Glikogen je rezerve ogljikovih hidratov živali, sestavljen iz velike količine ostankov glukoze. Dobava glikogena vam omogoča, da hitro zapolnite pomanjkanje glukoze v krvi, takoj ko se njena raven zmanjša, glikogen se razcepi, prosti glukoza pa vstopi v kri. Pri ljudeh se glukoza večinoma shranjuje kot glikogen. Za celice ni donosno shranjevanje posameznih molekul glukoze, ker bi to znatno povečalo osmotski tlak v celici. V svoji strukturi glikogen spominja na škrob, to je polisaharid, ki ga večinoma shranjujejo rastline. Škrob sestavljajo tudi ostanki glukoze, ki so povezani med seboj, vendar je v molekulah glikogena veliko več vej. Visoka kakovost reakcije na glikogen - reakcija z jodom - daje rjavo barvo, za razliko od reakcije joda s škrobom, ki vam omogoča, da dobite vijolično barvo.
Ureditev proizvodnje glikogena
Nastajanje in razgradnja glikogena regulira več hormonov, in sicer:
1) insulin
2) glukagon
3) adrenalin
Nastajanje glikogena se pojavi, ko se koncentracija glukoze v krvi dvigne: če je veliko glukoze, jo je treba shraniti za prihodnost. Vnos glukoze v celice večinoma uravnavata dva hormonska antagonista, tj. Hormoni z nasprotnim učinkom: inzulin in glukagon. Oba hormona izločata celice trebušne slinavke.
Prosimo, upoštevajte: besede "glukagon" in "glikogen" sta zelo podobni, vendar je glukagon hormon in glikogen je rezervni polisaharid.
Insulin se sintetizira, če je v krvi veliko glukoze. To se običajno zgodi po tem, ko je oseba jedla, zlasti če je hrana bogata z ogljikovimi hidrati (na primer, če jeste moko ali sladko hrano). Vsi ogljikovi hidrati, ki jih vsebujejo živila, se razgradijo na monosaharide in se že v tej obliki absorbirajo skozi črevesno steno v kri. V skladu s tem se raven glukoze dvigne.
Ko se celični receptorji odzovejo na insulin, celice absorbirajo glukozo iz krvi in njena raven se znova zmanjša. Mimogrede, zato je sladkorna bolezen - pomanjkanje insulina - figurativno imenovana "lakota med izobiljem", ker v krvi po uživanju hrane, ki je bogata z ogljikovimi hidrati, nastane veliko sladkorja, vendar brez insulina celice ne morejo absorbirati. Del glukoznih celic se uporablja za energijo, preostale pa se pretvorijo v maščobo. Jetrne celice za absorpcijo glikogena uporabljajo absorbirano glukozo. Če je v krvi malo glukoze, se zgodi obraten proces: trebušna slinavka izloča hormon glukagon in jetrne celice začnejo razgrajevati glikogen, sprošča glukozo v kri ali ponovno sintetizira glukozo iz enostavnejših molekul, kot je mlečna kislina.
Adrenalin vodi tudi v razgradnjo glikogena, ker je celotno delovanje tega hormona namenjeno mobilizaciji telesa, pripravi na reakcijo »hit ali tek«. In za to je potrebno, da koncentracija glukoze postane višja. Potem ga lahko mišice uporabljajo za energijo.
Tako absorpcija hrane povzroči sproščanje hormona insulina v kri in sintezo glikogena, stradanje pa povzroči sproščanje hormona glukagona in razgradnjo glikogena. Sproščanje adrenalina, ki se pojavi v stresnih situacijah, povzroči tudi razgradnjo glikogena.
Kaj je sintetiziran glikogen?
Glukoza-6-fosfat služi kot substrat za sintezo glikogena ali glikogenogeneze, kot se sicer imenuje. To je molekula, ki jo dobimo iz glukoze po vezavi ostanka fosforne kisline na šesti atom ogljika. Glukoza, ki tvori glukozo-6-fosfat, vstopi v jetra iz krvi in v kri iz črevesja.
Druga možnost je možna: glukoza se lahko ponovno sintetizira iz enostavnejših predhodnikov (mlečne kisline). V tem primeru glukoza iz krvi vstopi, na primer, v mišice, kjer se razcepi v mlečno kislino z sproščanjem energije, nato pa se nakopičena mlečna kislina prenese v jetra in jetrne celice ponovno sintetizirajo glukozo iz nje. Nato se lahko ta glukoza pretvori v glukozo-6-fosfot in nadalje na podlagi nje za sintetiziranje glikogena.
Stopnje tvorbe glikogena
Torej, kaj se zgodi v procesu sinteze glikogena iz glukoze?
1. Glukoza po dodatku ostanka fosforne kisline postane glukoza-6-fosfat. To je posledica encima heksokinaze. Ta encim ima več različnih oblik. Heksokinaza v mišicah se nekoliko razlikuje od heksokinaze v jetrih. Oblika tega encima, ki je prisotna v jetrih, je slabše povezana z glukozo in produkt, ki nastane med reakcijo, ne zavira reakcije. Zaradi tega lahko jetrne celice absorbirajo glukozo le, če jo je veliko, in lahko takoj prenesem veliko substrata v glukozo-6-fosfat, čeprav ga nimam časa obdelati.
2. Encim fosfoglukomutaza katalizira pretvorbo glukoza-6-fosfata v njegov izomer, glukozo-1-fosfat.
3. Nastali glukoza-1-fosfat se nato združi z uridin trifosfatom in tvori UDP-glukozo. Ta proces katalizira encim UDP-glukoza pirofosforilaza. Ta reakcija se ne more nadaljevati v nasprotni smeri, torej je nepopravljiva v tistih pogojih, ki so prisotni v celici.
4. Encim glikogen sintaza prenese ostanek glukoze na nastajajočo molekulo glikogena.
5. Glikogen-fermentirajoči encim dodaja točke vej, ki ustvarjajo nove "veje" na molekuli glikogena. Kasneje na koncu te veje dodamo nove glukozne ostanke z uporabo glikogen sintaze.
Kje se glikogen shrani po tvorbi?
Glikogen je rezervni polisaharid, ki je potreben za življenje in je shranjen v obliki majhnih zrnc, ki se nahajajo v citoplazmi nekaterih celic.
Glikogen shranjuje naslednje organe: t
1. Jetra. Glikogen je precej bogat v jetrih in je edini organ, ki uporablja dobavo glikogena za uravnavanje koncentracije sladkorja v krvi. Do 5-6% je lahko glikogen iz mase jeter, kar približno ustreza 100-120 gramom.
2. Mišice. V mišicah so zaloge glikogena manjše v odstotkih (do 1%), vendar lahko skupaj, po teži, presežejo ves glikogen v jetrih. Mišice ne oddajajo glukoze, ki je nastala po razgradnji glikogena v kri, ki jo uporabljajo le za lastne potrebe.
3. Ledvice. Našli so majhno količino glikogena. Še manjše količine so bile odkrite v glialnih celicah in v levkocitih, to je belih krvnih celicah.
Kako dolgo traja skladiščenje glikogena?
V procesu vitalne aktivnosti organizma se glikogen sintetizira precej pogosto, skoraj vsakič po obroku. Telo nima smisla shranjevati ogromne količine glikogena, ker njegova glavna funkcija ni, da služi kot donor za hranila čim dlje, ampak za uravnavanje količine sladkorja v krvi. Skladiščenje glikogena traja približno 12 ur.
Za primerjavo, shranjene maščobe:
- Prvič, običajno imajo veliko večjo maso kot masa shranjenega glikogena,
- drugič, lahko zadostujejo za en mesec obstoja.
Poleg tega je treba omeniti, da lahko človeško telo pretvarja ogljikove hidrate v maščobe, vendar ne obratno, to pomeni, da shranjenih maščob ni mogoče pretvoriti v glikogen, lahko se uporablja samo za energijo. Ampak za razgradnjo glikogena na glukozo, uničite glukozo in uporabite nastali produkt za sintezo maščob.
Glikogen je lahko uporabna rezerva energije.
Mobilizacija glikogena (glikogenoliza)
Rezerve glikogena se uporabljajo drugače, odvisno od funkcionalnih značilnosti celice.
Glikogen jeter se razgradi z zmanjšanjem koncentracije glukoze v krvi, predvsem med obroki. Po 12-18 urah posta so zaloge glikogena v jetrih popolnoma izčrpane.
V mišicah se količina glikogena običajno zmanjša le med fizično aktivnostjo - podaljšano in / ali intenzivno. Glikogen se uporablja za zagotavljanje delovanja miocitov z glukozo. Tako mišice, kot tudi drugi organi, glikogen uporabljajo samo za lastne potrebe.
Mobilizacija (razgradnja) glikogena ali glikogenolize se aktivira, ko je v celici pomanjkanje proste glukoze in zato v krvi (na tešče, mišičnem delu). Raven glukoze v krvi "namenoma" podpira le jetra, v kateri je glukoza-6-fosfataza, ki hidrolizira glukozni fosfatni ester. Prosta glukoza, ki nastane v hepatocitu, se sprosti skozi plazemsko membrano v kri.
Trije encimi so neposredno vključeni v glikogenolizo:
1. Fosforilaza glikogen (koencim piridoksal fosfat) - cepi α-1,4-glikozidne vezi, da nastane glukoza-1-fosfat. Encim deluje, dokler 4 glukozni ostanki ne ostanejo do točke veje (α1,6-vez).
Vloga fosforilaze pri mobilizaciji glikogena
2. a (l, 4) -a (1,4) -glukantransferaza je encim, ki prenese fragment iz treh glukoznih ostankov v drugo verigo z nastankom nove α1,4-glikozidne vezi. Hkrati ostane en ostanek glukoze in "odprta" dostopna α1,6-glikozidna vez na istem mestu.
3. Amilo-α1,6-glukozidaza, ("detituschy" encim) - hidrolizira α1,6-glikozidno vez z sproščanjem proste (nefosforilirane) glukoze. Posledično se oblikuje veriga brez vej, ki spet služi kot substrat za fosforilazo.
Vloga encimov pri razgradnji glikogena
Sinteza glikogena
Glikogen se lahko sintetizira v skoraj vseh tkivih, največje zaloge glikogena pa so v jetrih in skeletnih mišicah.
V mišicah se količina glikogena običajno zmanjša le med fizično aktivnostjo - podaljšano in / ali intenzivno. Kopičenje glikogena tukaj je opaziti v obdobju okrevanja, zlasti pri jemanju živil z visoko vsebnostjo ogljikovih hidratov.
Glikogen jeter se razgradi z zmanjšanjem koncentracije glukoze v krvi, predvsem med obroki (obdobje po adsorpciji). Po 12-18 urah posta so zaloge glikogena v jetrih popolnoma izčrpane. Glikogen se kopiči v jetrih samo po zaužitju, s hiperglikemijo. To je posledica posebnosti hepatične kinaze (glukokinaze), ki ima nizko afiniteto za glukozo in lahko deluje le pri visokih koncentracijah.
Pri normalnih koncentracijah glukoze v krvi ujetje v jetrih ni izvedeno.
Naslednji encimi neposredno sintetizirajo glikogen:
1. Fosfoglukomutaza - pretvarja glukozo-6-fosfat v glukozo-1-fosfat;
2. Glukoza-1-fosfat-uridil-transferaza - encim, ki izvaja ključno reakcijo sinteze. Nepovratnost te reakcije je zagotovljena s hidrolizo dobljenega difosfata;
Reakcije sinteze UDP-glukoze
3. Glikogen sintaza - tvori α1,4-glikozidne vezi in razširi glikogensko verigo, pri čemer aktivira C 1 UDF-glukozo na C4 končni ostanek glikogena;
Reakcijska kemija za sintezo glikogena
4. Amilo-α1,4-α1,6-glikoziltransferaza, "glikogen-razvejani" encim - prenese fragment z minimalno dolžino 6 glukoznih ostankov na sosednjo verigo z nastankom α1,6-glikozidne vezi.
Priročnik za kemiko 21
Kemija in kemijska tehnologija
Razgradnja glikogena v glukozo
Med fosforolizo se glikogen tako razgradi z nastajanjem glukoznega fosfornega estra, ne da bi ga prej razdelili na večje fragmente polisaharidne molekule. [str.251]
Fosforilaze prenesejo polisaharide (zlasti glikogen) iz shranjevanja v presnovno aktivno obliko v prisotnosti fosforilaze in glikogen se razgradi, da nastane glukoza fosfatni eter (glukoza-1-fosfat), ne da bi ga razdelil na večje fragmente polisaharidne molekule. Na splošno lahko to reakcijo predstavimo kot sledi [str.
Kasneje bomo podrobneje odgovorili na to pomembno vprašanje (poglavje 25), zdaj pa samo rečemo, da če je telo nenadoma v kritični situaciji, adrenalna medula izloča hormon adrenalin v kri, ki služi kot molekularni signal za jetra in mišice. Pod vplivom tega signala se jetra obrnejo na glikogen fosforilazo, zaradi česar se raven glukoze v krvi dvigne, tj. mišice dobijo gorivo. Isti signal vključuje v skeletne mišice razgradnjo glikogena z nastankom laktata, s čimer se poveča [p.464]
Prebavljanje ogljikovih hidratov se začne v ustni votlini. Pri delovanju encima sline se amilaza, škrob in glikogen podvržejo plitkemu razcepu, da tvorijo polisaharide z nizko molekulsko maso - dekstrine. Nadaljnja razgradnja dekstrina, pa tudi neprebavljenega škroba in glissogena se pojavi v tankem črevesu ob sodelovanju amilaze pankreasnega soka. Rezultat je disaharid maltoza, sestavljen iz dveh glukoznih ostankov. Razklop ogljikovih hidratov se zaključi s pretvorbo nastalih maltoze in drugih živilskih disaharidov (saharoze, laktoze) v monosaharide (glukoza, fruktoza, galaktoza), med katerimi je glavna glukoza. [c.44]
Kompleksni ogljikovi hidrati se začnejo preoblikovati že v predelu ust. Slina, izloček, ki ga povzročajo žleze slinavke (parotidna, podmandibularna, sublingvalna), vsebuje dva encima, ki razgradita ogljikove hidratne amilaze (amilaza sline, ki se je uporabljala kot ptyalin) in majhno količino maltaze. Ti encimi z zaporedno izpostavljenostjo škrobu ali glikogenu povzročijo razgradnjo (hidrolizo) teh polisaharidov do nastanka glukoze. [c.241]
Da bi se glikogen-fosforilaza razgradila pod delovanjem glikogena, mora na polisaharid delovati tudi drugačni encim. (1 -> 6) -glukozidaza. Ta encim katalizira dve reakciji. V prvem od njih je iz verige raztrgal tri ostanke glukoze iz omenjenih štirih in jih prenese na konec neke druge zunanje stranske verige. V drugi reakciji, ki jo katalizira (1 - + -> 6) -glukozidaza, se četrti glukozni ostanek razcepi, pritrdi na točko odcepa (1- -> 6> vez. Hidroliza (1-> 6> vezi na točki podružnice vodi do tvorbo ene molekule D-glukoze in od- [p.457]
Glikogen se raztopi v vroči vodi, da nastane opalescentna raztopina. Pobarvan je z jodom v rdeče-rjavi barvi, blizu barve amilopektina, obarvanega z jodom. Glikogen nima redukcijskih lastnosti. Med hidrolizo glikogena z razredčeno mineralno kislino, kot tudi z delitvijo z encimi, se tvori a-O-glukoza. Ostanki molekul glukoze v molekulah glikogena so med seboj povezani z glukozidnimi vezmi 1,4 in 1,6. Tako kot amilo-pektin ima molekula glikogena razvejano strukturo, z večjo količino 1,6 glukozidnih vezi (za 12 vezi 1,4, obstaja ena 1,6 vez) kot v amilopektinski molekuli in zato bolj razvejan in kompaktnejši (sl. 5). [c.74]
Delovanje jeter pri presnovi ogljikovih hidratov je izjemno veliko in večplastno. Sposoben je sintetizirati glikogen iz glukoze in ne-ogljikovih hidratov. Tak material je lahko mlečna kislina, glicerin, produkti cepitve glikokola, alanina, tirozina, fenilalanina, serina, treonina, cisteina, valina, izoleucina, asparaginske in glutaminske kisline, arginina in prolina. To so tako imenovane glukozne kisline. Jetra lahko oksidirajo piruvično kislino in tvorijo ATP, ki ga jetra uporabljajo za pretvorbo mlečne kisline v glikogen. [c.84]
Prvič z AMP-odvisno fosforilacijo beljakovin smo odkrili pri študiji presnove glikogena v celicah skeletnih mišic. Glikogen je glavna rezervna oblika glukoze, kot je bilo že omenjeno, njen razpad v mišičnih celicah regulira adrenalin (v resnici adrenalin uravnava tako razgradnjo glikogena kot njegovo sintezo v skeletnih mišicah). Če je na primer žival izpostavljena stresu (strah, itd.), Bodo nadledvične žleze začele vnesti adrenalin v kri, s čimer bodo različna tkiva v telesu v stanju pripravljenosti. Adrenalin, ki kroži v krvi, povzroča zlasti razgradnjo glikogena v mišičnih celicah na glukozo-1-fosfat in hkrati zavira sintezo novega glikogena. Glukoza-1-fosfat se pretvori v glukozo-6-fosfat, ki se nato v glikoliznih reakcijah oksidira z nastankom ATP, kar zagotavlja energijo za intenzivno mišično delo. Na ta način adrenalin pripravi mišične celice za intenzivno delo. [c.372]
Pri ljudeh so znane številne genetske bolezni, povezane z moteno sintezo ali razgradnjo glikogena. Eden izmed prvih je bil primer kroničnega povečanja jeter - pri 8-letnem dekletu, ki je imel tudi različne vrste presnovnih motenj. Dekle je umrlo zaradi gripe. Obdukcija je pokazala, da je bila njena jetra trikrat višja od norme, vsebovala je ogromno količino glikogena, kar je predstavljalo skoraj 40% njegove suhe teže. Glikogen, izoliran iz jeter, je bil kemično povsem normalen, vendar ko je bil del jetrnega tkiva homogeniziran in inkubiran v pufru, je ta glikogen ostal nedotaknjen - niti laktat niti glukoza nista nastala. Ko je bila glikogenu dodana suspenzija, pripravljena iz tkiva normalne jeter, se je hitro zrušila v glukozo. Na podlagi tega biokemičnega testa so raziskovalci ugotovili, da je bolnik motil proces razgradnje glikogena (ta bolezen se pogosto imenuje Gyrkeova bolezen po imenu zdravnika, ki ga je opisal). Sprva se je predpostavljalo, da je glukoza-6-fosfataza defektni encim, ker obolele jetra niso tvorila glukoze, vendar je odsotnost tvorbe laktata pokazala, da je okvara prizadela bodisi glikogen fosforilazo ali razgradni encim [a (1 - 6] a) -glukozidaza]. Kasneje so raziskovalci okrepili mnenje, da je v tem klasičnem primeru prizadela (1-6) -glukozidaza. Posledično se lahko molekule glikogena v jetrih razgradijo in oblikujejo glukozo ali [c.616]
Pri tem je treba poudariti, da se razgradnja glikogena v jetrih z nastankom proste glukoze (mobilizacija glikogena, str. 245) dogaja predvsem s fosforolitikom. Hkrati se glikogen razgradi pod vplivom ne amilaze, toda jetrne fosforilaze z nastajanjem glukoza-1-monofosforjevega etra (str. 251). Ta se nato zelo hitro razcepi s fosfatazami jeter v prosto glukozo in fosforno kislino. Tako na koncu fosforilaza in glukoza-1-monofosforni eter fosfataza, ki sta prisotni v jetrih, ločita glikogen v posamezne delce glukoze, brez vmesnega nastajanja dekstrina in maltoze, ki so značilni produkti hidrolizne razgradnje glikogena (v prisotnosti amilaze). [str.245]
Presnova v možganih, mišicah, maščobnem tkivu in jetrih je zelo različna. Pri normalno krmljeni osebi je glukoza praktično edini vir energije za možgane. Ko postimo, ketonska telesa (acetoacetat in 3-hidroksi-butirat) pridobijo vlogo glavnega vira energije za možgane. Mišice uporabljajo glukozo, maščobne kisline in ketonska telesa kot vir energije in sintetizirajo glikogen kot rezervo energije za lastne potrebe. Adipozno tkivo je specializirano za sintezo, shranjevanje in mobilizacijo triacilglicerolov. Več presnovnih procesov jeter podpira delo drugih organov. Jetra lahko hitro mobilizirajo glikogen in izvajajo glukoneogenezo, da zadovoljijo potrebe drugih organov. Jetra igrajo pomembno vlogo pri uravnavanju presnove lipidov. Ko so viri energije obilni, pride do sinteze in esterifikacije maščobnih kislin. Nato preidejo iz jeter v maščobno tkivo v obliki lipoproteinov zelo nizke gostote (VLDL). Ko pa postimo, se maščobne kisline v jetrih pretvorijo v ketonska telesa. Vključevanje vseh teh organov poteka s hormoni. Insulin kaže na bogastvo virov hrane, spodbuja nastajanje glikogena in triacilglicerolov ter sintezo beljakovin. Glukagon, nasprotno, signalizira o nizki vsebnosti glukoze v krvi, spodbuja razgradnjo glikogena in glukoneogenezo v jetrih ter hidrolizo triacilglicerolov v maščobnem tkivu. Adrenalin in norepinefrin delujejo na energetske vire, kot je glukagon, razlika pa je v tem, da je njihova glavna tarča mišice, ne jetra. [c.296]
Insulin Pomembno vlogo pri presnovi ogljikovih hidratov in regulaciji krvnega sladkorja igra hormon insulin. V nasprotju z delovanjem drugih hormonov znižuje koncentracijo sladkorja v krvi, povečuje pretvorbo glukoze v glikogen v jetrih in mišicah, spodbuja ustrezno oksidacijo glukoze v tkivih ter preprečuje razgradnjo glikogena v jetrih z nastajanjem glukoze. Insulin deluje na proces fosforilacije glukoze z nastajanjem glukoze-6-fosfata, ki je prvi korak glukogeneze ali tvorbe glikogena. V odsotnosti zadostnega vnosa insulina je pretvorba zunajcelične glukoze v intracelularno glukozo-6-fosfat upočasnjena. [c.364]
Gibson, 1948 [1099]) (25080). V tem primeru je poškodovani encim MAVN-odvisna methemoglobin reduktaza. Prvi poskus sistematičnega proučevanja skupine človeških bolezni, povezanih s presnovnimi okvarami, je nastal leta 1951. V študiji o kopičenju glikogena [1044] je Cory par pokazal, da je bila v osmih od desetih primerov patološkega stanja, ki je bila diagnosticirana kot Gyrkeova bolezen (23220), struktura jetrnega glikogena normalna varianta, v dveh primerih pa je bila očitno oslabljena. Prav tako je bilo očitno, da glikogena v jetrih, ki se kopiči v presežku, ni mogoče neposredno pretvoriti v sladkor, ker bolniki kažejo nagnjenost k hipoglikemiji. Mnogi encimi so potrebni za razgradnjo glikogena, da tvorijo glukozo v jetrih. Dva izmed njih, amilo-1,6-glukozidaza in glukoza-6-fosfataza, sta bila izbrana za študij kot možni pomanjkljivi elementi encimskega sistema. V homogenatih jeter pri različnih vrednostih pH smo izmerili sproščanje fosfata iz glukoza-6-fosfata. Rezultati so predstavljeni na sl. [c.10]
Tako je ena visoko energetsko vezana fosfatna porabljena, ko je glukoza-6-fosfat vključen v glikogen. Proizvodnja energije med razpadom glikogena je izjemno visoka. Približno 90% ostankov je fosforolitsko cepitev z nastajanjem glukoze-1-fosfata, ki se spremeni v glukozo-b-fosfat brez stroškov energije. Preostalih 10% ostankov pripadajo vejam in so hidrolizno razdeljene. Eno ATP molekulo se uporablja za fosforilacijo vsake od teh molekul glukoze v glukozo-b-fosfat. Popolna oksidacija glukoze-b-fosfata daje trideset sedem [c.122]
Sinteza in razgradnja glikogena. Glikogen je lahko mobilizirana oblika shranjevanja energije. Je razvejani polimer glukoznih ostankov. Aktivno intermediatno sintezo glikogena je UDP-glukoza, ki nastane iz glukoze-1-fosfata in UTP. G likogen sintaza katalizira prenos glukoznega ostanka iz UDP glukoze v terminalno hidroksilno skupino rastoče verige. Razdelitev glikogena je drugačna pot. Fosforilaza katalizira razgradnjo glikogena z ortofosfatom in tvori glukozo-1-fosfat. Sinteza in cepitev glikogena sta usklajena z- [p.285]
Presnova ogljikovih hidratov v vsaki živi celici (živa snov) je en sam proces, ki hkrati povezuje med seboj povezane reakcije razgradnje in sinteze organskih snovi. V središču presnove ogljikovih hidratov pri živalih so glikogeneza in glikogenoliza, tj. Procesi nastajanja in razgradnje glikogena. Pojavijo se predvsem v jetrih. Glikogen lahko tvorimo iz ogljikovih hidratov in ne-ogljikovih hidratov, kot so npr. Nekatere aminokisline, glicerin, mlečna, piruvična in propionska kislina, kot tudi iz mnogih drugih enostavnih spojin. Izraz glikogenoliza se nanaša na dejansko razgradnjo glikogena na glukozo. Toda zdaj se ta beseda pogosto razume kot celotna vsota procesov, ki vodijo v glikolitično tvorbo mlečne kisline v primeru, ko začetni substrat ni glukoza, ampak glikogen. Na splošno velja, da glikoliza pomeni razgradnjo ogljikovih hidratov od začetka, to je od glukoze ali glikogena, kar pa ni pomembno za končne izdelke. [c.376]
Med alkoholnim vrenjem se v procesu cepitve ene molekule glukoze tvorijo štiri molekule ATP (50 kcal ali 210 kJ). Od tega se dva porabita za funkcionalno aktivnost in sintezo. Po izračunih nekaterih avtorjev se med glikolizo in glikogenolizo v energijsko bogatih fosfornih obveznicah kopiči 35–40 o vseh sproščene proste energije, preostalih 60–65% pa se razprši v obliki toplote. Učinkovitost celic, organov, ki delujejo v anaerobnih pogojih, ne presega 0,4 (aerobna 0,5). Ti izračuni temeljijo predvsem na podatkih, pridobljenih iz mišičnih ekstraktov in soka iz kvasa. V pogojih živih organizmov mišične celice, organi in tkiva izkoriščajo energijo, verjetno veliko več. S fiziološkega stališča je proces glikogenolize in glikolize izjemno pomemben, zlasti kadar se življenjski procesi izvajajo v pogojih pomanjkanja kisika. Na primer, z živahnim delom mišic, zlasti v prvi fazi delovanja, je vedno prisotna vrzel med dovodom kisika v mišice in njegovo potrebo. V tem primeru so začetni stroški energije v veliki meri pokriti z glikogenolizo. Podobne pojave opazimo pri različnih patoloških stanjih (hipoksija možganov, srce itd.). Poleg tega se potencialna energija, ki jo vsebuje mlečna kislina, nazadnje ne izgubi zaradi visoko organiziranega organizma. Nastala mlečna kislina se hitro prenese iz mišic v kri in se nato prenese v jetra, kjer se ponovno pretvori v glikogen. Anaerobna razgradnja ogljikovih hidratov z nastankom mlečne kisline je v naravi zelo pogosta, opazimo jo ne le v mišicah, ampak tudi v drugih tkivih živalskega organizma. [c.334]
Prvič smo zaporedje dogodkov pojasnili v študiji presnove glikogena v celicah skeletne mišice. Glikogen je glavna rezervna oblika glukoze, njena sinteza in razgradnja sta strogo urejena z določenimi hormoni. Če je na primer žival prestrašena ali izpostavljena drugim stresom, nadledvične žleze izločajo adrenalin v krvni obtok, pri čemer različna telesna tkiva pripeljejo v stanje pripravljenosti. Kroženje adrenalina povzroči zlasti razgradnjo glikogena v epikonskih celicah na glukozo-1-fosfat in hkrati ustavi sintezo novega glikogena. Glukoza-1-fosfat se pretvori v glukozo-6-fosfat, ki se nato oksidira v glikoliznih reakcijah, kar vodi do nastanka ATP, ki je potreben za delovanje mypps. Na ta način adrenalin pripravi mišične celice za intenzivno delo. [c.271]
Glej strani, kjer je naveden izraz Glicogeno cepitev z nastajanjem glukoze: [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]
Info-Farm.RU
Farmacevtski izdelki, medicina, biologija
Glikogen
Glikogen (znan tudi kot »živalski škrob«, kljub netočnosti tega imena) je polisaharid, homopolimer α-glukoze, glavna oblika njegovega shranjevanja v živalskih celicah, večina gliv, veliko bakterij in arhej. V človeškem telesu so glavna mesta kopičenja glikogena jetra in skeletne mišice.
Sposobnost jeter, da poveča koncentracijo glukoze v krvi in prisotnost škrobne snovi v njem, ki se je imenovala glikogen, je leta 1875 odkril Claude Bernard.
Kemijska struktura
Glikogen je homopolimer α-glukoze, katerega ostanki so medsebojno povezani z (α1 → 4) -glukozidnimi vezmi. Vsakih 8–10 monomernih ostankov se odcepi, stranske veje so pritrjene (α1 → 6) s snopom. Tako je molekula glikogena veliko bolj kompaktna in razvejana kot škrob. Stopnja polimerizacije je blizu stopnji polimerizacije.
Vse veje glikogena imajo nefrekvenčni konec, tako da, če je število vej enako n, bo molekula imela n-1 neredke konce in le eno reducirno. Kadar pride do hidrolize glikogena, da bi jo uporabili kot vir energije, se ostanki glukoze ločijo eden za drugim iz nesredljivih koncev. Njihovo veliko število vam omogoča bistveno pospešitev procesa.
Najbolj stabilna konformacija vej s (α1 → 4) ligamentom je gosta vijačnica s šestimi glukoznimi ostanki na vrtljaj (ravnina vsake molekule se vrne na 60 ° glede na prejšnjo).
Za opravljanje svoje biološke funkcije: zagotavljanje najbolj kompaktnega shranjevanja glukoze in hkrati možnost njegove hitre mobilizacije, mora imeti glikogen strukturo, optimizirano za več parametrov: 1) število stopenj (stopenj) razvejanosti; 2) število podružnic v vsaki stopnji; 3) količino ostankov glukoze v vsaki veji. Pri molekuli glikogena s konstantnim številom monomernih enot se zmanjša število zunanjih vej, iz katerih se lahko mobilizira glukoza na točko podružnice, s povečanjem povprečne dolžine vsake veje. Gostota najbolj oddaljenih vej je sterično omejena, tako da se največja velikost molekule glikogena zmanjšuje s povečanjem števila vej na isti ravni. Zrele molekule glikogena različnega izvora imajo v povprečju 12 vejskih vej, od katerih ima vsaka povprečje dveh vej, od katerih vsaka vsebuje približno 13 glukoznih ostankov. Matematična analiza je pokazala, da je takšna struktura zelo blizu optimalne za mobilizacijo maksimalne količine glukoze v najkrajšem možnem času.
Porazdelitev in pomen
Glikogen je oblika shranjevanja glukoze pri živalih, glivah, nekaterih bakterijah (zlasti cianobakterijah) in APEX. Pri mikroorganizmih je glikogen bolj ali manj enakomerno raztresen po citoplazmi celice v obliki zrnc s premerom 20-100 nm, ki jih običajno lahko vidimo le z elektronskim mikroskopom. Če celica vsebuje veliko glikogena, postane pri barvanju z raztopino joda rdeče rjava. Pri vretenčarjih so največje količine glikogena shranjene v jetrih, kjer je lahko 7-10% skupne mase (100-120 g pri odraslem) in skeletnih mišic (1-2% celotne mase). Majhne količine glikogena najdemo v ledvicah, še manj pa v določenih celicah možganskih celic in belih krvnih celic.
Shranjevanje glukoze ni v prosti obliki, ampak v obliki polisaharidov narekujejo dva razloga. Najprej, če bi bila na primer v hepatocitu celotna masa glukoze, ki je del glikogena, v prostem stanju, bi njena koncentracija dosegla 0,4 mol / l. To pa bi povzročilo znatno povečanje osmotskega tlaka citosola, prekomernega dotoka vode v celico in njenega razpada. Drugič, tako visoka koncentracija glukoze bi povzročila njen aktivni transport iz celičnega okolja, v primeru hepatocita iz krvi, kjer je raven glukoze le 5 mmol / l, praktično nemogoče. Shranjevanje glukoze v obliki glikogena zmanjša njegovo koncentracijo v celici na 0,01 µmol / L.
Glikogenske zaloge pri ljudeh so bistveno manjše od zalog maščobe. Slednje imajo številne prednosti: prvič, omogočajo, da dobite več kot dvakrat več energije kot ista masa ogljikovih hidratov, drugič, da so hidrofobne molekule in za razliko od ogljikovih hidratov ne potrebujejo hidracije, kar zmanjšuje maso energetskih zalog. Vendar je glikogen hiter vir energije, poleg tega v telesu živali ni presnovnih poti za pretvorbo maščobnih kislin v glukozo, ki jih možgani ne morejo uporabiti v anaerobni presnovi mišic.
V hepatocitih se glikogen shrani kot velike citoplazmatske granule. Osnovni tako imenovani β-delci, je ena molekula glikogena, ima premer približno 21 nm in vključuje 55000 ostankov glukoze in ima 2000 nepravilnih koncev. 20-40 takih delcev skupaj tvorijo α-rozete, ki jih lahko vidimo pod mikroskopom v tkivih živali, ki so dobro hranjene. Vendar pa izginejo po 24 urah. Zrnca glikogena so kompleksni agregati, ki poleg samega glikogena vključujejo encime, sintetizirajo in razgrajujejo, pa tudi regulatorne molekule.
Mišični glikogen služi kot vir hitre energije za aerobno in anaerobno presnovo. Njegove rezerve se lahko izčrpajo v eni uri intenzivne telesne dejavnosti. Redno usposabljanje vam omogoča povečanje zalog glikogena v mišicah, tako da lahko delajo dlje brez utrujenosti. V jetrih je glikogen rezerva glukoze za druge organe, če je vnos hrane omejen. Ta rezerva je še posebej pomembna za nevrone, ki ne morejo uporabljati maščobnih kislin kot energetski substrat. Jetrna rezerva glikogena med postom je izčrpana v 12-24 urah.
Glikogen se nahaja tudi v skrivnih žlezah maternice, ki jih izločajo v votlino v obdobju po ovulaciji menstrualnega cikla po oploditvi. Tu se polisaharid uporablja kot vir prehrane za zarodek za njegovo vsaditev.
Glikogen vstopa v telo s hrano in se razgradi v tankem črevesu hidrolitičnih encimov.
Presnova glikogena
Razgradnja glikogena
Razgradnja glikogena poteka na dva glavna načina: med prebavo se hidrolizira v glukozo, ki jo lahko absorbirajo epitelne celice tankega črevesa. Intracelularno cepitev zalog glikogena (glikogenoliza) poteka s fosforolizo, katere produkt je glukoza-1-fosfat, na ta način vam omogoča, da prihranite nekaj energije glikozidnih vezi skozi tvorbo fosfatnega estra. Torej, da vključimo glukozo, ki se oblikuje v glikolizo ali pentozno fosfatno pot, ni potrebno porabiti ATP. Poleg tega je tvorba glukoze-1-fosfata koristna za mišice, saj za to spojino v plazemski membrani obstajajo NO nosilci in ne morejo "pobegniti" iz celice.
Hidroliza glikogena med prebavo
Pri ljudeh se prebava glikogena (kot škrob) začne v ustni votlini, kjer deluje α-amilaza sline. Ta encim hidrolizira intramolekularne (α1 → 4) vezi in cepi polisaharide do oligosaharidov. V želodcu se amilaza sline inaktivira z visoko kislino medija. Želodčni sok ne vsebuje encimov za prebavo ogljikovih hidratov. V dvanajstniku se na povezavo glikogena (α1 → 4) pojavlja pankreasta α-amilaza, na povezavi (α1 → 6) pa poseben encim za sproščanje železa amilo-1,6-glikozidaza. S tem se zaključi hidroliza glikogena v maltozo, ki se pod vplivom parietalnega encima tanke črevesne maltaze (α-glukozidaze) pretvori v glukozo in absorbira.
Glikogenoliza
Medcelično mišico in glikogen iz jeter se razcepi med glikogenolizo, v kateri sodelujejo trije encimi: glikogen fosforilaza, glikogenendoglozhuyuyu encim in fosfoglukomutaza. Prvi od njih katalizira reakcijo, pri kateri anorganski fosfat napade glikozidno (α1 → 4) povezavo med zadnjima dvema ostankoma glukoze z neredkega konca, kar povzroči ločevanje zadnjega ostanka kot glukoza-1-fosfat. Kofaktor v tej reakciji je piridoksal fosfat.
Glikogenska fosforilaza zaporedoma cepi en monomer iz neredkega konca, dokler ne doseže mesta, ki so ga odstranili štirje ostanki iz povezave (α1 → 6) (točka veje). To je, kjer bifunkcionalni (eukriot), sredstvo za povečanje prostornine encima pride v poštev. Prvič, katalizira transferazno reakcijo, ki je sestavljena iz prenosa bloka treh glukoznih ostankov iz veje na najbližji neredki konec, s katerim je vezan (α1 → 4). Po tem, razgradljiv encim kaže (α1 → 6) -glukozidazno aktivnost, ki je sestavljena iz cepitve (α1 → 6) -povezave in sproščanja proste glukoze.
Glukoza-1-fosfat nastane za pretvorbo fosfoglukomutaze v glukozo-6-fosfat, ki v skeletnih mišicah vstopa v proces glikolize. V jetrih se glukoza-6-fosfat lahko prenese tudi v endoplazmatski retikulum, tam pod delovanjem glukoze-6-fosfataze (mišice so prikrajšane za ta encim), pretvori v glukozo in sprosti v kri.
Biosinteza glikogena
V manjšem obsegu se biosinteza glikogena (glikogeneza) pojavlja v skoraj vseh telesnih telesih, vendar je najbolj izrazita v jetrih in mišicah. Ta proces se začne z glukozo-6-fosfatom, nastane iz glukoze v heksokinazno ali glukokinazno reakcijo. Del glukoze, ki vstopa v telo s hrano, najprej absorbirajo rdeče krvne celice, ki jo uporabljajo za energijo v procesu mlečne fermentacije. Nastali laktat v hepatocitih se med glukoneogenezo pretvori v glukozo-6-fosfat.
Presnovne poti biosinteze in razgradnja nekaterih spojin se navadno razlikujejo vsaj po nekaterih reakcijah. Presnova glikogena je bil prvi odprti primer tega pomembnega načela. 1957 Louis Leloir je ugotovil, da se v procesu glikogeneze ne uporablja glukoza-1-fosfat, ampak se uporablja gluidin iz uridin difosfata.
Glukoza-6-fosfat se najprej pretvori v glukozo-1-fosfat pod vplivom fosfoglukomutaze. Produkt te reakcije postane substrat za encim UDP-glukoza fosforilaza, ki katalizira reakcijo:
Glukoza 1-fosfat + UTP → UDP-glukoza + FF n
Ker je pirofosfat takoj razcepljen z anorgansko pirofosfatazo, je reakcijsko ravnotežje močno premaknjeno proti tvorbi UDP-glukoze. Slednji je substrat za glikogen sintazo, ki prenaša glukozni ostanek na nerazreden konec molekule glikogena.
Oblikovanje stranskih vej zagotavlja gilkozil- (4 → 6) -transglikozilazo (razvejani encim). Odcepi vejo, vsebuje več kot 11 monomernih enot s 6-7, in jih prenese v C6 hidroksilno skupino ostanka glukoze v bolj notranjem položaju na isti ali drugi veji. Tako nastane razvejanost, ki je potrebna za boljšo topnost glikogena in dostop večjega števila encimov sinteze in cepitve do neredkih koncev.
Glikogen sintaza lahko sintetizira glikogen le, če vsebuje primer - pripravljen polimer glukoze z manj kot šestimi monomernimi enotami. Nastajanje de novo molekul glikogena je možno le zaradi glikogeninske beljakovine, ki služi tudi kot »seme«, na kateri se zberejo nove veje glikogena in encim, kar katalizira začetek oblikovanja naših raziskav.
Glikogenoza in glikogenoliza imata kompleksen regulacijski sistem na več ravneh. Mnogi encimi, ki so vključeni v te procese, so alosterični in lahko spremenijo svojo aktivnost s prilagajanjem potrebam celice. Količina hormonskih zalog je urejena tudi na hormonski ravni, da se ohrani homeostaza celotnega organizma.
Klinični pomen
Kršitev presnove glikogena se pojavi pri mnogih boleznih ljudi, vključno s sladkorno boleznijo. Obstajajo tudi številne dedne bolezni, povezane s prekomernim odlaganjem glikogena v jetrih, ki se imenujejo glikogenoza. Običajno jih spremlja huda hipoglikemija (nizka glukoza v krvi) med obroki. Prvo glikogenozo je leta 1929 opisal Edgar von Gorky, Gerty Corey pa je veliko prispevala k preučevanju teh bolezni. Zdaj je znanih 13 oblik glikogenoze, ki jih povzroča moteno delovanje različnih beljakovin.
Sinteza in razgradnja glikogena
Ko se koncentracija glukoze v krvi poveča, na primer zaradi absorpcije v črevesju med prebavo, se pretok glukoze v celice poveča in vsaj del te glukoze se lahko uporabi za sintezo glikogena. Kopičenje rezerve ogljikovih hidratov v celicah v obliki glikogena ima določene prednosti pred kopičenjem glukoze, saj ne spremlja povečanja znotrajceličnega osmotskega tlaka. Vendar pa je pri pomanjkanju glukoze glikogen zlahka razčlenjen na glukozo ali njene fosfatne estre in nastale monomerne enote uporabljajo celice z energetskimi ali plastičnimi cilji.
4.1. Sinteza glikogena
Glukoza, ki vstopa v celice, je podvržena fosforilaciji s sodelovanjem heksokinaznih ali glukokinaznih encimov:
Nato nastali gl-6-f izomeriziramo v gl-1-f z udeležbo encima fosfoglukomutaze [FGM]:
Potem interakcija chl-1-f z uridin trifosfati tvori UDP-glukozo s sodelovanjem encima UDP-glukoza pirofosforilaze [ali glukoze-1-fosfaturidil-transferaze]:
Pirofosfat se takoj razdeli na dva ostanka fosforne kisline s sodelovanjem encima pirofosfataze. To reakcijo spremlja izguba energije reda velikosti 7 kcal / mol, zaradi česar reakcija nastajanja UDP-glukoze postane nepovratna - termodinamična kontrola smeri procesa.
Na naslednji stopnji se glukozni ostanek iz UDP-glukoze prenese na sintetizirano molekulo glikogena s sodelovanjem encima glikogen sintetaze:
UDP-glukoza + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ glikogen / in molekula glikogena se podaljša z enim glukoznim ostankom. Encim glikogen sintetaza je sposoben pritrditi glukozni ostanek iz UDP-glukoze na molekulo glikogena, ki se gradi, samo z oblikovanjem -1,4-glikozidne vezi. Zato lahko s sodelovanjem samo enega od teh encimov sintetiziramo le linearni polimer. Glikogen je razvejen polimer in nastane razvejanost v molekuli s sodelovanjem drugega encima: amilo-1,4-> 1,6-glikoziltransferaze. Ta encim, znan tudi kot vejni encim, prenaša fragment s 5-7 monomernih enot s konca linearne regije polisaharida, ki je sintetiziran bližje njegovi sredini, in ta fragment se pridruži polimerni verigi zaradi tvorbe a-1,6-glikozidne vezi:
Treba je opozoriti, da se po drugih podatkih cepljivi fragment, ki sestoji iz najmanj 6 glukoznih ostankov, prenese na sosednjo verigo razvejenega polisaharida, ki se gradi. V vsakem primeru bosta obe verigi v prihodnosti zaradi delovanja glikogen sintetaze podaljšani, nove veje pa nastanejo s sodelovanjem podružničnega encima.
Sinteza glikogena se pojavi v vseh organih in tkivih, vendar je največja vsebnost v jetrih [od 2 do 5-6% celotne mase organa] in v mišicah [do 1% njihove mase]. Vključitev 1 glukoznega ostanka v molekuli glikogena spremlja uporaba dveh visokoenergijskih ekvivalentov (1 ATP in 1 UTP), tako da lahko sinteza glikogena v celicah poteka le z zadostno oskrbo celic z energijo.
4.2. Mobilizacija glikogena
Glikogen se kot rezervo glukoze kopiči v celicah med prebavo in se porabi v obdobju po absorpciji. Cepitev glikogena v jetrih ali njegova mobilizacija poteka s sodelovanjem encima glikogen fosforilaze, ki se pogosto imenuje samo fosforilaza. Ta encim katalizira fosforolitsko cepitev a-1,4-glikozidnih vezi terminalnih glukoznih ostankov polimera:
(C6 H10O5) n + H3PO4> (C6 H10O5) n-1 + Gl-1-F Za delitev molekule v območju razvejitve sta potrebna dva dodatna encima: tako imenovani debranching (degeneracijski) - encim in amilo-1,6-glikozidaza in kot posledica delovanja zadnjega encima v celicah nastane prosta glukoza, ki lahko bodisi zapusti celico bodisi je fosforilirana.
Gl-1-f v celicah je izomeriziran z udeležbo fosfoglukomutaze v gl-6-f. Nadaljnjo usodo gl-6-fosfata določimo s prisotnostjo ali odsotnostjo glukoza-6-fosfataze v celicah encima. Če je encim prisoten v celici, katalizira hidrolitično cepitev ostanka fosforne kisline iz gl-6-fosfata, da nastane prost glukoza:
Gl-6-f + H2O D> Glukoza + H3PO4, ki lahko prodre skozi zunanjo celično membrano in vstopi v krvni obtok. Če glukoza-6-fosfataza ni prisotna v celicah, glukoza ni defosforilirana in glukozni ostanek se lahko uporabi le pri tej celici. Upoštevajte, da cepljenje glikogena na glukozo ne potrebuje dodatnega dotoka energije.
V večini človeških organov in tkiv je glukoza-6-fosfataza odsotna, zato se shranjeni glikogen uporablja samo za lastne potrebe. Tipičen predstavnik takih tkiv je mišično tkivo. Glukoza-6-fosfataza je prisotna le v jetrih, ledvicah in črevesju, vendar je prisotnost encima v jetrih (natančneje v hepatocitih) najpomembnejša, ker ta organ igra vlogo neke vrste pufra, ki absorbira glukozo, ko se njena vsebnost v krvi dvigne in krvni krvni obtok dobavi, ko začne koncentracija glukoze v krvi padati.
4.3. Regulacija sinteze in razgradnje glikogena
Če primerjamo presnovne poti sinteze in mobilizacije glik-gena, bomo videli, da so različni:
Ta okoliščina omogoča ločeno ureditev obravnavanih procesov. Ureditev poteka na ravni dveh encimov: glikogen sintetaze, ki sodeluje pri sintezi glikogena, in fosforilaze, ki katalizira razgradnjo glikogena.
Glavni mehanizem regulacije aktivnosti teh encimov je njihova kovalentna modifikacija s fosforilacijo-defosforilacijo. Fosforilirana ali fosforilaza »a« je zelo aktivna, medtem ko je fosforilirana glikogen sintetaza ali sintetaza »b« neaktivna. Če sta oba encima v fosforilirani obliki, se glikogen razcepi v celici, da nastane glukoza. V defosforiliranem stanju, nasprotno, fosforilaza je neaktivna (v obliki »b«) in glikogen-sintetaza je aktivna (v obliki »a«), v tem primeru se v celici sintetizira glikogen iz glukoze.
Ker ima glikogen v jetrih rezervo glukoze za celoten organizem, je treba njegovo sintezo ali razpad nadzorovati s superceličnimi regulativnimi mehanizmi, katerih delo mora biti usmerjeno v ohranjanje stalne koncentracije glukoze v krvi. Ti mehanizmi bi morali zagotoviti vključitev gliko-genske sinteze v hepatocite pri povišanih koncentracijah glukoze v krvi in povečati razgradnjo glikogena, ko se koncentracija glukoze v krvi zniža.
Torej je primarni signal, ki spodbuja mobilizacijo glik-gena v jetrih, zmanjšanje koncentracije glukoze v krvi. V odgovor so celice alfa trebušne slinavke sproščajo svoj hormon, glukagon, v krvni obtok. Glukagon, ki kroži v krvi, sodeluje z njegovim receptorskim proteinom, ki se nahaja na zunanji strani zunanje celične membrane hepatocita. tvorijo gore - mon-receptor kompleks. Nastanek kompleksa hormonskega receptorja vodi do aktivacije encima adenilat ciklaze, ki se nahaja na notranji površini zunanje celične membrane, s posebnim mehanizmom. Encim katalizira tvorbo cikličnega 3,5-AMP (cAMP) iz ATP v celici.
CAMP pa aktivira encim cAMP-odvisno proteinsko kinazo v celici. Neaktivna oblika proteinske kinaze je oligomer, ki sestoji iz štirih podenot: 2 regulatornih in dveh katalitičnih. Ko se koncentracija cAMP v celici poveča, dodamo 2 cAMP molekuli vsaki regulativni podenoti protein-kinaze, konformacija regulatornih podenot se spremeni in oligomer razgradi v regulativne in katalitične podenote. Proste katalitične podenote katalizirajo fosforilacijo številnih encimov v celici, vključno s fosforilacijo glikogen sintetaze z njenim prenosom v neaktivno stanje, s čimer se izklopi sinteza glikogena. Istočasno pride do fosforilacije kinaze fosforilaze in ta encim, aktiviran s fosforilacijo, katalizira fosforilazo fosforilazo z njeno pretvorbo v aktivno obliko, t.j. v obliki "a". Zaradi aktivacije fosforilaze se aktivira razgradnja glikogena in hepatociti začnejo dajati glukozo v kri.
Mimogrede, ugotavljamo, da so pri spodbujanju razgradnje glikogena v jetrih s kateholamini glavni posredniki b-hepatocitni receptorji, ki vežejo adrenalin. Istočasno se v celicah povečuje vsebnost Ca ionov, kjer stimulirajo Ca / kalmodulinu občutljivo kinazo fosforilaze, ki s fosforilacijo aktivira fosforilazo.
Aktivacijska shema cepitve glikogena v hepatocitih
Povečanje koncentracije glukoze v krvi je zunanji signal za hepatocite v smislu spodbujanja sinteze glikogena in s tem povezovanja presežne glukoze iz krvnega obtoka.
Aktivacijska shema sinteze glikogena v jetrih
Deluje naslednji mehanizem: s povečanjem koncentracije glukoze v krvi se poveča tudi vsebnost v hepatocitih. Povečanje koncentracije glukoze v hepatocitih pa v precej zapletenem načinu aktivira v njih encim fosfoprotein fosfatazo, ki katalizira odstranitev ostankov fosforne kisline iz fosforiliranih beljakovin. Defosforilacija aktivne fosforilaze ga spremeni v neaktivno obliko, encim pa aktivira defosforilacija neaktivne glikogen sintetaze. Zato sistem vstopi v stanje, ki zagotavlja sintezo glikogena iz glukoze.
Pri zmanjšanju aktivnosti fosforilaze v hepatocitih ima določen pomen hormon β-celic inzulina trebušne slinavke. B-celice izločajo kot odgovor na zvišanje ravni glukoze v krvi. Njena vezava na insulinske receptorje na površini hepatocitov vodi do aktivacije v jetrih celic encima fosfodiesteraze, ki katalizira pretvorbo cAMP v normalno AMP, ki nima sposobnosti za stimulacijo tvorbe aktivne proteinske kinaze. Na ta način se konča akumulacija aktivne fosforilaze v hepatocitih, kar je pomembno tudi za inhibicijo razgradnje glikogena.
Povsem naravno je, da imajo mehanizmi regulacije sinteze in razgradnje glikogena v celicah različnih organov svoje značilnosti. Kot primer lahko poudarimo, da pri miocitih mišic v mirovanju ali mišicah, ki opravljajo majhno količino dela, praktično ni fosforilaze »a«, vendar se cepitev glikogena ne pojavi. Dejstvo je, da je mišična fosforilaza, ki je v defosforiliranem stanju ali v obliki "b", alosterični encim in se aktivira z AMP in anorganskim fosfatom, prisotnim v miocitih. Tako aktivirana fosforilaza "b" zagotavlja hitrost mobilizacije glikogena, ki je zadostna za izvajanje zmernega fizičnega dela.
Pri intenzivnem delu, zlasti če se obremenitev dramatično poveča, ta raven mobilizacije glikogena postane nezadostna. V tem primeru delujejo supercelični mehanizmi regulacije. V odziv na nenadno potrebo po intenzivni mišični aktivnosti, hormon adrenalin vstopi v kri iz nadledvične medule. Adrenalin z vezavo na receptorje na površini mišičnih celic povzroči odziv miocitov, ki je v svojem mehanizmu podoben odzivu hepatocitov na glukagon, ki je bil pravkar opisan. V mišičnih celicah se pojavi fosforilaza "a" in glikogen sintetaza je inaktivirana in nastali ch-6-f se uporablja kot energijsko "gorivo", katerega oksidacijska razgradnja zagotavlja energijo za krčenje mišic.
Opozoriti je treba, da visoke koncentracije adrenalina, ki jih opazimo v krvi ljudi v pogojih čustvenega stresa, pospešijo razgradnjo glikogena v jetrih in s tem povečajo vsebnost glukoze v krvi - obrambna reakcija, usmerjena v nujno mobilizacijo energetskih virov.
O B M E N U GL O V O D O V
2.1. Oksidativna razgradnja ogljikovih hidratov v tkivih
Najpomembnejše funkcije monosaharidov v telesu so energija in plastika; Obe funkciji sta realizirani pri oksidativni razgradnji monosaharidov v celicah. Med oksidacijo ogljikovih hidratov se sprosti 4,1 kcal / g (približno 17 kJ / g) proste energije, zaradi oksidacije ogljikovih hidratov pa ljudje pokrivajo 5560% skupne porabe energije. Med oksidacijo ogljikovih hidratov nastaja veliko število produktov razgradnje, ki se uporabljajo za sintezo različnih lipidov, esencialnih aminokislin in drugih spojin, potrebnih za celice. Poleg tega pri oksidaciji ogljikovih hidratov v celicah nastajajo regeneracijski potenciali, ki jih nadalje uporabljajo pri reakcijah redukcije biosinteze, v procesih razstrupljanja, za nadzor ravni lipidne peroksidacije itd.
Glavni monosaharid v oksidacijskih transformacijah v celicah je glukoza, ker je v velikih količinah, ki prihaja iz črevesja v notranje okolje telesa, se sintetizira med glukoneogenezo ali pa nastane v prosti obliki ali v obliki fosfornih etrov med cepitvijo glikogena. Vloga drugih monosaharidov je manj pomembna, saj se njihova količina, ki vstopa v celice v količinskem smislu, zelo razlikuje glede na sestavo hrane.
Obstaja več presnovnih poti za oksidacijo glukoze, od katerih so glavne:
a) aerobna presnova ogljikovega dioksida in vode;
b) anaerobna oksidacija v laktat;
c) pentozno oksidacijo;
g) oksidacija z nastajanjem glukuronske kisline.
Globina oksidativnega cepitve molekule glukoze lahko
je drugačen: od oksidacije ene od terminalnih skupin molekul do karboksilne skupine, ki se pojavi med nastajanjem glukuronske kisline, do popolne razgradnje molekule glukoze med aerobno razgradnjo.
2.1.1. Aerobna oksidacija glukoze
V celicah aerobnih organizmov je aerobna razgradnja na ogljikov dioksid in vodo osnovna, vsaj glede na celotno količino cepljive glukoze. Pri razdeljevanju 1 M glukoze (180 g) v aerobnih pogojih se sprosti 686 kcal proste energije. Proces aerobne oksidacije glukoze lahko razdelimo v tri faze:
1. Razdelitev glukoze na piruvat.
2. Oksidativna dekarboksilacija piruvata v acetil CoA.
3. Oksidacija acetila v Krebsovem ciklu (CTC), skupaj z delom verige dihalnih encimov.
Te faze lahko predstavimo tudi kot splošno shemo:
Glukoza> 2 piruvat D> 2 acetil CoA D> 4CO2 + 10 H20
2.1.1.1. Cepitev glukoze na piruvat
V skladu s sodobnimi koncepti se prva stopnja oksidacije glukoze odvija v citosolu in jo katalizira supramolekularni protein kompleksni glikolitični metabolon, ki vključuje do ducat posameznih encimov.
Prva stopnja oksidacije glukoze se lahko razdeli v dve fazi. V reakcijah prve faze, fosforilacije glukoze, izomerizacije glukoznega ostanka v fruktozni ostanek, pride do dodatne fosforilacije ostanka fruktoze in končno. delitev heksoznega ostanka na dva ostanka fosfotrioze:
To reakcijo katalizira encim heksokinaza. ATP se uporablja kot fotoobvezujoče sredstvo v celici. Reakcijo spremlja izguba proste energije reda 5,0 kcal / mol in v pogojih celice nepovratna.
Druga reakcija, ki jo katalizira fosfoheksoizomeraza, je lahko reverzibilna.
Tretjo reakcijo katalizirajo encimi fosfofruktokinaza. Pri tej reakciji se izgubi tudi 3,4 kcal / mol energije, ki je podobno kot reakcija heksokinaze pod celičnimi pogoji nepovratna.
To reakcijo katalizira encim aldolaza, reakcija je reverzibilna. Kot rezultat reakcije se fruktoza1,6 bisfosfat razdeli na dva triosofosfata.
V celičnih pogojih se fosfodihidroksiaceton (FDA) z lahkoto izomerizira v 3-fosfogliceraldehid (PHA) s sodelovanjem encima triosefosfat-izomeraze med peto reakcijo. Zato lahko domnevamo, da je v prvi fazi te faze 2 porabljen ATP in da se iz molekule glukoze tvorijo dve molekuli 3-fosfogliceraldehida.
V drugi fazi prve stopnje oksidacije glukoze se PHA pretvori v piruvat. Ker razgradnja molekule glukoze tvori 2 molekuli PHA, moramo v nadaljnjem opisu postopka upoštevati to okoliščino.
Naslednja reakcija obravnavanega postopka je oksidacijska reakcija:
Med to reakcijo, katalizirano z dehidrogenazo 3-fosfoglicerinskim aldehidom, PHA oksidiramo v 1,3-difosfoglicerinsko kislino. Oksidacija poteka z dehidrogeniranjem in vodikovi atomi, ki se odcepijo od substrata, se prenesejo v NAD + z nastankom reducirane oblike koencima. Oksidacijska energija se kopiči v celici, najprej v obliki reducirane energije NADH + H +, in drugič, v obliki makroergične vezi med oksidacijskim produktom in fosforno kislino, ki sodeluje v reakciji, t.j. v makroergični vezici 1,3-difosfoglicerinske kisline.
V sedmi reakciji se ostanek fosforne kisline iz 1,3-difosfoglicerata skupaj z energijo, shranjeno v makroergični vezi, prenese na ADP z nastankom ATP:
To reverzibilno reakcijo katalizira encim fosfogliceratna kinaza.
Sledi reverzibilna izomerizacija 3-fosfoglicerinske kisline v 2-fosfoglicerinsko kislino ob sodelovanju encima fosfoglicerat rutmutaze:
V naslednji, deveti reakciji, se voda odcepi iz 2-fosfoglicerinske kisline:
Med razdeljevanjem vode se elektronska gostota v molekuli redistribuira z nastajanjem makroergične vezi med drugim ogljikovim atomom enolne oblike piruvične kisline in preostalim fosforjem. Reakcija je reverzibilna, katalizirana z encimom enolazo.
Energija, akumulirana v makroergični vezi FEP skupaj z ostankom fosforne kisline med naslednjo reakcijo, se prenese na ADP z tvorbo ATP. Reakcijo katalizira piruvat kinaza.
Reakcijo spremlja izguba 7,5 kcal / mol energije in je praktično nepovratna pod celičnimi pogoji.
Celotna enačba prve stopnje aerobne oksidacije glukoze:
Glukoza + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 piruvat + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O
V tej fazi se sprosti 140 kcal / mol energije, njen glavni del (okoli 120 kcal / mol) se kopiči v celici kot 2 energiji ATP in 2 zmanjšani energiji NAD + ADSCH, iz česar sledi, da se na prvi stopnji molekula glukoze razcepi na dve molekuli. piruvična kislina, medtem ko celica za vsako molekulo razgrajene glukoze prejme 2 molekuli ATP in dve molekuli reduciranega NADH + H +.
Regulacijo prve faze cepitve aerobne glukoze izvajamo s pomočjo termodinamičnih mehanizmov in mehanizmov alosterične modulacije regulatornih encimov, ki sodelujejo pri delu te presnovne poti.
S pomočjo termodinamičnih mehanizmov se pretok metabolitov nadzoruje po tej presnovni poti. V opisani sistem reakcij so vključene tri reakcije, med katerimi se izgubi velika količina energije: heksokinaza (G0 = 5,0 kcal / mol), fosfofruktokinaza (G0 = 3,4 kcal / mol) in piruvat kinaza (G0 = 7,5 kcal / mol) ). Te reakcije v celici praktično niso reverzibilne, zlasti piruvat kinazne reakcije, in zaradi njihove ireverzibilnosti postane celota nepovratna.
Intenzivnost metabolitskega toka v obravnavani presnovni poti se kontrolira v celici s spremembo aktivnosti alosteričnih encimov, vključenih v sistem: heksokinaze, fosfofruktokinaze in piruvat kinaze. Točke termodinamične kontrole metabolne poti so torej mesta, kjer je regulirana intenzivnost presnovkov.
Glavni regulativni element sistema je fosfofruktokolaza. Aktivnost tega encima zavirajo visoke koncentracije ATP v celici, stopnja alosterične inhibicije encima ATP se poveča pri visokih koncentracijah citrata v celici. AMP je alosterični aktivator fosfofruktokinaze.
Heksokinazo inhibira alosterični mehanizem z visokimi koncentracijami Gl6f. V tem primeru se ukvarjamo z delom povezanega regulativnega mehanizma. Po inhibiciji aktivnosti fosfofruktokinaze z visokimi koncentracijami ATP se v celici kopiči Fr6f, kar pomeni, da se Gl6f kopiči, saj je reakcija, ki jo katalizira fosfoheksoizomeraza, lahko reverzibilna. V tem primeru povečanje koncentracije ATP v celici zavira aktivnost ne samo fosfofruktokinaze, ampak tudi heksokinaze.
Regulacija aktivnosti tretje piruvat kinaze kinaze izgleda zelo težko. Aktivnost encima stimuliramo z Gl6f, Fr1.6bf in PHA z alosteričnim mehanizmom, tako imenovano aktivacijo prekurzorja. Visoke znotrajcelične koncentracije ATP, NADH, citrata, sukcinila CoA in maščobnih kislin zavirajo aktivnost encimov z alosteričnim mehanizmom.
Na splošno je delitev glukoze na piruvat inhibirana na ravni 3 označenih kinaz z visoko koncentracijo ATP v celici, t.j. v pogojih dobre energetske oskrbe celice. S pomanjkanjem energije v celici se doseže aktivacija razdelitve glukoze, prvič z odstranitvijo alosterične inhibicije kinaz z visokimi koncentracijami ATP in alosterično aktivacijo AMP fosfofruktokokinaze in, drugič, z alosterično aktivacijo piruvat kinaze s prekurzorji Gl6F, Fr1.6bf in PHA.
Kakšna je smisel zaviranja citrat fosfofruktokinaze in citrata ter sukcinilne CoA piruvat kinaze? Dejstvo je, da se dve molekuli acetil-CoA tvorita iz ene molekule glukoze, ki se nato oksidira v Krebsovem ciklu. Če se citrat in sukcinil CoA kopičita v celici, se Krebsov cikel ne ukvarja z oksidacijo že akumuliranega acetil CoA in je smiselno upočasniti njegovo dodatno tvorbo, kar se doseže z zaviranjem fosforne ruktokinaze in piruvat kinaze.
In končno, inhibicija oksidacije glukoze na ravni piruvat kinaze s povečanjem koncentracije maščobnih kislin je namenjena varčevanju glukoze v celici v pogojih, ko je celici zagotovljena druga, bolj učinkovita oblika energijskega goriva.
2.1.1.2. Oksidacijsko dekarboksilacijo piruvata
V aerobnih pogojih je piruvična kislina podvržena oksidativni dekarboksilaciji, da nastane acetil CoA. To transformacijo katalizira supramolekularni piruvat dehidrogenazni kompleks, lokaliziran v mitohondrijskem matriksu. Pirvatdehidrogenazni kompleks sestoji iz treh različnih encimov: piruvat dekarboksilaza, dihidrolipatoacetiltransferaza in dehidrogenaza dihidrolipoična kislina, njihova kvantitativna razmerja v kompleksu pa so odvisna od izvora izločanja, praviloma se to razmerje približa 30: 1: 10.
Prvi encim tega kompleksa je piruvat dekarboksilaza (E1)