Glikogenas yra gyvūnų angliavandenių rezervatas, kurį sudaro daug gliukozės likučių. Glikogeno pasiūla leidžia greitai užpildyti gliukozės trūkumą kraujyje, kai tik sumažėja jo kiekis, glikogeno skaidymas ir laisva gliukozė patenka į kraują. Žmonėms gliukozė daugiausia laikoma glikogeno pavidalu. Ląstelėms nėra naudinga kaupti atskiras gliukozės molekules, nes tai žymiai padidintų osmotinį slėgį ląstelės viduje. Savo struktūroje glikogenas primena krakmolą, ty polisacharidą, kurį daugiausia saugo augalai. Krakmolas taip pat susideda iš gliukozės liekanų, sujungtų viena su kita, tačiau glikogeno molekulėse yra daug daugiau šakų. Aukštos kokybės reakcija į glikogeną - reakciją su jodu - suteikia rudą spalvą, skirtingai nuo jodo reakcijos su krakmolu, kuris leidžia gauti raudonos spalvos.
Glikogeno gamybos reguliavimas
Glikogeno susidarymas ir suskirstymas reguliuoja keletą hormonų, būtent:
1) insulinas
2) gliukagonas
3) adrenalinas
Glikogeno susidarymas atsiranda po to, kai gliukozės koncentracija kraujyje padidėja: jei yra gliukozės kiekis, jis turi būti saugomas ateityje. Gliukozės įsisavinimą ląstelėse daugiausia reguliuoja du hormonų antagonistai, ty hormonai, turintys priešingą poveikį: insulinas ir gliukagonas. Abu hormonai išsiskiria kasos ląstelėmis.
Atkreipkite dėmesį: žodžiai „gliukagonas“ ir „glikogenas“ yra labai panašūs, tačiau gliukagonas yra hormonas, o glikogenas yra atsarginis polisacharidas.
Insulinas sintezuojamas, jei kraujyje yra daug gliukozės. Tai paprastai atsitinka po to, kai asmuo valgė, ypač jei maistas yra angliavandenių turintis maistas (pavyzdžiui, jei valgote miltus ar saldų maistą). Visi maisto produktuose esantys angliavandeniai yra suskirstyti į monosacharidus, o jau šioje formoje jie absorbuojami per žarnyno sieną į kraują. Todėl gliukozės lygis pakyla.
Kai ląstelių receptoriai reaguoja į insuliną, ląstelės sugeria gliukozę iš kraujo, o jo lygis vėl mažėja. Beje, dėl šios priežasties diabetas - insulino trūkumas - yra vaizduotai vadinamas „bado tarp gausos“, nes kraujyje po valgymo, kuriame yra daug angliavandenių, yra daug cukraus, tačiau be insulino ląstelės negali įsisavinti. Dalis gliukozės ląstelių yra naudojama energijai, o likusi dalis paverčiama riebalais. Kepenų ląstelės naudoja absorbuojamą gliukozę glikogeno sintezei. Jei kraujyje yra mažai gliukozės, vyksta atvirkštinis procesas: kasa išskiria gliukagono hormoną, o kepenų ląstelės pradeda suskaidyti glikogeną, išskiria gliukozę į kraują arba vėl sintezuoja gliukozę iš paprastesnių molekulių, pavyzdžiui, pieno rūgšties.
Adrenalinas taip pat sukelia glikogeno suskaidymą, nes visas šio hormono veiksmas yra skirtas organizmui mobilizuoti, ruošiant jį „hit“ ar „paleisti“ tipo reakcijai. Ir dėl to būtina, kad gliukozės koncentracija taptų didesnė. Tada raumenys gali jį naudoti energijai.
Taigi, maisto absorbcija sukelia hormono insulino išsiskyrimą į kraują ir glikogeno sintezę, o badas sukelia hormono gliukagono išsiskyrimą ir glikogeno skaidymą. Adrenalino išsiskyrimas, vykstantis stresinėse situacijose, taip pat sukelia glikogeno skaidymą.
Kas yra glikogenas, susintetintas iš?
Gliukozės-6-fosfatas tarnauja kaip substratas glikogeno arba glikogenogenezės sintezei, kaip tai daroma kitaip. Tai yra molekulė, gaunama iš gliukozės po to, kai fosforo rūgšties liekana yra prijungta prie šeštojo anglies atomo. Gliukozė, kuri sudaro gliukozės-6-fosfatą, patenka į kepenis iš kraujo ir į žarnyno kraują.
Galima ir kita galimybė: gliukozę galima susintetinti iš paprastesnių pirmtakų (pieno rūgšties). Tokiu atveju gliukozė iš kraujo patenka į raumenis, kur ji yra suskaidyta į pieno rūgštį su energijos išsiskyrimu, o tada sukaupta pieno rūgštis yra pervežama į kepenis, o kepenų ląstelės iš jos sintetina gliukozę. Tada gliukozė gali būti konvertuojama į gliukozės-6-fosfotą ir, remiantis juo, glikogeno sintezei.
Glikogeno susidarymo etapai
Taigi, kas vyksta glikogeno sintezės procese iš gliukozės?
1. Gliukozė po fosforo rūgšties liekanos tampa gliukozės-6-fosfatu. Taip yra dėl fermento heksokinazės. Šis fermentas turi keletą skirtingų formų. Heksokinazė raumenyse šiek tiek skiriasi nuo heksokinazės kepenyse. Šio fermento, esančio kepenyse, forma yra blogesnė, susijusi su gliukoze, o reakcijos metu susidaręs produktas neslopina reakcijos. Dėl šios priežasties kepenų ląstelės gali absorbuoti gliukozę tik tada, kai yra daug jos, ir aš galiu iš karto paversti daug substrato į gliukozės-6-fosfatą, net jei neturiu laiko jį apdoroti.
2. Fermentas fosfoglukomutazė katalizuoja gliukozės-6-fosfato konversiją į jo izomerą, gliukozės-1-fosfatą.
3. Gautas gliukozės-1-fosfatas sujungia su uridino trifosfatu, formuodamas UDP-gliukozę. Šį procesą katalizuoja UDP-gliukozės pirofosforilazės fermentas. Ši reakcija negali vykti priešinga kryptimi, tai yra negrįžtama tose sąlygose, kurios yra ląstelėje.
4. Glikogeno sintezės fermentas perkelia gliukozės likučius į atsirandančią glikogeno molekulę.
5. Glikogeno fermentavimo fermentas prideda šakų taškus, sukurdamas glikogeno molekulėje naujas šakas. Vėliau šio filialo pabaigoje glikogeno sintazės pagalba pridedamos naujos gliukozės liekanos.
Kur yra glikogeno kaupimo metu?
Glikogenas yra gyvybei reikalingas atsarginis polisacharidas, kuris yra laikomas mažų granulių, esančių kai kurių ląstelių citoplazmoje, pavidalu.
Glikogenas saugo šiuos organus:
1. Kepenys. Glikogenas kepenyse yra gana gausus, ir tai yra vienintelis organas, kuris naudoja glikogeno kiekį cukraus koncentracijai kraujyje reguliuoti. Iki 5-6% gali būti glikogeno iš kepenų masės, kuri maždaug atitinka 100-120 gramų.
2. Raumenys. Raumenyse glikogeno atsargos yra mažesnės procentais (iki 1%), tačiau iš viso pagal svorį jos gali viršyti visus kepenyse saugomus glikogenus. Raumenys neišskiria gliukozės, susidariusios glikogeno išardymo į kraują, jie naudoja tik savo reikmėms.
3. Inkstai. Jie rado nedidelį kiekį glikogeno. Dar mažesni kiekiai buvo aptinkami gliuzinėse ląstelėse ir leukocituose, ty baltuose kraujo kūneliuose.
Kiek laiko glikogenas saugo?
Gyvybiškai svarbaus organizmo veikimo metu glikogenas sintezuojamas gana dažnai, beveik kiekvieną kartą po valgio. Kūnas neturi prasmės laikyti milžiniškus glikogeno kiekius, nes jo pagrindinė funkcija nėra tarnauti kaip maistinių medžiagų donoras kiek įmanoma ilgiau, bet reguliuoti cukraus kiekį kraujyje. Glikogeno atsargos trunka apie 12 valandų.
Palyginimui saugomi riebalai:
- Pirma, jie paprastai turi daug didesnę masę nei saugomo glikogeno masė,
- antra, jie gali būti pakankamai vieno mėnesio.
Be to, verta paminėti, kad žmogaus organizmas angliavandenius gali paversti riebalais, bet ne atvirkščiai, ty saugomi riebalai negali būti konvertuojami į glikogeną, jis gali būti naudojamas tik energijai. Tačiau glikogenui suskaidyti į gliukozę, tada sunaikinkite patį gliukozę ir naudokite gautą produktą riebalų sintezei, kurią žmogaus kūnas yra gana pajėgus.
Glikogenas yra lengvai panaudojamas energijos rezervas.
Glikogeno mobilizavimas (glikogenolizė)
Glikogeno rezervai naudojami skirtingai, priklausomai nuo ląstelės funkcinių savybių.
Kepenų glikogenas suskaidomas mažinant gliukozės koncentraciją kraujyje, visų pirma tarp valgio. Po 12-18 valandų nevalgius, glikogeno atsargos kepenyse yra visiškai išeikvotos.
Raumenyse glikogeno kiekis paprastai mažėja tik fizinio aktyvumo metu - ilgai ir (arba) intensyviai. Čia naudojamas glikogenas, siekiant užtikrinti, kad miocitai veiktų gliukoze. Taigi, raumenys ir kiti organai naudoja glikogeną tik savo reikmėms.
Glikogeno arba glikogenolizės mobilizavimas (skaidymas) aktyvuojamas, kai ląstelėje trūksta laisvos gliukozės, taigi ir kraujyje (nevalgius, raumenų darbą). Gliukozės kiekis kraujyje "tikslingai" palaiko tik kepenis, kuriose yra gliukozės-6-fosfatazės, kuri hidrolizuoja gliukozės fosfato esterį. Laisvas gliukozės kiekis, susidaręs hepatocituose, išsiskiria per kraujo plazmą.
Trys fermentai tiesiogiai dalyvauja glikogenolizėje:
1. Fosforilazės glikogenas (koenzimo piridokso fosfatas) - išskiria α-1,4-glikozidines jungtis, kad susidarytų gliukozės-1-fosfatas. Fermentas veikia iki 4 gliukozės likučių iki šakos taško (α1,6-jungtis).
Fosforilazės vaidmuo mobilizuojant glikogeną
2. α (1,4) -α (1,4) -glukantransferazė yra fermentas, kuris perkelia fragmentą iš trijų gliukozės liekanų į kitą grandinę, formuodamas naują α1,4-glikozidinę jungtį. Tuo pačiu metu vienoje vietoje lieka viena gliukozės liekana ir „atvira“ prieinama α1,6-glikozidinė jungtis.
3. Amil-α1,6-gliukozidazė ("detituschy" fermentas) hidrolizuoja α1,6-glikozidinę jungtį su laisvo (nes fosforilinto) gliukozės išsiskyrimu. Dėl to susidaro grandinė be šakų, kuri vėl veikia kaip fosforilazės substratas.
Fermentų vaidmuo glikogeno skaidyme
Glikogeno sintezė
Glikogeną galima sintezuoti beveik visuose audiniuose, tačiau didžiausios glikogeno atsargos yra kepenyse ir skeleto raumenyse.
Raumenyse glikogeno kiekis paprastai mažėja tik fizinio aktyvumo metu - ilgai ir (arba) intensyviai. Glikogeno kaupimasis čia pastebimas atsigavimo laikotarpiu, ypač vartojant didelį angliavandenių kiekį.
Kepenų glikogenas yra suskirstytas sumažinant gliukozės koncentraciją kraujyje, visų pirma tarp valgio (po adsorbcijos laikotarpio). Po 12-18 valandų nevalgius, glikogeno atsargos kepenyse yra visiškai išeikvotos. Glikogenas kaupiasi kepenyse tik po valgio, su hiperglikemija. Taip yra dėl kepenų kinazės (gliukokinazės) ypatumų, kurie turi mažą afinitetą gliukozei ir gali veikti tik esant didelei koncentracijai.
Esant normalioms gliukozės koncentracijoms kraujyje, jo gaudymas kepenyse nėra atliekamas.
Šie fermentai tiesiogiai sintezuoja glikogeną:
1. Fosoglukomutazė - konvertuoja gliukozės-6-fosfatą į gliukozės-1-fosfatą;
2. Gliukozės-1-fosfato-uridiltransferazė - fermentas, atliekantis pagrindinę sintezės reakciją. Šios reakcijos negrįžtamumas užtikrinamas gauto difosfato hidrolizės būdu;
UDP-gliukozės sintezės reakcijos
3. Glikogeno sintezė - sudaro α1,4-glikozidinius ryšius ir plečia glikogeno grandinę, prijungdama aktyvuotą C1 UDF-gliukozę į C4 galinę glikogeno liekaną;
Glikogeno sintezės reakcijos chemija
4. Amil-α1,4-α1,6-glikoziltransferazė, "glikogeno šaknis" fermentas - perkelia fragmentą, kurio minimalus ilgis yra 6 gliukozės liekanos, į gretimą grandinę, formuojant α1,6-glikozidinę jungtį.
Chemikų vadovas 21
Chemija ir cheminė technologija
Glikogeno skaidymas, siekiant sudaryti gliukozę
Fosforolizės metu glikogenas tokiu būdu suyra su fosforo esteriu, susidarius gliukozei, prieš tai nesiskaldydamas į didesnius polisacharido molekulės fragmentus. [p.251]
Fosforilazės perneša polisacharidus (ypač glikogeną) iš saugojimo formos į metaboliškai aktyvią formą, dalyvaujant fosforilazei, ir glikogenas suskaido, kad susidarytų gliukozės fosfato eteris (gliukozės-1-fosfatas), nesiskirsdamas didesnės polisacharido molekulės į didesnius fragmentus. Apskritai ši reakcija gali būti pavaizduota taip [p.325]
Vėliau mes atsakysime į šį svarbų klausimą (25 skyrius), dabar tik sakome, kad jei kūnas staiga susiduria su kritine padėtimi, antinksčių žiurkė išskiria adrenalino hormoną, kuris yra kepenų ir raumenų molekulinis signalas. Šio signalo įtakoje kepenys virsta glikogeno fosforilaze, dėl to padidėja gliukozės kiekis kraujyje, t.y. raumenys gauna kurą. Tą patį signalą skeleto raumenyse sudaro glikogeno skaidymas su laktato susidarymu, tokiu būdu didinant [p.464]
Dietinių angliavandenių virškinimas prasideda burnos ertmėje. Veikiant fermento seilių amilazei, krakmolui ir glikogenui, susidaro nedidelis skilimas, kad susidarytų mažos molekulinės masės polisacharidai - dekstrinai. Tolimesnis dekstrinų, taip pat nesmulkinto krakmolo ir glissogeno skaidymas vyksta plonojoje žarnoje, dalyvaujant kasos sulčių amilazei. Rezultatas yra maltozės disacharidas, susidedantis iš dviejų gliukozės liekanų. Angliavandenių virškinimas baigiamas formuojant maltozę ir kitus maisto disacharidus (sacharozę, laktozę) į monosacharidus (gliukozę, fruktozę, galaktozę), kurių pagrindinė yra gliukozė. [c.44]
Kompleksiniai angliavandeniai pradeda transformuotis jau burnos srityje. Seilėse, seilių liaukos išskiriamoje sekrecijoje (parotidinė, submandibulinė, sublingualinė) yra du fermentai, kurie suskaido angliavandenių amilazę (seilių amilazę, vadinamą ptyalinu) ir nedideliame maltozės kiekyje. Šie fermentai, veikiantys krakmolą ar glikogeną, sukelia šių polisacharidų skaidymąsi (hidrolizę) į gliukozės susidarymą. [c.241]
Siekiant, kad glikogeno fosforilė suskaidytų pagal glikogeno poveikį, kitam fermentui taip pat reikia veikti polisacharidą. (1 -> 6) -glukozidazė. Šis fermentas katalizuoja dvi reakcijas. Pirmajame iš jų iš keturių paminėtų keturių gliukozės liekanų jis suskaldo ir perkelia juos į kitos išorinės šoninės grandinės pabaigą. Antroje reakcijoje, kurią katalizuoja (1 - + -> 6) -glukozidazė, ketvirtoji gliukozės liekana yra suskaldyta, prijungta prie (1-> 6> jungties) šakos taško. vienos D-gliukozės molekulės susidarymas ir nuo - [p.457]
Glikogenas tirpsta karštame vandenyje ir sudaro opalescinį tirpalą. Jis yra nudažytas raudonu rudos spalvos jodu, artimu jodo spalvos amilopektino spalvai. Glikogenas neturi mažinančių savybių. Glikogeno hidrolizės praskiestos mineralinės rūgšties metu, taip pat suskaidant jį su fermentais, susidaro a-O-gliukozė. Gliukozės molekulių gliukozės molekulių liekanos yra tarpusavyje sujungtos gliukozidinėmis jungtimis 1,4 ir 1,6. Taigi, kaip ir amil-pektinas, glikogeno molekulė turi šakotą struktūrą, didesnį kiekį 1,6 gliukozidinių jungčių (12 junginių 1,4, yra viena 1,6 jungtis), o ne amilopektino molekulėje. labiau šakotas ir labiau kompaktiškas (5 pav.). [c.74]
Kepenų funkcija angliavandenių apykaitoje yra labai didelė ir daugialypė. Jis sugeba sintezuoti glikogeną iš gliukozės ir ne angliavandenių medžiagos. Tokia medžiaga gali būti pieno rūgštis, glicerinas, glikokolio, alanino, tirozino, fenilalanino, serino, treonino, cisteino, valino, izoleucino, asparto ir glutamo rūgščių, arginino ir prolino skilimo produktai. Tai yra vadinamosios glikogeninės rūgštys. Kepenys gali oksiduoti piruvinę rūgštį, kad susidarytų ATP, kurį kepenys naudoja pieno rūgšties konversijai į glikogeną. [c.84]
Pirmą kartą su AMP priklausomu baltymų fosforilinimu aptikta glikogeno metabolizmo skeleto raumenų ląstelėse tyrimas. Glikogenas yra pagrindinė gliukozės atsargų forma, kaip jau minėta, jo susiskaidymą raumenų ląstelėse reguliuoja adrenalinas (iš tiesų, adrenalinas reguliuoja tiek glikogeno skaidymą, tiek jo sintezę skeleto raumenyse). Pavyzdžiui, jei gyvūnas patiria stresą (panika ir pan.), Tada antinksčių liaukos pradės mesti adrenaliną į kraują, o tai atneš įvairius kūno audinius į pasirengimo būseną. Adrenalinas, kuris cirkuliuoja kraujyje, ypač lemia glikogeno skaidymą raumenų ląstelėse iki gliukozės-1-fosfato ir kartu slopina naujos glikogeno sintezę. Gliukozės-1-fosfatas paverčiamas gliukozės-6-fosfatu, kuris oksiduojamas glikolizės reakcijose suformuojant ATP, suteikiant energiją intensyviam raumenų darbui. Tokiu būdu, adrenalinas paruošia raumenų ląsteles intensyviam darbui. [c.372]
Žmonėms yra žinoma keletas genetinių ligų, susijusių su glikogeno sintezės sutrikimu ar gedimu. Vienas iš pirmųjų buvo lėtinio kepenų padidėjimo atvejis - 8-erių metų mergaitė, kuri taip pat turėjo įvairių medžiagų apykaitos sutrikimų. Mergina mirė nuo gripo. Autopsija atskleidė, kad jos kepenys buvo 3 kartus didesnės už normą, jame buvo milžiniškas glikogeno kiekis, jo dalis sudarė beveik 40% organo sausosios masės. Iš kepenų izoliuotas glikogenas buvo gana normalus, tačiau, kai kepenų audinio gabalas buvo homogenizuotas ir inkubuojamas buferyje, šis glikogenas išliko nepakitęs - nei susidarė laktozė, nei gliukozė. Kai į glikogeną buvo pridėta normalios kepenų audinio suspensija, ji greitai sugriuvo į gliukozę. Remiantis šiuo biocheminiu tyrimu, mokslininkai padarė išvadą, kad pacientas sutrikdė glikogeno gedimo procesą (ši liga dažnai vadinama Gyrke liga po to, kai jį pavadino gydytojas). Iš pradžių buvo daroma prielaida, kad gliukozės-6-fosfatazė buvo defektinis fermentas, nes ligonių kepenys nesukūrė gliukozės, bet laktato susidarymo nebuvimas parodė, kad defektas paveikė arba glikogeno fosforilazę, arba išskyrimo fermentą [a (1 - 6 a) -glukozidazė]. Vėliau mokslininkai buvo sustiprinti, manydami, kad šiuo klasikiniu atveju jį paveikė (1 - 6) -glukozidazė. Todėl glikogeno molekulės kepenyse gali būti suskaidytos, kad susidarytų gliukozė arba [c.616]
Čia reikia pabrėžti, kad glikogeno skaidymas kepenyse su laisvo gliukozės susidarymu (glikogeno mobilizacija, p. 245) daugiausia vyksta fosforolitiniu būdu. Tuo pačiu metu glikogenas yra suskaidytas ne amilazės, bet kepenų fosforilazės, susidarant gliukozės-1-monofosforo eteriui (p. 251). Pastarasis labai greitai išsiskyrė kepenų fosfatazėmis į laisvą gliukozę ir fosforo rūgštį. Taigi, galiausiai, fosforilazė ir gliukozės-1-monofosforo eterio fosfatazė, esanti kepenyse, išskiria glikogeną į atskiras gliukozės daleles, be tarpinio dekstrinų ir maltozės susidarymo, kurie yra būdingi glikogeno hidrolizinio degradacijos produktai (esant amilazei). [p.245]
Metabolizmas smegenyse, raumenyse, riebaliniame audinyje ir kepenyse labai skiriasi. Paprastai maitinamam žmogui gliukozė yra beveik vienintelis smegenų energijos šaltinis. Kai nevalgius, ketonų organai (acetoacetatas ir 3-hidroksi-butiratas) įgyja pagrindinio smegenų energijos šaltinio vaidmenį. Raumenys, kaip energijos šaltinis, naudoja gliukozės, riebalų rūgščių ir ketonų organizmus ir sintezuoja glikogeną kaip energijos rezervą savo reikmėms. Riebalinis audinys specializuojasi triacilglicerolių sintezėje, laikyme ir mobilizavime. Keli kepenų metaboliniai procesai palaiko kitų organų darbą. Kepenys gali greitai mobilizuoti glikogeną ir atlikti gliukogenogenezę, kad atitiktų kitų organų poreikius. Kepenys vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant lipidų apykaitą. Kai energijos šaltiniai yra gausūs, vyksta riebalų rūgščių sintezė ir esterinimas. Tada jie persikelia iš kepenų į riebalinius audinius labai mažo tankio lipoproteinų (VLDL) pavidalu. Tačiau, pasninkaujant, riebalų rūgštys kepenyse paverčiamos ketonais. Visų šių organų aktyvumą integruoja hormonai. Insulinas rodo maisto išteklių gausą, skatina glikogeno ir triacilglicerolių susidarymą, taip pat baltymų sintezę. Gliukagonas, priešingai, signalizuoja apie mažą gliukozės kiekį kraujyje, skatina glikogeno ir gliukogenogenezės skaidymą kepenyse ir triacilglicerolių hidrolizę riebaliniame audinyje. Adrenalinas ir norepinefrinas veikia energijos išteklius, tokius kaip gliukagonas, o jų pagrindinis tikslas yra raumenys, o ne kepenys. [c.296]
Insulinas Svarbus angliavandenių apykaitos ir cukraus kiekio kraujyje reguliavimas vaidina hormono insuliną. Skirtingai nuo kitų hormonų, jis sumažina cukraus koncentraciją kraujyje, padidina gliukozės konversiją į glikogeną kepenyse ir raumenyse, skatina tinkamą gliukozės oksidaciją audiniuose, taip pat neleidžia gliukogeno skaidymui gliukozės. Insulinas veikia gliukozės fosforilinimo procesą su gliukozės-6-fosfato formavimu, kuris yra pirmasis glikogenezės etapas, arba glikogeno susidarymas. Nesant pakankamo insulino suvartojimo, ląstelės gliukozės konversija į ląstelių gliukozės-6-fosfatą yra atidėta. [c.364]
Gibson, 1948 [1099]) (25080). Šiuo atveju pažeistas fermentas yra nuo MAVN priklausomas metemoglobino reduktazės. Pirmasis bandymas sistemingai tirti žmonių ligų, susijusių su metaboliniais defektais, grupę buvo atliktas 1951 m. Glikogeno kaupimosi ligos tyrime [1044] Cory pora parodė, kad aštuoniose iš dešimties atvejų, kai diagnozuota Gyrke liga (23220), kepenų glikogeno struktūra buvo normalus variantas, o dviem atvejais tai buvo akivaizdžiai sutrikusi. Taip pat buvo akivaizdu, kad kepenų glikogenas, kaupiantis perteklius, negali būti tiesiogiai konvertuojamas į cukrų, nes pacientams pasireiškia polinkis į hipoglikemiją. Daugelis fermentų yra būtini glikogeno skaidymui, kad susidarytų gliukozė kepenyse. Dvi iš jų, amil-1,6-gliukozidazė ir gliukozės-6-fosfatazė, buvo pasirinktos tirti kaip galimi fermento sistemos trūkumai. Kepenų homogenatuose, esant skirtingoms pH vertėms, buvo išmatuotas fosfatų išsiskyrimas iš gliukozės-6-fosfato. Rezultatai pateikiami Fig. [c.10]
Taigi, gliukozės-6-fosfato įtraukimas į glikogeną yra suvartojamas vienas didelis energijos fosfato ryšys. Energijos kiekis glikogeno skaidymo metu yra labai didelis. Apie 90% likučių yra fosforolitinis skilimas su gliukozės-1-fosfato susidarymu, kuris be energijos sąnaudų virsta gliukozės-b-fosfatu. Likę 10% likučių priklauso šakoms ir hidrolizuojami. Viena ATP molekulė naudojama fosforilinti kiekvieną iš šių gliukozės molekulių į gliukozės-b-fosfatą. Pilnas gliukozės-b-fosfato oksidavimas suteikia trisdešimt septynis [c.122]
Glikogeno sintezė ir skaidymas. Glikogenas yra lengvai mobilizuojama energijos kaupimo forma. Tai yra gliukozės liekanų šakotasis polimeras. Aktyvus glikogeno sintezės tarpinis junginys yra UDP-gliukozė, susidariusi iš gliukozės-1-fosfato ir UTP. G lycogen sintazė katalizuoja gliukozės liekanos perkėlimą iš UDP gliukozės į auginimo grandinės galinę hidroksilo grupę. Glikogeno skaidymas yra dar vienas būdas. Fosforilazė katalizuoja glikogeno skaidymą ortofosfatu, kad susidarytų gliukozės-1-fosfatas. Glikogeno sintezė ir skilimas yra suderinti su - [p.285]
Angliavandenių metabolizmas kiekvienoje gyvoje ląstelėje (gyvoji medžiaga) yra vienintelis procesas, tuo pačiu metu susijęs su organinių medžiagų skaidymo ir sintezės reakcijomis. Angliavandenių metabolizmo centre gyvūnuose yra glikogenezė ir glikogenolizė, t. Y. Glikogeno susidarymo ir skilimo procesai. Jos atsiranda daugiausia kepenyse. Glikogeną galima sudaryti iš angliavandenių ir ne angliavandenių šaltinių, pavyzdžiui, tam tikrų aminorūgščių, glicerino, pieno, piruvinės ir propiono rūgščių, taip pat iš daugelio kitų paprastų junginių. Terminas „glikogenolizė“ reiškia faktinį glikogeno suskirstymą į gliukozę. Tačiau dabar šis žodis dažnai suprantamas kaip visuma procesų, dėl kurių susidaro pieno rūgšties glikolitinis susidarymas, suma, kai pradinis substratas yra ne gliukozė, bet glikogenas. Glikolizė paprastai suprantama kaip angliavandenių suskirstymas nuo pat pradžių, ty nuo gliukozės arba glikogeno, galutiniams produktams nesiskiria. [c.376]
Alkoholinės fermentacijos metu, suskirstant vieną gliukozės molekulę, susidaro keturios ATP molekulės (50 kcal arba 210 kJ). Iš jų du yra skirti funkcinei veiklai ir sintezei. Remiantis kai kurių autorių skaičiavimais, glikolizės ir glikogenolizės metu 35–40 proc. Visų išleistų laisvųjų energijos kaupiasi daug energijos turinčiose fosforo obligacijose, o likusieji 60–65 proc. Yra išsklaidyti šilumos pavidalu. Ląstelių, organų, dirbančių anaerobinėmis sąlygomis, efektyvumas neviršija 0,4 (aerobinis 0,5). Šie skaičiavimai daugiausia pagrįsti duomenimis, gautais iš raumenų ekstraktų ir mielių sulčių. Gyvo organizmo sąlygomis raumenų ląstelės, organai ir audiniai naudoja energiją, tikriausiai daug daugiau. Fiziologiniu požiūriu glikogenolizės ir glikolizės procesas yra ypač svarbus, ypač kai gyvenimo procesai atliekami deguonies trūkumo sąlygomis. Pavyzdžiui, esant intensyviam raumenų darbui, ypač pirmajame veiklos etape, visada yra atotrūkis tarp deguonies tiekimo raumenims ir jo poreikio. Tokiu atveju pradinės energijos sąnaudos daugiausia padengiamos glikogenolizės būdu. Panašūs reiškiniai pastebimi įvairiose patologinėse būsenose (smegenų, širdies ir pan. Hipoksija). Be to, pieno rūgštyje esanti potencinė energija galiausiai nėra prarasta labai organizuotam organizmui. Gautas pieno rūgštis greitai perkeliama iš raumenų į kraują ir po to pervežama į kepenis, kur jis vėl paverčiamas glikogenu. Anaerobinis angliavandenių skaidymas su pieno rūgšties susidarymu yra labai dažnas gamtoje, jis pastebimas ne tik raumenyse, bet ir kituose gyvūnų organizmo audiniuose. [c.334]
Pirmą kartą įvykių seka buvo išaiškinta tiriant glikogeno metabolizmą skeleto raumenų ląstelėse. Glikogenas yra pagrindinė gliukozės atsargų forma, jos sintezė ir skilimas yra griežtai reguliuojami tam tikrų hormonų. Pavyzdžiui, jei gyvūnas yra išsigandęs ar patiria kitokį stresą, antinksčių liaukos išskiria adrenaliną į kraujotaką, todėl įvairūs kūno audiniai yra pasirengę. Cirkuliuojantis adrenalinas ypač sukelia glikogeno epiconinėse ląstelėse suskirstymą į gliukozės-1-fosfatą ir tuo pačiu metu sustabdo naujo glikogeno sintezę. Gliukozė-1-fosfatas paverčiamas gliukozės-6-fosfatu, kuris oksiduojamas glikolizės reakcijose, todėl atsiranda ATP, kuris yra būtinas mypps darbui. Tokiu būdu adrenalinas paruošia raumenų ląsteles intensyviam darbui. [c.271]
Žr. Puslapius, kuriuose vartojamas terminas „Glikogeno suskaidymas su gliukozės susidarymu“: [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]
Info-Farm.RU
Farmacija, medicina, biologija
Glikogenas
Glikogenas (taip pat žinomas kaip „gyvūnų krakmolas“, nepaisant šio pavadinimo netikslumo) yra polisacharidas, α-gliukozės homopolimeras, pagrindinė jo laikymo gyvūnų ląstelėse, daugelyje grybelių, daugelio bakterijų ir archajų. Žmogaus organizme pagrindinės glikogeno kaupimosi vietos yra kepenys ir skeleto raumenys.
Kepenų gebėjimą didinti gliukozės koncentraciją kraujyje ir jos sudėtyje esančią krakmolo medžiagą, vadinamą glikogenu, 1875 m. Atrado Claude Bernard.
Cheminė struktūra
Glikogenas yra α-gliukozės homopolimeras, kurio liekanos yra tarpusavyje susijusios su (α1 → 4) -glukozidinėmis jungtimis. Kas 8–10 monomerinių liekanų išsišakoja, šoninės šakos yra prijungtos (α1 → 6) ryšuliu. Taigi glikogeno molekulė yra daug kompaktiškesnė ir šakotesnė už krakmolą. Polimerizacijos laipsnis yra artimas amilopektino laipsniui.
Visos glikogeno šakos turi ne dažnio galą, todėl, jei šakų skaičius yra lygus n, molekulė turi n-1 retų galų ir tik vieną redukuojančią. Kai glikogeno hidrolizė vyksta, kad ją būtų galima naudoti kaip energijos šaltinį, gliukozės liekanos išskaidomos po vieną iš nesumažinamų galų. Jų didelis skaičius leidžia žymiai pagreitinti procesą.
Stabiliausia šakelių su (α1 → 4) raiščiu konformacija yra tankus spiralė su šešiais gliukozės likučiais per vieną apsisukimą (kiekvienos molekulės plokštuma grąžinama į 60 °, palyginti su ankstesne).
Norėdami atlikti savo biologinę funkciją: užtikrinti kompaktiškiausią gliukozės saugojimą ir tuo pat metu galimybę greitai mobilizuoti, glikogenas turi turėti struktūrą, optimizuotą keliems parametrams: 1) šakų pakopų (lygių) skaičių; 2) kiekvienos pakopos šakų skaičius; 3) gliukozės likučių kiekis kiekvienoje šakoje. Dėl glikogeno molekulės, kurioje yra pastovus monomerų vienetų skaičius, išorinių šakų, iš kurių gliukozė gali būti panaudota į šakos tašką, skaičius mažėja didėjant kiekvienos šakos vidutiniam ilgiui. Atokiausių šakų tankis yra steriškai ribotas, todėl didėjantis glikogeno molekulės dydis mažėja, didėjant vienodo lygio šakų skaičiui. Brandžios skirtingos kilmės glikogeno molekulės turi vidutiniškai 12 šakų pakopų, kurių kiekviena turi vidutiniškai dvi šakas, kurių kiekvienoje yra apie 13 gliukozės liekanų. Matematinė analizė parodė, kad tokia struktūra yra labai artima optimaliam maksimalaus gliukozės kiekio mobilizavimui per trumpiausią įmanomą laiką.
Platinimas ir reikšmė
Glikogenas yra gliukozės laikymo gyvūnų, grybelių, kai kurių bakterijų (ypač cianobakterijų) ir APEX forma. Mikroorganizmuose glikogenas yra daugiau ar mažiau tolygiai išsklaidytas ląstelių citoplazmoje granulių pavidalu, kurio skersmuo yra 20-100 nm, jie paprastai matomi tik per elektronų mikroskopą. Jei ląstelėje yra daug glikogeno, dažant jodo tirpalu jis tampa raudonai rudos spalvos. Stuburiniuose gyvūnuose didžiausias glikogeno kiekis yra saugomas kepenyse, kur jis gali būti 7-10% visos masės (100–120 g suaugusiems) ir skeleto raumenys (1-2% visos masės). Nedideli glikogeno kiekiai randami inkstuose, o dar mažiau - tam tikruose glialinių smegenų ląstelėse ir baltųjų kraujo kūnelių.
Gliukozės saugojimas nėra laisvos formos, tačiau polisacharidų pavidalu lemia dvi priežastys. Pirma, jei, pavyzdžiui, hepatocituose, visa gliukozės masė, kuri yra glikogeno dalis, buvo laisvos, jos koncentracija būtų pasiekusi 0,4 mol / l. Ir tai savo ruožtu leistų žymiai padidinti citozolio osmosinį spaudimą, pernelyg didelį vandens įtekėjimą į ląstelę ir jos plyšimą. Antra, tokia didelė gliukozės koncentracija leistų aktyviai pervežti iš ląstelių aplinkos, jei yra kraujo hepatocitų, kai gliukozės kiekis yra tik 5 mmol / l, praktiškai neįmanoma. Gliukozės saugojimas glikogeno pavidalu sumažina jo koncentraciją ląstelėje iki 0,01 µmol / L.
Žmonių glikogeno atsargos yra žymiai mažesnės nei riebalų atsargos. Pastarieji turi daug privalumų: pirma, jie leidžia gauti daugiau nei dvigubai daugiau energijos nei ta pati angliavandenių masė, antra, jie yra hidrofobinės molekulės ir, skirtingai nei angliavandeniai, nereikalauja hidratacijos, o tai sumažina energijos atsargų masę. Tačiau glikogenas yra greitas energijos šaltinis, be to, gyvūno organizme nėra medžiagų apykaitos būdų riebalų rūgštims konvertuoti į gliukozę, o smegenys negali naudoti raumenų anaerobinio metabolizmo.
Kepenų ląstelėse glikogenas saugomas kaip didelės citoplazmos granulės. Elementinė vadinamoji β-dalelė yra viena glikogeno molekulė, jos skersmuo yra apie 21 nm ir apima 55000 gliukozės liekanų ir turi 2000 nereguliarių galų. 20-40 tokių dalelių kartu sudaro α-rozetės, kurios gali būti matomos mikroskopu gerai maitinamų gyvūnų audiniuose. Tačiau po 24 valandų jie išnyksta. Glikogeno granulės yra kompleksiniai agregatai, kurie, be paties glikogeno, apima fermentus, sintezuoja ir suskaido, taip pat reguliuojančias molekules.
Raumenų glikogenas yra greito energijos šaltinis tiek aerobiniam, tiek anaerobiniam metabolizmui. Jos rezervai gali būti išnaudojami per vieną valandą intensyvaus fizinio aktyvumo. Reguliarus mokymas leidžia jums padidinti raumenų glikogeno atsargas, todėl jie gali dirbti ilgiau be nuovargio. Kepenyse glikogenas yra gliukozės rezervas kitiems organams, jei jo suvartojimas yra ribotas. Šis rezervas ypač svarbus neuronams, kurie negali naudoti riebalų rūgščių kaip energijos substrato. Glikogeno kepenų rezervas nevalgius pasibaigia 12-24 valandų.
Glikogenas taip pat yra paslaptinėse gimdos liaukose, kurias išskiria į savo ertmę menstruacinio ciklo po ovuliacijos laikotarpiu po apvaisinimo. Čia polisacharidas naudojamas kaip embriono mitybos šaltinis jo implantavimui.
Glikogenas taip pat patenka į organizmą su maistu ir yra suskirstytas į hidrolizinių fermentų plonąją žarną.
Glikogeno metabolizmas
Glikogeno suskirstymas
Glikogeno skaidymas vyksta dviem pagrindiniais būdais: virškinimo metu jis hidrolizuojamas į gliukozę, kurią gali absorbuoti plonosios žarnos epitelio ląstelės. Glikogenolio kaupimasis (glikogenolizė) intraceliulinis skilimas vyksta fosforolizės būdu, kurio produktas yra gliukozės-1-fosfatas, tokiu būdu leidžia sutaupyti dalį glikozidinių jungčių energijos, susidarant fosfato esteriui. Taigi, siekiant įtraukti gliukozę, susidariusią į glikolizę arba pentozės fosfato kelią, nebūtina išleisti ATP. Be to, gliukozės-1-fosfato susidarymas yra naudingas raumenims, nes šio junginio plazmos membranoje yra NO nešėjų, ir jis negali išeiti iš ląstelės.
Glikogeno hidrolizė virškinimo metu
Žmonėms glikogeno virškinimas (pvz., Krakmolas) prasideda burnos ertmėje, kurioje veikia jo seilių α-amilazė. Šis fermentas hidrolizuoja intramolekulines (α1 → 4) jungtis ir išskiria polisacharidus į oligosacharidus. Skrandyje seilių amilazė inaktyvuojama didelio terpės rūgštingumo dėka. Skrandžio sultyse nėra fermentų angliavandenių virškinimui. Dvylikapirštės žarnos glikogeno (α1 → 4) ryšį veikia kasos α-amilazė, o (α1 → 6) jungtyje - specialus geležies išsiskyrimo fermentas amil-1,6-glikozidazė. Tai baigia glikogeno hidrolizę į maltozę, kuri, paveikus plonojo žarnos maltozės (α-gliukozidazės) parietinį fermentą, paverčiama gliukoze ir absorbuojama.
Glikogenolizė
Glikogenolizės metu intraceliulinė raumenų ir kepenų glikogeno skilimo dalis, kurioje dalyvauja trys fermentai: glikogeno fosforilazė, glikogendendoglozhuyuyu fermentas ir fosfoglukomutazė. Pirmasis iš jų katalizuoja reakciją, kurioje neorganinis fosfatas užpuls glikozidinį (α1 → 4) ryšį tarp paskutinių dviejų gliukozės liekanų, gautų iš retų galų, todėl paskutinis liekanas išskaidomas kaip gliukozės-1-fosfatas. Šioje reakcijoje kofaktorius yra piridokso fosfatas.
Glikogeno fosforilė seka vieną monomerą iš ne retų galų, kol pasiekia vietą, pašalintą iš keturių liekanų iš (α1 → 6) jungties (šakos taško). Čia žaidžiamas bifunkcinis (eukriotas), sumaišymo fermentas. Pirma, ji katalizuoja transferazės reakciją, kuri susideda iš trijų gliukozės liekanų bloko perkėlimo iš filialo į artimiausią netrumpą galą, prie kurios ji yra prijungta (α1 → 4). Po to skiliųjų fermentų aktyvumas yra (α1 → 6) -glukozidazės aktyvumas, kuris susideda iš (α1 → 6) jungties skilimo ir laisvo gliukozės išsiskyrimo.
Gliukozės-1-fosfatas susidaro konvertuojant fosfoglukomutazę į gliukozės-6-fosfatą, kuris skeleto raumenyse patenka į glikolizės procesą. Kepenyse gliukozės-6-fosfatas taip pat gali būti gabenamas į endoplazminį tinklą, esant gliukozės-6-fosfatazės poveikiui (raumenys netenka šio fermento), paverčiami gliukoze ir išsiskiria į kraują.
Glikogeno biosintezė
Nedideliu mastu glikogeno biosintezė (glikogenezė) atsiranda beveik visuose kūno audiniuose, tačiau ji yra ryškiausia kepenyse ir raumenyse. Šis procesas prasideda gliukozės-6-fosfatu, susidaro iš gliukozės į heksokinazės arba gliukinazės reakciją. Dalis gliukozės, kuri patenka į organizmą su maistu, pirmiausia absorbuojama raudonųjų kraujo kūnelių, kurie jį naudoja energijai pieno fermentacijos procese. Gliukonogenezės metu susidaręs laktatas hepatocituose paverčiamas gliukozės-6-fosfatu.
Biosintezės metaboliniai keliai ir tam tikrų junginių skaidymas paprastai skiriasi bent jau kai kuriomis reakcijomis. Glikogeno metabolizmas buvo pirmasis atviras šio svarbaus principo pavyzdys. 1957 m. Louis Leloir nustatė, kad glikogenezės procese nenaudojamas gliukozės-1-fosfatas, tačiau naudojama uridino difosfato gliukozė.
Gliukozės-6-fosfatas pirmą kartą paverčiamas gliukozės-1-fosfatu fosfoglukomutazės poveikiu. Šios reakcijos produktas tampa UDP-gliukozės fosforilazės, kuri katalizuoja reakciją, substratu:
Gliukozės 1-fosfatas + UTP → UDP-gliukozė + FF n
Kadangi pirofosfatas yra nedelsiant skaldomas neorganiniu pirofosfataze, reakcijos pusiausvyra yra stipriai perkelta į UDP-gliukozės susidarymą. Pastarasis yra glikogeno sintezės substratas, kuris perkelia gliukozės liekaną į retą glikogeno molekulės galą.
Šoninių šakų susidarymas suteikia gilkozil- (4 → 6) -transglikozilazę (šakotą fermentą). Jis išskirsto šaką, jame yra daugiau kaip 11 monomerų vienetų, kurių ilgis yra 6-7, ir perkelia juos į C6 hidroksilo grupę gliukozės liekanoms daugiau vidinėje padėtyje toje pačioje ar kitoje šakoje. Tokiu būdu atsiranda šakojimas, kuris yra būtinas geresniam glikogeno tirpumui ir didesnio sintezės fermentų skaičiaus prieinamumui ir skilimui ne retais atvejais.
Glikogeno sintezė gali sintezuoti glikogeną tik tuo atveju, jei jame yra gruntas - paruoštas gliukozės polimeras su mažiau nei šešiais monomeriniais vienetais. De novo glikogeno molekulių susidarymas yra įmanomas tik dėl glikogenino baltymo, kuris taip pat tarnauja kaip „sėkla“, ant kurio susirenka nauji glikogeno šakos ir fermentas, skatinantis mūsų tyrimų pradžią.
Glikogenezė ir glikogenolizė turi sudėtingą reguliavimo sistemą keliais lygmenimis. Daugelis šių procesų dalyvaujančių fermentų yra allosteriniai ir gali pakeisti savo veiklą prisitaikydami prie ląstelės poreikių. Glikogeno atsargų kiekis taip pat reguliuojamas hormoniniu lygiu, kad būtų išlaikytas viso organizmo homeostazė.
Klinikinė reikšmė
Glikogeno metabolizmo pažeidimas vyksta daugelyje žmonių ligų, įskaitant diabetą. Taip pat yra keletas paveldimų sutrikimų, susijusių su per dideliu glikogeno nusodinimu kepenyse, jie vadinami glikogenoze. Paprastai kartu su maistu skiriama sunki hipoglikemija (mažas gliukozės kiekis kraujyje). Pirmąjį glikogenozę 1929 m. Apibūdino Edgar von Gorky, Gerty Corey labai prisidėjo prie šių ligų tyrimo. Dabar žinoma 13 glikogenozės formų, kurias sukelia sutrikęs įvairių baltymų funkcionavimas.
Glikogeno sintezė ir skaidymas
Kai gliukozės koncentracija kraujyje padidėja, pavyzdžiui, dėl virškinimo žarnyne absorbcijos, gliukozės srautas į ląsteles didėja ir bent dalis šio gliukozės gali būti naudojama glikogeno sintezei. Angliavandenių rezervo kaupimasis glikogeno ląstelėse turi tam tikrų pranašumų, palyginti su gliukozės kaupimu, nes jame nėra padidėjęs ląstelėje esantis osmosinis slėgis. Tačiau, gliukozės trūkumas, glikogenas lengvai suskaidomas į gliukozę arba jos fosfato esterius, o gautus monomerinius vienetus naudoja energija ar plastika.
4.1. Glikogeno sintezė
Į ląsteles patekęs gliukozės fosforilinimas vyksta dalyvaujant heksokinazės arba gliukokazės fermentams:
Be to, gautas gl-6-f yra izomerizuotas į gl-1-f, dalyvaujant fermentui fosoglukomutazei [FGM]:
Tada chl-1-f sąveikauja su uridino trifosfatais ir sudaro UDP-gliukozę, dalyvaujant fermentui UDP-gliukozės pirofosforilazei [arba gliukozės-1-fosfaturidiltransferazei]:
Pirofosfatas nedelsiant padalijamas į dvi fosforo rūgšties liekanas, dalyvaujant fermentui pirofosfatazei. Šiai reakcijai pridedamas 7 kcal / mol energijos praradimas, dėl kurio UDP-gliukozės susidarymo reakcija tampa negrįžtama - proceso krypties termodinaminė kontrolė.
Kitame etape gliukozės liekana iš UDP-gliukozės perkeliama į sintezuotą glikogeno molekulę, dalyvaujant fermento glikogeno sintezei:
UDP-gliukozė + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ glikogenas / ir glikogeno molekulė pratęsiama vienu gliukozės likučiu. Fermento glikogeno sintezė gliukozės liekaną nuo UDP-gliukozės gali prijungti prie statomos glikogeno molekulės tik formuodama -1,4-glikozidinę jungtį. Todėl, dalyvaujant tik vienam iš šio fermento, galima sintezuoti tik linijinį polimerą. Glikogenas yra šakotasis polimeras, o šakotuvas molekulėje susidaro dalyvaujant kitam fermentui: amil-1,4 -> 1,6-glikoziltransferazei. Šis fermentas, kitaip žinomas kaip šakinis fermentas, transportuoja 5-7 monomerų vienetų fragmentą iš polisacharido linijinio regiono, susintetinto arčiau jos vidurio, pabaigos, ir šis fragmentas prisijungia prie polimerinės grandinės, nes susidaro a-1,6-glikozidinė jungtis:
Pažymėtina, kad, remiantis kitais duomenimis, skaldomas fragmentas, sudarytas iš mažiausiai 6 gliukozės liekanų, perkeliamas į gretimą statomos šakotosios polisacharido grandinę. Bet kokiu atveju, ateityje abu grandinės bus pratęstos dėl glikogeno sintezės veikimo, o filialo fermentas dalyvauja naujuose filialuose.
Glikogeno sintezė vyksta visuose organuose ir audiniuose, tačiau didžiausias kiekis yra kepenyse [nuo 2 iki 5–6% bendro organų masės] ir raumenyse [iki 1% jų masės]. 1 gliukozės likučio įtraukimas į glikogeno molekulę yra susijęs su dviejų didelių energijos ekvivalentų (1 ATP ir 1 UTP) naudojimu, kad glikogeno sintezė ląstelėse gali vykti tik esant pakankamai energijos.
4.2. Glikogeno mobilizacija
Glikogenas, kaip gliukozės rezervas, kaupiasi ląstelėse virškinimo metu ir suvartojamas po absorbcijos. Glikogeno skaidymas kepenyse arba jo mobilizavimas atliekamas dalyvaujant fermentui glikogeno fosforilazei, dažnai vadinamai tiesiog fosforilaze. Šis fermentas katalizuoja polimero galinių gliukozės liekanų a-1,4-glikozidinių jungčių fosforolitinį skaidymą:
(C6 H10O5) n + H3PO4> (C6 H10O5) n-1 + Gl-1-F Skiriant molekulę šakotame regione, reikalingi du papildomi fermentai: vadinamasis deformacinis (degeneruojantis) - fermentas ir amil-1,6-glikozidazė ir dėl paskutinio fermento poveikio ląstelėse susidaro laisva gliukozė, kuri gali palikti ląstelę arba patirti fosforilinimą.
Gl-1-f ląstelėse yra izomerizuotas dalyvaujant fosfoglukomutazei gl-6-f. Tolesnį gl-6-fosfato likimą lemia gliukozės-6-fosfatazės buvimas arba nebuvimas fermento ląstelėse. Jei ląstelėje yra fermento, jis katalizuoja fosforo rūgšties liekanos iš gl-6-fosfato hidrolizę, kad susidarytų laisva gliukozė:
Gl-6-f + H2O D> Gliukozė + H3PO4, kuris gali prasiskverbti į išorinę ląstelių membraną ir patekti į kraujotaką. Jei ląstelėse nėra gliukozės-6-fosfatazės, gliukozė nėra defosforilinama ir gliukozės likučius gali naudoti tik ši konkreti ląstelė. Atkreipkite dėmesį, kad glikogeno skilimas į gliukozę nereikalauja papildomo energijos srauto.
Daugumoje žmogaus organų ir audinių nėra gliukozės-6-fosfatazės, todėl jose laikomas glikogenas naudojamas tik jų pačių poreikiams. Tipiškas tokių audinių pavyzdys yra raumenų audinys. Gliukozė-6-fosfatazė yra tik kepenyse, inkstuose ir žarnyne, bet fermento buvimas kepenyse (tiksliau, hepatocituose) yra svarbiausias, nes šis organas atlieka tam tikro buferio vaidmenį, kuris sugeria gliukozę, kai jo kiekis kraujyje pakyla ir tiekia gliukozę į kraują, kai gliukozės koncentracija kraujyje pradeda kristi.
4.3. Glikogeno sintezės ir skaidymo reguliavimas
Palyginus glikogeno sintezės ir mobilizacijos metabolinius kelius, pamatysime, kad jie yra skirtingi:
Ši aplinkybė leidžia atskirai reguliuoti aptariamus procesus. Reguliavimas atliekamas dviejų fermentų lygiu: glikogeno sintezė, kuri dalyvauja glikogeno sintezėje, ir fosforilazė, kuri skatina glikogeno skaidymą.
Pagrindinis šių fermentų aktyvumo reguliavimo mechanizmas yra jų kovalentinis modifikavimas fosforilinimo-defosforilinimo būdu. Fosforilinta arba fosforilazė „a“ yra labai aktyvi, o fosforilinta glikogeno sintezė arba sintezė „b“ neaktyvi. Taigi, jei abu fermentai yra fosforilintoje formoje, glikogenas yra išskiriamas ląstelėje, kad susidarytų gliukozė. Priešingai, defosforilintoje būsenoje fosforilazė yra neaktyvi („b“ forma), o glikogeno-sintetazė yra aktyvi („a“ forma), šiuo atveju gliukozė iš gliukozės yra sintezuojama ląstelėje.
Kadangi kepenų glikogenas atlieka viso organizmo gliukozės rezervo vaidmenį, jo sintezę ar skaidymą reikia kontroliuoti superkeliais reguliuojančiais mechanizmais, kurių darbas turėtų būti skirtas pastoviai gliukozės koncentracijai kraujyje išlaikyti. Šie mechanizmai turėtų užtikrinti, kad gliukozės sintezė būtų įtraukta į hepatocitus, padidėjus gliukozės koncentracijai kraujyje, ir pagerėtų glikogeno skaidymas, kai sumažėja gliukozės kiekis kraujyje.
Taigi, pirminis signalas, stimuliuojantis glikogeno mobilizavimą kepenyse, yra gliukozės koncentracijos kraujyje sumažėjimas. Reaguodama į tai, kasos alfa ląstelės atpalaiduoja hormoną, gliukagoną, į kraują. Gliukagonas, cirkuliuojantis kraujyje, sąveikauja su jo receptoriaus baltymu, esančiu išorinėje hepatocitų ląstelių membranos pusėje. formuojant kalnus - mon-receptorių kompleksą. Hormonų receptorių komplekso susidarymas sukelia adenilato ciklazės fermento aktyvaciją, esantį išoriniame ląstelių membranos paviršiuje, naudojant specialų mechanizmą. Fermentas katalizuoja ciklinio 3,5-AMP (cAMP) susidarymą iš ATP ląstelėje.
Savo ruožtu, cAMP aktyvuoja fermento cAMP priklausomą baltymų kinazę ląstelėje. Neaktyvi baltymų kinazės forma yra oligomeras, susidedantis iš keturių subvienetų: 2 reguliavimo ir du kataliziniai. Kadangi cAMP koncentracija ląstelėje didėja, į kiekvieną iš baltymų kinazės reguliavimo subvienetų pridedamos 2 cAMP molekulės, reguliuojamų subvienetų konformacija keičiasi ir oligomeras skaidosi į reguliavimo ir katalizinius subvienetus. Laisvieji kataliziniai subvienetai katalizuoja daugelio fermentų fosforilinimą ląstelėje, įskaitant glikogeno sintezės fosforilinimą ir jo perkėlimą į neaktyvią būseną, tokiu būdu išjungiant glikogeno sintezę. Tuo pačiu metu vyksta fosforilazės kinazės fosforilinimas ir šis fermentas, aktyvuotas jo fosforilinimo būdu, savo ruožtu katalizuoja fosforilazės fosforilazę su konversija į aktyviąją formą, t.y. „a“ forma. Aktyvavus fosforilazę, aktyvuojamas glikogeno skaidymas, o hepatocitai pradeda tiekti gliukozę į kraują.
Atkreipdami dėmesį, pastebime, kad stimuliuojant glikogeno skaidymą kepenyse su katecholaminais, pagrindiniai mediatoriai yra b-hepatocitų receptoriai, jungiantys adrenaliną. Tuo pačiu metu padidėja Ca jonų kiekis ląstelėse, kur jie stimuliuoja Ca / kalmoduliną jautrią fosforilazės kinazę, kuri savo fosforilinimo būdu aktyvuoja fosforilazę.
Glikogeno skilimo hepatocituose aktyvinimo schema
Gliukozės koncentracijos kraujyje padidėjimas yra išorinis hepatocitų signalas, skatinantis glikogeno sintezę ir taip jungiantis perteklių gliukozės kiekį kraujyje.
Glikogeno sintezės kepenyse aktyvinimo schema
Šis mechanizmas veikia: padidėjus gliukozės koncentracijai kraujyje, padidėja jo kiekis hepatocituose. Didinant gliukozės koncentraciją hepatocituose, gana sudėtingu būdu, jose aktyvuojamas fosfoproteino fosfatazės fermentas, kuris katalizuoja fosforo rūgščių liekanų pašalinimą iš fosforilintų baltymų. Aktyvaus fosforilazės defosforilinimas paverčia jį neaktyvia forma, o neaktyvios glikogeno sintezės defosforilinimas aktyvuoja fermentą. Dėl to sistema patenka į būseną, kuri užtikrina glikogeno sintezę iš gliukozės.
Mažėjant fosforilazės aktyvumui hepatocituose, kasos insulino β-ląstelių hormonas atlieka aiškų vaidmenį. Atsakydama į gliukozės kiekio kraujyje padidėjimą, jį išskiria b-ląstelės. Jo prisijungimas prie insulino receptorių hepatocitų paviršiuje sukelia aktyvumą fermento fosfodiesterazės kepenų ląstelėse, kurios katalizuoja cAMP konversiją į normalų AMP, kuris neturi galimybių skatinti aktyvios baltymų kinazės susidarymą. Tokiu būdu nutraukiamas aktyvaus fosforilazės kaupimasis hepatocituose, kuris taip pat yra svarbus glikogeno skaidymo slopinimui.
Natūralu, kad glikogeno sintezės ir skaidymo mechanizmai įvairių organų ląstelėse turi savo savybes. Pavyzdžiui, galime pabrėžti, kad miokituose, kuriuose yra nedidelis darbas atliekančių raumenų ar raumenų, beveik nėra fosforilazės „a“, bet vyksta glikogeno skilimas. Faktas yra tai, kad raumenų fosforilazė, kuri yra defosforilinta arba „b“ forma, yra alosterinis fermentas, kurį aktyvuoja AMP ir neorganinis fosfatas, esantis miocituose. Tokiu būdu suaktyvinta fosforilazė „b“ užtikrina glikogeno mobilizacijos greitį, kuris yra pakankamas vidutinio sunkumo fiziniam darbui atlikti.
Tačiau atliekant intensyvų darbą, ypač jei krovinys labai padidėja, šis glikogeno mobilizacijos lygis tampa nepakankamas. Tokiu atveju superceluliniai reguliavimo mechanizmai veikia. Atsiradus staigiam intensyvaus raumenų aktyvumo poreikiui, hormonas adrenalinas patenka į antinksčių kraujo kraują. Adrenalinas, jungdamasis prie raumenų ląstelių paviršiaus receptorių, sukelia miocitų atsaką, panašų į jo aprašytą hepatocitų atsaką į gliukagoną, kuris ką tik aprašytas. Raumenų ląstelėse atsiranda fosforilazės „a“ ir glikogeno sintezė yra inaktyvuota, o suformuotas ch-6-f naudojamas kaip energijos „kuras“, kurio oksidacinis skaidymas suteikia energijos raumenų susitraukimui.
Pažymėtina, kad didelė adrenalino koncentracija, pastebima žmonių kraujyje emocinio streso sąlygomis, pagreitina glikogeno skaidymą kepenyse, taip padidindama gliukozės kiekį kraujyje - gynybinę reakciją, kuria siekiama mobilizuoti energijos išteklius.
V O D U V O O V O D O V
2.1. Oksidacinis angliavandenių skaidymas audiniuose
Svarbiausios monosacharidų funkcijos organizme yra energija ir plastika; Abi šios funkcijos realizuojamos per oksidacinį monosacharidų skaidymą ląstelėse. Angliavandenių oksidacijos metu išsiskiria 4,1 kcal / g laisvos energijos (apie 17 kJ / g) ir dėl angliavandenių oksidacijos žmonės užima 5560% viso jų suvartojamos energijos. Angliavandenių oksidacijos metu susidaro daug tarpinių skilimo produktų, kurie naudojami įvairių lipidų, būtinų aminorūgščių ir kitų ląstelėms reikalingų junginių sintezei. Be to, oksiduojant angliavandenius ląstelėse susidaro regeneracijos potencialai, kuriuos jie toliau naudoja biosintezės redukcijos reakcijose, detoksikacijos procesuose, kontroliuoti lipidų peroksidacijos lygį ir pan.
Pagrindinis monosacharidas, vykstantis oksidacinėse transformacijose ląstelėse, yra gliukozė, nes ji yra dideliais kiekiais, gaunamais iš žarnyno į vidinę kūno aplinką, ji sintezuojama gliukogenogenezės metu arba susidaro laisvos formos arba fosforo eterių pavidalu glikogeno skilimo metu. Kitų monosacharidų vaidmuo yra mažiau reikšmingas, nes jų kiekis, įvežamas į ląsteles kiekybiškai, labai skiriasi priklausomai nuo maisto sudėties.
Gliukozės oksidacijai yra keli metaboliniai keliai, kurių pagrindinė yra:
a) aerobinis skaidymas į anglies dioksidą ir vandenį;
b) anaerobinis oksidavimas laktatu;
c) pentozės oksidacija;
g) oksidacija su gliukurono rūgšties susidarymu.
Gliukozės molekulės oksidacinio skilimo gylis gali
būti skirtingi: nuo vienos iš galinių molekulių grupių oksidacijos iki karboksilo grupės, kuri susidaro gliukurono rūgšties susidarymo metu, iki gliukozės molekulės visiško skaidymo aerobinio skilimo metu.
2.1.1. Aerobinis gliukozės oksidavimas
Aerobinių organizmų ląstelėse aerobinis skilimas į anglies dioksidą ir vandenį yra esminis, bent jau atsižvelgiant į bendrą skiliamojo gliukozės kiekį. Skirstant 1 M gliukozę (180 g) aerobinėmis sąlygomis, išleidžiama 686 kcal laisvos energijos. Aerobinio gliukozės oksidacijos procesą galima suskirstyti į 3 etapus:
1. Gliukozės suskaidymas į piruvatą.
2. Piruvato oksidacinis dekarboksilinimas į acetilo CoA.
3. acetilo oksidavimas Krebso cikle (CTC), kartu su kvėpavimo fermentų grandinės darbu.
Šie etapai taip pat gali būti pateikiami kaip bendroji schema:
Gliukozė> 2 piruvato D> 2 acetilo CoA D> 4CO2 + 10 H2O
2.1.1.1. Gliukozės skilimas į piruvatą
Pagal šiuolaikines sąvokas pirmasis gliukozės oksidacijos etapas vyksta citozolyje ir jį katalizuoja supramolekulinis baltymų kompleksas glikolitinis metabolonas, kuris apima iki dešimties atskirų fermentų.
Pirmasis gliukozės oksidacijos etapas gali būti suskirstytas į 2 etapus. Pirmojo etapo reakcijose gliukozės fosforilinimas, gliukozės liekanų izomerizavimas į fruktozės liekaną, papildomas fruktozės liekanos fosforilinimas ir galiausiai atsiranda. heksozės likučių suskaidymas į dvi fosfotrozės liekanas:
Šią reakciją katalizuoja heksokinazės fermentas. ATP yra naudojamas kaip fotoelementas ląstelėje. Kartu su reakcija prarandama 5,0 kcal / mol laisvoji energija, o ląstelės sąlygomis negrįžtama.
Antroji reakcija, katalizuojama fosfoheksoizomerazės, yra lengvai grįžtama.
Trečiąją reakciją katalizuoja fosfofrukokinazės fermentai. Šioje reakcijoje taip pat prarandama 3,4 kcal / mol energijos ir, kaip ir heksokinazės reakcija, ląstelių sąlygomis yra negrįžtama.
Šią reakciją katalizuoja aldolazės fermentas, reakcija yra grįžtama. Dėl reakcijos fruktozė 1,6-bisfosfatas yra padalintas į du triosofosfatus.
Ląstelių sąlygomis fosfodihidroksacetonas (FDA) yra lengvai izomerizuojamas į 3-fosfogliceraldehidą (PHA), dalyvaujant triozės fosfato izomerazės fermentui per penktą reakciją. Todėl galime daryti prielaidą, kad pirmame šio etapo etape ATP išeikvojama, o iš gliukozės molekulės susidaro dvi 3-fosfogliceraldehido molekulės.
Antruoju gliukozės oksidacijos etapo etapu PHA paverčiamas piruvatu. Kadangi gliukozės molekulės skaidosi 2 PHA molekulės, tolesniame proceso aprašyme turime atsižvelgti į šią aplinkybę.
Toliau aptariamo proceso reakcija yra oksidacinė reakcija:
Šios reakcijos metu, katalizuojant dehidrogenazės 3-fosficiklino aldehidą, PHA oksiduojamas iki 1,3-difosfoglicerino rūgšties. Oksidacija vyksta dehidrogenuojant, o iš substrato išskirti vandenilio atomai perkeliami į NAD + suformuojant sumažintą koenzimo formą. Oksidacijos energija kaupiasi ląstelėje, pirma, sumažinto NADH + H + energijos pavidalu, ir, antra, makroagijinio ryšio tarp oksidacijos produkto ir reakcijoje dalyvaujančio fosforo rūgšties pavidalu, t.y. makroferginėje 1,3-difosfoglicerio rūgšties jungtyje.
Septintojoje reakcijoje 1,3-difosfoglicerato fosforo rūgšties liekana kartu su energija, saugoma makroekonominėje jungtyje, perkeliama į ADP su ATP formavimu:
Šią grįžtamąją reakciją katalizuoja fermentas fosfoglicerato kinazė.
Toliau grįžtamasis 3-fosficiklino rūgšties izomerizavimas į 2-fosficiklino rūgštį, dalyvaujant fermentui fosfoglicerato rutmutazei:
Kitame, devintame, reakcijoje, vanduo skaldomas iš 2-fosficerio rūgšties:
Vandens skaldymo metu elektronų tankis molekulėje perskirstomas su pirmine rūgšties enolio formos antruoju anglies atomu ir likusia fosforo rūgštimi tarp makroekonominės jungties. Reakcija yra grįžtama, ją katalizuoja enolazė.
Energija, sukaupta makroerginėje FEP jungtyje kartu su fosforo rūgšties liekana per kitą reakciją, perkeliama į ADP su ATP formavimu. Reakciją katalizuoja piruvato kinazė.
Kartu su reakcija prarandama 7,5 kcal / mol energijos, o ląstelių sąlygomis ji yra negrįžtama.
Bendras pirmosios aerobinio gliukozės oksidacijos etapo lygtis:
Gliukozė + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 piruvatas + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O
Šiame etape išleidžiama 140 kcal / mol energijos, jo pagrindinė dalis (apie 120 kcal / mol) kaupiasi ląstelėje kaip 2 ATP energija ir 2 sumažintos NAD + ADSCH energijos, iš kurios išplaukia, kad pirmuoju etapu gliukozės molekulė suskirstoma į dvi molekules piruvinės rūgšties, o ląstelė kiekvienai virškinamosios gliukozės molekulei gauna 2 ATP molekules ir dvi sumažintos NADH + H + molekules.
Pirmojo aerobinio gliukozės skilimo etapo reguliavimas atliekamas naudojant termodinaminius mechanizmus ir allosterinius moduliacijos mechanizmus, susijusius su šio metabolinio kelio darbu.
Naudojant termodinaminius mechanizmus, metabolitų srautas kontroliuojamas per šį metabolinį kelią. Į aprašytą reakcijų sistemą įtrauktos trys reakcijos, kurių metu prarandamas didelis energijos kiekis: heksokinazė (G0 = 5,0 kcal / mol), fosfofrukokinazė (G0 = 3,4 kcal / mol) ir piruvato kinazė (G0 = 7,5 kcal / mol ). Šios reakcijos ląstelėje praktiškai nėra grįžtamos, ypač piruvato kinazės reakcija, ir dėl jų negrįžtamumo procesas tampa negrįžtamas.
Metabolito srauto intensyvumas aptariamame metaboliniame kelyje yra kontroliuojamas ląstelėje, keičiant į sistemą įtrauktų allosterinių fermentų aktyvumą: heksokinazę, fosfofrukokinazę ir piruvato kinazę. Taigi, metabolinio kelio termodinaminės kontrolės taškai tuo pačiu metu yra vietos, kuriose reguliuojama metabolitų intensyvumas.
Pagrindinis sistemos reguliavimo elementas yra fosfofruktokolazė. Šio fermento aktyvumą slopina didelės ATP koncentracijos ląstelėje, fermento ATP allosterinio slopinimo laipsnis padidėja esant aukštai citrato koncentracijai ląstelėje. AMP yra fosforofrukokinazės allosterinis aktyvatorius.
Heksokinazę slopina allosterinis mechanizmas didelėmis Gl6f koncentracijomis. Šiuo atveju mes sprendžiame susijusio reguliavimo mechanizmo darbą. Užfiksavus fosfofrukokinazės aktyvumą didelėmis ATP koncentracijomis, Fr6f kaupiasi ląstelėje, o tai reiškia, kad susikaupia Gl6f, nes fosforheksoizomerazės katalizuojama reakcija yra lengvai grįžtama. Tokiu atveju ATP koncentracijos padidėjimas ląstelėje slopina ne tik fosofrukokinazės, bet ir heksokinazės aktyvumą.
Trečiojo piruvato kinazės kinazės aktyvumo reguliavimas atrodo labai sunkus. Fermentinį aktyvumą stimuliuoja Gl6f, Fr1.6bf ir PHA allosterinis mechanizmas, vadinamasis aktyvatorius. Savo ruožtu didelės ATP, NADH, citrato, sukcinilo CoA ir riebalų rūgščių koncentracijos kraujyje slopina fermentų aktyvumą allosteriniu mechanizmu.
Apskritai, gliukozės suskaidymas į piruvatą slopinamas 3 nurodytų kinazių lygiu, turinčiose didelę ATP koncentraciją ląstelėje, t.y. geros ląstelės energijos tiekimo sąlygomis. Energijos trūkumas ląstelėje pasiektas gliukozės skaidymo aktyvinimas, pirma, pašalinant allosterinį kinazių slopinimą su didelėmis ATP ir allosterinio aktyvinimo koncentracijomis AMP, ir, antra, dėl to, kad prekursoriai Gl6F, Fr1.6bf ir PHA aktyvina piruvato kinazę.
Koks yra citrato fosfofrukokinazės ir citrato bei sukcinilo CoA piruvato kinazės slopinimas? Faktas yra tai, kad dvi acetil-CoA molekulės yra sudarytos iš vienos gliukozės molekulės, kuri tada oksiduojama Krebso cikle. Jei ląstelėje kaupiasi citratas ir sukcinilas CoA, Krebso ciklas nesusijęs su jau sukaupto acetilo CoA oksidavimu ir prasminga sulėtinti papildomą jo formavimąsi, kuri pasiekiama slopinant fosforo ruktokinazės ir piruvato kinazę.
Galiausiai, gliukozės oksidacijos slopinimas piruvato kinazės lygiu su didėjančia riebalų rūgšties koncentracija yra skirtas gliukozės išsaugojimui ląstelėje tokiomis sąlygomis, kai ląstelė yra aprūpinta kita, efektyvesne energijos kuro forma.
2.1.1.2. Piruvato oksidacinis dekarboksilinimas
Aerobinėmis sąlygomis piruvino rūgštis oksiduoja dekarboksilinimą, kad susidarytų acetilo CoA. Šią transformaciją katalizuoja supramolekulinis piruvato dehidrogenazės kompleksas, lokalizuotas mitochondrijoje. Piruvatdehidrogenazės kompleksas susideda iš trijų skirtingų fermentų: piruvato dekarboksilazės, dihidrolipatoacetiltransferazės ir dehidrogenazės dihidrolipoinės rūgšties, jų kiekybiniai santykiai komplekse priklauso nuo išskyrimo šaltinio, paprastai šis santykis artėja prie 30: 1: 10.
Pirmasis šio komplekso fermentas yra piruvato dekarboksilazė (E1).