Ir zināms, ka fosforolītiskai sabrukšanai ir būtiska loma polisaharīdu mobilizācijā.
Att. 10.1. Glikozes fosforolītiskās šķelšanās hormonālais regulējums no glikogēna.
Fosforilāzes pārveido polisaharīdus (īpaši glikogēnu) no uzglabāšanas formas uz metaboliski aktīvo formu; fosfo-rililāzes klātbūtnē glikogēns noārdās, veidojot glikozes fosfātu (glikozes-1-fosfātu), vispirms nesadalot to lielākos polisaharīda molekulas fragmentos. Vispārīgi runājot, šo reakciju var raksturot šādi:
kur (C6H10Ak5)n ir glikogēna polisaharīda ķēde un (C. t6H10Ak5)n-1,- to pašu ķēdi, bet saīsina ar vienu glikozes atlikumu.
Att. 10.1. Attēlots glikogēna sadalīšanās process līdz glikozes-1-fosfātam un cAMP līdzdalība šajā procesā. Fosforilāzes enzīms eksistē divos veidos, no kuriem viens (fosforilāze a) ir aktīvs, bet otrs (fosforilāze b) parasti ir neaktīvs. Abas formas var sadalīties apakšvienībās. Fosforilāze b sastāv no divām apakšvienībām un fosforilāzes a - četriem. Fosforilāzes b pārvēršana fosforilāzē a tiek veikta ar proteīnu fosforilēšanu:
2 Fosforilāze b + 4 ATP -> Fosforilāze a + 4 ADP.
Šo reakciju katalizē enzīms, ko sauc par fosforilāzes kināzi b. Ir pierādīts, ka šī kināze var pastāvēt gan aktīvās, gan neaktīvās formās. Inaktīvā fosforilāzes kināze tiek pārvērsta aktīvā olbaltumvielā proteīna kināzes (fosforilāzes kināzes) un ne tikai proteīnkināzes, bet cAMP atkarīgā proteīnkināzes ietekmē.
Pēdējā aktīvā forma veidojas, piedaloties cAMP, kas savukārt veidojas no ATP adenilāta ciklāzes enzīma iedarbībā, ko stimulē īpaši adrenalīns un glikagons. Adrenalīna satura palielināšanās asinīs šajā sarežģītajā reakciju ķēdē izraisa fosforilāzes b pārvēršanos fosforilāzē a un līdz ar to glikozes izdalīšanos glikozes 1-fosfāta veidā no rezerves glikogēna polisaharīda. Fosforilāzes a atgriezenisko konversiju uz fosforilāzes b katalizē fosfatāzes enzīms (šī reakcija ir praktiski neatgriezeniska).
Glikozes-6-fosfāts pārvērš glikozes-1-fosfātu, kas veidojas glikogēna fosforolītiskās sadalīšanās rezultātā, fosfoglukomutāzes iedarbībā. Lai veiktu šo reakciju, ir nepieciešama fosforilēta fosfoglukomutāzes forma, t.i. tā aktīvā forma, kas, kā norādīts, veidojas glikozes-1,6-bisfosfāta klātbūtnē.
Brīvā glikozes veidošanās no glikozes-6-fosfāta aknās notiek glikozes-6-fosfatāzes ietekmē. Šis enzīms katalizē hidrolītisko fosfātu šķelšanos:
Tauku bultiņas norāda bojājuma ceļu, plānas - sintēzes ceļu. Skaitļi norāda fermentus: 1 - fosforilāzes; 2 - fos-glikukomutāze; 3 - glikozes-6-fosfatāze; 4 - heksokināze (glikokināze); 5 - gliko-zo-1-fosfāta uridiltransferāze; 6 - gliko-sintāzes.
Ņemiet vērā, ka fosforilētā glikoze, atšķirībā no glikozes, kas nav novērtēta, nevar viegli izkliedēties no šūnām. Aknās ir glikozes-6-fosfatāzes hidrolītiskais enzīms, kas nodrošina spēju ātri atbrīvot glikozi no šī orgāna. Muskuļu audos praktiski nav glikozes-6-fosfatāzes.
Att. 10.2 atspoguļo idejas par glikogēna sadalīšanās un sintēzes veidiem aknās.
Var uzskatīt, ka glikozes koncentrācijas saglabāšana asinīs ir divu procesu vienlaicīga plūsma: glikozes iekļūšana asinīs no aknām un tā patēriņš no asinīm audos, kur to galvenokārt izmanto kā enerģētisku materiālu.
Audos (tostarp aknās) glikozes sadalīšanās notiek divos galvenajos veidos: anaerobā (bez skābekļa) un aerobā, kuru īstenošanai nepieciešams skābeklis.
Glikogenolīze (glikogēna sadalījums)
Glikogenolīzi var veikt vai nu hidrolizējot (amilāzes fermentu iedarbībā), vai fosforolīzi.
Fosforolīze ir galvenais glikogēna noārdīšanās ceļš, to katalizē glikogēnfosforilāzes enzīms, kas pieder transferāžu klasei. Fosforilāzes pārvērš polisaharīdus no uzglabāšanas formas uz metaboliski aktīvo. Glikogēna fosforilāze atdala glikozes poliglikozīdu ķēdes glikozes atlikumus un nodod tos fosforskābes molekulai, veidojot glikozes-1-fosfātu:
Glikozes 1-fosfāts ātri izomerizējas, pārvēršoties par glikozes-6-fosfātu fosfoglukomutāzes iedarbībā:
Šajā posmā glikogēna sadalījums muskuļu audos.
Aknās glikozes-6-fosfatāzes ietekmē glikozes-6-fosfāts veido brīvu glikozi. Šis enzīms katalizē hidrolītisko fosfātu šķelšanos:
Fosforilētā glikoze, atšķirībā no brīvās, nevar viegli izkliedēties no šūnām. Tāpēc muskuļu glikogēna funkcija ir tā, ka tas ir viegli pieejams glikozes avots pašam muskuļam. Aknas satur glikozes-6-fosfatāzes hidrolītisko enzīmu, kas nodrošina iespēju ātri atbrīvot glikozi no šī orgāna asinīs un izmantot citus audus (ieskaitot muskuļus). Aknu glikogēnu lieto, lai saglabātu glikozes koncentrācijas relatīvo stabilitāti asinīs.
Glikogēna sintēze un izšķīdināšana.
Glikogēns ir galvenais rezerves polisaharīds dzīvnieku un cilvēku šūnās, jo tas slikti šķīst ūdenī un neietekmē osmotisko spiedienu šūnā, tāpēc glikogēns tiek nogulsnēts šūnā, nevis brīvā glikozē.
Glikogēna sazarotā struktūra rada lielu skaitu terminālu monomēru. Tas veicina fermentu darbu, kas šķeļ vai pievieno monomērus glikogēna sadalīšanās vai sintēzes laikā, jo šie fermenti vienlaicīgi var strādāt ar vairākām glikogēna molekulas daļām.
Glikogēns tiek nogulsnēts galvenokārt aknās un skeleta muskuļos. Glikogēns tiek uzglabāts šūnu šūnās granulu veidā. Daži glikogēna metabolismā iesaistītie fermenti ir saistīti arī ar granulām, kas atvieglo to mijiedarbību ar substrātu. Glikogēna sintēze un sadalīšanās notiek dažādos metabolisma ceļos (4. attēls).
Glikogēnu sintezē gremošanas periodā (1-2 stundas pēc ogļhidrātu pārtikas produktu uzņemšanas). Glikogēna sintēze prasa enerģiju. Kad ieslēdzat vienu monomēru
rodas 2 polisaharīdu ķēdes reakcijas, kas saistītas ar ATP un UTP izdevumiem (1. un 3. reakcija).
Pēc glikozes-6-fosfāta (heksokināzes reakcijas) veidošanās notiek fosforskābes atlikuma intramolekulārā pārnešana no 6. vietas uz pirmo. Tas veido glikozes-1-fosfātu:
Pēc glikozes-6-fosfāta izomerizēšanas glikozes-1-fosfātā notiek papildu glikozes fragmenta aktivācija. Šajā gadījumā tiek patērēta 1 UTP molekula, kas ir līdzvērtīga 1. ATP molekulas izdevumiem. Rezultātā tiek veidota aktivizētā forma - UDP-glikoze (4. att.).
Tad ar UDP glikozes atlikumu pārnes uz glikogēna molekulu. Glikogēna ķēdes pagarinājumu katalizē glikogēna sintetāze. Tādējādi glikogēna ķēde kļūst par 1 glikozes fragmentu ilgāk. Glikogēns, atšķirībā no dārzeņu cietes, ir vairāk sazarots. Zaru veidošanai ir īpašs enzīms, ko sauc par "glikogēna sazarotu enzīmu".
Glikogēna molekula nav sintezēta no "nulles", bet notiek jau esoša ķēdes fragmenta pakāpeniska pagarināšanās: "sēkla" vai grunts. Un ar glikogēna sabrukumu tā molekulu pilnīga iznīcināšana nekad nenotiek.
Lai vienā glikozes atlikumā iekļautu glikogēna molekulu, šūnas patērē 2 ATP molekulas. Ar glikogēna sadalījumu šis ATP neatjaunojas, bet tiek atlaists tikai F.n (neorganiskais fosfāts).
Galvenais glikogēna sintēzes enzīms ir glikogēna sintāzes. Tas ir “sekundārs kontroles punkts” (5. att.).
Glikogēna sintāzes regulēšana: to aktivizē glikozes-6-fosfāta pārpalikums. Tāpēc, ja glikozes-6-fosfāts tiek izmantots lēnām citos veidos, tā koncentrācijas palielināšanās izraisa glikogēna sintēzes ātruma palielināšanos. Glikogēna sintāzes katalizētā reakcija ir neatgriezeniska.
Glikogēna mobilizācija notiek galvenokārt starp ēdienreizēm un tiek paātrināta fiziskā darba laikā. Šis process notiek, glikozes atliekas secīgi noņemot glikozes-1-fosfāta veidā, izmantojot glikogēna fosforilāzi (4. att.). Šis enzīms nesadalās a6,6-glikozīdu saites pie filiāles vietām, tāpēc ir nepieciešami vēl divi fermenti, pēc kuriem glikozes atlikums filiāles punktā tiek atbrīvots brīvā glikozes formā (reakcijas 2, 3). Glikogēns sadalās līdz glikozes-6-fosfātam bez ATP izmaksām.
Glikogēna fosforilāzes regulēšana: kavē lieko ATP, ko aktivizē ADP pārpalikums.
Glikogēna sadalīšanās aknās un muskuļos ir viena atšķirīga reakcija, jo aknās ir fosfatāzes glikozes-6-fosfāta enzīms (1. tabula).
1. tabula.
Glikozes-6-fosfatāzes klātbūtne aknās nosaka aknu glikogēna galveno funkciju - glikozes izdalīšanos asinīs starp ēdienreizēm un citu orgānu izmantošanu. Tādējādi aknu glikogēna mobilizācija nodrošina glikozes saturu asinīs nemainīgā līmenī. Šis apstāklis ir citu orgānu un it īpaši smadzeņu darba priekšnoteikums. Pēc 10-18 stundām pēc ēdienreizes, glikogēna krājumi aknās ir ievērojami izsmelti, un tukšā dūšā 24 stundas tas noved pie tā pilnīgas izzušanas. Glikozes-6-fosfatāze ir atrodama arī nierēs un zarnu šūnās.
Muskuļu glikogēna funkcija ir atbrīvot glikozi-6-fosfātu, ko izmanto pašas muskuļos oksidācijai un enerģijai,
Glikogēna sintēzes un mobilizācijas procesu maiņa aknās notiek, kad gremošanas stāvoklis pēc adsorbcijas perioda vai atpūtas stāvoklis muskuļu darba režīmā. Insulīns, glikagons un adrenalīns ir iesaistīti šo metabolisko ceļu maiņā aknās, un muskuļos iesaistās insulīns un adrenalīns.
Šo hormonu ietekme uz glikogēna sintēzi un sadalīšanos notiek, mainot pretējā virzienā divu galveno enzīmu - glikogēna sintāzes un glikogēnfosforilāzes - aktivitāti, izmantojot to fosforilāciju un defosforilāciju.
Galvenais insulīna un glikagona sintēzes signāls ir glikozes koncentrācijas izmaiņas asinīs. Insulīns un glikagons pastāvīgi atrodas asinīs, bet, mainoties no absorbcijas stāvokļa līdz pēc absorbcijas stāvoklim, mainās to relatīvā koncentrācija, insulīna-glikagona indekss. Tādējādi galvenais maiņas faktors aknās ir insulīna-glikagona indekss.
Pēc adsorbcijas perioda samazinās insulīna-glikagona indekss un glikagona ietekme, kas stimulē glikogēna sadalīšanos aknās, ir būtiska. Glikagona darbības mehānisms ietver reakciju kaskādi, kas noved pie glikogēna fosforilāzes aktivācijas.
Gremošanas periodā dominē insulīna iedarbība, jo šajā gadījumā palielinās insulīna un glikagona indekss. Insulīna ietekmē:
a) glikozes transportēšanas stimulēšana muskuļu šūnās;
b) fermentu aktivitātes maiņa ar fosforilēšanu un defosforilēšanu. Piemēram, insulīns aktivizē fosfodiesterāzi un samazina cAMP koncentrāciju šūnā. Turklāt insulīns aktivizē glikogēna sintāzes fosfatāzes darbību, pēdējais ir defosforilēts un kļūst aktīvs;
c) dažu enzīmu daudzuma izmaiņas, veicot to sintēzes indukciju un apspiešanu. Piemēram, insulīns izraisa glikokināzes sintēzi, tādējādi paātrinot glikozes fosforilāciju aknās.
Adrenalīnam ir līdzīgs darbības mehānisms ar aknu šūnām ar glikagonu, bet ir iespējams iekļaut citu efektoru signālu transdukcijas sistēmu aknu šūnā. To receptoru veids, ar kuriem adrenalīns mijiedarbojas, nosaka, kura sistēma tiks izmantota. Tādējādi adrenalīna mijiedarbība ar aknu šūnu b-receptoriem aktivizē adenilāta ciklāzes sistēmu. Adrenalīna mijiedarbība ar a, receptoriem ietver hormona signāla transmembrānas pārneses inozīta fosfāta mehānismu. Abu sistēmu darbības rezultāts ir galveno fermentu fosforilācija un glikogēna sintēzes pāreja uz tās sadalīšanos (6., 7. attēls).
Muskuļu glikogēna fosforilāzes aktivācija adrenalīnā notiek atšķirīgi, jo glikogēna sadalījums skeleta muskuļos tiek stimulēts ar muskuļu kontrakcijām. Fosforilāzes kināze (Ca 2+ atkarīga) tiek aktivizēta muskuļu darba laikā nervu impulsu ietekmē, jo kalcija jonu koncentrācija sarkoplazmā šajā gadījumā palielinās. Tas ir vēl viens mehānisms, lai paātrinātu glikogēna sadalījumu muskuļos. Adrenalīna ietekme uz muskuļiem izraisa arī cAMP atkarīgu proteīnu kināžu aktivāciju un fosforilāzes aktivāciju, izmantojot fosforilāciju (8. att.).
Kad signāls tiek pārraidīts no hormona caur intracelulāriem mediatoriem, notiek ievērojama pastiprināšanās, tāpēc glikogēnfosforilāzes aktivizēšana ar jebkuras signāla transdukcijas sistēmas piedalīšanos šūnā ļauj ātri izveidot lielu glikozes daudzumu no glikogēna. Muskuļos tas ir ļoti svarīgi, lai veiktu intensīvu darbu stresa apstākļos, piemēram, kad bēg no briesmām.
Ar mērenu muskuļu slodzi, vēl viens glikogēnfosforilāzes aktivitātes regulēšanas mehānisms - ATP (AMP) noārdīšanās produktu allosteriskais regulējums.
Braucot no pēc absorbējoša stāvokļa uz absorbējošu stāvokli vai muskuļu darba beigās, hormonu sekrēcija apstājas un visa sistēma atgriežas sākotnējā neaktīvajā stāvoklī. Adenilāta ciklāze un fosfolipāzes C tiek inaktivētas. cAMP iznīcina fosfodiesterāze, kas izraisa visu kaskādes intracelulāro fermentu pārnešanu uz neaktīvu formu.
Glikogēna sintēzes un sadalīšanās ātruma regulēšanas nozīme aknās ir nodrošināt glikozes koncentrācijas nemainīgumu asinīs. Glikogēna vielmaiņas regulēšana muskuļos nodrošina enerģisku materiālu ar intensīvu muskuļu darbu un enerģijas patēriņu atpūtā.
Muskuļu glikogēna sadalījums
Fosforilāze ir galvenais (ti, ierobežojošais un regulējošais) glikogēna sadalījuma enzīms.
Glikogēna fosforilāzes regulēšana: kavē lieko ATP, ko aktivizē ADP pārpalikums.
G b f - p u t b. (heksabisfosfāta ceļš ogļhidrātu sadalīšanā)
HBF-PATH BIOLOĢISKĀ NOZĪME.
1. Tas ir galvenais veids, kā sadalīt ogļhidrātus uz galaproduktiem. Daudzās šūnās tas ir vienīgais veids. Līdz ar to sabrūk 70-75% glikozes, kas nonāk šūnā.
2. Tikai HBP ceļš dod šūnu enerģiju ATP formā. Šis ir galvenais enerģijas avots šūnā.
3. Šis ir garākais ogļhidrātu sadalījuma ceļš.
GBF-ceļš sadalīts 3 posmos.
Pirmais posms notiek citoplazmā, dodot 1 ATP molekulu 1 glikozes molekulas vai 9ATP sadalīšanās laikā, kad tiek sadalīts viens glikozes fragments. Beidzas ar divu piruvāta molekulu (PVK) veidošanos.
2. un 3. posms - (tikai aerobā!) Mitohondrijās ar obligātu skābekļa līdzdalību, dodiet 30 ATP uz vienu glikozes molekulu.
GBF ceļa 2. posmu sauc par „piruvāta oksidatīvo dekarboksilāciju”, un to katalizē piruvāta dehidrogenāzes komplekss (skat. Lekcijas „Bioloģiskā oksidācija” - paplašināta mitohondriju oksidācijas ķēde). Otrajā posmā no PVC molekulas tiek atdalīti divi ūdeņraža atomi, un piruvātu pārvērš acetilkoenzīma A (AcCoA), CO tiek sadalīts vienlaicīgi.2. Divi ūdeņraža atomi dodas uz NAD, un tad gar mitohondriju oksidēšanās ķēdi tiek pārnesti uz O2 veidot H2O un 3 ATP molekulas. Tāpēc, balstoties uz vienu sākotnējās glikozes molekulu, 2. pakāpe dod 6 ATP.
Trešo posmu ievada molekula AcetylKoA, kas veidojas 2. posma rezultātā. Šo 3. posmu sauc par trikarboksilskābes ciklu (TCA) (skat. Lekcijas „Mitohondriālo oksidāciju”). Šajā ciklā AccoA ir pilnībā sadalīta līdz CO2 un H2A. Vienlaikus tiek veidots 12 ATP uz vienu akuAA molekulu, kas ir iekļuvusi ciklā. Ja jūs rēķināties ar 1 glikozes molekulu, tad 3. stadijā tiek veidots 24 ATP.
Pirmais posms iet caur 10 starpposmiem. Šā posma pirmajā daļā glikozes molekula tiek sadalīta uz pusi līdz divām fosfogliceraldehīda (PHA) molekulām.
1.posma pirmās daļas iezīmes:
Heksokināze (GC) darbojas, lai vājinātu spēcīgu glikozes molekulu:
2. reakcija - izomerizācija:
Trešajā posmā fruktozes-6-fosfātu vēl vairāk vājina fosfofruktokināze (PFK) un veidojas fruktozes-1,6-bisfosfāts:
Fosfofrukokināze ir galvenais HBP ceļa enzīms. Tas ir “sekundārs kontroles punkts”. Vmaks FFK pārsniedz Vmaks GK. Tāpēc, kad glikoze nonāk daudz, GC ierobežo visa GBF ceļa ātrumu.
ATP un citrāta lieko daudzumu stipri inhibē FPC. Šādos apstākļos heksokināzes vietā FFK kļūst par HBP ceļa ierobežojošo fermentu. PFK inhibīcijas dēļ uzkrājas glikozes-6-fosfāts (G-6-F) un fruktozes-6-fosfāts (P-6-F). G-6-F inhibē heksokināzi, samazinot glikozes izmantošanu šūnā un vienlaikus aktivizējot glikogēna sintāzes.
Ja nav ATP un citrāta lieko, bet ir ADP pārpalikums, tad ADP aktivizē PFC un tad visa IKP ceļa ātrums atkal tiek ierobežots ar heksokināzi.
Fosfofruktokināzes reakcijas rezultātā fruktozes-1,6-bisfosfāta molekula ir destabilizēta (vājināta) tā, ka tā nekavējoties sadalās 2 triozēs, piedaloties fermentam aldolāze (4. reakcija):
Tikai PHA ieiet nākamajā (sestajā) HBP ceļa reakcijā. Rezultātā tā koncentrācija samazinās un 5. reakcijas līdzsvars virzās uz PHA veidošanos. Pakāpeniski visa FDA nonāk PHA, un tāpēc ATP, kas tiek sintezēts turpmākajās HBP reakcijas reakcijās, mēs ņemam vērā divu PHA molekulu un citu no tā veidotu starpproduktu metabolītu aprēķinu.
Pirmā posma pirmajā daļā (no glikozes līdz PHA) tiek patērētas 2 ATP molekulas: viena heksokināzes reakcijā, otrā - fosofrukokināzes (trešā reakcija HBP ceļa pirmajā posmā). Pirmā posma 2. daļa sākas ar PHA oksidēšanos uz FGK (fosfoglicerīnskābi) 6. reakcijā.
Šo reakciju katalizē gliceraldehīda fosfāta dehidrogenāzes enzīms. Šķelto ūdeņradi pārnes uz NAD, veidojot NADH2. Arī šī oksidēšanās laikā atbrīvotā enerģija ir pietiekama, lai nodrošinātu fosfāta pievienošanu aldehīda grupai. Fosfātu pievieno ar makroagēnu saiti. Rezultātā tiek veidota 1,3-difosoglicerīnskābe (1,3-bisfosoglicerāts).
7. reakcija: substrāta fosforilēšana.
Augsta enerģija piesaistītais fosfāts tiek pārnests uz ADP, veidojot ATP. Septītā posma rezultātā fosforskābes molekulā paliek 1 fosforskābes atlikums.
8. reakcija: Fosfāts tiek pārnests no 3. vietas uz otro un veidojas 2-fosficerskābe.
H tiek izvadīts no 2-fosfoglicerīnskābes2A. Tas noved pie molekulārās enerģijas pārdales. Rezultātā enerģija uzkrājas uz fosfātu otrajā pozīcijā un saite kļūst makroģiska. Izrādās, fosforolpiruvāts (PEP).
10. reakcija: substrāta fosforilēšana. Fosfāts tiek pārnests uz ADP, veidojot ATP. FEP pārvēršas PVK (piruvīnskābe).
Šajā GDF ceļa 1. posmā PEC atstāj mitohondrijas un iekļūst GDF ceļa otrajā posmā.
Pirmā posma rezultāti: 10 reakcijas, no kurām pirmā, trešā un desmitā reakcija ir neatgriezeniska. Pirmkārt, 2 ATP tiek patērēti uz 1 glikozes molekulu. Tad PHA oksidējas. Enerģija tiek realizēta 2 substrātu fosforilācijas reakcijās: katrā no tiem veidojas 2 ATP. Līdz ar to katrai glikozes molekulai (2 PHA molekulām) 4 ATP iegūst ar substrāta fosforilēšanu.
Kopumā visus 10 posmus var raksturot ar šādu vienādojumu:
NADH2 mitohondriju oksidācijas sistēma (MTO) pārnes ūdeņradi uz skābekli gaisā, veidojot H2O un 3 ATP, bet 1. posms notiek citoplazmā un NADH2 nevar iet cauri mitohondriju membrānai. NADH nodrošina pārejas mehānismus, lai nodrošinātu šo pāreju2 caur mitohondriju membrānu - malāta-aspartāta shuttle un glicerofosfāta shuttle (skatīt lekcijas "Bioloģiskā oksidācija").
Pamatojoties uz vienu glikozes molekulu 2 NADN2.
Papildus 2 ATP, kas iegūti 1. stadijā ar substrāta fosforilāciju, veidojas vēl 6 ATP, kuros piedalās skābeklis, kopā 8 ATP molekulām. Tik daudz ATP veidojas katrai glikozes molekulai, kas šķērsta pirms PVC HBP ceļa pirmajā posmā.
Ja šie 8 ATP tiek pievienoti 30 ATP molekulām, kas veidojas 2. un 3. posmā, tad kopējā HBP ceļa kopējais enerģijas rezultāts būs 38 ATP uz glikozes molekulu, sadalīts CO2 un H2A. Šajos 38 ATP 65% no enerģijas, kas tiktu atbrīvota, kad glikoze tiek sadedzināta gaisā. Tas pierāda GBF ceļa ļoti augstu efektivitāti.
No 38 ATP vairums no tiem veidojas 2. un 3. posmā. Katrs no šiem posmiem ir pilnīgi neatgriezenisks un prasa obligātu skābekļa līdzdalību, jo šo posmu oksidatīvie posmi ir saistīti ar mitohondriju oksidāciju (bez tā nav iespējams). Viss HBP ceļš no glikozes vai glikogēna līdz CO2 un H2Par izsaukumu: AEROBISKS KARBOHIDRĀTU SAMAZINĀŠANA.
HBP pirmā posma galvenie fermenti: HEXOKINASE un fosfora proteīnu kināze.
Vēl viena svarīga saikne atrodas TsTK (3. posma GBF ceļš). Galvenā saikne 3. posmā ir nepieciešama, jo ACCoA, kas iestājas TCA ciklā, veidojas ne tikai no ogļhidrātiem, bet arī no taukiem un aminoskābēm. Tāpēc TCA ir galīgais „katls”, kas paredzēts ogļhidrātu, tauku un olbaltumvielu acetil atlikumu sadedzināšanai. TsTK apvieno visus metabolītus, kas veidojas ogļhidrātu, tauku un olbaltumvielu sadalīšanā.
TCA galvenie enzīmi: citrāta sintetāze un izocitrāta dehidrogenāze. Abus fermentus inhibē lieko ATP un lieko NADH.2. Isocitrāta dehidrogenāzi aktivizē ar ADP pārpalikumu. ATP dažādos veidos inhibē šos enzīmus: ATP inhibē izocitrāta dehidrogenāzi daudz spēcīgāk nekā citrāta sintāzes. Tāpēc ar ATP pārpalikumu starpprodukti uzkrājas: citrāts un izocitrāts. Šādos apstākļos citrāts var iekļūt citoplazmā koncentrācijas gradientā.
HBP ceļa otrais un trešais posms notiek mitohondrijā un 1. vietā - citoplazmā.
Pirmo posmu no 2. un 3. posma atdala mitohondriju membrāna.
Tāpēc 1. posms var veikt savas īpašās funkcijas. Šīs funkcijas
Glikogēna sadalījums.
Glikogēna sadalīšanās ar glikozes veidošanos notiek laikā starp ēdienreizēm, fizisko darbu un stresu.
Glikogēna mobilizācijas veidi:
2. Glikogēna sadalīšanās amilolītiskais ceļš notiek, piedaloties fermenta amilāzei.
Fosforolītiskais ceļš - galvenais glikogēna sadalīšanās ceļš, veidojot glikozi:
Muskuļu audos nav glikozes-6-fosfatāzes enzīma, tāpēc muskuļu glikogēns nesadalās
glikozes veidošanās un oksidēšanās vai aerobiskā vai anaerobā veidā ar enerģijas izdalīšanos. Caur
10-18 stundas pēc ēdienreizes, glikogēna krājumi aknās ir ievērojami izsmelti.
Glikozes līmeņa noteikšana asinīs. Centrālās nervu sistēmas loma, insulīna, adrenalīna, glikagona, t
Augšanas hormons, glikokortikoīdi, tiroksīns un to ietekme uz ogļhidrātu metabolisma stāvokli.
Galvenā loma ogļhidrātu vielmaiņas regulēšanā pieder centrālajai nervu sistēmai. Glikozes līmeņa pazemināšanās asinīs izraisa paaugstinātu adrenalīna, glikagona sekrēciju, kas, ievadot šo hormonu mērķa orgānu (aknas), tiek atpazīti aknu šūnu membrānu receptoros un aktivizē enzīmu membrānas adenilāta ciklāzi, izraisot glikogēna sadalīšanās mehānismu ar glikozes veidošanos.
Adrenalīna un glikagona mijiedarbības mehānisma shēma ar šūnu:
Adrenalīns - palielina glikozes līmeni, aktivizējot fermentu fosforilāzes (adenilāta ciklāzes sistēma), kas noved pie glikogēna sabrukšanas ar glikozes veidošanos, bloķē glikogēna sintāzes fermentu, t.i. glikogēna sintēze.
Glikagons - darbojas kā adrenalīns, bet arī aktivizē glikoneogēnēzes fermentus.
Glikokortikoīdi - palielina glikozes līmeni asinīs kā glikoneogēnās fermentu sintēzes induktori.
GH aktivizē glikoneoģenēzi, tiroksīns aktivizē insulīnu, kas sabojā insulīnu, ietekmē glikozes uzsūkšanos zarnās.
Glikogenozi (glikogēna uzkrāšanās slimību) izraisa glikogēna sadalījumā iesaistīto fermentu defekts. Piemēram, Girke slimība ir saistīta ar glikozes-6-fosfatāzes enzīma trūkumu, pārmērīgu glikogēna uzkrāšanos aknās, hipoglikēmiju un tās sekām. Mac-Ardla slimība: cēlonis ir fosforilāzes trūkums muskuļu audos. Tajā pašā laikā glikozes līmenis asinīs ir normāls, bet novēro muskuļu audu vājumu un samazinās spēja veikt fizisko darbu. Andersenas slimība ir saistīta ar zarojoša fermenta defektu, kas izraisa glikogēna uzkrāšanos aknās ar ļoti gariem ārējiem un retiem zariem, kā rezultātā dzelte, aknu ciroze, aknu mazspēja un nāve (nesaistītas glikogēna iznīcina hepatocītos).
2.5 Glikozes koncentrācija asinīs tiek uzturēta visu dienu nemainīgā līmenī 3,5-6,0 mmol / l. Pēc ēšanas glikozes līmenis paaugstinās stundas laikā līdz 8 mmol / l un pēc tam atgriežas normālā stāvoklī. Ķermenī pastāv nemainīgs glikozes līmenis asinīs, jo pastāv neirohumorālie mehānismi. Ogļhidrātu metabolisma stāvokļa galvenais rādītājs ir glikozes saturs asinīs un urīnā.
HIPERGLĪMIJA ir stāvoklis, kad glikozes līmenis ir virs normālā. Cēloņi:
1. Fizioloģiskā - barības, emocionālā.
2. Patoloģiskais diabēts; steroīdu diabēts (Itsenko-Cushing) - virsnieru garozas glikokortikoīdu hiperprodukcija; adrenalīna, glikagona, vairogdziedzera hormona tiroksīna hiperprodukcija.
HIPOGLĪMIJA - stāvoklis, kad glikozes līmenis ir zemāks par normālu. Cēloņi:
1. Samazināts glikozes daudzums: aknu slimības, endokrīnās slimības (augšanas hormona deficīts, kortizols), iedzimti vielmaiņas traucējumi (glikogēna sintetāzes deficīts, galaktozēmija, fruktozes nepanesība, glikogenozes aknu formas).
2. Paaugstināta glikozes lietošana: tauku rezervju samazināšanās (nepietiekams uzturs), taukskābju oksidēšanās traucējumi, β-šūnu hiperplāzija. podzh dziedzeri, insulīna pārdozēšana, Adisona slimība - glikokortikoīdu hipoprodukti.
GLUCOSURIJA - cukura izskats urīnā. Ja glikozes līmenis asinīs ir 8-10 mmol / l, tas ir bojāts
glikozes nieru slieksnis un tas parādās urīnā. Cēloņi:
- neirogēnas, pamatojoties uz stresa apstākļiem
- akūtas infekcijas slimības
2.6. Cukura diabēts, patoģenēzes bioķīmiskās īpašības.
Tā ir slimība, ko izraisa absolūts vai relatīvs insulīna deficīts.
Insulīns ir vienīgais hormons, kas pazemina glikozes līmeni asinīs. Mehānisms:
-palielina glikozes šūnu membrānu caurlaidību taukaudu un muskuļu šūnās, tās ietekmē GLUT-4 transportera olbaltumvielas tiek sajauktas no citoplazmas šūnu membrānā, kur tās apvienojas ar glikozi un transportē to šūnā;
-aktivizē heksokināzi, frukokināzi, piruvāta kināzi (stimulē glikolīzi);
-aktivizē glikogēna sintetāzi (stimulē glikogēna sintēzi);
-aktivizē pentozes-fosfāta dehidrogenāzes ceļu;
-saskaņā ar hroniskas regulēšanas mehānismu tas ir heksokināzes sintēzes induktors un glikoneogēnēzes enzīmu sintēzes repressors (tas bloķē glikoneogenēzi);
-30% ogļhidrātu lipīdos;
-stimulē TCA ciklu, aktivizējot fermentu sintetāzi, kas katalizē acetil CoA mijiedarbības reakciju ar SchUK;
Cukura diabēts (DM) tiek klasificēts atkarībā no ģenētisko faktoru un klīniskā kursa atšķirībām divās galvenajās formās: I tipa diabēts - atkarīgs no insulīna (IDDM) un II tipa diabēts - atkarīgs no insulīna (NIDDM).
IDDM - slimība, ko izraisa aizkuņģa dziedzera Langerhans saliņu β-šūnu iznīcināšana autoimūnu reakciju, vīrusu infekciju (bakas vīrusa, masaliņu, masalu, parotīta, adenovīrusa) dēļ. Ja diabēts ir samazināts insulīna / glikagona attiecība. Tajā pašā laikā glikogēna un tauku uzkrāšanās procesu stimulēšana ir vājināta, un enerģijas nesēju mobilizācija pastiprinās. Pat pēc ēšanas, aknas, muskuļi un taukaudu funkcija pēcabsorbcijas stāvoklī.
Hiperglikēmija - pieaugums konc. glikozes līmenis asinīs.
To izraisa glikozes lietošanas ātruma samazināšanās audos, jo trūkst insulīna vai samazinās insulīna bioloģiskā iedarbība mērķa audos. Insulīna deficīta gadījumā samazinās glikozes pārneses olbaltumvielu (GLUT-4) skaits uz insulīna atkarīgo šūnu (muskuļu taukaudu) membrānām. Muskuļos un aknās glikoze netiek nogulsnēta kā glikogēns. Taukaudos samazinās tauku sintēzes un nogulsnēšanas ātrums. Gluconeogenesis tiek aktivizēts no aminoskābēm, glicerīna un laktāta.
Glikozūrija - glikozes izdalīšanās urīnā.
Parasti nieru proksimālās caurulītes visu glikozi reabsorbē, ja tā līmenis nepārsniedz 8,9 mmol / l. Glikozes koncentrācijas paaugstināšana asinīs pārsniedz nieru sliekšņa koncentrāciju, kas izraisa tā parādīšanos urīnā.
Ketonēmija - paaugstināta ketona ķermeņa koncentrācija asinīs.
Tauki netiek deponēti, bet to katabolisms paātrinās. Nemesterificētu taukskābju koncentrācija palielinās, kas uztver aknas un oksidē tās acetils CoA. Acetil-CoA tiek pārvērsts par β-hidroksibutirskābi un acetoetiķskābi. Acetoacetāta dekarboksilēšana uz acetonu notiek audos, tāpēc tās smarža rodas no pacientiem. Ketona struktūru koncentrācijas paaugstināšana asinīs (virs 20 mg / l) izraisa ketonūriju. Ketona struktūru uzkrāšanās samazina griezuma tilpumu un izraisa acidozi.
Insulīna deficīts izraisa proteīna sintēzes ātruma samazināšanos un palielina to sadalījumu. Tas izraisa asinīs palielināto aminoskābju koncentrāciju, kas tiek deaminēta aknās. Iegūtais amonjaks nonāk ornitīna ciklā, kā rezultātā palielinās urīnvielas koncentrācija asinīs un urīnā - azotēmija.
Poliūrija - palielināts urinācija (3-4l dienā un vairāk), jo glikoze palielina osmotisko spiedienu.
Polidipsija - pastāvīga slāpes, sausa mute ūdens zuduma dēļ.
Polyphagy - piedzīvo badu, bieži ēd, bet zaudēt svaru, jo Glikoze nav enerģijas avots - „bada amid pārpilnībā”.
NIDDM - rodas sakarā ar relatīvo insulīna deficītu, jo:
- insulīna sekrēcijas traucējumi
- proinsulīna pārveidošanās par insulīnu
- palielināt insulīna katabolismu
-insulīna receptoru defekts, bojājumi intracelulārajam insulīna signāla mediatoriem.
Tas skar cilvēkus, kas ir vecāki par 40 gadiem, kam raksturīga augsta ģimeņu forma. Galvenais diabēta komplikāciju cēlonis ir hiperglikēmija, kas izraisa asinsvadu bojājumus un dažādu audu un orgānu disfunkciju. Viens no galvenajiem audu bojājumu mehānismiem cukura diabēta gadījumā ir olbaltumvielu glikozilēšana, kas izraisa to konformācijas un funkciju izmaiņas. Makroangiopātijas izpaužas sirds, smadzeņu, apakšējo ekstremitāšu (gangrēnas) lielo un vidējo kuģu sakāvē. Mikroangiopātija ir kapilāru un mazo asinsvadu bojājumu rezultāts un izpaužas nefro, neuro un retinopātijas veidā. Mikroangiopātijas gadījumā proteīnu glikozilācijai ir zināma loma, kas izraisa nefropātiju (pavājinātu nieru darbību) un retinopātiju (līdz redzes zudumam).
Kolagēns veido kapilāru pamatnes membrānu pamatu. Palielināts glikozilētā kolagēna saturs noved pie tā elastības, šķīdības, priekšlaicīgas novecošanas, kontraktūru attīstības samazināšanās. Nieros šādas pārmaiņas noved pie glomerulu iznīcināšanas un hroniskas nieru mazspējas.
Glikozilētie lipoproteīni, kas uzkrājas asinsvadu sieniņās, izraisa hiperholesterinēmijas un lipīdu infiltrācijas veidošanos. Tie kalpo par pamatu ateromām, notiek asinsvadu tonusu pārkāpums, kas izraisa aterosklerozi.
2.5 Glikozes tolerances tests.
Pēc norīšanas glikozes koncentrācija var sasniegt 300-500 mg / dl un saglabājas augsta pēc adsorbcijas perioda, t.i. glikozes tolerance samazinās un tiek novērota cukura diabēta latentās formas gadījumos. Šādos gadījumos cilvēkiem nav diabēta raksturīgo klīnisko simptomu, un glikozes koncentrācija tukšā dūšā ir normāla.
Lai noteiktu slēpto diabēta formu, veic perorālu glikozes tolerances testu. Lai to izdarītu, nosakiet glikozes līmeni tukšā dūšā asinīs. Pēc tam pacients saņem glikozes slodzi ar ātrumu 1 g uz kilogramu svara, tad ik pēc 30 minūtēm 3 stundas nosaka glikozes līmeni asinīs. Rezultāti tiek parādīti kā līkne.
3. Laboratorijas un praktiskais darbs:
3.1. Asins glikozes noteikšana, izmantojot One Touch ultra glikometru.
Nosakiet glikozes līmeni tukšā dūšā. Veikt analīzi. Ievietojiet asins pilienu uz pirkstu uz testa zonas augšējā daļā un turiet to šādā stāvoklī, līdz kapilārs ir pilnībā piepildīts. Ekrānā parādās ziņojums 5 sekundes, pēc tam tiek parādīta glikozes līmeņa vērtība mmol / l. Pēc teststrēmeles izņemšanas ierīces ekrānā redzamais attēls izslēdzas un ir gatavs nākamajai analīzei.
Darba gaita: Nomazgājiet rokas ar siltu ūdeni un ziepēm un rūpīgi nosusiniet. Apstrādājiet pirkstu ar kokvilnas tamponu, kas samitrināts ar etilspirtu, un nosusiniet. Sterils skarifikators ievirza pirkstu ādu un izspiež no tā pilienu asins pilienu, ko ievadāt teststrēmeles kapilārā. Pēc tam apstrādājiet punkcijas vietu ar kokvilnas tamponu, kas samitrināts ar etilspirtu.
2. Dodiet dzērienu ar saldu tēju.
3. Pēc 30 minūtēm no kravas uzņemšanas brīža nosakiet glikozes saturu.
4. Nosakiet glikozes saturu pēc 2,5 stundām no kravas uzņemšanas brīža.
Glikogēna sadalījums
Saturs
Aknas ir galvenais glikogēna rezervju avots. Tukšā dūšā izdalās glikagons, kas stimulē aknu glikogēna noārdīšanos uz glikozi. Glikoze iekļūst asinsritē un tiek pārvietota ar asinsriti uz smadzenēm, kur tā darbojas kā enerģijas avots šim orgānam. Ar glikogēna sadalīšanos aknās glikozes-6-fosfatāze katalizē glikozes-6-fosfāta konversiju uz glikozi.
Glikogēna sadalījums ir normāls
Glikogēnu uzglabā muskuļos un aknās. Badošanās laikā tiek patērēts aknu glikogēns, un paaugstinātas fiziskās aktivitātes laikā tiek patērēts muskuļu glikogēns.
Glikogenoze Rediģēt
Kad glikogenoze novēroja glikogēna uzglabāšanas pārkāpumus; 4 no 12 glikogenozes veidiem ir parādīti 1. attēlā. 26.3–26.6.
Muskuļi izmanto uzglabātu glikogēnu tikai savām vajadzībām kā enerģijas avots. Ar intensīvām slodzēm anaerobos apstākļos, piemēram, ar adrenalīna iedarbību (reakcija "glābt sevi vai cīnīties"). Īpaši intensīva anaerobā glikolīze notiek baltajos muskuļos. Muskuļos nav glikozes-6-fosfatāzes.
I tipa glikogenoze (Girke slimība). Mantojums ir autosomu recesīvais veids. Slimību izraisa glikozes-6-fosfatāzes trūkums aknās. Tādēļ aknas nevar regulēt glikozes līmeni asinīs, un jaundzimušajiem attīstās smaga hipoglikēmija. Pārmērīgs glikogēns tiek uzglabāts aknās un nierēs. Glikozes-6-fosfāta uzkrāšanās dēļ attīstās hiperlaktēmija, hiperlipidēmija, hiperurikēmija un podagra.
II tipa glikogenoze (Pompes slimība). II tipa glikogenoze tiek mantota autosomālā recesīvā veidā. Slimības cēlonis ir a- (1-> 4) glikozidāzes, lizosomu enzīma, skābes trūkums. Glikogēna uzkrāšanās dēļ kardiometrija attīstās pēc 2-3 mēnešiem pēc dzimšanas. Turklāt tas ietekmē aknas un muskuļus, kas izraisa vispārēju muskuļu vājumu. Tiek pieņemts, ka glikogenozes ārstēšanā II tipa enzīmu aizstājterapija būs efektīva.
III tipa glikogenozi (Cory slimību) izraisa fermenta deficīts, kurā gan aknās, gan citos orgānos uzkrājas patoloģiska glikogēna - dekstrīna forma. Tā ir sazarota molekula, kurā pilnvērtīgu zaru vietā a- (1-6 obligāciju vietā atrodas saīsinātas filiāles. Slimību raksturo hipoglikēmija un hepatomegālija).
V tipa glikogenoze (Mac-Ardla slimība) tiek mantota autosomālā recesīvā veidā. To izraisa muskuļu fosforilāzes (miofosforilāzes) trūkums. V tipa glikogenozē muskuļi nespēj noārdīt muskuļu glikogēnu enerģijai. Fiziskās slodzes laikā šādi pacienti cieš no straujas noguruma un muskuļu spazmas, novēroja mioglobinūriju
Att. 26.6. I tipa glikogenoze (Girke slimība).
Glikogēna izšķīdināšana (glikogenolīze)
Parastam ķermeņa metabolismam parasti ir pietiekami daudz glikozes dzīvnieka barības barībā. Pretējā gadījumā var mobilizēt aknu un muskuļu glikogēna rezerves.
Glikogēna sadalīšanās pamatojas uz glikozes atlikumu secīgu noņemšanu glikozes-1-fosfāta veidā. Pirmo glikogēna sadalīšanās reakciju katalizē glikogēnfosforilāzes enzīms. Tajā ir iesaistīts fosfāts, un tāpēc to sauc par fosforolīzi. Reakcija noved pie a-1,4 glikogēna glikozīdās saites sadalīšanās, lai iegūtu glikozes-1-fosfātu:
Nākamajā reakcijā glikozes-1-fosfāta izomerizācija notiek fosfolukomutāzes enzīma ietekmē, veidojot glikozes-6-fosfātu:
Aknās (bet ne muskuļos) glikozes-6-fosfāts hidrolizē glikozes-6-fosfātu, kas rodas glikogēna sadalīšanās laikā, atbrīvojot brīvo glikozi:
Kopējo glikozes atlikuma no glikogēna molekulas atdalīšanas aknās kopējo līdzsvaru ar glikogenolīzi var attēlot ar šādu vienādojumu:
Jāatzīmē, ka enerģija ATP formā glikogenolīzes procesā netiek izmantota un netiek veidota. Perifēros audos glikozes-6-fosfāts, kas iegūts glikolīzes laikā, balto muskuļu audos sadalās pienskābē un pilnībā oksidējas līdz C02 un H20 sarkanajos muskuļos.
Aknām ir milzīga spēja uzglabāt glikogēnu. Cilvēka aknās glikogēna saturs var sasniegt 10% no dziedzeru mitrās masas. Glikogēna līmenis muskuļos ir daudz mazāks - 1-2% no to kopējās masas, bet kvantitatīvi glikogēns ir ievērojami augstāks dzīvnieku muskuļu audos, ņemot vērā muskuļu masas un aknu masas attiecību.
Muskuļu un aknu glikogēns veic dažādas lomas. Muskuļu glikogēns kalpo par rezervi ATP sintēzei šim audam, bet aknu glikogēna funkcija ir rezervēt glikozi, lai saglabātu brīvās glikozes koncentrāciju asinīs. Glikogēna saturs aknās ievērojami atšķiras atkarībā no ogļhidrātu daudzuma dzīvnieka uzturā.
Glikogenēzes un glikogenolīzes procesi aknās darbojas kā glikozes līmeņa asinīs. Tomēr šo šo procesu funkcija attiecībā uz muskuļu audiem ir nenozīmīga. Mehāniskais darbs ir muskuļu glikogēna mobilizācijas priekšnoteikums, lai iegūtu papildu ATP daudzumus. Glikogēna izmantošanas līmenis ir atkarīgs no muskuļu šķiedras veida (balts vai sarkans). Sarkanās muskuļu šķiedras satur bagātīgu asinsvadu tīklu, satur lielu daudzumu mioglobīna un mitohondriju. Šajās šūnās glikogēns tiek pārvērsts piruvīnskābē, kas skābekļa klātbūtnē var oksidēties līdz C02 un H20
Glikogenolīzes un glikogenozes procesi ir saistīti ar organisma vajadzību pēc glikozes - ATP avota. Šo procesu regulēšana ir sarežģīta. Tas ietver allosterisko fermentu glikogēna sintēzi un glikogēnfosforilāzi. To aktivitāti veic hormoni - pirmie ekstracelulārie kurjeri (glikagons un adrenalīns) un cikliskā AMP (cAMP), sekundārais intracelulārais kurjers.
Glikagēns nodrošina glikogēnolīzi aknās, pateicoties glikogēna fosforilāzes aktivācijai. Glikagons izraisa arī glikogēna sintāzes aktivitātes inhibīciju. Tādējādi glikagons aknās nodrošina glikogēna sadalījumu, lai normalizētu glikozes līmeni asinīs. Adrenalīns, aktivizējot glikogēna fosforilāzi, stimulē brīvā glikozes izdalīšanos no aknām asinsritē visu ķermeņa perifēro orgānu vajadzībām.
Muskuļu glikogēna sadalījums
Ir zināms, ka fosforolīzei ir būtiska loma polisaharīdu mobilizācijā. (Cilvēku un dzīvnieku audos padomju bioķīmiķi E. L. Rosenfelds un I.A. Popova atklāja arī γ-amilāzes fermentu, kas katalizē glikozes atlikumu no glikogēna molekulas sadalīšanu α-1,4 obligācijās. fosforilēzes.) Fosforilāzes pārvērš polisaharīdus (īpaši glikogēnu) no uzglabāšanas formas uz metaboliski aktīvo formu; fosforilāzes klātbūtnē glikogēns noārdās, veidojot glikozes fosfāta esteri (glikozes-1-fosfātu), vispirms nesadalot to lielākos polisaharīda molekulas fragmentos.
Reakcija, ko katalizē fosforilāze, vispārīgā veidā izskatās šādi:
Šajā reakcijā (C6H10O5)n ir glikogēna polisaharīda ķēde, a (C6H10O5)n-1 vienā ķēdē, bet saīsināts ar vienu glikozes atlikumu.
Att. 82 attēlots glikogēna sadalīšanās gaita uz glikozes-1-fosfātu un cAMP piedalīšanās šajā procesā. Fosforilāzes enzīms eksistē divos veidos, no kuriem viens (fosforilāzes "a") ir aktīvs, bet otrs (fosforilāzes "c") parasti ir neaktīvs. Abas formas var sadalīties apakšvienībās. Fosforilāze "b" sastāv no divām apakšvienībām un fosforilāzes "a" - četriem. Fosforilāzes "in" transformāciju fosforilāzē "a" veic ar proteīnu fosforilāciju saskaņā ar vienādojumu:
2 mol. fosforilāzes "in" + 4 ATP ->
1 mol. fosforilāze "a" + 4 ADP
Šo reakciju katalizē enzīms, ko sauc par fosforilāzes kināzi. Tika konstatēts, ka šī kināze var pastāvēt gan aktīvās, gan neaktīvās formās, un inaktīvā fosforilāzes kināze kļūst aktīva proteīna kināzes (fosforilāzes kināzes) ietekmē. Pēdējā aktīvā forma veidojas, piedaloties cAMP. Kā jau minēts, cAMP savukārt veidojas no ATP ar adenilāta ciklāzes enzīma darbību. Šo reakciju īpaši stimulē adrenalīns un glikagons. Adrenalīna satura pieaugums ved šo sarežģīto reakciju ķēdi uz fosforilāzes “pārveidošanu” par fosforilāzi “a” un līdz ar to glikozes izdalīšanos glikozes-1-fosfāta veidā no glikogēna uzglabāšanas polisaharīda. Fosforilāzes "a" atgriezenisko transformāciju "fosforilāzē" katalizē fosfatāzes enzīms (šī reakcija ir gandrīz neatgriezeniska).
Jāatzīmē, ka fosforilāze "a" sašķeļ glikozes atlikumus, sākot no glikogēna molekulas ārējo zonu perifērijas gala, un, tuvojoties α (1 - 6) savienojumiem, tā darbība apstājas. Citiem vārdiem sakot, fosforolīze turpinās tikai līdz glikogēna molekulas atzarojumiem. Enzīms-1,6-glikozidāze spēj sadalīt (1-> 6) savienojumu filiāles punktā, pēc tam fosforilāzei "a" atkal ir iespēja rīkoties, līdz tas sasniedz nākamo filiāles punktu utt.
Fosforolīzes rezultātā izveidojies glikozes-1-fosfāts tālāk tiek pārveidots par glikozes-6-fosfātu:
Lai šī reakcija tiktu turpināta, ir nepieciešams fosforilēts fosfoglukomutāzes veids, tas ir, tā aktīvā forma, kas veidojas glikozes-1,6-difosfāta klātbūtnē. Tādējādi glikozes-1,6-difosfāts fosfoglukomutāzes reakcijā spēlē koenzīma lomu. (Glikozes-1,6-difosfāts ir šādas reakcijas produkts: glikozes-1-fosfāts + ATP glikozes-1,6-difosfāts + ADP).
Brīvā glikozes veidošanās no glikozes-6-fosfāta aknās notiek glikozes-6-fosfatāzes ietekmē. (Atšķirībā no aknām, muskuļu audos nav glikozes-6-fosfatāzes) Šis enzīms katalizē fosfāta hidrolītisko šķelšanos:
Att. 83 attēloti glikogēna sadalīšanās un sintēzes ceļi.
Var uzskatīt, ka cukura koncentrācijas noturības saglabāšana asinīs galvenokārt ir divu procesu vienlaicīga plūsma: glikozes iekļūšana asinīs no aknām un audu patēriņš no asinīm, kur to galvenokārt izmanto kā enerģētisku materiālu.
Audos (tostarp aknās) ir divi galvenie glikozes sadalīšanās ceļi: anaerobais ceļš, kas atrodas bez skābekļa, un aerobais ceļš, kuram nepieciešams skābeklis.
Glikogēna sadalījums
Glikogēna sadalīšanās ceļā brīvajā glikozē atšķiras no tā sintēzes. Tas ietver vairākus citus fermentus. Glikogēnfosforilāze katalizē glikogēna pirmo katabolisma reakciju - laužot alfa-1,4-glikozīdu saiti starp glikozes atlikumiem ķēdes galos ar fosforolīzi, tas ir, mijiedarbību ar neorganisko fosfātu. Pēdējie glikozes atlikumi tiek atdalīti glikozes-1-fosfāta veidā. Līdz ar to glikogēna alfa-1,4-glikozīdu saikņu iznīcināšanas metode audos atšķiras no hidrolītiskā plīsuma amilāzes ietekmē gremošanas traktā. Fosforilāzes reakcija tiek atkārtota, līdz 4 glikozes atlikumi paliek līdz atzarojuma punktam. Tad alfa (1®6) -glukozidāzes enzīms pārnes triglicozes enzīmu līdz blakus esošās ķēdes galam, un ceturtais glikozes atlikums, kas ir saistīts ar alfa-1,6-glikozīdu saiti, hidrolītiski šķeļ brīvā glikozes veidā. Pēc tam glikogēna fosforilāze katalizē glikozes atlieku šķelšanos uz jaunu atzarojuma punktu.
Glikozes-1-fosfāta molekulas tiek pārveidotas par glikozes-6-fosfātu fosfoglukomutāzes ietekmē, kas katalizē to pašu reakciju pretējā virzienā glikogēna biosintēzes laikā. Glikozes-6-fosfāta pāreju uz brīvo glikozi nevar veikt ar heksokināzes reakciju, jo tā ir neatgriezeniska. Aknās un nierēs ir glikozes-6-fosfatāzes enzīms, kas katalizē glikozes-6-fosfāta hidrolīzes reakciju uz glikozi. Brīvā glikoze nonāk asinīs un nonāk citos orgānos. Muskuļos, smadzenēs un citos audos nav glikozes-6-fosfatāzes. Tādējādi aknu glikogēns kalpo kā glikozes avots visam organismam, un muskuļu un smadzeņu glikogēns sadalās līdz glikozes-6-fosfātam, ko izmanto šajos audos.
Glikogēna sadalīšanās pienskābē (glikogenolīze)
Glikoze, kas nāk no asinīm, un glikozes atlikumi nogulsnētajam glikogēnam kalpo kā muskuļu glikolīzes substrāts. Glikogēnfosforilāzes un fosfoglukomutāzes secīgās darbības dēļ glikogēna glikozes atlikumi tiek pārvērsti glikozes-6-fosfātā, kas pēc tam tiek iekļauti glikolīzes procesā:
Glikogenolīzes ziņā ATP tiek patērēts tikai vienu reizi fruktozes-1,6-difosfāta veidošanai. Ja ņemam vērā ATP glikogēna biosintēzes izmaksas (divas ATP molekulas viena glikozes atlikuma iekļaušanai), tad tīrā raža ir tikai 1 ATP molekula uz 1 glikozes atlikumu. ATP patēriņš glikogēna sintēzei muskuļos notiek mierīgi, kad glikogēna nogulsnēšanās ir pietiekami nodrošināta ar skābekli un enerģiju. Intensīvas vingrošanas laikā glikogēna anaerobais sadalījums pienskābē izraisa lielāku ATP ražu nekā glikozes sadalīšanās.