Гликогенът е резервен въглехидрат на животни, състоящ се от голямо количество глюкозни остатъци. Доставката на гликоген ви позволява бързо да запълвате липсата на глюкоза в кръвта, веднага щом нивото му се понижи, гликогенът се разделя и свободната глюкоза навлиза в кръвта. При хората глюкозата се съхранява главно като гликоген. За клетките не е изгодно да съхраняват индивидуални глюкозни молекули, тъй като това значително ще увеличи осмотичното налягане в клетката. В своята структура гликогенът наподобява скорбяла, т.е. полизахарид, който се съхранява главно от растенията. Нишестето също се състои от глюкозни остатъци, свързани помежду си, но има много повече разклонения в молекулите на гликоген. Висококачествена реакция към гликоген - реакцията с йод - дава кафяв цвят, за разлика от реакцията на йод със скорбяла, която ви позволява да получите лилав цвят.
Регулиране на производството на гликоген
Образуването и разграждането на гликогена регулират няколко хормона, а именно:
1) инсулин
2) глюкагон
3) адреналин
Образуването на гликоген се появява след повишаване на концентрацията на глюкоза в кръвта: ако има много глюкоза, тя трябва да се съхранява в бъдеще. Поемането на глюкоза от клетките се регулира главно от два хормон-антагониста, т.е. хормони с обратен ефект: инсулин и глюкагон. И двата хормона се секретират от клетките на панкреаса.
Моля, обърнете внимание: думите "глюкагон" и "гликоген" са много сходни, но глюкагонът е хормон, а гликогенът е резервен полизахарид.
Инсулин се синтезира, ако има много глюкоза в кръвта. Това обикновено се случва след като човек яде, особено ако храната е богата на въглехидрати храна (например, ако ядете брашно или сладка храна). Всички въглехидрати, които се съдържат в храната, се разграждат до монозахариди и вече се абсорбират в кръвта през чревната стена. Съответно, нивото на глюкозата се повишава.
Когато клетъчните рецептори реагират на инсулин, клетките абсорбират глюкозата от кръвта и нивото му отново намалява. Между другото, затова диабетът - липсата на инсулин - се нарича „глад сред изобилието”, защото в кръвта след хранене с богата на въглехидрати храна се появява много захар, но без инсулин клетките не могат да я абсорбират. Част от клетките на глюкозата се използват за енергия, а останалите се превръщат в мазнини. Чернодробните клетки използват абсорбирана глюкоза, за да синтезират гликоген. Ако в кръвта има малко глюкоза, се случва обратния процес: панкреасът отделя хормона глюкагон и чернодробните клетки започват да разграждат гликогена, освобождавайки глюкоза в кръвта или отново синтезирайки глюкоза от по-прости молекули, като млечна киселина.
Адреналинът също води до разграждане на гликогена, тъй като целият ефект на този хормон е насочен към мобилизиране на тялото, подготовка за реакция тип "хит или бягай". И за това е необходимо концентрацията на глюкоза да стане по-висока. Тогава мускулите могат да го използват за енергия.
Така абсорбцията на храната води до освобождаване на хормона инсулин в кръвта и синтеза на гликоген, а гладуването води до освобождаване на хормона глюкагон и разграждането на гликоген. Освобождаването на адреналин, което се случва в стресови ситуации, също води до разграждане на гликогена.
От какво се синтезира гликогенът?
Глюкозо-6-фосфатът служи като субстрат за синтеза на гликоген или гликогеногенеза, както се нарича по друг начин. Това е молекула, която се получава от глюкоза след прикрепване на остатъка от фосфорна киселина към шестия въглероден атом. Глюкозата, която образува глюкозо-6-фосфат, влиза в черния дроб от кръвта и в кръвта на червата.
Възможна е и друга възможност: глюкозата може да бъде ре-синтезирана от по-прости прекурсори (млечна киселина). В този случай, глюкозата от кръвта влиза, например, в мускулите, където се разделя на млечна киселина с отделяне на енергия, а след това натрупаната млечна киселина се транспортира до черния дроб, а чернодробните клетки ре-синтезират глюкозата от нея. След това тази глюкоза може да бъде превърната в глюкоза-6-фосфот и по-нататък на базата на нея да синтезира гликоген.
Етапи на образуване на гликоген
И така, какво се случва в процеса на синтеза на гликоген от глюкоза?
1. Глюкоза след добавянето на остатъка от фосфорна киселина става глюкозо-6-фосфат. Това се дължи на ензима хексокиназа. Този ензим има няколко различни форми. Хексокиназата в мускулите е малко по-различна от хексокиназата в черния дроб. Формата на този ензим, която присъства в черния дроб, е по-лошо свързана с глюкозата и продуктът, образуван по време на реакцията, не инхибира реакцията. Поради това, чернодробните клетки са способни да абсорбират глюкозата само когато има много, и аз веднага може да превърне много субстрат в глюкоза-6-фосфат, дори ако нямам време да го обработя.
2. Ензимът фосфоглюкомутаза катализира превръщането на глюкозо-6-фосфата в неговия изомер, глюкозо-1-фосфат.
3. Полученият глюкозо-1-фосфат след това се комбинира с уридин трифосфат, образувайки UDP-глюкоза. Този процес се катализира от ензима UDP-глюкозна пирофосфорилаза. Тази реакция не може да протече в обратна посока, т.е. необратима е в условията, които се намират в клетката.
4. Ензимът гликоген синтаза прехвърля остатъка от глюкоза в появяващата се молекула на гликоген.
5. Гликоген-ферментиращият ензим добавя точки на клон, създавайки нови “клони” на молекулата на гликоген. По-късно в края на този клон се добавят нови глюкозни остатъци, използвайки гликоген синтаза.
Къде се съхранява гликоген след образуването?
Гликогенът е резервен полизахарид, необходим за живота, и се съхранява под формата на малки гранули, разположени в цитоплазмата на някои клетки.
Гликогенът съхранява следните органи:
1. Черен дроб. Гликогенът е доста обилен в черния дроб и е единственият орган, който използва снабдяването с гликоген, за да регулира концентрацията на захар в кръвта. До 5-6% може да бъде гликоген от масата на черния дроб, което приблизително съответства на 100-120 грама.
2. Мускули. В мускулите, складовете на гликоген са по-малко в процент (до 1%), но общо, по тегло, те могат да надхвърлят целия гликоген, съхраняван в черния дроб. Мускулите не отделят глюкоза, която се образува след разпадането на гликоген в кръвта, а го използват само за собствените си нужди.
3. Бъбреци. Те открили малко количество гликоген. Още по-малки количества бяха открити в глиални клетки и в левкоцити, т.е. бели кръвни клетки.
Колко дълго съхранява гликогенът?
В процеса на жизнената дейност на организма, гликогенът се синтезира доста често, почти всеки път след хранене. Тялото няма смисъл да съхранява огромни количества гликоген, защото неговата основна функция не е да служи като донор на хранителни вещества колкото е възможно по-дълго, а да регулира количеството захар в кръвта. Гликогеновите запаси траят около 12 часа.
За сравнение, съхранените мазнини:
- Първо, те обикновено имат много по-голяма маса от масата на съхранявания гликоген,
- второ, те могат да бъдат достатъчни за един месец на съществуване.
В допълнение, заслужава да се отбележи, че човешкото тяло може да преобразува въглехидратите в мазнини, но не и обратно, т.е. складираните мазнини не могат да бъдат превърнати в гликоген, а може да се използва директно за енергия. Но за да се разгради гликогенът до глюкоза, след това да се унищожи самата глюкоза и да се използва получения продукт за синтеза на мазнини, които човешкото тяло е напълно способно.
Гликогенът е лесно използваем резерв от енергия.
Мобилизация на гликоген (гликогенолиза)
Резервите на гликоген се използват по различен начин в зависимост от функционалните характеристики на клетката.
Чернодробният гликоген се разгражда чрез намаляване на концентрацията на глюкоза в кръвта, предимно между храненията. След 12-18 часа гладуване, запасите от гликоген в черния дроб са напълно изчерпани.
В мускулите количеството гликоген обикновено намалява само по време на физическа активност - продължително и / или интензивно. Тук се използва гликоген, за да се осигури функционирането на миоцитите чрез глюкоза. Така мускулите, както и другите органи, използват гликоген само за собствените си нужди.
Мобилизирането (разлагането) на гликоген или гликогенолиза се активира, когато липсва свободна глюкоза в клетката и следователно в кръвта (гладно, мускулна работа). Нивото на кръвната глюкоза "целенасочено" поддържа само черния дроб, в който има глюкоза-6-фосфатаза, която хидролизира глюкозния фосфатен естер. Свободната глюкоза, образувана в хепатоцита, се освобождава през плазмената мембрана в кръвта.
Три ензима участват пряко в гликогенолизата:
1. Фосфорилаза гликоген (коензим пиридоксал фосфат) - разцепва α-1,4-гликозидните връзки до образуване на глюкоза-1-фосфат. Ензимът действа, докато останат 4 глюкозни остатъка до точката на разклоняване (α1,6-връзка).
Ролята на фосфорилазата в мобилизирането на гликоген
2. а (1,4) -а (1,4) -глюканттрансферазата е ензим, който пренася фрагмент от три глюкозни остатъка в друга верига с образуването на нова α1,4-гликозидна връзка. В същото време един остатък от глюкоза и „отворена“ достъпна α1,6-гликозидна връзка остават на едно и също място.
3. Амило-α1,6-глюкозидаза, ("detituschy" ензим) - хидролизира α1,6-гликозидната връзка с освобождаването на свободна (нефосфорилирана) глюкоза. В резултат се образува верига без клони, която отново служи като субстрат за фосфорилаза.
Ролята на ензимите в разграждането на гликоген
Синтез на гликоген
Гликогенът може да се синтезира в почти всички тъкани, но най-големите запаси от гликоген са в черния дроб и скелетните мускули.
В мускулите количеството гликоген обикновено намалява само по време на физическа активност - продължително и / или интензивно. Натрупването на гликоген тук се забелязва в периода на възстановяване, особено когато се приемат храни с високо съдържание на въглехидрати.
Чернодробният гликоген се разгражда чрез намаляване на концентрацията на глюкоза в кръвта, предимно между храненията (пост-адсорбционен период). След 12-18 часа гладуване, запасите от гликоген в черния дроб са напълно изчерпани. Гликогенът се натрупва в черния дроб само след хранене, с хипергликемия. Това се дължи на особеностите на чернодробната киназа (глюкокиназа), която има нисък афинитет към глюкозата и може да работи само при високите си концентрации.
При нормални концентрации на глюкоза в кръвта не се извършва улавянето му в черния дроб.
Следните ензими директно синтезират гликоген:
1. Фосфоглюкомутаза - превръща глюкозо-6-фосфата в глюкозо-1-фосфат;
2. Глюкоза-1-фосфат-уридилтрансфераза - ензим, който извършва ключова реакция на синтез. Необратимостта на тази реакция се осигурява чрез хидролиза на получения дифосфат;
Реакции на синтеза на UDP-глюкоза
3. Гликоген синтаза - образува α1,4-гликозидни връзки и удължава гликогенната верига, като свързва активиран С 1 UDF-глюкоза към С4 терминален гликогенен остатък;
Реакционна химия на синтеза на гликоген
4. Амило-а1,4-а1,6-гликозилтрансфераза, ензим "разклоняване на гликоген" - прехвърля фрагмент с минимална дължина от 6 глюкозни остатъка към съседна верига с образуването на α1,6-гликозидна връзка.
Наръчник на химик 21
Химия и химическа технология
Разграждането на гликогена до образуване на глюкоза
По време на фосфоролизата гликогенът се разлага с образуването на фосфорен естер на глюкоза, без първо да се разделя на по-големи фрагменти от полизахаридната молекула. [C.251]
Фосфорилазите трансферират полизахариди (по-специално, гликоген) от формата за съхранение в метаболитно активна форма в присъствието на фосфорилаза, а гликогенът се разпада до образуване на глюкозен фосфатен етер (глюкоза-1-фосфат), без да се разделя по-голямата полизахаридна молекула на по-големи фрагменти. Най-общо, тази реакция може да бъде представена, както следва [стр.325]
По-късно ще отговорим по-подробно на този важен въпрос (глава 25), сега казваме само, че ако тялото е внезапно в критична ситуация, надбъбречната медула отделя хормоналния адреналин в кръвта, която служи като молекулен сигнал за черния дроб и мускулите. Под влиянието на този сигнал черният дроб се превръща в своя гликоген фосфорилаза, в резултат на което нивото на кръвната захар се повишава, т.е. мускулите получават гориво. Същият сигнал включва в скелетните мускули разграждането на гликогена с образуването на лактат, като по този начин се подобрява [p.464]
Разграждането на хранителните въглехидрати започва в устната кухина. Под действието на ензима слюнката амилаза, нишесте и гликоген претърпяват плитко отцепване, за да образуват нискомолекулни полизахариди - декстрини. По-нататъшното разграждане на декстрините, както и неразграденото нишесте и глисоген се среща в тънките черва с участието на амилазата на сока на панкреаса. Резултатът е дизахаридна малтоза, състояща се от два глюкозни остатъка. Усвояването на въглехидратите се завършва чрез превръщането на образуваната малтоза и други хранителни дизахариди (захароза, лактоза) в монозахариди (глюкоза, фруктоза, галактоза), основната от които е глюкозата. [C.44]
Сложните въглехидрати започват да се трансформират вече в областта на устата. Слюнката, секреция, която се произвежда от слюнчените жлези (паротидна, субнидибуларна, сублингвална), съдържа два ензима, които разрушават въглехидратната амилаза (амилаза на слюнката, която се нарича ptyalin) и малко количество малтаза. Тези ензими, чрез последователно излагане на нишесте или гликоген, водят до разпадане (хидролиза) на тези полизахариди до образуването на глюкоза. [C.241]
За да може гликоген-фосфорилазата да се разгради при действие на гликоген, различен ензим трябва да действа и върху полизахарида. (1-> 6) -глюкозидаза. Този ензим катализира две реакции. В първия от тях, той разцепва от веригата три глюкозни остатъка от четирите споменати и ги прехвърля към края на друга външна странична верига. Във втората реакция, катализирана от (1- + -> 6) -глюкозидаза, четвъртият глюкозен остатък се разцепва, прикрепен в точката на разклонение на (1- -> 6> връзка. Хидролиза на (1-> 6> връзка в точката на разклонение води до образуването на една молекула от D-глюкоза и от - [p.457]
Гликогенът се разтваря в гореща вода, за да образува опалесциращ разтвор. Боядисана е с йод в червено-кафяв цвят, близка до цвета на амилопектина с йоден цвят. Гликогенът няма редуциращи свойства. По време на хидролизата на гликоген чрез разредена минерална киселина, както и чрез разделянето й с ензими, се образува а-О-глюкоза. Остатъците от глюкозните молекули в молекулите на гликоген са свързани помежду си чрез глюкозидни връзки 1,4 и 1,6. По този начин, подобно на амилопектин, молекулата на гликоген има разклонена структура, с по-голямо количество от 1.6 глюкозидни връзки (за 12 връзки от 1.4, има една 1.6 връзка), отколкото в амилопектиновата молекула, и следователно по-разклонени и по-компактни (фиг. 5). [C.74]
Функцията на черния дроб при въглехидратния метаболизъм е изключително голяма и многостранна. Той е способен да синтезира гликоген от глюкозен и невъглехидратен материал. Такъв материал може да бъде млечна киселина, глицерин, продукти на разцепване на гликокол, аланин, тирозин, фенилаланин, серин, треонин, цистеин, валин, изолевцин, аспарагинова и глутаминова киселини, аргинин и пролин. Това са така наречените глюкогенни киселини. Черният дроб може да окислява пирувиновата киселина, за да образува АТФ, който се използва от черния дроб за превръщане на млечната киселина в гликоген. [C.84]
За първи път с АМР-зависимо фосфорилиране на протеини се открива в изследването на метаболизма на гликоген в скелетните мускулни клетки. Гликогенът е основната резервна форма на глюкоза, както вече споменахме, разпадането му в мускулните клетки се регулира от адреналин (всъщност адреналинът регулира както разграждането на гликогена, така и неговия синтез в скелетните мускули). Ако, например, животното е подложено на стрес (страх и т.н.), тогава надбъбречните жлези ще започнат да хвърлят адреналин в кръвта и това ще доведе до готовност на различните тъкани на тялото. Циркулиращият в кръвта адреналин предизвиква, в частност, разграждането на гликоген в мускулните клетки до глюкоза-1-фосфат и в същото време инхибира синтеза на нов гликоген. Глюкозо-1-фосфатът се превръща в глюкозо-6-фосфат, който след това се окислява в реакции на гликолиза с образуването на АТР, като осигурява енергия за интензивна мускулна работа. По този начин адреналинът подготвя мускулните клетки за интензивна работа. [C.372]
При хора са известни редица генетични заболявания, свързани с нарушен синтез или разграждане на гликоген. Един от първите е случаят на хронично разширяване на черния дроб - при 8-годишно момиче, което също има различни видове метаболитни нарушения. Момичето умряло от грип. В аутопсия е установено, че черният дроб е 3 пъти по-висок от нормата, съдържащ огромно количество гликоген, чийто дял е почти 40% от сухото тегло на органа. Изолираният от черния дроб гликоген е напълно нормален, но когато част от чернодробната тъкан се хомогенизира и инкубира в буфер, този гликоген остава непокътнат - не се образува нито лактат, нито глюкоза. Когато към гликоген се прибави суспензия, приготвена от тъкан на нормален черен дроб, тя бързо се срути до глюкоза. На базата на този биохимичен тест, изследователите заключават, че пациентът е нарушил процеса на разграждане на гликогена (това заболяване често се нарича болест на Gyrke след името на лекаря, който го описва). Първоначално се приема, че глюкозо-6-фосфатазата е дефектен ензим, тъй като болният черен дроб не образува глюкоза, но отсъствието на образуване на лактат показва, че дефектът засяга или гликоген фосфорилаза, или разграбващ ензим [1 (6 а) -глюкозидаза]. По-късно изследователите бяха укрепени в мнението, че в този класически случай тя е засегната от (1-6) -глюкозидаза. В резултат на това молекулите на гликоген в черния дроб могат да бъдат разрушени, за да се образува глюкоза или [c.616]
Тук е необходимо да се отбележи, че разграждането на гликогена в черния дроб с образуването на свободна глюкоза (гликогенна мобилизация, стр. 245) се осъществява главно от фосфоролитично. В същото време, гликогенът се разгражда под влиянието на не амилаза, но чернодробна фосфорилаза с образуването на глюкозо-1-монофосфорния етер (стр. 251). Последното след това много бързо се разцепва от чернодробните фосфатази в свободна глюкоза и фосфорна киселина. Така, в крайна сметка, фосфорилазата и глюкозо-1-монофосфорната етер фосфатаза, присъстваща в черния дроб, разделят гликогена в отделни глюкозни частици, без междинното образуване на декстрини и малтоза, които са характерни продукти на гликоген хидролитично разлагане (в присъствието на амилаза). [C.245]
Метаболизмът в мозъка, мускулите, мастната тъкан и черния дроб варира значително. При човек с нормално хранене, глюкозата е практически единственият източник на енергия за мозъка. Когато гладуваме, кетоновите тела (ацетоацетат и 3-хидрокси-бутират) придобиват ролята на основен източник на енергия за мозъка. Мускулите използват глюкоза, мастни киселини и кетонни тела като енергиен източник и синтезират гликоген като енергиен резерв за собствените си нужди. Мастната тъкан е специализирана в синтеза, съхранението и мобилизирането на триацилглицероли. Многобройните метаболитни процеси на черния дроб подпомагат работата на други органи. Черният дроб може бързо да мобилизира гликоген и да извършва глюконеогенеза, за да отговори на нуждите на други органи. Черният дроб играе основна роля в регулирането на липидния метаболизъм. Когато енергийните източници са в изобилие, се получава синтез и естерификация на мастни киселини. След това преминават от черния дроб към мастна тъкан под формата на липопротеини с много ниска плътност (VLDL). Въпреки това, когато гладно, мастни киселини се превръщат в черния дроб до кетонни тела. Интегрирането на активността на всички тези органи се извършва от хормони. Инсулинът сигнализира за изобилие от хранителни ресурси, стимулира образуването на гликоген и триацилглицероли, както и синтеза на протеини. Глюкагонът, напротив, сигнализира за ниско съдържание на глюкоза в кръвта, стимулира разграждането на гликогена и глюконеогенезата в черния дроб и хидролиза на триацилглицероли в мастната тъкан. Адреналинът и норепинефринът действат върху енергийните ресурси като глюкагон.Разликата е, че основната им цел е мускулите, а не черния дроб. [C.296]
Инсулин. Важна роля в метаболизма на въглехидратите и в регулирането на кръвната захар играе хормонът инсулин. За разлика от действието на други хормони, тя понижава концентрацията на захар в кръвта, увеличавайки превръщането на глюкозата в гликоген в черния дроб и мускулите, насърчавайки правилното окисление на глюкозата в тъканите, както и предотвратяването на разграждането на гликоген в черния дроб с образуването на глюкоза. Инсулинът действа върху процеса на фосфорилиране на глюкозата с образуването на глюкоза-6-фосфат, който е първата стъпка на глюкогенезата или образуването на гликоген. В отсъствието на достатъчен прием на инсулин, превръщането на извънклетъчната глюкоза в вътреклетъчен глюкозо-6-фосфат е забавено. [C.364]
Gibson, 1948 [1099]) (25080). В този случай, увреденият ензим е MAVN-зависима метхемоглобин редуктаза. Първият опит за систематично изследване на група човешки заболявания, свързани с метаболитни дефекти, е направен през 1951 година. В изследване на болестта на натрупване на гликоген [1044] двойката Кори показа, че при осем от десетте случая на патологично състояние, диагностицирано като болест на Gyrke (23220), структурата на чернодробния гликоген е нормален вариант, а в два случая е ясно нарушена. Също така беше очевидно, че гликогенът в черния дроб, натрупващ се в излишък, не може да се преобразува директно в захар, тъй като пациентите показват склонност към хипогликемия. Много ензими са необходими за разграждането на гликогена, за да образуват глюкоза в черния дроб. Две от тях, амило-1,6-глюкозидаза и глюкозо-6-фосфатаза, бяха избрани за изследване като възможни дефектни елементи на ензимната система. В хомогенатите на черния дроб при различни стойности на рН се измерва освобождаването на фосфат от глюкозо-6-фосфат. Резултатите са представени на фиг. [С.10]
Така, една високоенергийна фосфатна връзка се консумира, когато глюкозо-6-фосфатът е включен в гликоген. Енергийната продукция по време на разпадането на гликоген е изключително висока. Около 90% от остатъците са фосфоролитично разцепване с образуването на глюкоза-1-фосфат, който се превръща в глюкоза-b-фосфат без разходи за енергия. Останалите 10% от остатъците принадлежат на клоновете и се разделят хидролитично. Една АТР молекула се използва за фосфорилиране на всяка от тези глюкозни молекули до глюкозо-Ь-фосфат. Пълното окисление на глюкозо-b-фосфата дава тридесет и седем [c.122]
Синтез и разграждане на гликоген. Гликогенът е лесно мобилизирана форма на съхранение на енергия. Той е разклонен полимер на глюкозни остатъци. Активираният междинен синтез на гликоген е UDP-глюкоза, която се образува от глюкозо-1-фосфат и UTP. G ликоген синтазата катализира прехвърлянето на глюкозен остатък от UDP глюкоза в крайната хидроксилна група на растящата верига. Разделянето на гликоген е друг начин. Фосфорилазата катализира разграждането на гликоген с ортофосфат, за да образува глюкоза-1-фосфат. Синтезът и разцепването на гликоген са координирани с [p.285]
Въглехидратният метаболизъм във всяка жива клетка (жива субстанция) е един процес, свързан едновременно с взаимосвързаните реакции на разлагане и синтез на органични вещества. В центъра на въглехидратния метаболизъм при животните са гликогенезата и гликогенолизата, т.е., процесите на образуване и разграждане на гликоген. Те се срещат главно в черния дроб. Гликогенът може да бъде образуван както от въглехидрати, така и от не-въглехидратни източници, като например, някои аминокиселини, глицерин, млечна, пирувинова и пропионова киселини, както и от много други прости съединения. Терминът гликогенолиза се отнася до действителното разпадане на гликоген до глюкоза. Но сега тази дума често се разбира като цяла сума от процесите, водещи до гликолитично образуване на млечна киселина в случая, когато изходният субстрат не е глюкоза, а гликоген. Гликолизата обикновено се разбира като разграждане на въглехидратите от началото, т.е. от глюкоза или гликоген, няма значение за крайните продукти. [C.376]
По време на алкохолната ферментация, в процеса на разделяне на една глюкозна молекула, се образуват четири АТР молекули (50 kcal или 210 kJ). От тях две се изразходват за функционална активност и синтез. Според изчисленията на някои автори, по време на гликолизата и гликогенолизата, 35–40 / o от цялата освободена енергия се акумулира в богати на енергия фосфорни връзки, а останалите 60-65% се диспергират под формата на топлина. Ефективността на клетките, органите, работещи в анаеробни условия, не надвишава 0.4 (аеробни 0.5). Тези изчисления се основават главно на данни, получени от мускулни екстракти и сок от дрожди. В условията на жив организъм, мускулните клетки, органи и тъкани използват енергия, вероятно много повече. От физиологична гледна точка процесът на гликогенолиза и гликолиза е изключително важен, особено когато жизнените процеси се извършват в условия на липса на кислород. Например, при енергичната работа на мускулите, особено в първата фаза на активност, винаги има пропаст между доставянето на кислород до мускулите и неговата нужда. В този случай първоначалните енергийни разходи са покрити до голяма степен от гликогенолиза. Подобни явления се наблюдават при различни патологични състояния (хипоксия на мозъка, сърцето и др.). В допълнение, потенциалната енергия, съдържаща се в млечната киселина, в крайна сметка не се губи от силно организиран организъм. Получената млечна киселина бързо се прехвърля от мускулите в кръвта и след това се транспортира до черния дроб, където отново се превръща в гликоген. Анаеробното разлагане на въглехидрати с образуването на млечна киселина е много често срещано явление в природата и се наблюдава не само в мускулите, но и в други тъкани на животинския организъм. [C.334]
За първи път, последователността от събития е изяснена при изследването на метаболизма на гликоген в клетките на скелетните мускули. Гликогенът е основната резервна форма на глюкоза, синтезът и разграждането му са строго регулирани от определени хормони. Ако, например, едно животно е уплашено или подложено на друг стрес, надбъбречните жлези отделят адреналин в кръвния поток, привеждайки различни тъкани на тялото в състояние на готовност. Циркулиращият адреналин причинява, в частност, разграждането на гликоген в епиконовите клетки до глюкозо-1-фосфат и в същото време спира синтеза на нов гликоген. Глюкозо-1-фосфатът се превръща в глюкозо-6-фосфат, който след това се окислява в реакции на гликолиза, което води до образуването на АТР, което е необходимо за работата на мипса. По този начин адреналинът подготвя мускулните клетки за интензивна работа. [C.271]
Виж страниците, където се споменава терминът "Разцепване на гликоген" с образуването на глюкоза: [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]
Info-Farm.RU
Фармацевтични продукти, медицина, биология
гликоген
Гликогенът (известен също като "животинско нишесте", въпреки неточността на това име) е полизахарид, хомополимер на α-глюкоза, основната форма на съхранение в животински клетки, повечето гъби, много бактерии и археи. В човешкото тяло основните места за натрупване на гликоген са черният дроб и скелетните мускули.
Способността на черния дроб да повиши концентрацията на глюкоза в кръвта и наличието на подобно на нишесте вещество в него, наречено гликоген, е открито през 1875 г. от Клод Бернар.
Химическа структура
Гликогенът е а-глюкозен хомополимер, остатъците от който са свързани помежду си чрез (α1 → 4) -глюкозидни връзки. Всеки 8–10 мономерни остатъка се разклоняват, страничните клони са прикрепени (α1 → 6) от пакет. По този начин молекулата на гликоген е много по-компактна и разклонена, отколкото нишестето. Степента на полимеризация е близка до тази на амилопектина.
Всички разклонения на гликоген имат нечестотен край, така че ако броят на клоновете е равен на n, то молекулата ще има n-1 нередки краища и само един редуциращ. Когато се случи хидролиза на гликоген, за да се използва като енергиен източник, глюкозните остатъци се отделят един по един от несъвместимите краища. Тяхното голямо число ви позволява значително да ускорите процеса.
Най-стабилната конформация на клоните с (α1 → 4) лигамент е плътна спирала с шест глюкозни остатъка на оборот (равнината на всяка молекула се връща на 60 ° спрямо предишната).
За да изпълнява своята биологична функция: осигуряване на най-компактно съхранение на глюкоза и в същото време възможността за бърза мобилизация, гликогенът трябва да има структура, оптимизирана за няколко параметъра: 1) броят на нивата (нивата) на разклонението; 2) броя на клоновете във всеки етап; 3) количеството на глюкозните остатъци във всеки клон. За молекулата на гликоген с постоянен брой мономерни единици броят на външните клони, от които глюкозата може да бъде мобилизирана до точката на разклонение, намалява с увеличаване на средната дължина на всеки клон. Плътността на най-външните клони е стерично ограничена, така че максималният размер на молекулата на гликоген намалява с увеличаване броя на клоновете на същото ниво. Зрелите гликогенни молекули с различен произход имат средно 12 разклонения, всеки от които има средно по два клона, всеки от които съдържа около 13 глюкозни остатъка. Математическият анализ показа, че такава структура е много близка до оптималната за мобилизиране на максималното количество глюкоза в най-краткия възможен момент.
Разпространение и смисъл
Гликогенът е форма на съхранение на глюкоза при животни, гъби, някои бактерии (по-специално цианобактерии) и APEX. При микроорганизмите гликогенът е повече или по-малко равномерно разпръснат в цитоплазмата на клетката под формата на гранули с диаметър 20-100 nm, които обикновено могат да се видят само чрез електронен микроскоп. Ако клетката съдържа много гликоген, тя става червено-кафява при боядисване с йоден разтвор. При гръбначните животни най-голямо количество гликоген се съхранява в черния дроб, където може да бъде 7-10% от общата маса (100-120 g при възрастен) и скелетните мускули (1-2% от общата маса). Малки количества гликоген се откриват в бъбреците и дори по-малко в някои глиални мозъчни клетки и бели кръвни клетки.
Съхранението на глюкозата не е в свободна форма, а под формата на полизахариди се диктува от две причини. Първо, ако например в хепатоцитите, цялата маса глюкоза, която е част от гликоген, е в свободно състояние, концентрацията му би достигнала 0,4 mol / l. А това на свой ред ще доведе до значително увеличаване на осмотичното налягане на цитозола, прекомерно навлизане на вода в клетката и разкъсването му. Второ, такава висока концентрация на глюкоза би направила неговия активен транспорт от клетъчната среда, в случай на хепатоцит от кръвта, където нивото на глюкозата е само 5 mmol / l, практически невъзможно. Съхраняването на глюкозата под формата на гликоген намалява концентрацията му в клетката до 0.01 µmol / L.
Гликогенните запаси при хора са значително по-малки от мастните натрупвания. Последните имат редица предимства: първо, те правят възможно да се получи повече от два пъти повече енергия от същата маса въглехидрати, второ, те са хидрофобни молекули и, за разлика от въглехидратите, не изискват хидратация, която намалява масата на енергийните резерви. Въпреки това, гликогенът е бърз източник на енергия, освен в животинското тяло няма метаболитни пътища за превръщане на мастни киселини в глюкоза и че не може да се използва от мозъка при мускулен анаеробен метаболизъм.
В хепатоцитите гликогенът се съхранява като големи цитоплазмени гранули. Елементарната така наречена β-частица, е една молекула от жилкогена, има диаметър около 21 nm и включва 55000 глюкозни остатъци и има 2000 нередовни края. 20-40 такива частици заедно образуват α-розетки, които могат да се видят под микроскоп в тъканите на животните, които са добре хранени. Обаче, те изчезват след 24 часа. Гликогенните гранули са сложни агрегати, които в допълнение към самия гликоген включват ензими, синтезират и разрушават, както и регулаторни молекули.
Мускулният гликоген служи като източник на бърза енергия както за аеробния, така и за анаеробния метаболизъм. Нейните резерви могат да бъдат изчерпани в един час интензивна физическа активност. Редовните тренировки ви позволяват да увеличите складовете на мускулния гликоген, в резултат на което те могат да работят по-дълго без умора. В черния дроб гликогенът е глюкозен резерв за други органи, в случай че приемът на храни е ограничен. Този резерв е особено важен за неврони, които не могат да използват мастни киселини като енергиен субстрат. Чернодробният резерв на гликоген по време на гладно е изчерпан за 12-24 часа.
Гликогенът се съдържа и в секретните жлези на матката, които те отделят в кухината му по време на пост-овулационния период на менструалния цикъл след оплождането. Тук полизахаридът се използва като източник на храна за ембриона за неговото имплантиране.
Гликогенът също влиза в организма с храна и се разгражда в тънките черва на хидролитичните ензими.
Метаболизъм на гликогена
Разпад на гликоген
Разграждането на гликогена се осъществява по два основни начина: по време на храносмилането се хидролизира до глюкоза, която може да се абсорбира от епителните клетки на тънките черва. Вътреклетъчното разцепване на запаси от гликоген (гликогенолиза) протича чрез фосфоролиза, чийто продукт е глюкозо-1-фосфат, по този начин ви позволява да спестите част от енергията на гликозидните връзки чрез образуването на фосфатен естер. По този начин, за да се включи глюкозата, образувана в гликолизата или пътя на пентозофосфата, не е необходимо да се изразходва АТФ. В допълнение, образуването на глюкозо-1-фосфат е полезно за мускулите, тъй като за това съединение има NO носители в плазмената мембрана и не може да "избяга" от клетката.
Гликоген хидролиза по време на храносмилането
При хората храносмилането с гликоген (подобно на нишестето) започва в устната кухина, където действа неговата а-амилаза на слюнката. Този ензим хидролизира интрамолекулните (α1 → 4) връзки и разцепва полизахаридите до олигозахариди. В стомаха алилазата в слюнката се инактивира чрез висока киселинност на средата. Стомашният сок не съдържа ензими за смилане на въглехидрати. В дванадесетопръстника връзката (α1 → 4) на гликоген се повлиява от панкреатична α-амилаза, а върху връзката (α1 → 6) - със специален ензим за освобождаване на желязо амило-1,6-гликозидаза. Това завършва хидролизата на гликоген до малтоза, която под влиянието на париеталния ензим на малкатаза на тънките черва (а-глюкозидаза) се превръща в глюкоза и се абсорбира.
гликогенолизата
Вътреклетъчният мускул и гликогенът на черния дроб се разцепват по време на гликогенолиза, в който участват три ензима: гликоген фосфорилаза, гликогендендогложую ензим и фосфоглюкомутаза. Първият от тях катализира реакция, при която неорганичен фосфат атакува гликозидната (α1 → 4) -връзка между последните два глюкозни остатъка от нередкия край, което води до отделяне на последния остатък като глюкозо-1-фосфат. Кофактор в тази реакция е пиридоксал фосфат.
Гликоген фосфорилазата последователно разцепва един мономер от нередкия край, докато достигне мястото, което се отстранява от четири остатъка от връзката (α1 → 6) (точка на разклонението). Това е мястото, където бифункционален (eukriot), пълнител ензим влезе в игра. Първо, катализира реакцията на трансфераза, която се състои в прехвърляне на блок от три глюкозни остатъка от клон към най-близкия нередки край, към който е свързан (α1 → 4) -свързан. След това, делящият се ензим проявява (α1 → 6) -глюкозидазна активност, която се състои в разцепване на (α1 → 6) -свързана и освобождаване на свободна глюкоза.
Глюкозо-1-фосфат се образува за превръщане на фосфоглюкомутазата в глюкозо-6-фосфат, който в скелетните мускули навлиза в процеса на гликолиза. В черния дроб, глюкозо-6-фосфатът може също да бъде транспортиран в ендоплазмения ретикулум, там под действието на глюкоза-6-фосфатаза (мускулите са лишени от този ензим), превръща се в глюкоза и се освобождава в кръвта.
Биосинтеза на гликоген
В малка степен биосинтезата на гликоген (гликогенеза) се среща в почти всички тъкани на тялото, но е най-силно изразена в черния дроб и мускулите. Този процес започва с глюкозо-6-фосфат, образуван от глюкоза до хексокиназа или глюкокиназа реакция. Част от глюкозата, която влиза в организма с храната, първо се абсорбира от червените кръвни клетки, които я използват за енергия в процеса на млечна ферментация. Образуваният лактат в хепатоцитите се превръща в глюкозо-6-фосфат по време на глюконеогенезата.
Метаболитните пътища на биосинтеза и разграждането на някои съединения обикновено се различават поне чрез някои от реакциите. Метаболизмът на гликоген е първият открит пример за този важен принцип. 1957 г. Louis Leloir установи, че в процеса на гликогенеза не се използва глюкозо-1-фосфат, но се използва глюкоза уридин дифосфат.
Глюкозо-6-фосфатът първо се превръща в глюкозо-1-фосфат под влиянието на фосфоглюкомутаза. Продуктът от тази реакция става субстрат за ензима UDP-глюкоза фосфорилаза, който катализира реакцията:
Глюкоза 1-фосфат + UTP → UDP-глюкоза + FF п.
Тъй като пирофосфатът веднага се разцепва с неорганична пирофосфатаза, равновесието на реакцията е силно изместено към образуването на UDP-глюкоза. Последният е субстрат за гликоген синтаза, която пренася остатъка от глюкоза в нередкия край на гликогенната молекула.
Образуването на странични разклонения осигурява хилкозил- (4 → 6) -трансгликозилаза (разклонен ензим). Той разделя клон, съдържа повече от 11 мономерни единици от 6-7 и ги прехвърля към С6 хидроксилната група на глюкозния остатък в по-вътрешно положение на същия или друг клон. Така се получава разклоняване, което е необходимо за по-добра разтворимост на гликоген и достъп на по-голям брой ензими на синтез и разцепване до нередки краища.
Гликоген синтазата може да синтезира гликоген само ако съдържа грунд - готов глюкозен полимер с по-малко от шест мономерни единици. Образуването на de novo гликогенни молекули е възможно само поради гликогениновия протеин, който също служи като "семе", върху което се събират нови клони на гликоген и ензим, което катализира началото на формирането на нашите изследвания.
Гликогенезата и гликогенолизата имат сложна регулаторна система на няколко нива. Много от ензимите, включени в тези процеси, са алостерични и могат да променят дейността си, като се адаптират към нуждите на клетката. Количеството запаси от гликоген също се регулира на хормонално ниво, за да се поддържа хомеостазата на целия организъм.
Клинично значение
Нарушение на метаболизма на гликоген се среща при много човешки заболявания, включително захарен диабет. Има и редица наследствени заболявания, свързани с прекомерното отлагане на гликоген в черния дроб, те се наричат гликогеноза. Те обикновено са придружени от тежка хипогликемия (ниска кръвна захар) между храненията. Първият гликогеноза е описан през 1929 г. от Едгар фон Горки, Gerty Corey е допринесъл много за изследването на тези заболявания. Сега са известни 13 форми на гликогеноза, причинени от нарушено функциониране на различни протеини.
Синтез и разграждане на гликоген
Когато концентрацията на глюкоза в кръвта се повиши, например, в резултат на неговата абсорбция в червата по време на храносмилането, притокът на глюкоза в клетките се увеличава и поне част от тази глюкоза може да се използва за синтезиране на гликоген. Натрупването на въглехидратния резерв в клетките под формата на гликоген има определени предимства пред натрупването на глюкоза, тъй като не е съпроводено с повишаване на вътреклетъчното осмотично налягане. Въпреки това, с недостиг на глюкоза, гликогенът лесно се разгражда до глюкоза или негови фосфатни естери, а получените мономерни единици се използват от клетки с енергийни или пластмасови мишени.
4.1. Синтез на гликоген
Глюкозата, влизаща в клетките, претърпява фосфорилиране с участието на хексокиназа или глюкокиназни ензими:
След това полученият gl-6-f се изомеризира в gl-1-f с участието на ензима фосфоглюкомутаза [FGM]:
Тогава chl-1-f взаимодейства с уридинови трифосфати за образуване на UDP-глюкоза с участието на ензима UDP-глюкозна пирофосфорилаза [или глюкоза-1-фосфатуридилтрансфераза]:
Пирофосфатът се разделя незабавно на два остатъка от фосфорна киселина с участието на ензима пирофосфатаза. Тази реакция е придружена от загуба на енергия от порядъка на 7 kcal / mol, в резултат на което реакцията на образуване на UDP-глюкоза става необратима - термодинамичен контрол на посоката на процеса.
На следващия етап глюкозният остатък от UDP-глюкоза се прехвърля към синтезираната молекула гликоген с участието на ензима гликоген синтетаза:
UDP-глюкоза + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ гликоген / и молекулата на гликоген се разширява с един глюкозен остатък. Ензимът гликоген синтетаза е способен да прикрепи остатъка от глюкоза от UDP-глюкоза към молекулата на гликоген в процес на изграждане само чрез образуване на -1,4-гликозидна връзка. Следователно, с участието само на един от тези ензими, може да се синтезира само един линеен полимер. Гликогенът е разклонен полимер и разклонението в молекулата се образува с участието на друг ензим: амило-1,4 -> 1,6 - гликозилтрансфераза. Този ензим, иначе известен като разклонен ензим, транспортира фрагмент от 5-7 мономерни единици от края на линейната област на полизахарида, синтезиран по-близо до неговата среда, и този фрагмент се присъединява към полимерната верига поради образуването на а-1,6-гликозидна връзка:
Трябва да се отбележи, че според други данни, разцепващият се фрагмент, състоящ се от минимум 6 глюкозни остатъка, се прехвърля в съседната верига на разклонения полизахарид в процес на изграждане. Във всеки случай, в бъдеще и двете вериги се разширяват поради действието на гликоген синтетазата и се образуват нови клонове с участието на клоновия ензим.
Синтез на гликоген се среща във всички органи и тъкани, но най-високо съдържание се наблюдава в черния дроб [от 2 до 5-6% от общата маса на органа] и в мускулите [до 1% от тяхната маса]. Включването на 1 глюкозен остатък в молекулата на гликоген е придружено от използването на 2 високоенергийни еквивалента (1 АТР и 1 UTP), така че синтезата на гликоген в клетките може да се осъществи само с достатъчно енергийно захранване на клетките.
4.2. Мобилизация на гликоген
Гликогенът, като резерв от глюкоза, се натрупва в клетките по време на храносмилането и се консумира по време на пост-абсорбционния период. Разцепването на гликогена в черния дроб или неговата мобилизация се извършва с участието на ензима гликоген фосфорилаза, често наричана просто фосфорилаза. Този ензим катализира фосфоролитичното разцепване на а-1,4-гликозидните връзки на крайните глюкозни остатъци на полимера:
(C6H10O5) n + H3PO4> (C6 H10O5) n-1 + Gl-1-F За разделянето на молекула в областта на разклоняване са необходими два допълнителни ензима: така нареченият дебранзинг (дегенериращ) - ензим и амило-1,6-гликозидаза и в резултат на действието на последния ензим се образува свободна глюкоза в клетките, която може или да напусне клетката, или да претърпи фосфорилиране.
Gl-1-f в клетките е изомеризиран с участието на фосфоглюкомутаза в gl-6-f. По-нататъшната съдба на gl-6-фосфата се определя от присъствието или отсъствието на глюкозо-6-фосфатаза в клетките на ензима. Ако ензимът присъства в клетката, той катализира хидролитичното разцепване на остатъка от фосфорна киселина от gl-6-фосфат до образуване на свободна глюкоза:
Gl-6-f + H2O D> Глюкоза + H3PO4, която може да проникне през външната клетъчна мембрана и да влезе в кръвния поток. Ако глюкозо-6-фосфатаза не присъства в клетките, тогава глюкозата не се дефосфорилира и глюкозният остатък може да се използва само от тази конкретна клетка. Имайте предвид, че разделянето на гликоген на глюкоза не се нуждае от допълнителен приток на енергия.
В повечето човешки органи и тъкани липсва глюкозо-6-фосфатаза, поради което съхраняваният в тях гликоген се използва само за собствени нужди. Типичен представител на такива тъкани е мускулната тъкан. Глюкозо-6-фосфатазата присъства само в черния дроб, бъбреците и червата, но присъствието на ензим в черния дроб (по-точно в хепатоцитите) е най-значимо, тъй като този орган играе ролята на вид буфер, който абсорбира глюкозата, когато съдържанието му в кръвта се повишава и доставя глюкоза в кръвта, когато концентрацията на глюкоза в кръвта започне да пада.
4.3. Регулиране на синтеза и разграждането на гликогена
Сравнявайки метаболитните пътища на синтез и мобилизация на гликогена, ще видим, че те са различни:
Това обстоятелство дава възможност за отделно регулиране на обсъжданите процеси. Регулирането се извършва на ниво два ензима: гликоген синтетаза, която участва в синтеза на гликоген, и фосфорилаза, която катализира разграждането на гликоген.
Основният механизъм за регулиране на активността на тези ензими е тяхната ковалентна модификация чрез фосфорилиране-дефосфорилиране. Фосфорилираната или фосфорилазната "а" е високо активна, докато фосфорилираният гликоген синтетаза или синтетаза "b" е неактивна. Така, ако и двата ензима са във фосфорилирана форма, гликогенът се разцепва в клетката, за да образува глюкоза. В дефосфорилираното състояние, напротив, фосфорилазата е неактивна (под формата на "b") и гликоген-синтетазата е активна (под формата на "а"), в тази ситуация гликоген от глюкоза се синтезира в клетката.
Тъй като гликогенът на черния дроб играе ролята на глюкозен резерв за целия организъм, неговият синтез или дезинтеграция трябва да се контролира от суперклетъчни регулаторни механизми, чиято работа трябва да бъде насочена към поддържане на постоянна концентрация на глюкоза в кръвта. Тези механизми трябва да осигурят включването на гликогенен синтез в хепатоцити при повишени концентрации на глюкоза в кръвта и да подобрят разграждането на гликогена, когато нивото на кръвната захар спадне.
Така, основният сигнал, който стимулира мобилизирането на гликогена в черния дроб, е намаляване на концентрацията на глюкоза в кръвта. В отговор, панкреатичните алфа клетки освобождават своя хормон, глюкагон, в кръвния поток. Глюкагонът, циркулиращ в кръвта, взаимодейства с неговия рецепторен протеин, разположен от външната страна на външната клетъчна мембрана на хепатоцита. формиране на планини - моно-рецепторен комплекс. Образуването на хормоналния рецепторен комплекс води до активиране на ензима аденилат циклаза, разположен на вътрешната повърхност на външната клетъчна мембрана, като се използва специален механизъм. Ензимът катализира образуването на цикличен 3,5-AMP (сАМР) от АТР в клетка.
От своя страна, сАМР активира ензима сАМР-зависима протеин киназа в клетката. Неактивната форма на протеин киназата е олигомер, състоящ се от четири субединици: 2 регулаторни и два каталитични. С увеличаването на концентрацията на сАМР в клетката, към всяка от регулаторните субединици на протеин киназата се добавят 2 сАМР молекули, конформацията на регулаторните субединици се променя и олигомерът се разпада в регулаторни и каталитични субединици. Свободните каталитични субединици катализират фосфорилирането на редица ензими в клетката, включително фосфорилирането на гликоген синтетазата с прехвърлянето му в неактивно състояние, като по този начин се изключва синтеза на гликоген. В същото време се осъществява фосфорилиране на фосфорилазна киназа и този ензим, активиран чрез неговото фосфорилиране, от своя страна катализира фосфорилазна фосфорилаза с нейното превръщане в активна форма, т.е. под формата на "а". В резултат на активирането на фосфорилазата се активира разграждането на гликоген и хепатоцитите започват да доставят глюкоза в кръвта.
Постепенно отбелязваме, че при стимулиране на разпадането на гликоген в черния дроб с катехоламини, основните медиатори са b-хепатоцитните рецептори, които свързват адреналина. В същото време, има увеличение на съдържанието на Са йони в клетките, където те стимулират Са / калмодулин чувствителната киназа на фосфорилаза, която от своя страна активира фосфорилазата чрез нейното фосфорилиране.
Активираща схема на разцепване на гликоген в хепатоцити
Повишаването на концентрацията на глюкоза в кръвта е външен сигнал за хепатоцитите по отношение на стимулиране на синтеза на гликоген и по този начин свързване на излишната глюкоза от кръвния поток.
Активиращата схема на синтеза на гликоген в черния дроб
Действа следният механизъм: с увеличаване на концентрацията на глюкоза в кръвта, съдържанието му в хепатоцитите също се увеличава. Увеличаването на концентрацията на глюкоза в хепатоцитите, от своя страна, по един доста сложен начин активира в тях ензима фосфопротеин фосфатаза, който катализира отстраняването на остатъци от фосфорна киселина от фосфорилирани протеини. Дефосфорилирането на активната фосфорилаза го превръща в неактивна форма, а дефосфорилирането на неактивните гликоген синтетази активира ензима. В резултат на това системата влиза в състояние, което осигурява синтез на гликоген от глюкоза.
При намаляване на активността на фосфорилазата в хепатоцитите, хормонът на β-клетките на инсулина на панкреаса играе определена роля. Той се секретира от b-клетки в отговор на повишаване на нивата на кръвната захар. Свързването му с инсулиновите рецептори на повърхността на хепатоцитите води до активиране на чернодробните клетки на ензима фосфодиестераза, което катализира превръщането на сАМР в нормален АМР, който не притежава способността да стимулира образуването на активна протеинова киназа. По този начин се прекратява натрупването на активна фосфорилаза в хепатоцити, което също е важно за инхибирането на разграждането на гликогена.
Съвсем естествено е механизмите за регулиране на синтеза и разграждането на гликогена в клетките на различни органи да имат свои собствени характеристики. Като пример можем да отбележим, че при миоцити на покойни мускули или мускули, които извършват малка работа, на практика няма фосфорилаза „а”, но се случва разцепване на гликоген. Факт е, че мускулната фосфорилаза, която е в дефосфорилирано състояние или под формата на "b", е алостеричен ензим и се активира от AMP и неорганичен фосфат, присъстващ в миоцитите. Активираната по този начин фосфорилаза "b" осигурява скоростта на мобилизация на гликоген, която е достатъчна за извършване на умерена физическа работа.
Въпреки това, когато се извършва интензивна работа, особено ако натоварването нараства драстично, това ниво на мобилизация на гликоген става недостатъчно. В този случай работят суперклетъчните механизми на регулиране. В отговор на внезапна нужда от интензивна мускулна активност, хормоналния адреналин влиза в кръвта от надбъбречната мозък. Адреналинът, чрез свързване с рецепторите на повърхността на мускулните клетки, предизвиква реакция на миоцитите, подобно по механизма си на хепатоцитния отговор към глюкагон, който току-що е описан. В мускулните клетки се появява фосфорилаза "а" и гликоген синтетазата се инактивира и образуваният х-6-е се използва като енергийно "гориво", чието окислително разграждане осигурява енергия за мускулно свиване.
Трябва да се отбележи, че високите концентрации на адреналин, които се наблюдават в кръвта на хората в условия на емоционален стрес, ускоряват разграждането на гликогена в черния дроб, като по този начин увеличават съдържанието на глюкоза в кръвта - защитна реакция, насочена към спешна мобилизация на енергийните ресурси.
O B M E N U GL O V O D O V
2.1. Окислително разграждане на въглехидрати в тъканите
Най-важните функции на монозахаридите в организма са енергийни и пластмасови; И двете функции се реализират по време на окислителното разлагане на монозахариди в клетките. По време на окислението на въглехидрати се освобождава 4,1 kcal / g (около 17 kJ / g) свободна енергия, а поради окисляването на въглехидратите, хората покриват 5560% от общото потребление на енергия. По време на окислението на въглехидрати се образуват голям брой междинни продукти, които се използват за синтезиране на различни липиди, незаменими аминокиселини и други съединения, необходими за клетките. В допълнение, по време на окислението на въглехидрати в клетките се генерират регенерационни потенциали, които се използват от тях в реакциите за редукция на биосинтеза, в процесите на детоксикация, за контрол на нивото на липидна пероксидация и др.
Основният монозахарид, подложен на окислителни трансформации в клетките, е глюкоза, тъй като е в големи количества, която идва от червата във вътрешната среда на тялото, синтезира се по време на глюконеогенеза или се образува в свободна форма или под формата на фосфорни етери по време на разцепването на гликоген. Ролята на другите монозахариди е по-малко значима, тъй като количеството им, влизащо в клетките в количествено изражение, варира значително в зависимост от състава на храната.
Има няколко метаболитни пътища за окисление на глюкозата, основните от които са:
а) аеробно разграждане с въглероден диоксид и вода;
б) анаеробно окисление до лактат;
в) пентозно окисление;
ж) окисление с образуване на глюкуронова киселина.
Дълбочината на окислителното разцепване на глюкозната молекула може
да бъде различен: от окисляването на една от крайните групи на молекули до карбоксилната група, която се появява по време на образуването на глюкуронова киселина, до пълното разграждане на глюкозната молекула по време на нейното аеробно разлагане.
2.1.1. Аеробно глюкозно окисление
В клетките на аеробните организми аеробното разлагане до въглероден диоксид и вода е основно, поне по отношение на общото количество на делящата се глюкоза. При разделяне на 1 M глюкоза (180 g) при аеробни условия се освобождава 686 kcal от свободната енергия. Процесът на аеробно окисление на глюкозата може да се раздели на 3 етапа:
1. Разцепване на глюкоза с пируват.
2. Окислително декарбоксилиране на пируват до ацетил СоА.
3. Окисляване на ацетил в цикъла на Кребс (CTC), съчетано с работата на дихателната ензимна верига.
Тези етапи могат да бъдат представени и като обща схема:
Глюкоза> 2 пируват D2 ацетил СоА D> 4СО2 + 10 Н20
2.1.1.1. Разцепване на глюкоза до пируват
Според съвременните концепции, първият етап на окисление на глюкозата протича в цитозола и се катализира от супрамолекулен протеинов комплекс гликолитичен метаболон, който включва до десетина отделни ензими.
Първият етап на окисление на глюкозата може на свой ред да бъде разделен на 2 етапа. В реакциите на първия етап, глюкозното фосфорилиране, изомеризацията на глюкозния остатък в фруктозния остатък, допълнително фосфорилиране на фруктозния остатък и накрая, настъпват. разделяне на хексозния остатък на два фосфотриозни остатъка:
Тази реакция се катализира от ензима хексокиназа. АТР се използва като фото-свързващо средство в клетката. Реакцията е придружена от загуба на свободна енергия от порядъка на 5,0 kcal / mol и при условията на клетката е необратима.
Втората реакция, катализирана от фосфохексоизомераза, е лесно обратима.
Третата реакция се катализира от ензими фосфофруктокиназа. При тази реакция се губи и 3,4 ккал / мола енергия и, подобно на реакцията на хексо-киназата, при клетъчни условия е необратима.
Тази реакция се катализира от ензима алдолаза, реакцията е обратима. В резултат на реакцията, фруктоза1,6 бифосфат се разделя на два триозофосфата.
При клетъчни условия фосфодихидроксиацетон (FDA) лесно се изомеризира в 3-фосфоглицералдехид (РНА) с участието на триозния фосфатен изомеразен ензим по време на петата реакция. Следователно, можем да приемем, че в първия етап на този етап 2 АТР се изразходва и две молекули на 3-фосфоглицералдехид се образуват от молекулата на глюкозата.
Във втория етап на първия етап на окисление на глюкоза, РНА се превръща в пируват. Тъй като разграждането на глюкозната молекула образува 2 PHA молекули, в по-нататъшното описание на процеса трябва да вземем предвид това обстоятелство.
Следната реакция на разглеждания процес е окислителна реакция:
По време на тази реакция, катализирана от дехидрогеназа 3-фосфоглицеринов алдехид, РНА се окислява до 1,3 дифосфоглицерова киселина. Окислението протича чрез дехидрогениране и водородните атоми, отделени от субстрата, се прехвърлят в NAD + с образуване на редуцирана форма на коензима. Енергията на окисление се натрупва в клетката, първо, под формата на редуцирана NADH + H + енергия, и второ, под формата на макроергична връзка между окислителния продукт и фосфорната киселина, участващи в реакцията, т.е. в макроергична връзка на 1,3 дифосфоглицерова киселина.
В седмата реакция, остатъкът от фосфорна киселина от 1,3 дифосфоглицерата заедно с енергията, съхранена в макроергичната връзка, се прехвърля към ADP с образуването на АТР:
Тази обратима реакция се катализира от ензима фосфоглицерат киназа.
След това идва обратимата изомеризация на 3-фосфоглицеровата киселина до 2-фосфоглицерова киселина с участието на ензима фосфоглицерат рутутаза:
В следващата, деветата реакция, водата се отцепва от 2-фосфоглицеринова киселина:
По време на разделянето на водата, електронната плътност в молекулата преразпределя с образуването на макроергична връзка между втория въглероден атом на енолната форма на пируровидна киселина и останалата част от фосфорната киселина. Реакцията е обратима, тя се катализира от ензима енолаза.
Енергията, акумулирана в макроергичната връзка на FEP заедно с остатъка от фосфорна киселина по време на следващата реакция, се прехвърля в ADP с образуването на АТР. Реакцията се катализира от пируват киназа.
Реакцията е придружена от загуба на енергия от 7,5 kcal / mol и е практически необратима при клетъчни условия.
Общото уравнение на първия етап на аеробното окисление на глюкозата:
Глюкоза + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 пируват + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O
По време на този етап се освобождава 140 kcal / mol енергия, основната му част (около 120 kcal / mol) се натрупва в клетката като 2 ATP енергия и 2 намалява NAD + ADSCH енергия, от което следва, че на първия етап молекулата глюкоза се разделя на две молекули пирувинова киселина, докато клетката за всяка молекула от усвоената глюкоза получава 2 молекули АТР и две молекули с намален NADH + H +.
Регулирането на първия етап на аеробното разцепване на глюкозата се извършва с помощта на термодинамични механизми и алостерични модулационни механизми на регулаторните ензими, участващи в работата на този метаболитен път.
С помощта на термодинамични механизми, потокът от метаболити се контролира по този метаболитен път. В описаната система от реакции са включени три реакции, по време на които се губи голямо количество енергия: хексокиназа (G0 = 5.0 kcal / mol), фосфофруктокиназа (G0 = 3.4 kcal / mol) и пируват киназа (G0 = 7.5 kcal / mol) ). Тези реакции в клетката на практика не са обратими, особено реакцията на пируват киназа и поради тяхната необратимост процесът става необратим като цяло.
Интензивността на метаболитния поток в разглеждания метаболитен път се контролира в клетката чрез промяна на активността на алостеричните ензими, включени в системата: хексокиназа, фосфофруктокиназа и пируват киназа. По този начин точките на термодинамичния контрол на метаболитния път са в същото време местата, където интензивността на метаболитите се регулира.
Основният регулаторен елемент на системата е фосфофруктоколаза. Активността на този ензим се инхибира с високи концентрации на АТР в клетката, степента на алостерично инхибиране на ензима АТР се повишава при високи концентрации на цитрат в клетката. АМР е алостеричен активатор на фосфофруктокиназа.
Хексокиназата се инхибира от алостеричния механизъм чрез високи концентрации на Gl6f. В този случай се занимаваме с работата на съответния регулаторен механизъм. След инхибиране на фосфофруктокиназната активност чрез високи концентрации на АТР, в клетката се натрупва Fr6f, което означава, че Gl6f се натрупва, тъй като реакцията, катализирана от фосфохексоизомераза, е лесно обратима. В този случай повишаването на концентрацията на АТФ в клетката инхибира активността не само на фосфофруктокиназа, но и на хексокиназа.
Регулирането на активността на третата пируват киназа киназа изглежда много трудно. Ензимната активност се стимулира от Gl6f, Fr1.6bf и PHA чрез алостеричен механизъм, т.нар. Активиране от прекурсора. От своя страна, високите вътреклетъчни концентрации на АТР, NADH, цитрат, сукцинил СоА и мастни киселини инхибират ензимната активност чрез алостеричен механизъм.
Най-общо, разделянето на глюкоза към пируват се инхибира на нивото на 3-те посочени кинази с висока концентрация на АТР в клетката, т.е. в условия на добро енергийно захранване на клетката. При липса на енергия в клетката се постига активиране на разделянето на глюкозата, първо чрез премахване на алостеричното инхибиране на кинази с високи концентрации на АТР и алостерично активиране на АМФ фосфофруктококиназа и второ, поради алостерично активиране на пируват киназа от прекурсорите Gl6F, Fr1.6bf и PHA.
Каква е целта на инхибирането на цитрат фосфофруктокиназа и цитрат и сукцинил СоА пируват киназа? Факт е, че две молекули на ацетил-CoA се образуват от единична глюкозна молекула, която след това се окислява в цикъла на Кребс. Ако цитратът и сукцинил КоА се натрупат в клетката, цикълът на Кребс не се справя с окислението на вече натрупания ацетил СоА и има смисъл да се забави неговото допълнително образуване, което се постига чрез инхибиране на фосфорна руктокиназа и пируват киназа.
Накрая, инхибирането на глюкозното окисление на нивото на пируват киназа с повишаване на концентрацията на мастни киселини е насочено към спестяване на глюкоза в клетката при условия, когато клетката е снабдена с друга, по-ефективна форма на енергийно гориво.
2.1.1.2. Окислително декарбоксилиране на пируват
В аеробни условия пирувинова киселина претърпява окислително декарбоксилиране, за да образува ацетил СоА. Тази трансформация се катализира от супрамолекулния пируват дехидрогеназен комплекс, локализиран в митохондриалната матрица. Пируватдехидрогеназният комплекс се състои от три различни ензима: пируват декарбоксилаза, дихидролипатоацетилтрансфераза и дехидрогеназа дихидролипоева киселина, техните количествени съотношения в комплекса зависят от източника на екскреция, като правило това съотношение се доближава до 30: 1: 10.
Първият ензим на този комплекс е пируват декарбоксилаза (Е1)