Glicogenul este un carbohidrat rezervat animalelor, care constă într-o cantitate mare de reziduuri de glucoză. Furnizarea de glicogen vă permite să umpleți rapid lipsa de glucoză în sânge, de îndată ce scade nivelul acesteia, se împarte glicogen și glucoza liberă intră în sânge. La om, glucoza este stocat în primul rând sub forma de glicogen. Pastreaza celule individuale molecula de glucoza nu este avantajoasă, deoarece ar crescut semnificativ presiunea osmotică din interiorul celulei. În structura sa se aseamănă cu glicogen, amidon, care este un polizaharid, care este, în principal plante tezaur. Amidon De asemenea, este format din unități de glucoză legate între ele, dar moleculele mai glicogen ramificare. Reacția de înaltă calitate la glicogen - reacția cu iod - dă o culoare maro, spre deosebire de reacția iodului cu amidonul, care vă permite să obțineți o culoare purpurie.
Reglementarea producerii de glicogen
Formarea și defalcarea glicogenului reglează mai mulți hormoni, și anume:
1) insulină
2) glucagon
3) adrenalină
formarea de glicogen are loc după concentrația de glucoză din sânge este crescut: doar o mulțime de glucoză, atunci este necesar să stoc pentru o utilizare viitoare. Absorbția glucozei în celule este reglată în principal prin doi antagoniști hormoni, adică hormoni cu efectul opus: insulină și glucagon. Ambii hormoni sunt alocate celule pancreatice.
Notă: cuvântul „glucagon“ și „glicogen“ este foarte asemănătoare, dar glucagon - un hormon, și glicogen - polizaharid de rezervă.
Insulina este sintetizată, în cazul în care sângele glucoză mult. Acest lucru se întâmplă de obicei, după ce o persoană a mâncat, mai ales în cazul în care masa - ea alimente bogate in carbohidrati (de exemplu, daca mananci un produs de patiserie sau dulce). Toți carbohidrații care sunt conținute în alimente sunt descompuse la monozaharide și deja în această formă sunt absorbite prin peretele intestinal în sânge. În consecință, nivelurile de glucoză cresc.
Cand receptorii celulari raspund la insulina, celulele absorb glucoza din sange, iar nivelul său se reduce din nou. Apropo, care este motivul pentru diabet - deficit de insulina - la figurat numit „foame în mijlocul belșug“, pentru că, există o mulțime de zahăr, dar fără insulină celulele nu pot absorbi în sânge după consumul de alimente, care este bogat în carbohidrați. O parte din celulele de glucoză sunt utilizate pentru energie, iar restul este transformat în grăsimi. Celulele hepatice utilizează glucoza absorbită pentru a sintetiza glicogenul. Dacă puțină glucoză în sânge, procesul este inversat: pancreasul secreta un hormon, glucagon, ficat si celulele incep sa se despica glicogen, eliberarea glucozei in sange, sau glucoza re-sintetiza din molecule simple, cum ar fi acidul lactic.
Adrenalina conduce de asemenea la defalcarea glicogenului, deoarece întreaga acțiune a acestui hormon vizează mobilizarea corpului, pregătindu-l pentru tipul de reacție "lovit sau alergat". Și pentru aceasta este necesar ca concentrația de glucoză să devină mai mare. Apoi, mușchii îi pot folosi pentru energie.
Astfel, rezultatele aportul alimentar in eliberarea hormonului in insulina din sange si sinteza glicogenului, și posteau - izolarea si hormonul glucagon descompunere glicogen. Secreția de adrenalină, care are loc în situații de stres, de asemenea, duce la descompunerea glicogenului.
De ce este sintetizat glicogenul?
Substratul pentru sinteza glicogenului sau glikogenogeneza cum este numit într-un alt mod, este de glucoză 6-fosfat. Această moleculă, care se obține din glucoză după aderarea la atomul de carbon al șaselea reziduu de acid fosforic. Glucoza, formând glucoză-6-fosfat pătrunde ficatul de sânge, iar sângele - din intestine.
O altă variantă este posibilă: glucoza poate fi nou sintetizat din precursori simpli (acid lactic). În acest caz, glucoza din sânge scade, de exemplu, într-un mușchi, în care scindată în acid lactic cu eliberarea de energie, și acid lactic apoi acumulate este transportat la ficat, iar celulele hepatice au fost re-sintetizat din glucoza ei. Apoi, această glucoză poate fi transformată în glucoză-6-fosfot și în continuare pe baza acesteia pentru a sintetiza glicogenul.
Etapele de glicogen
Deci, ce se întâmplă în procesul de sinteză a glicogenului din glucoză?
1. reziduu de glucoză după adăugarea de acid fosforic devine glucoză-6-fosfat. Acest lucru se datorează hexokinazei enzimei. Această enzimă are mai multe forme diferite. Hexochinază în mușchi este ușor diferită de hexochinază în ficat. Forma acestei enzime, care este prezent in ficat, glucoza este asociat cu mai rău, iar produsul format în timpul reacției, nu inhibă reacția. Din acest motiv celulele hepatice sunt capabile sa absoarba glucoza numai foarte mult atunci când, și poate fi transformat imediat in glucoza-6-fosfat, o mulțime de substrat, chiar dacă nu aveți timp să-l proces.
2. Enzima fosfoglucomutaza catalizează conversia glucoz-6-fosfatului la izomerul său, glucoz-1-fosfat.
3. rezultată glucoză 1-fosfat și apoi se conectează la trifosfat uridină, formând UDP-glucoză. Catalizează acest proces enzima UDP-glucoză. Această reacție nu poate avansa în direcția opusă, adică, este ireversibil în condițiile care sunt prezente în celulă.
4. Sintetazei enzimei glicogen transferă reziduul de glucoza pentru a forma molecule de glicogen.
5. enzimă Glikogenrazvetvlyayuschy adaugă un punct de ramură, creând un nou „ramuri“ pe molecula glicogenul. Mai târziu, la sfârșitul acestei ramuri se adaugă resturi de glucoză utilizând glicogen sintaza.
Unde este depozitat glicogen după formare?
Glicogenul este o polizaharidă de rezervă necesară pentru viață și este stocată sub formă de mici granule situate în citoplasma unor celule.
Glicogenul stochează următoarele organe:
1. ficat. Glicogenul este destul de abundent în ficat și este singurul organ care utilizează cantitatea de glicogen care reglează concentrația de zahăr din sânge. 5-6% poate fi de glicogen din ficat, în greutate, ceea ce corespunde aproximativ 100-120 grame.
2. Mușchi. În mușchi, depozitele de glicogen sunt mai puțin în procent (până la 1%), dar în total, în greutate, pot depăși tot glicogenul stocat în ficat. Mușchii nu eliberează glucoza, care a fost format după prăbușirea glicogenului în fluxul sanguin, o folosesc doar pentru uzul propriu.
3. Rinichii. Au găsit o cantitate mică de glicogen. Mai cantități mai mici au fost găsite în celule și leucocite gliale, adică celule albe din sânge.
Cât durează ultimul depozit de glicogen?
În timpul funcționării glicogenul corpului este sintetizat destul de des, aproape de fiecare dată după ce mănâncă. Organismul nu are sens să păstreze cantități uriașe de glicogen, deoarece funcția sa principală nu este să servească cât mai mult timp ca donator de nutrienți, ci să reglementeze cantitatea de zahăr din sânge. glicogen durează o perioadă de aproximativ 12 ore.
Pentru comparație, înmagazinată de grăsime:
- În primul rând, în general, au o masă mult mai mare decât masa de glicogenul
- în al doilea rând, ele pot fi suficiente pentru o lună de existență.
De asemenea, demn de remarcat este faptul că organismul uman poate transforma carbohidratii in grasime, dar nu și invers, care este stocat până grăsime pentru a transforma în glicogen nu funcționează, doar pentru a fi utilizate în mod direct pentru energie. Dar glicogen despica in glucoza, iar apoi distruge foarte glucoza și de a folosi produsul rezultat pentru sinteza grăsimilor în corpul uman este destul de capabil.
Glicogenul este o rezervă de energie ușor utilizată.
Mobilizarea glicogenului (glicogenoliza)
Rezervele de glicogen sunt utilizate diferit în funcție de caracteristicile funcționale ale celulei.
Glicogenul din ficat este defalcat prin reducerea concentrației de glucoză în sânge, în principal între mese. După 12-18 ore de post, depozitele de glicogen din ficat sunt complet epuizate.
În mușchi, cantitatea de glicogen scade de obicei numai în timpul activității fizice - prelungită și / sau intensă. Glicogenul este utilizat aici pentru a asigura funcționarea myocitelor prin glucoză. Astfel, mușchii, precum și alte organe, utilizează glicogen numai pentru propriile nevoi.
Mobilizarea (descompunerea) glicogenului sau glicogenolizei este activată atunci când există o lipsă de glucoză liberă în celulă și, prin urmare, în sânge (postul, munca musculară). Nivelul de glucoză din sânge "în mod intenționat" susține numai ficatul, în care există glucoză-6-fosfatază, care hidrolizează esterul fosfat de glucoză. Glucoza liberă formată în hepatocite este eliberată prin membrana plasmatică în sânge.
Trei enzime sunt direct implicate în glicogenoliza:
1. Glicogenul fosforylazei (coenzima piridoxal fosfat) - scindează legăturile α-1,4-glicozidice pentru a forma glucoz-1-fosfat. Enzima funcționează până când rămân 4 reziduuri de glucoză până la punctul de ramificație (legătura α1,6).
Rolul fosforilazei în mobilizarea glicogenului
2. α (1,4) -α (1,4) -glucantransferaza este o enzimă care transferă un fragment din trei resturi de glucoză într-un alt lanț, cu formarea unei noi legături a1,4-glicozidice. În același timp, în același loc rămâne un rest de glucoză și o legătură deschisă "a1,6-glicozidică accesibilă.
3. Amilo-a1,6-glucozidaza, (enzima "detuschii") - hidrolizează legătura a1,6-glicozidică cu eliberarea glucozei libere (ne-fosforilate). Ca rezultat, se formează un lanț fără ramificații, din nou servind drept substrat pentru fosforilază.
Rolul enzimelor în defalcarea glicogenului
Sinteza glicogenului
Glicogenul este capabil să fie sintetizat în aproape toate țesuturile, dar cele mai mari depozite de glicogen sunt în ficat și în mușchii scheletici.
În mușchi, cantitatea de glicogen scade de obicei numai în timpul activității fizice - prelungită și / sau intensă. Acumularea de glicogen aici este observată în perioada de recuperare, mai ales când se iau alimente bogate în carbohidrați.
Glicogenul hepatic este descompus prin reducerea concentrației de glucoză în sânge, în primul rând între mese (perioada de post-adsorbție). După 12-18 ore de post, depozitele de glicogen din ficat sunt complet epuizate. Glicogenul se acumulează în ficat numai după ce a mâncat, cu hiperglicemie. Aceasta se datorează particularităților kinazei hepatice (glucokinaze), care are o afinitate scăzută la glucoză și poate funcționa numai la concentrațiile sale ridicate.
La concentrații normale de glucoză în sânge, captarea acestuia de către ficat nu este efectuată.
Următoarele enzime sintetizează în mod direct glicogen:
1. fosfoglucomutaza - transformă glucoza-6-fosfat în glucoz-1-fosfat;
2. Glucoza-1-fosfat-uridiltransferază - o enzimă care efectuează reacția de sinteză cheie. Ireversibilitatea acestei reacții este asigurată prin hidroliza difosfatului rezultat;
Reacțiile de sinteză a UDP-glucoză
3. Glicogen sintaza - formează legăturile a1,4-glicozidice și extinde lanțul glicogen, atașând C 1 UDF-glucoză activată la restul de glicogen terminal C4;
Glicogenul reacției chimie de reacție
4. Amilo-a1,4-a1,6-glicoziltransferaza, enzimă "ramificată de glicogen" - transferă un fragment cu o lungime minimă de 6 resturi de glucoză la un lanț adiacent, cu formarea unei legături a1,6-glicozidice.
Manualul medicului 21
Chimie și tehnologie chimică
Degradarea glicogenului pentru a forma glucoza
În timpul fosforolizei, glicogenul se descompune astfel cu formarea esterului de glucoză fosforică, fără a fi mai întâi divizată în fragmente mai mari ale moleculei de polizaharidă. [C.251]
Fosforilazele transferă polizaharidele (în special, glicogenul) din forma de depozitare în forma activă metabolică în prezența fosforilazei și glicogenul se descompune pentru a forma eterul de glucoză fosfat (glucoz-1-fosfat) fără a împărți molecula polizaharidică mai mare în fragmente mai mari. În termeni generali, această reacție poate fi reprezentată după cum urmează [p.325]
Mai târziu vom răspunde la această întrebare importantă (capitolul 25), acum spunem doar că, dacă corpul este dintr-o dată într-o situație critică, medulla suprarenale secretă hormonul adrenalină în sânge, care servește ca semnal molecular pentru ficat și mușchi. Sub influența acestui semnal, ficatul întoarce glicogenul fosforilază, ca urmare a creșterii nivelului de glucoză din sânge, adică mușchii primesc combustibil. Același semnal include în mușchiul scheletic descompunerea glicogenului cu formarea lactatului, mărind astfel [p.464]
Digestia carbohidratilor alimentari incepe in cavitatea bucala. Sub acțiunea enzimei salivă amilază, amidonul și glicogenul suferă o scindare superficială pentru a forma polizaharide cu greutate moleculară scăzută - dextrine. Descompunerea suplimentară a dextrinelor, precum și a amidonului nedigerat și a glissogenei apare în intestinul subțire, cu participarea amilazei de suc de pancreas. Rezultatul este maltoza dizaharidică, constând din două resturi de glucoză. Digestia carbohidraților se completează prin transformarea maltozei și a altor dizaharide alimentare (zaharoză, lactoză) în monozaharide (glucoză, fructoză, galactoză), principala fiind glucoza. [C.44]
Carbohidrații complexi încep să sufere transformări deja în zona gurii. Saliva, o secreție produsă de glandele salivare (parotid, submandibular, sublingual), conține două enzime care descompun amilaza carbohidratului (amilaza de salivă se numește ptyalin) și într-o cantitate mică de maltază. Aceste enzime, prin expunerea succesivă la amidon sau glicogen, determină descompunerea (hidroliza) acestor polizaharide la formarea de glucoză. [C.241]
Pentru ca glicogen-fosforilaza să se descompună sub acțiunea glicogenului, o altă enzimă trebuie să acționeze și asupra polizaharidelor. (1 -> 6) -glucozidază. Această enzimă catalizează două reacții. În primul dintre ele, el scade din lanț trei resturi de glucoză din cele patru menționate și le transferă până la capătul unui alt lanț lateral exterior. În a doua reacție, catalizată de o (1 -> 6) -glucozidază, al patrulea reziduu de glucoză este scindat, atașat la punctul de ramificație al unei legături (1-6). Hidroliza unei legături (1-> 6 la punctul de ramificație duce la formarea unei molecule de D-glucoză și de la [p.457]
Glicogenul se dizolvă în apă fierbinte pentru a forma o soluție opalescentă. Este vopsit cu iod într-o culoare maro roșie, aproape de culoarea amilopectinei colorate cu iod. Glicogenul nu are proprietăți de reducere. În timpul hidrolizei glicogenului cu acid mineral diluat, precum și prin împărțirea acestuia cu enzime, se formează a-O-glucoză. Reziduurile moleculelor de glucoză din moleculele de glicogen sunt legate între ele prin legăturile glucosidice 1,4 și 1,6. Astfel, ca amilo-pectină, molecula de glicogen are o structură ramificată, cu o cantitate mai mare de 1,6 legături glucosidice (pentru 12 legături de 1,4, există o legătură de 1,6) decât în molecula de amilopectină și, prin urmare, mai ramificat și mai compact (figura 5). [C.74]
Funcția ficatului în metabolismul carbohidraților este extrem de mare și multifactor. Este capabil să sintetizeze glicogenul din materialele de glucoză și non-carbohidrați. Un astfel de material poate fi acidul lactic, glicerina, produsele de scindare ale glicolului, alaninei, tirozinei, fenilalaninei, serinei, treoninei, cisteinei, valinei, izoleucinei, acizilor aspartici și glutamic, argininei și prolinei. Acestea sunt așa-numitele acizi glucogenici. Ficatul poate oxida acidul piruvic pentru a forma ATP, care este utilizat de ficat pentru a transforma acidul lactic în glicogen. [C.84]
Pentru prima dată cu fosforilarea proteinelor dependente de AMP a fost detectată în studiul metabolismului de glicogen în celulele musculare scheletice. Glicogenul este principala formă de rezervă a glucozei, după cum sa menționat deja, dezintegrarea sa în celulele musculare este reglementată de adrenalină (de fapt, adrenalina reglează atât distrugerea glicogenului, cât și sinteza sa în mușchii scheletici). Dacă, spre exemplu, animalul este supus stresului (înfricoșător etc.), atunci glandele suprarenale vor începe să arunce adrenalina în sânge, ceea ce va aduce diferitele țesuturi ale corpului într-o stare de pregătire. Adrenalina care circulă în sânge determină, în special, defalcarea glicogenului în celulele musculare la glucoz-1-fosfat și, în același timp, inhibă sinteza noului glicogen. Glucoza-1-fosfat este transformată în glucoz-6-fosfat, care este apoi oxidat în reacții de glicoliză cu formarea de ATP, oferind energie pentru munca musculară intensă. În acest fel, adrenalina pregătește celulele musculare pentru o muncă intensă. [C.372]
La om, sunt cunoscute o serie de boli genetice asociate cu sinteza sau degradarea defectuoasă a glicogenului. Unul dintre primele cazuri a fost un caz de extindere hepatică cronică - la o fată de 8 ani, care de asemenea avea diferite tipuri de tulburări metabolice. Fata a murit din cauza gripei. O autopsie a arătat că ficatul ei era de 3 ori mai mare decât cel normal, conținea o cantitate enormă de glicogen, ponderea acestuia fiind de aproape 40% din greutatea uscată a organului. Glicogenul izolat din ficat a fost chimic destul de normal, totuși, atunci când o bucată de țesut hepatic a fost omogenizată și incubată într-un tampon, acest glicogen a rămas intact - nu s-au format nici lactat, nici glucoză. Atunci când o suspensie preparată din țesutul unui ficat normal a fost adăugată la glicogen, aceasta sa prăbușit rapid la glucoză. Pe baza acestui test biochimic, cercetatorii au ajuns la concluzia ca pacientul a deranjat procesul de descompunere a glicogenului (aceasta boala este adesea numita boala Gyrke dupa numele medicului care la descris). La început s-a presupus că glucoza-6-fosfatază a fost enzima defectă, deoarece ficatul bolnav nu a format glucoză, dar absența formării lactatului a arătat că defectul a afectat fie glicogen fosforilaza, fie enzima debranching [a (1-6 a) -glucozidază]. Ulterior, cercetătorii au fost întăriți în opinia că în acest caz clasic a fost afectată de o (1-6) -glucozidază. Ca rezultat, moleculele de glicogen din ficat ar putea fi defalcate pentru a forma glucoza sau [c.616]
Aici este necesar să subliniem că defalcarea glicogenului în ficat cu formarea glucozei libere (mobilizarea glicogenului, p. 245) apare în principal prin fosforolitice. În același timp, glicogenul este descompus sub influența non-amilazei, dar fosforilaza hepatică cu formarea eterului glucoz-1-monofosforic (p.251). Acesta din urmă este apoi foarte rapid scindat de fosfatazele hepatice în glucoză liberă și acid fosforic. Astfel, fosforilaza și fosfataza glucoza-1-monofosforică prezentă în ficat împarte glicogenul în particule individuale de glucoză, fără formarea intermediară a dextrinelor și maltozei, care sunt produse caracteristice de degradare hidrolitică a glicogenului (în prezența amilazei). [C.245]
Metabolizarea creierului, a mușchilor, a țesutului adipos și a ficatului variază foarte mult. Într-o persoană alimentată în mod normal, glucoza este practic singura sursă de energie pentru creier. În timpul mesei, corpurile cetone (acetoacetat și 3-hidroxibutirat) dobândesc rolul sursei principale de energie pentru creier. Muschii folosesc glucoză, acizi grași și corpuri cetone ca sursă de energie și sintetizează glicogenul ca rezervă de energie pentru propriile nevoi. Țesutul adipos este specializat în sinteza, depozitarea și mobilizarea triacilglicerolilor. Procesele metabolice multiple ale ficatului susțin activitatea altor organe. Ficatul poate mobiliza rapid glicogenul și poate efectua gluconeogeneza pentru a satisface nevoile altor organe. Ficatul joacă un rol major în reglarea metabolismului lipidic. Când sursele de energie sunt abundente, are loc sinteza și esterificarea acizilor grași. Apoi se deplasează din ficat în țesut gras sub formă de lipoproteine cu densitate foarte scăzută (VLDL). Cu toate acestea, în timpul postului, acizii grași sunt transformați în ficat în corpurile cetone. Integrarea activității tuturor acestor organe se realizează prin hormoni. Insulina indică o abundență de resurse alimentare, stimulează formarea de glicogen și triacilgliceroli, precum și sinteza proteinelor. Glucagonul, dimpotrivă, semnalează un conținut scăzut de glucoză din sânge, stimulează distrugerea glicogenului și gluconeogenezei în ficat și hidroliza triacilglicerolilor din țesutul adipos. Adrenalina și norepinefrina acționează asupra resurselor energetice cum ar fi glucagonul. Diferența constă în faptul că principala lor țintă este mușchiul, nu ficatul. [C.296]
Insulina. Un rol important în metabolismul carbohidraților și în reglarea zahărului din sânge îl joacă hormonul insulină. Spre deosebire de acțiunea altor hormoni, aceasta scade concentrația zahărului în sânge, mărind conversia glucozei în glicogen în ficat și mușchi, favorizând oxidarea corectă a glucozei în țesuturi, precum și prevenind distrugerea glicogenului din ficat cu formarea de glucoză. Insulina acționează asupra procesului de fosforilare a glucozei cu formarea glucozei-6-fosfatului, care este prima etapă a glucogenezei sau formării glicogenului. În absența unui aport suficient de insulină, conversia glucozei extracelulare în glucoză-6-fosfat intracelular este întârziată. [C.364]
Gibson, 1948 [1099]) (25080). În acest caz, enzima deteriorată este methemoglobin reductaza dependentă de MAVN. Prima încercare de a studia sistematic un grup de boli umane asociate defectelor metabolice a fost făcută în 1951. Într-un studiu al bolii de acumulare de glicogen [1044], cuplul Cory a arătat că în opt din zece cazuri de afecțiune patologică diagnosticată ca boala Gyrke (23220), structura glicogenului hepatic a fost o varianta normală și în două cazuri a fost clar afectată. De asemenea, a fost evident că glicogenul hepatic, acumulând în exces, nu poate fi transformat direct în zahăr, deoarece pacienții prezintă o tendință la hipoglicemie. Multe enzime sunt necesare pentru defalcarea glicogenului pentru a forma glucoza în ficat. Doi dintre aceștia, amilo-1,6-glucozidază și glucoz-6-fosfatază, au fost aleși pentru studiu ca elemente posibile defecte ale sistemului enzimatic. În omogenatele ficatului la diferite valori ale pH-ului, s-a măsurat eliberarea de fosfat din glucoz-6-fosfat. Rezultatele sunt prezentate în Fig. [C.10]
Astfel, o legătură de fosfat de mare putere este consumată atunci când glucoza-6-fosfat este inclusă în glicogen. Producția de energie în timpul defalcării glicogenului este extrem de ridicată. Aproximativ 90% din reziduuri sunt scindarea fosforolitică cu formarea de glucoz-1-fosfat, care se transformă în glucoză-b-fosfat fără costuri energetice. Restul de 10% din reziduuri aparțin ramurilor și sunt împărțite hidrolitic. O moleculă ATP este utilizată pentru a fosforila fiecare din aceste molecule de glucoză la glucoză-b-fosfat. Oxidarea completă a glucozei-b-fosfatului dă treizeci și șapte [c.122]
Sinteza și defalcarea glicogenului. Glicogenul este o formă ușor de mobilizat de stocare a energiei. Este un polimer ramificat de reziduuri de glucoză. Un intermediar activ de sinteză a glicogenului este UDP-glucoza, care este formată din glucoz-1-fosfat și UTP. G lycogen sintaza catalizează transferul unui rest de glucoză din glucoză UDP la gruparea terminală hidroxil a lanțului de creștere. Divizarea glicogenului este un alt mod. Fosforilaza catalizează descompunerea glicogenului prin ortofosfat pentru a forma glucoz-1-fosfat. Sinteza și scindarea glicogenului sunt coordonate cu - [p.285]
Metabolizarea carbohidraților în fiecare celulă vie (substanța vie) este un singur proces simultan legat de reacțiile interconectate de descompunere și sinteză a substanțelor organice. În centrul metabolismului carbohidraților la animale se află glicogeneza și glicogenoliza, adică procedeele de formare și descompunere a glicogenului. Acestea apar în principal în ficat. Glicogenul poate fi format atât din carbohidrați, cât și din surse non-carbohidrați, cum ar fi, de exemplu, anumiți aminoacizi, glicerină, acizi lactic, piruvic și propionic, precum și din mulți alți compuși simpli. Termenul glicogenoliza se referă la defalcarea reală a glicogenului la glucoză. Dar acum acest cuvânt este adesea înțeleasă ca însemnând întreaga sumă a proceselor care conduc la formarea glicolitică a acidului lactic în cazul în care substratul de pornire nu este glucoză, ci glicogen. Glicoliză este înțeleasă în general pentru a descompune carbohidrații de la început, adică de la glucoză sau glicogen, nu face nicio diferență pentru produsele finale. [C.376]
În timpul fermentării alcoolice, în procesul de divizare a unei molecule de glucoză, se formează patru molecule ATP (50 kcal sau 210 kJ). Dintre acestea, două sunt cheltuite pentru activitatea funcțională și sinteza. Conform unor calcule ale unor autori, în timpul glicolizei și glicogenolizei, 35-40 / o din toată cantitatea de energie liberă acumulată se acumulează în legături de fosfor bogate în energie, în timp ce restul de 60-65% sunt dispersate sub formă de căldură. Eficiența celulelor, organelor, care lucrează în condiții anaerobe, nu depășește 0,4 (aerobic 0,5). Aceste calcule se bazează în principal pe datele obținute din extractele musculare și din sucul de drojdie. În condițiile unui organism viu, celulele musculare, organele și țesuturile utilizează energie, probabil mult mai mult. Din punct de vedere fiziologic, procesul de glicogenoliză și glicoliză este extrem de important, mai ales când procesele de viață sunt efectuate în condiții de lipsă de oxigen. De exemplu, cu munca viguroasă a mușchilor, în special în prima fază de activitate, există întotdeauna un decalaj între eliberarea oxigenului și mușchilor și necesitatea acestuia. În acest caz, costurile inițiale ale energiei sunt acoperite în mare parte de glicogenoliză. Fenomene similare se observă în diferite stări patologice (hipoxie a creierului, inimii etc.). În plus, energia potențială conținută în acidul lactic nu este în cele din urmă pierdută de un organism puternic organizat. Acidul lactic rezultat este transferat rapid din mușchi în sânge și apoi transportat în ficat, unde este din nou transformat în glicogen. Descompunerea anaerobă a carbohidraților cu formarea acidului lactic este foarte comună în natură, observată nu numai în mușchi, ci și în alte țesuturi ale organismului animal. [C.334]
Pentru prima dată, secvența de evenimente a fost clarificată în studiul metabolismului de glicogen în celulele musculare scheletice. Glicogenul este forma principală de rezervă a glucozei, sinteza și descompunerea acesteia fiind strict reglementată de anumiți hormoni. Dacă, de exemplu, un animal este speriat sau supus unui alt stres, glandele suprarenale secretă adrenalina în sânge, ducând diferite țesuturi ale corpului la o stare de pregătire. Adrenalina circulantă determină, în special, defalcarea glicogenului în celulele epicon la glucoz-1-fosfat și, în același timp, oprește sinteza noului glicogen. Glucoza-1-fosfat este transformată în glucoz-6-fosfat, care este apoi oxidat în reacții de glicoliză, ceea ce duce la formarea ATP, care este necesară pentru activitatea mipps-ului. În acest fel, adrenalina pregătește celulele musculare pentru o muncă intensă. [C.271]
Vezi paginile în care se menționează termenul Glicogen Splitare cu formarea de glucoză: [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]
Info-Farm.RU
Farmacie, medicină, biologie
glicogen
Glicogenul (cunoscut și sub numele de "amidon de animale", în ciuda inexactității acestui nume) este o polizaharidă, homopolimer de α-glucoză, forma principală a depozitării sale în celulele animale, cele mai multe ciuperci, multe bacterii și arhaea. În corpul uman, principalele locuri de acumulare de glicogen sunt ficatul și mușchiul scheletic.
Capacitatea ficatului de a mări concentrația de glucoză în sânge și prezența unei substanțe asemănătoare amidonului, denumită glicogen, a fost descoperită în 1875 de către Claude Bernard.
Structura chimică
Glicogenul este un homopolimer de α-glucoză, reziduurile căruia sunt interconectate prin legături (a1 → 4) -glucozide. La fiecare 8-10 reziduuri monomere ramificate, ramurile laterale sunt atașate (α1 → 6) printr-un pachet. Astfel, molecula de glicogen este mult mai compactă și mai ramificată decât amidonul. Gradul de polimerizare este apropiat de cel al amilopectinei.
Toate ramificațiile glicogenului au un capăt de non-frecvență, astfel încât dacă numărul de ramificații este egal cu n, atunci molecula va avea n-1 capete nenorocite și numai una reducătoare. Atunci când apare hidroliza glicogenă pentru ao folosi ca sursă de energie, reziduurile de glucoză sunt despărțite unul câte unul de capetele nereducibile. Numărul lor mare vă permite să accelerați în mod semnificativ procesul.
Conformarea cea mai stabilă a ramurilor cu ligament (α1 → 4) este o helix densă cu șase resturi de glucoză per revoluție (planul fiecărei molecule este returnat la 60 ° față de cel precedent).
Pentru a-și îndeplini funcția biologică: asigurarea celui mai compact depozit al glucozei și, în același timp, posibilitatea de a mobiliza rapid, glicogenul trebuie să aibă o structură optimizată pentru câțiva parametri: 1) numărul de niveluri de ramificare; 2) numărul de sucursale din fiecare nivel; 3) cantitatea de reziduuri de glucoză din fiecare ramură. Pentru o moleculă de glicogen cu un număr constant de unități monomere, numărul de ramificații externe din care se poate mobiliza glucoza până la punctul de ramificație scade odată cu creșterea lungimii medii a fiecărei ramuri. Densitatea ramurilor ultraperiferice este limitată steric, astfel încât dimensiunea maximă a moleculei de glicogen scade odată cu creșterea numărului de ramuri la același nivel. Moleculele de glicogen mature de origine diferită au o medie de 12 niveluri de ramificație, fiecare având o medie de două ramificații, fiecare conținând aproximativ 13 resturi de glucoză. Analiza matematică a arătat că o astfel de structură este foarte apropiată de cea optimă pentru mobilizarea cantității maxime de glucoză în cel mai scurt timp posibil.
Distribuție și înțeles
Glicogenul este o formă de depozitare a glucozei la animale, ciuperci, unele bacterii (în special, cianobacterii) și APEX. În microorganisme, glicogenul este mai mult sau mai puțin împrăștiat pe tot cuprinsul citoplasmei unei celule sub formă de granule cu diametrul de 20-100 nm, acestea putând fi văzute de obicei numai printr-un microscop electronic. Dacă o celulă conține o mulțime de glicogen, devine roșu-brun atunci când pictați cu soluție de iod. La animalele vertebrate, cele mai mari cantități de glicogen sunt stocate în ficat, unde pot fi 7-10% din masa totală (100-120 g la adult) și mușchii scheletici (1-2% din masa totală). Cantități mici de glicogen se găsesc în rinichi și chiar mai puțin în anumite celule ale creierului glial și celule albe din sânge.
Depozitarea glicemiei nu este în formă liberă, dar sub formă de polizaharide este dictată de două motive. În primul rând, dacă, de exemplu, în hepatocite, întreaga masă de glucoză, care face parte din glicogen, se află într-o stare liberă, concentrația acesteia ar fi ajuns la 0,4 mol / l. Și, la rândul său, ar duce la o creștere semnificativă a presiunii osmotice a citosolului, la un aflux excesiv de apă în celulă și ruptura sa. În al doilea rând, o astfel de concentrație ridicată de glucoză ar face transportul activ din mediul celular, în cazul unui hepatocit din sânge, unde nivelul de glucoză este de numai 5 mmol / l, practic imposibil. Depozitarea glucozei sub formă de glicogen reduce concentrația acesteia în celulă la 0,01 μmol / L.
Glicogenul la oameni este semnificativ mai mic decât depozitele de grăsimi. Acestea din urmă au o serie de avantaje: în primul rând, ele fac posibilă obținerea a mai mult de două ori mai multă energie decât aceeași masă de carbohidrați, în al doilea rând, ele sunt molecule hidrofobe și, spre deosebire de carbohidrați, nu necesită hidratare, ceea ce reduce masa rezervelor de energie. Cu toate acestea, glicogenul este o sursă rapidă de energie, pe lângă faptul că în organismul animal nu există căi metabolice pentru transformarea acizilor grași în glucoză și care nu poate fi utilizată de către creier în metabolismul anaerobic muscular.
În hepatocite, glicogenul este depozitat ca granule mari citoplasmatice. Particula beta așa numită elementară, este o moleculă a gilcogenului, are un diametru de aproximativ 21 nm și include 55000 de resturi de glucoză și are 2000 de capete neregulate. 20-40 de astfel de particule formează împreună α-rozete, care pot fi văzute sub microscop în țesuturile animalelor bine hrănite. Cu toate acestea, ele dispar după un post de 24 de ore. Granulele de glicogen sunt agregate complexe, care în plus față de glicogenul însuși includ enzime, sintetizează și rupe în jos, precum și molecule de reglementare.
Glicogenul muscular servește ca sursă de energie rapidă atât pentru metabolismul aerobic, cât și pentru metabolismul anaerob. Rezervele sale pot fi epuizate într-o oră de activitate fizică intensă. Formarea regulată vă permite să creșteți stocurile de glicogen pentru mușchi, rezultând că acestea pot lucra mai mult fără oboseală. În ficat, glicogenul este o rezervă de glucoză pentru alte organe, în cazul în care aportul său alimentar este limitat. Această rezervă este deosebit de importantă pentru neuroni care nu pot utiliza acizi grași ca substrat de energie. Glicogenul rezervei hepatice în timpul postului este epuizat în 12-24 ore.
Glicogenul este, de asemenea, conținut în glandele secrete ale uterului, pe care le secretă în cavitatea sa în timpul perioadei de post-ovulație a ciclului menstrual după fertilizare. Aici, polizaharida este utilizată ca sursă de nutriție pentru embrion pentru implantarea sa.
Glicogenul intră, de asemenea, în organism cu alimente și este defalcat în intestinul subțire de enzime hidrolitice.
Metabolismul glicogenului
Degradarea glicogenului
Distrugerea glicogenului are loc în două moduri principale: în timpul digestiei, acesta este hidrolizat la glucoză, care poate fi absorbit de celulele epiteliale ale intestinului subțire. Cicatalizarea intracelulară a depozitelor de glicogen (glicogenoliza) trece prin fosforoliză, produsul căruia este glucoz-1-fosfat, astfel vă permite să economisiți o parte din energia legăturilor glicozidice prin formarea esterului fosfat. Astfel, pentru a încorpora glucoza formată în calea glicoliză sau fosfat de pentoză, nu este necesar să existe ATP. În plus, formarea gluco-1-fosfatului este benefică pentru mușchi, deoarece pentru acest compus nu există purtători de NO în membrana plasmatică și nu poate "scăpa" din celulă.
Glicogen în timpul digestiei
La om, digestia cu glicogen (ca amidonul) începe în cavitatea orală, unde acționează a-amilaza saliva. Această enzimă hidrolizează legăturile intramoleculare (α1 → 4) și descompune polizaharidele în oligozaharide. În stomac, amilaza saliva este inactivată prin aciditatea ridicată a mediului. Sucul gastric nu conține enzime pentru digestia carbohidraților. În duoden, legătura (a1 → 4) a glicogenului acționează asupra a-amilazei pancreatice și asupra legăturii (a1 → 6), de către o enzimă specială de eliberare a fierului amilo-1,6-glicozidază. Aceasta completează hidroliza glicogenului la maltoză, care, sub influența enzimei parietale a maltazei intestinului subțire (a-glucozidază), este transformată în glucoză și absorbită.
glicogenoliza
Mucoasa intracelulară și glicogenul ficatului sunt crăpate în timpul glicogenolizei, în care au loc trei enzime: glicogen fosforilaza, enzima glycogendendoglozhuyuyu și fosfoglucomutaza. Primul dintre ele catalizează o reacție în care fosfatul anorganic atacă legătura glicozidică (a1 → 4) dintre ultimele două resturi de glucoză de la capătul rar, rezultând despicarea ultimului reziduu ca glucoz-1-fosfat. Cofactorul în această reacție este piridoxal fosfatul.
Glicogenul fosforilază scindează succesiv un monomer de la extremitatea rară până când ajunge la locul îndepărtat de patru resturi din legătura (α1 → 6) (punctul de ramificație). Aici intră în joc o enzimă de formare bifuncțională (eucriotă). În primul rând, aceasta catalizează reacția transferazei, care constă în transferarea unui bloc de trei resturi de glucoză dintr-o ramură către cel mai apropiat capăt rar, la care este atașat (α1 → 4). După aceasta, enzima fisionabilă prezintă activitatea (a1 → 6) -glucozidază, care constă în scindarea legăturii (a1 → 6) și eliberarea glucozei libere.
Glucoza-1-fosfat se formează pentru a transforma fosfoglucomutaza în glucoz-6-fosfat, care în mușchiul scheletic intră în procesul de glicoliză. În ficat, glucoza-6-fosfat poate fi, de asemenea, transportată în reticulul endoplasmatic, sub acțiunea glucozei-6-fosfatazei (mușchii lipsiți de această enzimă), transformați în glucoză și eliberați în sânge.
Glicogenul biosintezei
Într-o mică măsură, biosinteza glicogenului (glicogeneza) apare în aproape toate țesuturile corpului, dar este cea mai pronunțată în ficat și mușchi. Acest proces începe cu glucoza-6-fosfat, se formează din glucoză până la reacția de hexokinază sau glucokinază. O parte din glucoză care intră în organism cu hrană este absorbită mai întâi de celulele roșii din sânge, care o folosesc pentru energie în procesul de fermentație lactică. Lactatul format în hepatocite este transformat în glucoză-6-fosfat în timpul gluconeogenezei.
Căile metabolice ale biosintezei și defalcarea anumitor compuși diferă de obicei prin cel puțin unele reacții. Metabolismul glicogenului a fost primul exemplu deschis al acestui principiu important. 1957 Louis Leloir a constatat că în procesul de glicogeneză nu se folosește glucoz-1-fosfat, dar se folosește glucoza uridin difosfat.
Glucoza-6-fosfat este mai întâi convertită în glucoz-1-fosfat sub influența fosfoglucomutazei. Produsul acestei reacții devine substratul pentru enzima UDP-glucoză fosforilază, care catalizează reacția:
Glucoză 1-fosfat + UTP → UDP-glucoză + FF n.
Deoarece pirofosfatul este imediat scindat de pirofosfatază anorganică, echilibrul de reacție este puternic deplasat spre formarea de UDP-glucoză. Acesta din urmă este un substrat pentru glicogen sintaza, care transferă restul de glucoză la capătul rar al moleculei de glicogen.
Formarea ramurilor laterale asigură glicozil- (4 → 6) -transglicozilaza (enzima ramificată). Se desparte de o ramură, conține mai mult de 11 unități monomeri de 6-7 ultim și le transferă la grupa hidroxil C6 a reziduului de glucoză într-o poziție mai internă pe aceeași sau altă ramură. Astfel, are loc ramificarea, care este necesară pentru o mai bună solubilitate a glicogenului și accesul unui număr mai mare de enzime de sinteză și scindare la capete non-rare.
Glicogen sintaza poate sintetiza glicogen numai daca contine un primer - un polimer de glucoza gata preparat cu mai putin de sase unitati monomerice. Formarea moleculelor de glicogen de novo este posibilă numai datorită proteinei glicogeninei, care servește și ca "sămânță", pe care se înmulțesc noi ghilcogene și o enzimă, care catalizează începutul formării cercetării noastre.
Glicogeneza și glicogenoliza au un sistem complex de reglare la mai multe nivele. Multe dintre enzimele implicate în aceste procese sunt alosterice și își pot schimba activitatea prin adaptarea la nevoile celulei. Cantitatea de depozite de glicogen este de asemenea reglată la nivel hormonal pentru a menține homeostazia întregului organism.
Semnificația clinică
Încălcarea metabolismului de glicogen are loc în multe boli umane, incluzând diabetul zaharat. Există, de asemenea, o serie de tulburări ereditare asociate cu depunerea excesivă de glicogen în ficat, numite glicogenoză. Acestea sunt de obicei însoțite de hipoglicemie severă (scăderea glicemiei) între mese. Prima glicogenoză a fost descrisă în 1929 de către Edgar von Gorky, Gerty Corey a adus o mare contribuție la studiul acestor boli. Acum sunt cunoscute 13 forme de glicogenoză, cauzate de funcționarea defectuoasă a diferitelor proteine.
Sinteza și defalcarea glicogenului
Atunci când concentrația de glucoză din sânge crește, de exemplu, ca urmare a absorbției sale în intestin în timpul digestiei, debitul de glucoză în celule crește și cel puțin o parte din această glucoză poate fi utilizată pentru a sintetiza glicogenul. Acumularea rezervelor de carbohidrați în celule sub formă de glicogen are anumite avantaje față de acumularea de glucoză, deoarece nu este însoțită de o creștere a presiunii osmotice intracelulare. Cu toate acestea, cu o deficiență de glucoză, glicogenul este ușor descompus la glucoză sau esteri fosfat, iar unitățile monomerice rezultate sunt utilizate de către celule cu ținte energetice sau de plastic.
4.1. Sinteza glicogenului
Glucoza care intră în celule suferă o fosforilare cu participarea enzimelor de hexokinază sau glucokinază:
În continuare, gl-6-f rezultat este izomerizat în gl-1-f cu participarea enzimei fosfoglucomutază [FGM]:
Chl-1-f interacționează cu trifosfații de uridină pentru a forma UDP-glucoză cu participarea enzimei pirofosforilază UDP-glucoză [sau glucozo-1-fosfaturidiltransferază]:
Pirofosfatul este imediat împărțit în două resturi de acid fosforic cu participarea enzimei pirofosfatază. Această reacție este însoțită de o pierdere de energie de ordinul a 7 kcal / mol, în urma căreia reacția de formare a UDP-glucoză devine ireversibilă - controlul termodinamic al direcției procesului.
În etapa următoare, reziduul de glucoză din UDP-glucoza este transferat în molecula de glicogen sintetizat cu participarea enzimei glicogen sintetază:
UDP-glucoză + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ glicogen) și molecula de glicogen este extinsă cu un reziduu de glucoză. Enzima glicogen sintetaza este capabilă să atașeze reziduul de glucoză de UDP-glucoză la molecula de glicogen în construcție numai prin formarea unei legături a-1,4-glicozidice. Prin urmare, cu participarea doar a uneia dintre aceste enzime, poate fi sintetizat doar un polimer liniar. Glicogenul este un polimer ramificat și ramificarea în moleculă este formată cu participarea altei enzime: amilo-1,4 -> 1,6 - glicoziltransferază. Această enzimă, cunoscută și sub denumirea de enzimă de ramură, transportă un fragment de unități monomere 5-7 de la capătul regiunii liniare a polizaharidelor sintetizate mai aproape de mijlocul său și acest fragment se alătură lanțului de polimer datorită formării legăturii a-1,6-glicozidice:
Trebuie remarcat faptul că, în conformitate cu alte date, fragmentul scindabil constând dintr-un minim de 6 resturi de glucoză este transferat în lanțul adiacent al polizaharidelor ramificate în construcție. În orice caz, în viitor, ambele lanțuri sunt extinse datorită acțiunii glicogen sintetazei, iar noi ramuri se formează cu participarea enzimei ramificate.
Sinteza glicogenului apare în toate organele și țesuturile, cu toate acestea, cel mai mare conținut este observat în ficat [de la 2 la 5-6% din masa totală a organului] și în mușchi [până la 1% din masa lor]. Includerea unui reziduu de glucoză în molecula de glicogen este însoțită de utilizarea a 2 echivalenți de energie înaltă (1 ATP și 1 UTP), astfel încât sinteza glicogenului în celule poate avea loc numai cu o alimentare suficientă a celulelor.
4.2. Mobilizarea glicogenului
Glicogenul, ca rezervă de glucoză, se acumulează în celule în timpul digestiei și se consumă în perioada de post-absorbție. Scindarea glicogenului în ficat sau mobilizarea acestuia se efectuează cu participarea enzimei glicogen fosforilază, numită adesea pur și simplu fosforilază. Această enzimă catalizează scindarea fosforolitică a legăturilor a-1,4-glicozidice ale resturilor terminale de glucoză ale polimerului:
(C6H10O5) n + H3PO4> (C6H10O5) n-1 + Gl-1-F Pentru împărțirea unei molecule în regiunea ramificării sunt necesare două enzime suplimentare: așa-numita enzimă și amilo-1,6- glicozidază și, ca urmare a acțiunii ultimei enzime, se formează glucoză liberă în celule, care poate fie să părăsească celula, fie să fie supusă fosforilării.
Gl-1-f în celule este izomerizat cu participarea fosfoglucomutazei în gl-6-f. Stilul suplimentar al gl-6-fosfatului este determinat de prezența sau absența glucozei-6-fosfatazei în celulele enzimei. Dacă enzima este prezentă în celulă, ea catalizează scindarea hidrolitică a reziduului de acid fosforic din gl-6-fosfat pentru a forma glucoza liberă:
Gl-6-f + H2O D> Glucoză + H3PO4 care poate pătrunde în membrana celulară exterioară și poate intra în sânge. Dacă glucoza-6-fosfatază nu este prezentă în celule, atunci glucoza nu este defosforilată și reziduul de glucoză poate fi utilizat numai de această celulă particulară. Rețineți că divizarea glicogenului în glucoză nu necesită un flux suplimentar de energie.
În cele mai multe organe și țesuturi umane, glucoza-6-fosfatază este absentă, prin urmare, glicogenul stocat în ele este utilizat numai pentru propriile nevoi. Un reprezentant tipic al acestor țesuturi este țesutul muscular. Glucoza-6-fosfatază este prezentă numai în ficat, rinichi și intestine, dar prezența unei enzime în ficat (mai precis în hepatocite) este cea mai semnificativă, deoarece acest organ joacă rolul unui tip de tampon care absoarbe glucoza atunci când conținutul său în sânge crește și furnizează glucoză la sânge atunci când concentrația de glucoză din sânge începe să scadă.
4.3. Reglarea sintezei și descompunerii glicogenului
Comparând căile metabolice de sinteză și mobilizare a glico-genei, vom vedea că acestea sunt diferite:
Această circumstanță face posibilă reglementarea separată a proceselor în discuție. Reglarea se efectuează la nivelul a două enzime: glicogen sintetază, care este implicată în sinteza glicogenului, și fosforilază, care catalizează descompunerea glicogenului.
Principalul mecanism de reglare a activității acestor enzime este modificarea lor covalentă prin fosforilare-defosforilare. Fosforilarea sau fosforilaza "a" este foarte activă, în timp ce glicogen sintetaza sau sintetaza fosforilată "b" este inactivă. Astfel, dacă ambele enzime sunt în formă fosforilată, glicogenul este scindat în celulă pentru a forma glucoză. În starea defosforilată, dimpotrivă, fosforilaza este inactivă (sub formă de "b") și glicogen-sintetaza este activă (sub formă de "a"); în această situație, sinteza în organism glicogenul din glucoză.
Din moment ce glicogenul hepatic joacă rolul unei rezerve de glucoză pentru întreg organismul, sinteza sau dezintegrarea acestuia trebuie controlată prin mecanisme de reglementare supercelulare, a căror activitate trebuie să vizeze menținerea unei concentrații constante de glucoză în sânge. Aceste mecanisme ar trebui să asigure încorporarea sintezei glico-genice în hepatocite la concentrații crescute de glucoză din sânge și să sporească defalcarea glicogenului atunci când nivelul glucozei din sânge scade.
Deci, semnalul primar care stimulează mobilizarea glico-genei în ficat este o scădere a concentrației de glucoză în sânge. Ca răspuns, celulele alfa pancreatice își eliberează hormonul, glucagonul, în sânge. Glucagonul care circulă în sânge interacționează cu proteina receptorului său, localizată pe partea exterioară a membranei celulare exterioare a hepatocitelor. formând munți - complex mon-receptor. Formarea complexului receptor de hormoni duce la activarea enzimei adenilat ciclazei localizată pe suprafața interioară a membranei celulare exterioare utilizând un mecanism special. Enzima catalizează formarea de 3,5-AMP ciclic (cAMP) din ATP într-o celulă.
La rândul său, cAMP activează proteina kinază dependentă de enzimă cAMP în celulă. Forma inactivă a protein kinazei este un oligomer format din patru subunități: 2 reglatoare și două catalizatoare. Pe măsură ce concentrația de cAMP în celulă crește, se adaugă 2 molecule cAMP la fiecare subunitate de reglare a protein kinazei, conformația modificărilor subunităților de reglare și oligomerul se dezintegrează în subunități de reglare și catalitice. Subunitățile catalitice libere catalizează fosforilarea unui număr de enzime în celulă, incluzând fosforilarea glicogenului sintetazei cu transferul său într-o stare inactivă, dezactivând astfel sinteza glicogenului. În același timp, apare fosforilarea fosforilazin kinazei și această enzimă, activată prin fosforilarea acesteia, la rândul ei catalizează fosforilaza fosforilazei cu transformarea ei în forma activă, adică sub formă de "a". Ca rezultat al activării fosforilazei, este activată distrugerea glicogenului și hepatocitele încep să transporte glucoză în sânge.
În trecere, observăm că atunci când se stimulează distrugerea glicogenului în ficat cu catecolamine, principalii mediatori sunt receptorii b - hepatocitelor care leagă adrenalina. În același timp, există o creștere a conținutului de ioni de Ca în celule, unde stimulează kinaza sensibilă la calmomulină de fosforilază, care, la rândul său, activează fosforilaza prin fosforilarea sa.
Schema de activare a scindării glicogenului în hepatocite
O creștere a concentrației de glucoză din sânge este un semnal extern pentru hepatocite în ceea ce privește stimularea sintezei glicogenului și, astfel, legarea excesului de glucoză din fluxul sanguin.
Schema de activare a sintezei glicogenului în ficat
Următoarele mecanisme funcționează: cu o creștere a concentrației de glucoză în sânge, crește și conținutul său în hepatocite. Creșterea concentrației de glucoză în hepatocite, la rândul lor, într-un mod destul de complicat, activează în ele enzima fosfoprotein fosfatază, care catalizează eliminarea reziduurilor de acid fosforic din proteine fosforilate. Defosforilarea fosforilazei active o transformă într-o formă inactivă, iar defosforilarea glicogenului sintetazei inactive activează enzima. Ca rezultat, sistemul intră într-o stare care asigură sinteza glicogenului din glucoză.
Într-o scădere a activității fosforilazei în hepatocite, hormonul celulelor β ale insulinei pancreatice joacă un rol determinat. Acesta este secretat de celulele b ca răspuns la creșterea nivelului de glucoză din sânge. Legarea sa la receptorii de insulină de pe suprafața hepatocitelor conduce la activarea în celulele hepatice a enzimei fosfodiesterazei, care catalizează conversia cAMP în AMP normal, care nu are capacitatea de a stimula formarea protein kinazei active. În acest fel, acumularea de fosforilază activă în hepatocite este terminată, ceea ce este de asemenea important pentru inhibarea descompunerii glicogenului.
Este destul de natural ca mecanismele de reglare a sintezei și descompunerii glicogenului în celulele diferitelor organe să aibă propriile caracteristici. Ca un exemplu, putem sublinia faptul că în miococi de mușchi sau muschi de odihnă care efectuează o cantitate mică de lucru, nu există practic nici o fosforilază "a", dar scindarea glicogenului are loc. Faptul este că fosforilaza musculară, care este în starea defosforilată sau sub formă de "b", este o enzimă alosterică și este activată de AMP și fosfat anorganic prezent în miociste. Fosforilaza "b" activată în acest mod asigură viteza de mobilizare a glicogenului, care este suficientă pentru efectuarea muncii fizice moderate.
Cu toate acestea, atunci când efectuați o muncă intensivă, mai ales dacă încărcătura crește dramatic, acest nivel de mobilizare a glicogenului devine insuficient. În acest caz, mecanismele supercelulare de reglementare funcționează. Ca răspuns la o nevoie bruscă de activitate musculară intensă, adrenalina hormonului intră în sânge din mediul suprarenale. Adrenalina, prin legarea la receptorii de pe suprafața celulelor musculare, provoacă un răspuns al miocielilor, similar mecanismului său față de răspunsul hepatocitar la glucagon, care tocmai a fost descris. În celulele musculare, apare fosforilaza "a", iar glicogen sintetaza este inactivată, iar ch-6-f format este utilizat ca "combustibil" al energiei, a cărui oxidare a căilor de ruptură oferă energie pentru contracția musculară.
Trebuie remarcat faptul că concentrațiile mari de adrenalină, observate în sângele oamenilor în condiții de stres emoțional, accelerează defalcarea glicogenului în ficat, crescând astfel conținutul de glucoză din sânge - o reacție defensivă care vizează mobilizarea de urgență a resurselor energetice.
O B M E N U L O V O D O V
2.1. Degradarea oxidantă a carbohidraților în țesuturi
Cele mai importante funcții ale monozaharidelor din organism sunt energia și plasticul; Ambele funcții sunt realizate în timpul descompunerii oxidative a monozaharidelor în celule. În timpul oxidării carbohidraților, se eliberează 4,1 kcal / g (circa 17 kJ / g) de energie liberă, iar datorită oxidării carbohidraților, oamenii acoperă 5560% din consumul total de energie. În timpul oxidării carbohidraților, se formează un număr mare de produse de dezintegrare intermediare, care sunt utilizate pentru a sintetiza diferite lipide, aminoacizi esențiali și alți compuși necesari celulelor. În plus, în timpul oxidării carbohidraților în celule, se generează potențiale de regenerare, care sunt utilizate în continuare în reacții de reducere a biosintezei, în procese de detoxifiere, pentru a controla nivelul peroxidării lipidice etc.
Principala monozaharidă care suferă transformări oxidative în celule este glucoza, deoarece este în cantități mari care provine din intestin în mediul intern al corpului, se sintetizează în timpul gluconeogenezei sau se formează în formă liberă sau sub formă de eteri fosforici în timpul scindării glicogenului. Rolul altor monozaharide este mai puțin semnificativ, deoarece cantitatea lor care intră în celule în termeni cantitativi variază foarte mult în funcție de compoziția alimentelor.
Există mai multe căi metabolice pentru oxidarea glucozei, principalele dintre acestea fiind:
a) digestia aerobă la dioxid de carbon și apă;
b) oxidarea anaerobă în lactat;
c) oxidarea pentozei;
g) oxidarea cu formarea acidului glucuronic.
Adâncimea de scindare oxidativă a moleculei de glucoză poate
să fie diferită: de la oxidarea unuia dintre grupurile terminale de molecule la gruparea carboxil, care are loc în timpul formării acidului glucuronic, până la degradarea completă a moleculei de glucoză în timpul descompunerii sale aerobe.
2.1.1. Aeroba de oxidare a glucozei
În celulele organismelor aerobe, descompunerea aerobă la dioxid de carbon și apă este bazică, cel puțin în raport cu cantitatea totală de glucoză fisionabilă. Atunci când se divizează 1 M glucoză (180 g) în condiții aerobe, se eliberează 686 kcal de energie liberă. Procesul de oxidare a glucozei aerobe poate fi împărțit în trei etape:
1. Despicarea glucozei în piruvat.
2. Decarboxilarea oxidativă a piruvatului la acetil CoA.
3. Oxidarea acetilului în ciclul Krebs (CTC), cuplată cu activitatea lanțului enzimatic respirator.
Aceste etape pot fi, de asemenea, prezentate ca o schemă generală:
Glucoză> 2 piruvat D> 2 acetil CoA D> 4CO2 + 10 H20
2.1.1.1. Scindarea glucozei în piruvat
Conform conceptelor moderne, prima etapă a oxidării glucozei se desfășoară în citozol și este catalizată de un metabolit glicolitic complex de proteomă supramoleculară, care include până la o duzină de enzime individuale.
Prima etapă a oxidării glucozei poate fi în schimb divizată în două etape. În reacțiile primei etape, fosforilarea glucozei, izomerizarea reziduului de glucoză în restul de fructoză, fosforilarea suplimentară a reziduului de fructoză și, în cele din urmă, apariția. împărțirea restului de hexoză în două reziduuri de fosfotrioză:
Această reacție este catalizată de către enzima hexokinază. ATP este utilizat ca agent de legare a fotografiei în celulă. Reacția este însoțită de o pierdere de energie liberă de ordinul a 5 kcal / mol și, în condițiile celulei, este ireversibilă.
A doua reacție catalizată de fosfohexizomerază este ușor reversibilă.
A treia reacție este catalizată de enzime fosfofructokinază. În această reacție, se pierde și 3,4 kcal / mol de energie și, ca și reacția hexo-kinazei, în condiții celulare este ireversibilă.
Această reacție este catalizată de enzima aldolază, reacția este reversibilă. Ca rezultat al reacției, fructoza 1,6 bisfosfat este împărțită în două triosofosfați.
În condiții celulare, fosfodihidroxiacetona (FDA) este izomerizată cu ușurință în 3-fosfogliceraldehidă (PHA) cu participarea enzimei fosfat izomerazei trioza în timpul celei de-a cincea reacții. Prin urmare, putem presupune că în prima etapă a acestei etape se utilizează 2 ATP și se formează două molecule de 3-fosfogliceraldehidă din molecula de glucoză.
În a doua etapă a primei etape a oxidării glucozei, PHA este transformată în piruvat. Deoarece descompunerea moleculei de glucoză formează 2 molecule PHA, în descrierea ulterioară a procesului, trebuie să luăm în considerare această circumstanță.
Următoarea reacție a procesului în cauză este o reacție oxidativă:
În timpul acestei reacții, catalizată de aldehidă dehidrogenază 3-fosfoglicerină, PHA este oxidat în acid 1,3-difosfogliceric. Oxidarea are loc prin dehidrogenare, iar atomii de hidrogen separați de substrat sunt transferați la NAD + cu formarea formei reduse a coenzimei. Energia de oxidare se acumulează în celulă, mai întâi sub formă de energie redusă NADH + H + și, în al doilea rând, sub forma unei legături macroergice între produsul de oxidare și acidul fosforic implicat în reacție, adică în legătură macroergică a acidului 1,3-difosfogliceric.
În a șaptea reacție, reziduul de acid fosforic din 1,3 difosfoglicerat împreună cu energia stocată în legătura macroergică este transferat în ADP cu formarea de ATP:
Această reacție reversibilă este catalizată de enzima fosfoglicerat kinază.
Următoarele sunt izomerizarea reversibilă a acidului 3fosfogliceric în acidul 2fosfogliceric cu participarea enzimului fosfoglicerat rutmutază:
În reacția următoare, a noua, apa este scindată din acid 2-fosfogliceric:
În timpul divizării apei, densitatea electronului din moleculă se redistribuie cu formarea unei legături macroergice între al doilea atom de carbon al formei enolice a acidului piruvic și restul de acid fosforic. Reacția este reversibilă, este catalizată de enolaza enzimei.
Energia acumulată în legătura macroergică a FEP împreună cu reziduul de acid fosforic în timpul următoarei reacții este transferată în ADP cu formarea de ATP. Reacția este catalizată de piruvat kinază.
Reacția este însoțită de o pierdere de 7,5 kcal / mol de energie și este practic ireversibilă în condiții celulare.
Ecuația totală a primei etape a oxidării glucozei aerobe:
Glucoză + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 piruvat + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O
În această etapă se eliberează 140 kcal / mol de energie, partea sa principală (circa 120 kcal / mol) se acumulează în celulă ca 2 energii ATP și 2 reduce energia NAD + ADSCH, din care rezultă că în prima etapă molecula de glucoză se împarte în două molecule acidul piruvic, în timp ce celula pentru fiecare moleculă de glucoză digerată primește 2 molecule de ATP și două molecule de NADH + H + redusă.
Reglarea primei etape de scindare a glucozei aerobe este efectuată folosind mecanisme termodinamice și mecanisme de modulare alosterică ale enzimelor de reglare implicate în activitatea acestei căi metabolice.
Cu ajutorul mecanismelor termodinamice, fluxul de metaboliți este controlat de-a lungul acestei căi metabolice. trei reacții în timpul căreia a pierdut o mare cantitate de energie inclusă în sistemul de reacție descris: hexochinaza (G0 = 5,0 kcal / mol), fosfofruktokinaznaya (G0 = 3,4 kcal / mol) și piruvatkinaznaya (G0 = 7,5 kcal / mol ). Aceste reacții în celulă nu sunt practic reversibile, în special reacția piruvat kinazei, și datorită ireversibilității lor, procesul devine ireversibil în ansamblu.
Intensitatea fluxului de metabolit în calea metabolică considerată este controlată în celulă prin modificarea activității enzimelor allosterice incluse în sistem: hexokinază, fosfofructokinază și piruvat kinaza. Astfel, punctele de control termodinamic al căii metabolice sunt, în același timp, locurile în care intensitatea metabolitului este reglată.
Principalul element de reglementare al sistemului este fosfocructocolaza. Activitatea acestei enzime este inhibată de concentrații ridicate de ATP în celulă, gradul de inhibare alosterică a enzimei ATP este crescut la concentrații ridicate de citrat în celulă. AMP este un activator alosteric al fosfofructokinazei.
Hexokinaza este inhibată de mecanismul allosteric prin concentrații ridicate de G16f. În acest caz, ne ocupăm de activitatea mecanismului de reglementare asociat. În celulă, după oprimând activitatea fosfofructochinază Nia la concentrații mari de ATP kaplivaetsya Fr6f, și astfel se acumulează și Gl6f, deoarece reacția catalizată fosfogeksoizomerazoy ușor reversibile. În acest caz, o creștere a concentrației de ATP din celulă inhibă activitatea nu numai a fosfofructokinazei, ci și a hexokinazei.
Reglarea activității celei de-a treia kinaze kinaza piruvat pare foarte dificilă. Activitatea enzimatică este stimulată de G16f, Fr1.6bf și PHA prin mecanismul alosteric, așa-numita activare de către precursor. La rândul lor, concentrațiile intracelulare ridicate de ATP, NADH, citrat, succinil CoA și acizi grași inhibă activitatea enzimatică printr-un mecanism alosteric.
În general, divizarea glucozei în piruvat este inhibată la nivelul celor 3 kinaze indicate cu o concentrație ridicată de ATP în celulă, adică în condiții de alimentare cu energie a celulei. Odata cu deficit de energie în digestia glucozei de activare a celulelor este realizată în culoarul O, prin îndepărtarea inhibarea alosterică a kinazelor concentrații mari de ATP si AMP alosterica fosfofructochinază de activare și în al doilea rând, datorită activării alosterică precursorilor piruvat: Gl6F, Fr1,6bf și PHA.
Care este punctul de inhibare a citratului fosfofructokinazei și citratului și succinil CoA piruvat kinazei? Faptul este că două molecule de acetil-CoA sunt formate dintr-o singură moleculă de glucoză, care este apoi oxidat în ciclul Krebs. Atunci cand celulele se acumulează citrat și suktsinilKoA, atunci ciclul Krebs nu poate face față cu oxidarea acetil deja acumulate, și este logic să încetinească educația ad ditional, și care se realizează prin inhibarea fosfof ruktokinazy și piruvat kinazei.
În cele din urmă, inhibarea oxidării glucozei la nivelul piruvat kinazei cu creșterea concentrației de acid gras este menită să economisească glucoza în celulă în condiții când celulele sunt prevăzute cu o altă formă de combustibil energetic mai eficientă.
2.1.1.2. Decarboxilarea oxidantă a piruvatului
În condiții aerobe, acidul piruvic suferă decarboxilare oxidativă pentru a forma acetil CoA. Această transformare este catalizată de complexul supramolecular de piruvat dehidrogenază localizat în matricea mitocondrială. Complexul vatdegidrogenaznogo sărbătoare compoziție este formată din trei enzime diferite: ruvatdekarboksilaza pi, digidrolipoatatsetiltransferaza degidroge Naz și acid dihidrolipoic, iar raportul lor cantitativ în complex depinde de sursa de izolare, de obicei, un raport se apropie de 30: 1: 10.
Prima enzimă a acestui complex este piruvat decarboxilaza (E1)