoze u tkivima, kao i sprječavanje razgradnje glikogena u jetri formiranjem glukoze. Inzulin djeluje na proces fosforilacije glukoze s nastankom glukoza-6-fosfata, koji je prvi korak glukogeneze ili nastanka glikogena. U nedostatku dovoljnog unosa inzulina, konverzija izvanstanične glukoze u unutarstanični glukoza-6-fosfat je odgođena. [C.364]
Gibson, 1948 [1099]) (25080). U ovom slučaju, oštećeni enzim je methemoglobin reduktaza ovisna o MAVN. Prvi pokušaj sustavnog proučavanja skupine ljudskih bolesti povezanih s metaboličkim oštećenjima napravljen je 1951. U istraživanju bolesti akumulacije glikogena [1044], Cory par je pokazao da je u osam od deset slučajeva patološkog stanja koje je dijagnosticirano kao Gyrkeova bolest (23220), struktura glikogena u jetri bila normalna varijanta, au dva slučaja bila je očito oštećena. Također je očito da se glikogen jetre, koji se nakuplja u suvišku, ne može izravno pretvoriti u šećer, budući da pacijenti pokazuju sklonost ka hipoglikemiji. Mnogi su enzimi neophodni za razgradnju glikogena u obliku glukoze u jetri. Dvije od njih, amilo-1,6-glukozidaza i glukoza-6-fosfataza, odabrane su za proučavanje kao moguće defektne elemente enzimskog sustava. U homogenatima jetre pri različitim pH vrijednostima, izmjereno je oslobađanje fosfata iz glukoza-6-fosfata. Rezultati su prikazani na Sl. [C.10]
Dakle, jedna visoko-energetska fosfatna veza se konzumira kada je glukoza-6-fosfat uključen u glikogen. Izlazna energija tijekom razgradnje glikogena izuzetno je visoka. Oko 90% ostataka je fosforolitičko cijepanje s formiranjem glukoza-1-fosfata, koji se pretvara u glukoza-b-fosfat bez troškova energije. Preostalih 10% ostataka pripadaju granama i razdvajaju se hidrolizom. Jedna ATP molekula se koristi za fosforiliranje svake od tih molekula glukoze u glukozu-b-fosfat. Potpuna oksidacija glukoze-b-fosfata daje trideset i sedam [c.122]
Sinteza i razgradnja glikogena. Glikogen je lako mobilizirani oblik skladištenja energije. To je razgranati polimer glukoznih ostataka. Aktivni intermedijer sinteze glikogena je UDP-glukoza, koja se formira iz glukoza-1-fosfata i UTP. Glikogen sintetaza katalizira prijenos ostatka glukoze iz UDP glukoze u terminalnu hidroksilnu skupinu rastućeg lanca. Razdvajanje glikogena je drugi način. Fosforilaza katalizira razgradnju glikogena pomoću ortofosfata kako bi nastala glukoza-1-fosfat. Sinteza i cijepanje glikogena koordinirano je s - [p.285]
Ugljikohidratni metabolizam u svakoj živoj stanici (živoj supstanci) je jedan proces koji se istovremeno odnosi na međusobno povezane reakcije razgradnje i sinteze organskih tvari. U središtu metabolizma ugljikohidrata kod životinja su glikogeneza i glikogenoliza, tj. Procesi formiranja i razgradnje glikogena. Pojavljuju se uglavnom u jetri. Glikogen se može formirati iz ugljikohidrata i ne-ugljikohidratnih izvora, kao što su, na primjer, određene aminokiseline, glicerin, mliječna, piruvična i propionska kiselina, kao i od mnogih drugih jednostavnih spojeva. Pojam glikogenoliza odnosi se na stvarnu razgradnju glikogena na glukozu. Ali sada se ova riječ često podrazumijeva kao ukupna suma procesa koji vode do glikolitičkog stvaranja mliječne kiseline u slučaju kada početni supstrat nije glukoza, već glikogen. Glikoliza se općenito podrazumijeva pod pojmom razgradnje ugljikohidrata od početka, tj. Od glukoze ili glikogena, ali nema razlike u konačnim proizvodima. [C.376]
Tijekom alkoholne fermentacije, u procesu cijepanja jedne molekule glukoze, formiraju se četiri ATP molekule (50 kcal ili 210 kJ). Od toga se dvije troše na funkcionalnu aktivnost i sintezu. Prema proračunima nekih autora, tijekom glikolize i glikogenolize, 35-40 o / i sve oslobođene energije akumulira se u energetski bogatim fosfornim vezama, dok se preostalih 60-65% raspršuje u obliku topline. Učinkovitost stanica, organa u anaerobnim uvjetima ne prelazi 0,4 (aerobni 0,5). Ovi se proračuni temelje uglavnom na podacima dobivenim iz mišićnih ekstrakta i soka od kvasca. U uvjetima živog organizma, mišićne stanice, organi i tkiva koriste energiju, vjerojatno mnogo više. S fiziološkog stajališta, proces glikogenolize i glikolize je izuzetno važan, osobito kada se životni procesi provode u uvjetima nedostatka kisika. Primjerice, uz snažan rad mišića, osobito u prvoj fazi aktivnosti, uvijek postoji jaz između isporuke kisika mišićima i njegove potrebe. U ovom slučaju, početni troškovi energije uglavnom su pokriveni glikogenolizom. Slični fenomeni opaženi su u raznim patološkim stanjima (hipoksija mozga, srca itd.). Osim toga, potencijalna energija sadržana u mliječnoj kiselini, u konačnici se ne gubi u visoko organiziranom organizmu. Rezultirajuća mliječna kiselina se brzo prenosi iz mišića u krv, a zatim transportira u jetru, gdje se ponovno pretvara u glikogen. Anaerobna razgradnja ugljikohidrata s nastankom mliječne kiseline vrlo je česta u prirodi, a ne samo u mišićima, već iu drugim tkivima životinjskog organizma. [C.334]
Po prvi put, slijed događaja je razjašnjen u istraživanju metabolizma glikogena u stanicama skeletnog mišića. Glikogen je glavni rezervni oblik glukoze, njegova sinteza i razgradnja strogo su regulirani određenim hormonima. Ako je, na primjer, životinja uplašena ili podvrgnuta drugom stresu, nadbubrežne žlijezde izlučuju adrenalin u krvotok, dovodeći razna tkiva u stanje pripravnosti. Cirkulirajući adrenalin uzrokuje, posebno, razgradnju glikogena u epikonskim stanicama do glukoza-1-fosfata i istovremeno zaustavlja sintezu novog glikogena. Glukoza-1-fosfat se pretvara u glukoza-6-fosfat, koji se zatim oksidira u reakcijama glikolize, što dovodi do stvaranja ATP-a, koji je potreban za rad mypps-a. Na taj način adrenalin priprema mišićne stanice za intenzivan rad. [C.271]
Vidi stranice na kojima se spominje pojam razdvajanja glikogena s nastankom glukoze: [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]
Info-Farm.RU
Farmaceutika, medicina, biologija
glikogen
Glikogen (poznat i kao "životinjski škrob", unatoč netočnosti ovog imena) je polisaharid, homopolimer α-glukoze, glavni oblik njegovog skladištenja u životinjskim stanicama, većina gljivica, mnoge bakterije i arheje. U ljudskom tijelu glavna mjesta akumulacije glikogena su jetra i skeletni mišići.
Sposobnost jetre da poveća koncentraciju glukoze u krvi i prisutnost supstance slične škrobu, koja se naziva glikogen, otkrio je 1875. Claude Bernard.
Kemijska struktura
Glikogen je homopolimer a-glukoze, čiji su ostaci međusobno povezani (α1-4) -glukozidnim vezama. Svakih 8-10 monomernih ostataka odvaja se, bočne grane su pričvršćene (α1 → 6) snopom. Tako je molekula glikogena mnogo kompaktnija i razgranata od škroba. Stupanj polimerizacije je blizak stupnju polimerizacije amilopektina.
Sve grane glikogena imaju nefrekventni kraj, tako da ako je broj grana jednak n, tada će molekula imati n-1 ne-rijetke krajeve i samo jednu reduciranu. Kada dođe do hidrolize glikogena da bi se koristio kao izvor energije, ostaci glukoze se odvajaju jedan po jedan od neizvedivih završetaka. Njihov veliki broj omogućuje značajno ubrzanje procesa.
Najstabilnija konformacija grana s (α1 → 4) ligamentom je gusta spirala sa šest glukoznih ostataka po okretaju (ravnina svake molekule vraća se na 60 ° u odnosu na prethodnu).
Za obavljanje svoje biološke funkcije: osiguravanje najkompaktnijeg skladištenja glukoze i istodobno mogućnost njegove brze mobilizacije, glikogen mora imati strukturu optimiziranu za nekoliko parametara: 1) broj razina (razina) grananja; 2) broj podružnica u svakom stupu; 3) količinu ostataka glukoze u svakoj grani. Za molekulu glikogena s konstantnim brojem monomernih jedinica, broj vanjskih grana od kojih se može mobilizirati glukoza do točke grananja smanjuje se s povećanjem prosječne duljine svake grane. Gustoća najudaljenijih grana je sterički ograničena, tako da se maksimalna veličina molekule glikogena smanjuje s povećanjem broja grana na istoj razini. Zrele molekule glikogena različitog porijekla imaju prosječno 12 grana grana, od kojih svaka ima prosjek dvaju grana, od kojih svaka sadrži oko 13 ostataka glukoze. Matematička analiza pokazala je da je takva struktura vrlo blizu optimalnoj za mobiliziranje maksimalne količine glukoze u najkraćem mogućem vremenu.
Distribucija i značenje
Glikogen je oblik skladištenja glukoze kod životinja, gljiva, nekih bakterija (osobito cijanobakterija) i APEX-a. U mikroorganizmima je glikogen više ili manje ravnomjerno raspršen po citoplazmi stanice u obliku granula promjera 20-100 nm, koje se obično mogu vidjeti samo pomoću elektronskog mikroskopa. Ako stanica sadrži mnogo glikogena, ona postaje crvenkasto-smeđa kada se nanosi otopina joda. Kod životinja kralježnjaka najveće količine glikogena pohranjuju se u jetri, gdje to može biti 7-10% ukupne mase (100-120 g odrasle osobe) i skeletnih mišića (1-2% ukupne mase). Male količine glikogena nalaze se u bubrezima, a još manje u određenim glijalnim moždanim stanicama i bijelim krvnim stanicama.
Skladištenje glukoze nije u slobodnom obliku, već u obliku polisaharida diktiraju dva razloga. Prvo, ako bi, na primjer, u hepatocitima, cijela masa glukoze, koja je dio glikogena, bila u slobodnom stanju, njezina bi koncentracija dostigla 0,4 mol / l. A to bi dovelo do značajnog povećanja osmotskog tlaka citosola, prekomjernog dotoka vode u stanicu i njezine rupture. Drugo, takva visoka koncentracija glukoze učinila bi njezin aktivni transport iz stanične okoline, u slučaju hepatocita iz krvi, gdje je razina glukoze samo 5 mmol / l, praktički nemoguće. Pohrana glukoze u obliku glikogena smanjuje njegovu koncentraciju u stanici na 0,01 µmol / L.
Zalihe glikogena kod ljudi su znatno manje od zalihe masti. Potonji imaju brojne prednosti: prvo, omogućuju dobivanje više od dvostruko više energije od iste mase ugljikohidrata, drugo, to su hidrofobne molekule i, za razliku od ugljikohidrata, ne zahtijevaju hidrataciju, što smanjuje masu energetskih rezervi. Međutim, glikogen je brz izvor energije, osim što u tijelu nema metaboličkih putova za pretvaranje masnih kiselina u glukozu, a koje mozak ne može koristiti u anaerobnom metabolizmu mišića.
U hepatocitima se glikogen pohranjuje kao velike citoplazmatske granule. Elementarna tzv. Β-čestica, jedna je molekula glikogena, ima promjer od oko 21 nm i uključuje 55000 ostataka glukoze i ima 2000 nepravilnih završetaka. 20-40 takvih čestica zajedno tvore a-rozete, koje se mogu vidjeti pod mikroskopom u tkivima životinja koje su dobro hranjene. Međutim, oni nestaju nakon 24 sata. Granule glikogena su složeni agregati, koji osim glikogena uključuju i enzime, sintetiziraju i razgrađuju, kao i regulatorne molekule.
Mišićni glikogen služi kao izvor brze energije za aerobni i anaerobni metabolizam. Njegove rezerve se mogu iscrpiti u jednom satu intenzivne tjelesne aktivnosti. Redovita obuka omogućuje povećanje mišićnih zaliha glikogena, što rezultira time da mogu raditi dulje bez umora. U jetri, glikogen je rezerva glukoze za druge organe, u slučaju ograničenog unosa hrane. Ova rezerva je posebno važna za neurone koji ne mogu koristiti masne kiseline kao energetski supstrat. Rezerva jetre glikogena tijekom gladovanja iscrpljena je za 12-24 sata.
Glikogen se također nalazi u tajnim žlijezdama maternice, koje izlučuju u njegovu šupljinu tijekom post-ovulacijskog razdoblja menstrualnog ciklusa nakon oplodnje. Ovdje se polisaharid koristi kao izvor prehrane embrija za njegovu implantaciju.
Glikogen također ulazi u tijelo s hranom i razgrađuje se u tankom crijevu hidrolitičkih enzima.
Metabolizam glikogena
Razgradnja glikogena
Razgradnja glikogena odvija se na dva glavna načina: tijekom probave se hidrolizira u glukozu, koju mogu apsorbirati epitelne stanice tankog crijeva. Unutarstanično cijepanje zaliha glikogena (glikogenoliza) prolazi fosforolizom, čiji je proizvod glukoza-1-fosfat, na taj način omogućuje uštedu energije glikozidnih veza stvaranjem fosfatnog estera. Stoga, da bi se inkorporirala glukoza formirana u glikolizu ili put pentoznog fosfata, nije potrebno trošiti ATP. Osim toga, stvaranje glukoza-1-fosfata je korisno za mišiće, jer za ovaj spoj nema NO nosača u plazmatskoj membrani i ne može "pobjeći" iz stanice.
Hidroliza glikogena tijekom probave
U ljudi, digestija glikogena (poput škroba) počinje u usnoj šupljini, gdje djeluje njegova α-amilaza sline. Ovaj enzim hidrolizira intramolekularne (α1 → 4) veze i cijepa polisaharide do oligosaharida. U želucu se amilaza pljuvačke inaktivira visokom kiselošću medija. Želučani sok ne sadrži enzime za probavljanje ugljikohidrata. U duodenumu na (α1 → 4) vezu glikogena djeluje pankreasna a-amilaza, a na (α1 → 6) vezi posebni enzim za otpuštanje željeza amilo-1,6-glikozidaza. Time se dovršava hidroliza glikogena u maltozu, koja se, pod utjecajem parijetalnog enzima maltaze tankog crijeva (a-glukozidaza), pretvara u glukozu i apsorbira.
glikogenolizu
Intracelularni mišić i glikogen jetre se cijepa tijekom glikogenolize, u kojoj sudjeluju tri enzima: glikogen fosforilaza, glikogenendoglozhuyuyu enzim i fosfoglukomutaza. Prvi od njih katalizira reakciju u kojoj anorganski fosfat napada glikozidnu (α1 → 4) vezu između posljednja dva ostatka glukoze s neretkog kraja, što rezultira odvajanjem posljednjeg ostatka kao glukoza-1-fosfata. Kofaktor u ovoj reakciji je piridoksal fosfat.
Glikogen fosforilaza sukcesivno cijepa jedan monomer od neretkog kraja sve dok ne dođe do mjesta koje su uklonjene sa četiri ostatka iz veze (α1 → 6) (točka grananja). Ovo je mjesto gdje bifunkcionalni (eukriot), enzim za povećanje volumena dolazi u igru. Prvo, katalizira reakciju transferaze, koja se sastoji u prijenosu bloka od tri ostatka glukoze iz grane na najbliži ne-rijedak kraj na koji je vezan (α1 → 4) -svezan. Nakon toga, fisijski enzim pokazuje (α1-6) -glukozidaznu aktivnost, koja se sastoji u cijepanju (α1 → 6) -vezom i oslobađanju slobodne glukoze.
Glukoza-1-fosfat nastaje kako bi pretvorio fosfoglukomutazu u glukozu-6-fosfat, koji u skeletnim mišićima ulazi u proces glikolize. U jetri se glukoza-6-fosfat također može transportirati u endoplazmatski retikulum, tamo pod djelovanjem glukoze-6-fosfataze (mišići su lišeni ovog enzima), pretvaraju se u glukozu i ispuštaju u krv.
Biosinteza glikogena
U maloj mjeri, biosinteza glikogena (glikogeneza) pojavljuje se u gotovo svim tjelesnim tkivima, ali je najizraženija u jetri i mišićima. Ovaj proces počinje s glukoza-6-fosfatom, formira se od glukoze do heksokinazne ili glukokinazne reakcije. Dio glukoze koja ulazi u tijelo s hranom najprije apsorbiraju crvene krvne stanice koje ga koriste za energiju u procesu mliječne fermentacije. Formirani laktat u hepatocitima pretvara se u glukozu-6-fosfat tijekom glukoneogeneze.
Metabolički putevi biosinteze i razgradnja određenih spojeva obično se razlikuju barem nekim reakcijama. Metabolizam glikogena bio je prvi otvoreni primjer ovog važnog načela. 1957. Louis Leloir je otkrio da se u procesu glikogeneze koristi glukoza-1-fosfat, ali uridin difosfat glukoza.
Glukoza-6-fosfat se prvo pretvara u glukoza-1-fosfat pod utjecajem fosfoglukomutaze. Produkt ove reakcije postaje supstrat za enzim UDP-glukoza fosforilaza, koji katalizira reakciju:
Glukoza 1-fosfat + UTP → UDP-glukoza + FF br.
Budući da se pirofosfat odmah odcijepi pomoću anorganske pirofosfataze, reakcijska ravnoteža snažno se pomiče prema formiranju UDP-glukoze. Potonji je supstrat za glikogen sintazu, koja prenosi ostatak glukoze na ne-rijedak kraj molekule glikogena.
Stvaranje bočnih grana osigurava gilkozil- (4 → 6) -transglikozilazu (razgranati enzim). Ona odvaja granu, sadrži više od 11 monomernih jedinica od 6-7 i prenosi ih u C6 hidroksilnu skupinu ostatka glukoze u više interni položaj na istoj ili drugoj grani. Tako dolazi do grananja, koje je neophodno za bolju topivost glikogena, i pristup većeg broja sinteza enzima i cijepanja do ne-rijetkih završetaka.
Glikogenska sintaza može sintetizirati glikogen samo ako sadrži prajmer - gotov polimer glukoze s manje od šest monomernih jedinica. Formiranje de novo molekula glikogena moguće je samo zbog glikogeninskog proteina, koji također služi kao "sjeme", na kojem se skupljaju nove glikogenske grane i enzim, što katalizira početak formiranja našeg istraživanja.
Glikogeneza i glikogenoliza imaju složeni regulacijski sustav na nekoliko razina. Mnogi enzimi uključeni u ove procese su alosterični i mogu promijeniti svoju aktivnost prilagođavajući se potrebama stanice. Količina zaliha glikogena također je regulirana na hormonalnoj razini kako bi se održala homeostaza cijelog organizma.
Klinički značaj
Kršenje metabolizma glikogena javlja se u mnogim ljudskim bolestima, uključujući dijabetes melitus. Tu su i brojni nasljedni poremećaji povezani s prekomjernim odlaganjem glikogena u jetri, nazivaju se glikogenoza. Obično ih prati teška hipoglikemija (niska razina glukoze u krvi) između obroka. Prva glikogenoza opisao je 1929. Edgar von Gorky, a Gerty Corey je dao veliki doprinos proučavanju ovih bolesti. Sada je poznato 13 oblika glikogenoze, uzrokovanih poremećenim funkcioniranjem različitih proteina.
Sinteza i razgradnja glikogena
Kada se koncentracija glukoze u krvi poveća, na primjer, kao rezultat njegove apsorpcije u crijevu tijekom probave, protok glukoze u stanice se povećava i barem dio te glukoze može se koristiti za sintezu glikogena. Akumulacija rezerve ugljikohidrata u stanicama u obliku glikogena ima određene prednosti u odnosu na nakupljanje glukoze, budući da nije popraćena povećanjem unutarstaničnog osmotskog tlaka. Međutim, s manjkom glukoze, glikogen se lako razlaže na glukozu ili njezine fosfatne estere, a dobivene monomerne jedinice koriste stanice s energetskim ili plastičnim ciljevima.
4.1. Sinteza glikogena
Glukoza koja ulazi u stanice prolazi kroz fosforilaciju uz sudjelovanje heksokinaznih ili glukokinaznih enzima:
Zatim je dobiveni gl-6-f izomeriziran u gl-1-f uz sudjelovanje enzima fosfoglukomutaze [FGM]:
Tada chl-1-f stupa u interakciju s uridin trifosfatima u obliku UDP-glukoze uz sudjelovanje enzima UDP-glukoza pirofosforilaze [ili glukoza-1-fosfaturidil-transferaze]:
Pirofosfat se odmah podijeli na dva ostatka fosforne kiseline uz sudjelovanje enzima pirofosfataze. Ova reakcija popraćena je gubitkom energije reda veličine 7 kcal / mol, što za posljedicu ima reakciju stvaranja UDP-glukoze koja postaje nepovratna - termodinamička kontrola smjera procesa.
U sljedećoj fazi, ostatak glukoze iz UDP-glukoze se prenosi na sintetiziranu molekulu glikogena uz sudjelovanje enzima glikogen sintetaze:
UDP-glukoza + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ glikogen / i molekula glikogena je proširena jednim ostatkom glukoze. Enzim glikogen sintetaza može vezati ostatak glukoze iz UDP-glukoze za molekulu glikogena u izgradnji samo formiranjem -1,4-glikozidne veze. Prema tome, uz sudjelovanje samo jednog od ovih enzima, može se sintetizirati samo linearni polimer. Glikogen je razgranati polimer, a grananje u molekuli nastaje uz sudjelovanje drugog enzima: amilo-1,4 -> 1,6 - glikoziltransferaze. Ovaj enzim, inače poznat kao granski enzim, prenosi fragment od 5-7 monomernih jedinica s kraja linearnog područja sintetiziranog polisaharida bliže svojoj sredini, a taj se fragment spaja s lancem polimera zbog formiranja a-1,6-glikozidne veze.
Treba napomenuti da se, prema drugim podacima, fragment koji se može cijepati, koji se sastoji od najmanje 6 ostataka glukoze, prenosi u susjedni lanac razgranatog polisaharida koji se gradi. U svakom slučaju, u budućnosti, oba lanca se proširuju zbog djelovanja glikogen sintetaze, a nove grane se formiraju uz sudjelovanje granskog enzima.
Sinteza glikogena pojavljuje se u svim organima i tkivima, međutim, najveći sadržaj je uočen u jetri [od 2 do 5-6% ukupne mase organa] iu mišićima [do 1% njihove mase]. Uključivanje 1 ostatka glukoze u molekulu glikogena popraćeno je upotrebom 2 ekvivalenta visoke energije (1 ATP i 1 UTP), tako da se sinteza glikogena u stanicama može odvijati samo uz dostatnu opskrbu energijom stanica.
4.2. Mobilizacija glikogena
Glikogen, kao rezerva glukoze, nakuplja se u stanicama tijekom probave i konzumira se tijekom razdoblja apsorpcije. Cijepanje glikogena u jetri ili njegova mobilizacija provodi se uz sudjelovanje enzima glikogen fosforilaze, često nazvanog jednostavno fosforilaza. Ovaj enzim katalizira fosforolitičko cijepanje a-1,4-glikozidnih veza terminalnih glukoznih ostataka polimera:
(C6H10O5) n + H3PO4> (C6H10O5) n-1 + Gl-1-F Za cijepanje molekule u području grananja potrebna su dva dodatna enzima: tzv. Debranching (degeneracija) - enzim i amilo-1,6-glikozidaza štoviše, kao posljedica djelovanja posljednjeg enzima, u stanicama se stvara slobodna glukoza, koja može ili napustiti stanicu ili proći fosforilaciju.
Gl-1-f u stanicama je izomeriziran uz sudjelovanje fosfoglukomutaze u gl-6-f. Daljnja sudbina gl-6-fosfata određena je prisutnošću ili odsutnošću glukoza-6-fosfataze u stanicama enzima. Ako je enzim prisutan u stanici, on katalizira hidrolitičko cijepanje ostatka fosforne kiseline iz gl-6-fosfata kako bi se dobila slobodna glukoza:
Gl-6-f + H20 D> Glukoza + H3PO4 koja može prodrijeti kroz vanjsku staničnu membranu i ući u krvotok. Ako glukoza-6-fosfataza nije prisutna u stanicama, tada glukoza nije defosforilirana i ostatak glukoze se može koristiti samo u toj određenoj stanici. Imajte na umu da cijepanje glikogena na glukozu ne zahtijeva dodatni priliv energije.
U većini ljudskih organa i tkiva, glukoza-6-fosfataza je odsutna, stoga se glikogen pohranjen u njima koristi samo za vlastite potrebe. Tipičan predstavnik takvih tkiva je mišićno tkivo. Glukoza-6-fosfataza prisutna je samo u jetri, bubrezima i crijevima, ali je prisutnost enzima u jetri (točnije u hepatocitima) najznačajnija, jer ovaj organ ima ulogu vrste pufera koji apsorbira glukozu kada njen sadržaj u krvi raste i opskrbljuje krv glukozom kada koncentracija glukoze u krvi počne padati.
4.3. Regulacija sinteze i razgradnje glikogena
Uspoređujući metaboličke putove sinteze i mobilizacije gliko-gena, vidjet ćemo da su oni različiti:
Ova okolnost omogućuje odvojeno reguliranje procesa o kojima se raspravlja. Regulacija se provodi na razini dva enzima: glikogen sintetaze, koja je uključena u sintezu glikogena, i fosforilaze, koja katalizira razgradnju glikogena.
Glavni mehanizam regulacije aktivnosti ovih enzima je njihova kovalentna modifikacija fosforilacijom-defosforilacijom. Fosforilirana ili fosforilaza "a" je visoko aktivna, dok je fosforilirana glikogen sintetaza ili sintetaza "b" neaktivna. Stoga, ako su oba enzima u fosforiliranom obliku, glikogen se cijepa u stanicu da bi se formirao glukoza. U defosforiliranom stanju, naprotiv, fosforilaza je neaktivna (u obliku "b"), a glikogen-sintetaza je aktivna (u obliku "a"), u toj se situaciji u stanici sintetizira glikogen iz glukoze.
Budući da glikogen u jetri igra ulogu rezerve glukoze za cijeli organizam, njegovu sintezu ili dezintegraciju treba kontrolirati superstanični regulatorni mehanizmi čiji rad treba biti usmjeren na održavanje konstantne koncentracije glukoze u krvi. Ovi mehanizmi trebali bi osigurati ugradnju gliko-genske sinteze u hepatocite pri povišenim koncentracijama glukoze u krvi i povećati razgradnju glikogena kada razina glukoze u krvi opadne.
Dakle, primarni signal koji stimulira mobilizaciju gliko-gena u jetri je smanjenje koncentracije glukoze u krvi. Kao odgovor na to, alfa stanice gušterače oslobađaju svoj hormon, glukagon, u krvotok. Glukagon koji cirkulira u krvi stupa u interakciju sa svojim receptorskim proteinom koji se nalazi na vanjskoj strani vanjske stanične membrane hepatocita. formiranje planina - kompleks mon-receptora. Stvaranje kompleksa hormonskog receptora dovodi do aktivacije enzima adenilat ciklaze koji se nalazi na unutarnjoj površini vanjske stanične membrane pomoću posebnog mehanizma. Enzim katalizira tvorbu cikličkog 3,5-AMP (cAMP) iz ATP-a u stanici.
S druge strane, cAMP aktivira enzim cAMP-ovisnu proteinsku kinazu u stanici. Neaktivni oblik protein kinaze je oligomer koji se sastoji od četiri podjedinice: 2 regulatorna i dva katalitička. Kako se koncentracija cAMP u stanici povećava, dodaju se 2 cAMP molekule u svaku od regulatornih podjedinica protein kinaze, konformacija regulatornih podjedinica se mijenja i oligomer se raspada u regulatorne i katalitičke podjedinice. Slobodne katalitičke podjedinice kataliziraju fosforilaciju određenog broja enzima u stanici, uključujući fosforilaciju glikogen sintetaze s njezinim prijenosom u neaktivno stanje, čime se isključuje sinteza glikogena. U isto vrijeme dolazi do fosforilacije kinaze fosforilaze, i taj enzim, aktiviran njegovom fosforilacijom, zatim katalizira fosforilazu fosforilazom s njezinom pretvorbom u aktivni oblik, tj. u obliku "a". Kao rezultat aktivacije fosforilaze, aktivira se razgradnja glikogena i hepatociti počinju isporučivati glukozu u krv.
Usput, napominjemo da kod stimuliranja razgradnje glikogena u jetri kateholaminima glavni su posrednici b-hepatocitni receptori koji vežu adrenalin. Istodobno dolazi do povećanja sadržaja Ca iona u stanicama, gdje stimuliraju kinazu fosforilaze osjetljivu na Ca / kalmodulin, koja svojom fosforilacijom aktivira fosforilazu.
Aktivacijska shema cijepanja glikogena u hepatocitima
Povećanje koncentracije glukoze u krvi je vanjski signal za hepatocite u smislu stimuliranja sinteze glikogena i na taj način veže višak glukoze iz krvotoka.
Aktivacijska shema sinteze glikogena u jetri
Djeluje sljedeći mehanizam: s povećanjem koncentracije glukoze u krvi povećava se i njegov sadržaj u hepatocitima. Povećanje koncentracije glukoze u hepatocitima, pak, na prilično kompliciran način aktivira u njima enzim fosfoprotein fosfatazu, koji katalizira uklanjanje ostataka fosforne kiseline iz fosforiliranih proteina. Defosforilacija aktivne fosforilaze pretvara je u neaktivni oblik, a defosforilacija neaktivne glikogen sintetaze aktivira enzim. Kao rezultat, sustav ulazi u stanje koje osigurava sintezu glikogena iz glukoze.
U smanjenju aktivnosti fosforilaze u hepatocitima, hormon β-stanica inzulina gušterače igra određenu ulogu. Izlučuju ga b-stanice kao odgovor na povećanje razine glukoze u krvi. Njegovo vezanje na receptore inzulina na površini hepatocita dovodi do aktivacije u stanicama jetre enzima fosfodiesteraze, što katalizira pretvorbu cAMP u normalan AMP, koji nema sposobnost stimuliranja stvaranja aktivne protein kinaze. Na taj se način prekida akumulacija aktivne fosforilaze u hepatocitima, što je također važno za inhibiciju razgradnje glikogena.
Prirodno je da mehanizmi regulacije sinteze i razgradnje glikogena u stanicama različitih organa imaju svoje osobine. Primjerice, možemo istaknuti da u miocitima mišića koji odmore ili mišića koji izvode malu količinu rada, praktički nema fosforilaze „a“, ali dolazi do cijepanja glikogena. Činjenica je da je fosforilaza mišića, koja je u defosforiliranom stanju ili u obliku "b", alosterički enzim i aktivira se AMP-om i anorganskim fosfatom prisutnim u miocitima. Na taj način aktivirana fosforilaza "b" osigurava brzinu mobilizacije glikogena, koja je dovoljna za obavljanje umjerenog fizičkog rada.
Međutim, pri intenzivnom radu, osobito ako se opterećenje dramatično povećava, ta razina mobilizacije glikogena postaje nedovoljna. U ovom slučaju djeluju superstanični mehanizmi regulacije. Kao odgovor na iznenadnu potrebu za intenzivnom mišićnom aktivnošću, hormon adrenalin ulazi u krv iz nadbubrežne medule. Adrenalin, vezanjem na receptore na površini mišićnih stanica, uzrokuje odgovor miocita, sličan u svom mehanizmu odgovoru hepatocita na glukagon, koji je upravo opisan. U mišićnim stanicama pojavljuje se fosforilaza "a" i glikogen sintetaza je inaktivirana, a formirani ch-6-f se koristi kao energetsko "gorivo", čiji oksidativni raspad pruža energiju za kontrakciju mišića.
Valja napomenuti da visoke koncentracije adrenalina, koje se promatraju u krvi ljudi u uvjetima emocionalnog stresa, ubrzavaju razgradnju glikogena u jetri, povećavajući tako sadržaj glukoze u krvi - obrambena reakcija usmjerena na hitnu mobilizaciju energetskih resursa.
O B M E N U GL O V O D O V
2.1. Oksidativna razgradnja ugljikohidrata u tkivima
Najvažnije funkcije monosaharida u tijelu su energija i plastika; Obje ove funkcije ostvaruju se tijekom oksidativne razgradnje monosaharida u stanicama. Tijekom oksidacije ugljikohidrata oslobađa se 4,1 kcal / g (oko 17 kJ / g) slobodne energije, a zbog oksidacije ugljikohidrata ljudi pokrivaju 5560% njihove ukupne potrošnje energije. Tijekom oksidacije ugljikohidrata nastaje veliki broj srednjih produkata raspadanja, koji se koriste za sintezu raznih lipida, esencijalnih aminokiselina i drugih spojeva potrebnih stanicama. Osim toga, tijekom oksidacije ugljikohidrata u stanicama stvaraju se regeneracijski potencijali, koji se dalje koriste u reakcijama redukcije biosinteze, u procesima detoksikacije, kontroliraju razinu lipidne peroksidacije itd.
Glavni monosaharid koji prolazi kroz oksidacijske transformacije u stanicama je glukoza, jer je u velikim količinama koja dolazi iz crijeva u unutarnje okruženje tijela, sintetizira se tijekom glukoneogeneze ili nastaje u slobodnom obliku ili u obliku fosfornih etera tijekom cijepanja glikogena. Uloga drugih monosaharida je manje značajna, jer njihova količina koja ulazi u stanice u kvantitativnom smislu uvelike varira ovisno o sastavu hrane.
Postoji nekoliko metaboličkih putova za oksidaciju glukoze, od kojih su glavni:
a) aerobna digestija za ugljični dioksid i vodu;
b) anaerobna oksidacija u laktat;
c) pentozna oksidacija;
g) oksidacija s nastankom glukuronske kiseline.
Dubina oksidativnog cijepanja molekule glukoze može
Različiti su: od oksidacije jedne od terminalnih skupina molekula do karboksilne skupine, koja se javlja tijekom formiranja glukuronske kiseline, do potpune degradacije molekule glukoze tijekom aerobne razgradnje.
2.1.1. Aerobna oksidacija glukoze
U stanicama aerobnih organizama aerobna razgradnja na ugljični dioksid i vodu je osnovna, barem u odnosu na ukupnu količinu fisibilne glukoze. Pri cijepanju 1 M glukoze (180 g) u aerobnim uvjetima oslobađa se 686 kcal slobodne energije. Proces aerobne oksidacije glukoze može se podijeliti u 3 faze:
1. Cijepanje glukoze na piruvat.
2. Oksidacijsko dekarboksiliranje piruvata do acetil CoA.
3. Oksidacija acetila u Krebsovom ciklusu (CTC), zajedno s radom lanca dišnih enzima.
Ove faze se također mogu predstaviti kao opća shema:
Glukoza> 2 piruvat D2 acetil CoAD> 4CO2 + 10 H20
2.1.1.1. Cijepanje glukoze u piruvat
Prema suvremenim konceptima, prvi stupanj oksidacije glukoze odvija se u citosolu i kataliziran je supramolekularnim proteinskim kompleksom glikolitičkog metabolona, koji uključuje do deset pojedinačnih enzima.
Prvi stupanj oksidacije glukoze može se podijeliti u 2 stupnja. U reakcijama prvog stupnja, fosforilacija glukoze, izomerizacija ostatka glukoze u ostatak fruktoze, dolazi do dodatne fosforilacije ostatka fruktoze i na kraju. cijepanje heksoznog ostatka u dva ostatka fosfrotioze:
Ovu reakciju katalizira enzim heksokinaza. ATP se koristi kao foto-vezivno sredstvo u stanici. Reakcija je praćena gubitkom slobodne energije reda 5,0 kcal / mol i pod uvjetima stanice je nepovratna.
Druga reakcija katalizirana fosfoheksoizomerazom je lako reverzibilna.
Treću reakciju katalizira enzim fosfofruktokinaza. U ovoj reakciji se također gubi 3,4 kcal / mol energije i, poput reakcije heksokinaze, u staničnim uvjetima je nepovratno.
Ovu reakciju katalizira enzim aldolaza, reakcija je reverzibilna. Kao rezultat reakcije, fruktoza-1,6-bisfosfat je podijeljen u dva triosofosfata.
Pod staničnim uvjetima, fosfodihidroksiaceton (FDA) se lako izomerizira u 3-fosfogliceraldehid (PHA) uz sudjelovanje enzima triose fosfat izomeraze tijekom pete reakcije. Prema tome, možemo pretpostaviti da je u prvom stupnju ove faze potrošen 2 ATP, a dvije molekule 3-fosfogliceraldehida nastaju iz molekule glukoze.
U drugom stupnju prve faze oksidacije glukoze, PHA se pretvara u piruvat. Budući da razgradnja molekule glukoze formira 2 PHA molekule, u daljnjem opisu procesa moramo uzeti u obzir ovu okolnost.
Sljedeća reakcija razmatranog procesa je oksidacijska reakcija:
Tijekom ove reakcije, katalizirane dehidrogenazom 3-fosfoglicerinskim aldehidom, PHA se oksidira u 1,3-difosfoglicerinsku kiselinu. Oksidacija se odvija dehidrogenacijom, a atomi vodika odijeljeni od supstrata prenose se u NAD + uz formiranje reduciranog oblika koenzima. Oksidacijska energija akumulira se u stanici, prvo u obliku smanjene energije NADH + H +, i drugo, u obliku makroergijske veze između oksidacijskog produkta i fosforne kiseline uključene u reakciju, tj. u makroergičnoj vezi 1,3-difosfoglicerinske kiseline.
U sedmoj reakciji, ostatak fosforne kiseline iz 1,3-difosfoglicerata zajedno s energijom pohranjenom u makroergičnoj vezi prenosi se na ADP uz formiranje ATP:
Ovu reverzibilnu reakciju katalizira enzim fosfoglicerat kinaza.
Zatim slijedi reverzibilna izomerizacija 3-fosfoglicerinske kiseline u 2-fosfogliceričnu kiselinu uz sudjelovanje enzima fosfoglicerat rututaze:
U sljedećoj, devetoj reakciji, voda se cijepa od 2-fosfoglicerinske kiseline:
Tijekom cijepanja vode, gustoća elektrona u molekuli redistribuira se formiranjem makroergijske veze između drugog ugljikovog atoma enolnog oblika piruvične kiseline i ostatka fosforne kiseline. Reakcija je reverzibilna, katalizirana enzimom enolaza.
Energija akumulirana u makroergičnoj vezi FEP-a zajedno s ostatkom fosforne kiseline tijekom slijedeće reakcije prenosi se na ADP uz formiranje ATP. Reakcija se katalizira piruvat kinazom.
Reakcija je praćena gubitkom energije od 7,5 kcal / mol i praktički je nepovratna pod uvjetima stanice.
Ukupna jednadžba prvog stupnja aerobne oksidacije glukoze:
Glukoza + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 piruvat + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O
Tijekom ove faze oslobađa se 140 kcal / mol energije, čiji se glavni dio (oko 120 kcal / mol) akumulira u ćeliji kao 2 ATP energije i 2 smanjena NAD + ADSCH energija, iz čega slijedi da se u prvoj fazi molekula glukoze dijeli na dvije molekule. piruvična kiselina, dok stanica za svaku molekulu digestirane glukoze prima 2 molekule ATP i dvije molekule reduciranog NADH + H +.
Regulacija prvog stupnja cijepanja aerobne glukoze provodi se pomoću termodinamičkih mehanizama i mehanizama alosterne modulacije regulatornih enzima uključenih u rad ovog metaboličkog puta.
Pomoću termodinamičkih mehanizama, protok metabolita se kontrolira duž ovog metaboličkog puta. U opisani sustav reakcija uključene su tri reakcije, tijekom kojih se gubi velika količina energije: heksokinaza (G0 = 5,0 kcal / mol), fosfruktokinaza (G0 = 3,4 kcal / mol) i piruvat kinaza (G0 = 7,5 kcal / mol) ). Te reakcije u stanici praktički nisu reverzibilne, osobito reakcija piruvat kinaze, a zbog njihove ireverzibilnosti proces postaje ireverzibilan kao cjelina.
Intenzitet fluksa metabolita u promatranom metaboličkom putu kontrolira se u stanici promjenom aktivnosti alosteričkih enzima uključenih u sustav: heksokinaze, fosfofruktokinaze i piruvat kinaze. Stoga su točke termodinamičke kontrole metaboličkog puta ujedno i mjesta na kojima je reguliran intenzitet metabolita.
Glavni regulatorni element sustava je fosfofruktokolaza. Aktivnost ovog enzima inhibirana je visokim koncentracijama ATP u stanici, stupanj alosterične inhibicije enzima ATP je povećan pri visokim koncentracijama citrata u stanici. AMP je alosterički aktivator fosfofruktokinaze.
Heksokinazu inhibira alosterički mehanizam visoke koncentracije Gl6f. U ovom slučaju, bavimo se radom povezanog regulatornog mehanizma. Nakon inhibicije aktivnosti fosfofruktokinaze visokim koncentracijama ATP, u ćeliji se akumulira Fr6f, što znači da se Gl6f akumulira, jer je reakcija katalizirana fosfoheksoizomerazom lako reverzibilna. U tom slučaju povećanje koncentracije ATP u stanici inhibira ne samo fosfofruktokinazu, nego i heksokinazu.
Regulacija aktivnosti treće piruvat kinaze kinaze izgleda vrlo teško. Aktivnost enzima stimulira se Gl6f, Fr1.6bf i PHA pomoću alosteričkog mehanizma, tzv. Aktivacije prekursora. S druge strane, visoke unutarstanične koncentracije ATP, NADH, citrata, sukcinila CoA i masnih kiselina inhibiraju aktivnost enzima pomoću alosteričnog mehanizma.
Općenito, cijepanje glukoze na piruvat je inhibirano na razini 3 naznačene kinaze s visokom koncentracijom ATP u stanici, tj. u uvjetima dobre energetske opskrbe ćelije. Uz nedostatak energije u stanici, postiže se aktivacija cijepanja glukoze, prvo uklanjanjem alosteričke inhibicije kinaza s visokim koncentracijama ATP i alosteričke aktivacije AMP fosfofruktokokinaze i, drugo, zbog alosteričke aktivacije piruvat kinaze prekursorima Gl6F, Frl6bf i PHA.
Koja je svrha inhibiranja citrat fosfofruktokinaze i citrata i sukcinil CoA piruvat kinaze? Činjenica je da se dvije molekule acetil-CoA formiraju iz jedne molekule glukoze, koja se zatim oksidira u Krebsovom ciklusu. Ako se citrat i sukcinil CoA akumuliraju u stanici, Krebsov ciklus se ne može nositi s oksidacijom već akumuliranog acetil CoA i ima smisla usporiti njezino dodatno stvaranje, što se postiže inhibicijom fosforne ruktokinaze i piruvat kinaze.
Konačno, inhibicija oksidacije glukoze na razini piruvat kinaze s povećanjem koncentracije masnih kiselina usmjerena je na uštedu glukoze u stanici pod uvjetima kada je stanici osigurana druga, učinkovitija vrsta energetskog goriva.
2.1.1.2. Oksidacijsko dekarboksiliranje piruvata
U aerobnim uvjetima piruvična kiselina prolazi kroz oksidacijsku dekarboksilaciju kako bi nastala acetil CoA. Ova transformacija katalizirana je supramolekularnim piruvat dehidrogenaza kompleksom lokaliziranim u mitohondrijskom matriksu. Kompleks pirvatdehidrogenaze sastoji se od tri različita enzima: piruvat dekarboksilaza, dihidrolipatoacetil-transferaza i dehidrogenaze dihidrolipoične kiseline, čiji kvantitativni omjeri u kompleksu ovise o izvoru izlučivanja, u pravilu taj omjer se približava 30: 1: 10.
Prvi enzim ovog kompleksa je piruvat dekarboksilaza (E1)