Glikols ir dzīvnieku rezerves ogļhidrāts, kas sastāv no liela glikozes atlikumu daudzuma. Glikogēna piegāde ļauj ātri aizpildīt glikozes trūkumu asinīs, tiklīdz tas pazeminās, glikogēna šķelšanās un brīvā glikoze iekļūst asinīs. Cilvēkiem glikoze galvenokārt tiek uzglabāta kā glikogēns. Šūnām nav izdevīgi uzglabāt atsevišķas glikozes molekulas, jo tas būtiski palielinātu osmotisko spiedienu šūnā. Savā struktūrā glikogēns atgādina cieti, tas ir, polisaharīdu, ko galvenokārt uzglabā augi. Ciete satur arī glikozes atlikumus, kas ir saistīti viens ar otru, tomēr glikogēna molekulās ir daudz vairāk filiāļu. Augstas kvalitātes reakcija uz glikogēnu - reakcija ar jodu - dod brūnu krāsu, atšķirībā no joda reakcijas ar cieti, kas ļauj iegūt purpura krāsu.
Glikogēna ražošanas regulēšana
Glikogēna veidošanās un sadalīšanās regulē vairākus hormonus, proti:
1) insulīns
2) glikagons
3) adrenalīns
Glikogēna veidošanās notiek pēc tam, kad paaugstinās glikozes koncentrācija asinīs: ja ir daudz glikozes, tas jāglabā nākotnē. Glikozes uzņemšanu šūnās galvenokārt regulē divi hormonu antagonisti, tas ir, hormoni ar pretēju efektu: insulīns un glikagons. Abi hormoni tiek izdalīti aizkuņģa dziedzera šūnās.
Ņemiet vērā: vārdi "glikagons" un "glikogēns" ir ļoti līdzīgi, bet glikagons ir hormons, un glikogēns ir rezerves polisaharīds.
Insulīnu sintezē, ja asinīs ir daudz glikozes. Tas parasti notiek pēc tam, kad persona ir ēdusi, īpaši, ja ēdiens ir bagāts ar ogļhidrātu (piemēram, ja ēdat miltus vai saldu ēdienu). Visi ogļhidrāti, kas atrodas pārtikā, ir sadalīti monosaharīdos, un jau šajā formā tiek absorbēti caur zarnu sienām asinīs. Tādējādi glikozes līmenis palielinās.
Kad šūnu receptori reaģē uz insulīnu, šūnas absorbē glikozi no asinīm, un tā līmenis atkal samazinās. Starp citu, tas ir iemesls, kāpēc diabēts - insulīna trūkums - ir figurāli saucams par „pārpilnības badu”, jo asinīs pēc ogļhidrātu bagātas pārtikas ēšanas parādās daudz cukura, bet bez insulīna šūnas nevar to absorbēt. Daļa glikozes šūnu tiek izmantota enerģijai, un atlikušie tiek pārvērsti taukos. Aknu šūnas izmanto glikozes, kas absorbē glikogēnu, sintezēšanai. Ja asinīs ir maz glikozes, notiek pretējs process: aizkuņģa dziedzeris izdalās no glikagona hormona, un aknu šūnas sāk sadalīt glikogēnu, atbrīvojot glikozi asinīs vai atkal sintēzējot glikozi no vienkāršākām molekulām, piemēram, pienskābes.
Adrenalīns izraisa arī glikogēna sabrukumu, jo visa šī hormona darbība ir vērsta uz ķermeņa mobilizāciju, sagatavojot to "hit vai palaist" reakcijas veidam. Un tas ir nepieciešams, lai glikozes koncentrācija kļūtu augstāka. Tad muskuļi to var izmantot enerģijai.
Tādējādi pārtikas uzsūkšanās izraisa hormona insulīna izdalīšanos asinīs un glikogēna sintēzi, un bads noved pie hormona glikagona atbrīvošanās un glikogēna sadalīšanās. Adrenalīna atbrīvošanās, kas notiek stresa situācijās, izraisa arī glikogēna sadalīšanos.
Kas ir glikogēns, ko sintezē no?
Glikozes-6-fosfāts kalpo kā substrāts glikogēna vai glikogenogēzes sintēzei, kā tas citādi tiek saukts. Tā ir molekula, kas iegūta no glikozes pēc tam, kad fosforskābes atlikums ir pievienots sestajam oglekļa atomam. Glikoze, kas veido glikozes-6-fosfātu, iekļūst aknās no asinīm un no zarnu asinīm.
Vēl viena iespēja ir iespējama: glikozi var atkārtoti sintezēt no vienkāršākiem prekursoriem (pienskābe). Šajā gadījumā glikoze no asinīm iekļūst, piemēram, muskuļos, kur tā tiek sadalīta pienskābē, atbrīvojot enerģiju, un tad uzkrāto pienskābi transportē uz aknām, un aknu šūnas sintēzē no tās glikozi. Pēc tam šo glikozi var pārvērst glikozes-6-fosfotos un tālāk, pamatojoties uz glikogēna sintēzi.
Glikogēna veidošanās posmi
Tātad, kas notiek glikogēna sintēzes procesā no glikozes?
1. Pēc fosforskābes atlikuma pievienošanas glikoze kļūst par glikozes-6-fosfātu. Tas ir saistīts ar heksokināzes fermentu. Šim fermentam ir vairākas atšķirīgas formas. Heksokināze muskuļos nedaudz atšķiras no heksokināzes aknās. Šī enzīma forma, kas atrodas aknās, ir sliktāk saistīta ar glikozi, un reakcijas laikā veidojies produkts neinhibē reakciju. Sakarā ar to, aknu šūnas spēj absorbēt glikozi tikai tad, ja tās ir daudz, un es varu nekavējoties pārvērst daudz substrāta uz glikozes-6-fosfātu, pat ja man nav laika to apstrādāt.
2. Feroglukomutāzes enzīms katalizē glikozes-6-fosfāta konversiju uz tā izomēru, glikozes-1-fosfātu.
3. Rezultātā iegūtais glikozes-1-fosfāts apvienojas ar uridīna trifosfātu, veidojot UDP-glikozi. Šo procesu katalizē UDP-glikozes pirofosforilāzes enzīms. Šī reakcija nevar turpināties pretējā virzienā, tas ir, ir neatgriezeniska tajos apstākļos, kas atrodas šūnā.
4. Glikogēna sintāzes enzīms pārnes glikozes atlikumu uz jauno glikogēna molekulu.
5. Glikogēna fermentējošais enzīms pievieno filiāles punktus, veidojot glikogēna molekulā jaunas filiāles. Vēlāk šīs filiāles beigās pievieno glikozes atlikumus, izmantojot glikogēna sintēzi.
Kur ir pēc glikogēna uzglabāšanas?
Glikogēns ir dzīvībai nepieciešamais rezerves polisaharīds, un tas tiek uzglabāts nelielu granulu veidā, kas atrodas dažu šūnu citoplazmā.
Glikogēns uzglabā šādus orgānus:
1. Aknas. Glikogēns ir diezgan bagāts aknās, un tas ir vienīgais orgāns, kas izmanto glikogēna piegādi, lai regulētu cukura koncentrāciju asinīs. Līdz 5-6% var būt glikogēns no aknu masas, kas aptuveni atbilst 100-120 gramiem.
2. Muskuļi. Muskuļos glikogēna krājumi ir mazāk procentos (līdz 1%), bet kopā, pēc svara, tie var pārsniegt visu aknās uzglabāto glikogēnu. Muskuļi neizdala glikozi, kas veidojas pēc glikogēna sadalīšanās asinīs, tās izmanto tikai savām vajadzībām.
3. Nieres. Viņi atrada nelielu daudzumu glikogēna. Vēl mazāki daudzumi tika konstatēti glielu šūnās un leikocītos, tas ir, baltās asins šūnās.
Cik ilgi glikogēns uzglabā?
Organisma būtiskās aktivitātes procesā glikogēns tiek sintezēts diezgan bieži, gandrīz katru reizi pēc ēšanas. Ķermenim nav jēgas uzglabāt milzīgus glikogēna daudzumus, jo tās galvenā funkcija nav kalpot kā barības vielu donors tik ilgi, cik vien iespējams, bet regulēt cukura daudzumu asinīs. Glikogēna krātuves ilgst aptuveni 12 stundas.
Salīdzinājumam, uzglabātie tauki:
- Pirmkārt, tiem parasti ir daudz lielāka masa nekā uzglabātā glikogēna masai,
- otrkārt, tās var būt pietiekamas vienam mēnesim.
Turklāt ir vērts atzīmēt, ka cilvēka ķermenis var pārvērst ogļhidrātus taukos, bet ne otrādi, ti, uzglabāto tauku nevar pārvērst glikogēnā formā, to var izmantot tikai enerģijai. Bet, lai nojauktu glikogēnu uz glikozi, tad iznīcina pati glikoze un izmanto iegūto produktu tauku, ko cilvēka ķermenis ir diezgan spējīgs, sintēzei.
Glikogēns ir viegli izmantojama enerģijas rezerve.
Glikogēna mobilizācija (glikogenolīze)
Glikogēna rezerves tiek izmantotas atšķirīgi atkarībā no šūnas funkcionālajām īpašībām.
Aknu glikogēns tiek sadalīts, samazinot glikozes koncentrāciju asinīs, galvenokārt starp ēdienreizēm. Pēc 12-18 stundām tukšā dūšā glikogēna krājumi aknās ir pilnīgi izsmelti.
Muskuļos glikogēna daudzums parasti samazinās tikai fiziskās aktivitātes laikā - ilgstošs un / vai intensīvs. Glikogēnu lieto, lai nodrošinātu miocītu darbību ar glikozi. Tādējādi muskuļi, kā arī citi orgāni izmanto glikogēnu tikai savām vajadzībām.
Glikogēna vai glikogenolīzes mobilizācija (sadalīšanās) tiek aktivizēta, kad šūnā trūkst brīvas glikozes un līdz ar to arī asinīs (badošanās, muskuļu darbs). Glikozes līmenis asinīs "mērķtiecīgi" atbalsta tikai aknas, kurās ir glikozes-6-fosfatāze, kas hidrolizē glikozes fosfāta esteri. Brīvā glikoze, kas veidojas hepatocītos, tiek izdalīta caur plazmas membrānu asinīs.
Glikogenolīzē ir tieši iesaistīti trīs fermenti:
1. Fosforilāzes glikogēns (koenzīms piridoksāls fosfāts) - sašķeļ α-1,4-glikozīdu saites, veidojot glikozes-1-fosfātu. Enzīms darbojas līdz 4 glikozes atlikumiem paliek līdz atzarojuma punktam (α1,6-saite).
Fosforilāzes loma glikogēna mobilizācijā
2. α (1,4) -α (1,4) -glukantransferāze ir enzīms, kas pārnes fragmentu no trim glikozes atlikumiem uz citu ķēdi, veidojot jaunu α1,4-glikozīdu saiti. Tajā pašā laikā vienā vietā paliek viens glikozes atlikums un „atvērta” pieejamā α1,6-glikozīdu saite.
3. Amil-α1,6-glikozidāze ("detituschy" enzīms) - hidrolizē α1,6-glikozīdu saiti ar brīvas (nefosforilētas) glikozes izdalīšanos. Rezultātā tiek veidota ķēde bez zariem, kas atkal kalpo kā fosforilāzes substrāts.
Enzīmu loma glikogēna sadalījumā
Glikogēna sintēze
Glikogēnu var sintezēt gandrīz visos audos, bet lielākie glikogēna krājumi atrodas aknās un skeleta muskuļos.
Muskuļos glikogēna daudzums parasti samazinās tikai fiziskās aktivitātes laikā - ilgstošs un / vai intensīvs. Glikogēna uzkrāšanās šeit ir konstatēta atveseļošanās periodā, jo īpaši, ja lietojat pārtikas produktus ar augstu ogļhidrātu daudzumu.
Aknu glikogēns tiek sadalīts, samazinot glikozes koncentrāciju asinīs, galvenokārt starp ēdienreizēm (pēc adsorbcijas periods). Pēc 12-18 stundām tukšā dūšā glikogēna krājumi aknās ir pilnīgi izsmelti. Glikogēns uzkrājas aknās tikai pēc ēšanas, ar hiperglikēmiju. Tas ir saistīts ar aknu kināzes (glikokināzes) īpatnībām, kam ir zema afinitāte pret glikozi un var darboties tikai ar augstu koncentrāciju.
Normālā glikozes koncentrācijā asinīs tas netiek uzņemts ar aknām.
Glikogēnu tieši sintezē šādi fermenti:
1. Fosoglukomutāze - pārvērš glikozes-6-fosfātu uz glikozes-1-fosfātu;
2. Glikozes-1-fosfāta-uridiltransferāze - enzīms, kas veic galveno sintēzes reakciju. Šīs reakcijas neatgriezeniskumu nodrošina iegūto difosfātu hidrolīze;
UDP-glikozes sintēzes reakcijas
3. Glikogēna sintāzes - veido α1,4-glikozīdu saites un paplašina glikogēna ķēdi, piesaistot aktivētu C 1 UDF-glikozi līdz C4 terminālajam glikogēna atlikumam;
Glikogēna sintēzes reakcijas ķīmija
4. Amil-α1,4-α1,6-glikoziltransferāze, "glikogēna sazarojuma" enzīms, pārnes fragmentu ar minimālo 6 glikozes atlikumu garumu blakus esošajai ķēdei, veidojot α1,6-glikozīdu saiti.
Ķīmiķa rokasgrāmata 21
Ķīmija un ķīmiskā tehnoloģija
Glikogēna sadalījums, veidojot glikozi
Fosforolīzes laikā glikogēns tādējādi sadalās, veidojot glikozes fosfora esteri, vispirms nesadalot to lielākos polisaharīda molekulas fragmentos. [p.251]
Fosforilāzes pārnes polisaharīdus (īpaši glikogēnu) no uzglabāšanas formas uz metaboliski aktīvo formu fosforilāzes klātbūtnē, un glikogēns saplūst, veidojot glikozes fosfātu (glikozes-1-fosfātu), nesadalot to lielākos polisaharīdu molekulas fragmentos. Vispārīgi runājot, šo reakciju var attēlot šādi [365. lpp.]
Vēlāk mēs sīkāk atbildēsim uz šo svarīgo jautājumu (25. nodaļa), tagad mēs tikai sakām, ka, ja ķermenis ir pēkšņi kritiskā situācijā, virsnieru dzemdes asinis izdalās adrenalīns, kas kalpo kā molekulārs signāls aknām un muskuļiem. Šī signāla ietekmē aknas pārvēršas glikogēna fosforilāzē, kā rezultātā palielinās glikozes līmenis asinīs, t.i. muskuļi saņem degvielu. Tas pats signāls skeleta muskuļos ietver glikogēna sadalīšanos ar laktāta veidošanos, tādējādi palielinot [p.464]
Uztura ogļhidrātu sagremošana sākas mutes dobumā. Veicot fermenta darbību, siekalu amilāze, ciete un glikogēns izdalās seklā veidā, veidojot mazas molekulmasas polisaharīdus - dekstrīnus. Turpmākā dekstrīnu sadalīšanās, kā arī nepiesārņota ciete un glissogēns notiek tievajās zarnās, piedaloties aizkuņģa dziedzera sulas amilāzei. Rezultāts ir disaharīda maltoze, kas sastāv no diviem glikozes atlikumiem. Ogļhidrātu sagremošanu pabeidz, pārveidojot izveidoto maltozi un citus pārtikas disaharīdus (saharozi, laktozi) par monosaharīdiem (glikozi, fruktozi, galaktozi), no kuriem galvenā ir glikoze. [c.44]
Kompleksie ogļhidrāti sāk izjust transformācijas mutes rajonā. Siekalas, sekrēcija, ko rada siekalu dziedzeri (parotīds, submandibulārs, sublingvāls), satur divus fermentus, kas noārda ogļhidrātu amilāzi (siekalu amilāzi sauc par ptyalīnu) un nelielā daudzumā maltāzes. Šie fermenti pēc secīgas iedarbības uz cieti vai glikogēnu padara šo polisaharīdu sadalīšanos (hidrolīzi), veidojot glikozi. [c.241]
Lai glikogēnfosforilāze sadalītos glikogēna iedarbībā, arī citam fermentam ir jārīkojas arī uz polisaharīdu. (1 -> 6) -glukozidāze. Šis enzīms katalizē divas reakcijas. Pirmajā no tiem viņš no ķēdes atdala trīs glikozes atlikumus no minētajiem četriem un pārnes tos uz kādu citu ārējo sānu ķēdi. Otrajā reakcijā, ko katalizē (1 - + -> 6) -glukozidāze, ceturtā glikozes atlikums tiek sašķelts, piestiprināts pie (1-> 6> saite) atzarojuma punkta. vienas D-glikozes molekulas veidošanās un no - [p.457]
Glikogēns izšķīst karstā ūdenī, veidojot opalescējošu šķīdumu. Tas ir krāsots ar jodu sarkanbrūnā krāsā, tuvu joda krāsas amilopektīna krāsai. Glikogēns nesamazina īpašības. Glikogēna hidrolīzes laikā ar atšķaidītu minerālskābi, kā arī sadalot to ar fermentiem, veidojas a-O-glikoze. Glikozes molekulās glikozes molekulās paliek glikozīdu saites 1,4 un 1,6. Tādējādi, tāpat kā amilpektīns, glikogēna molekulai ir sazarotā struktūra ar lielāku 1,6 glikozīdu saiti (12 saitēm 1,4, ir viena 1,6 saite) nekā amilopektīna molekulā, un tāpēc vairāk sazarots un kompaktāks (5. attēls). [c.74]
Aknu funkcija ogļhidrātu metabolismā ir ļoti liela un daudzpusīga. Tā spēj sintezēt glikogēnu no glikozes un bez ogļhidrāta materiāla. Šāds materiāls var būt pienskābe, glicerīns, glikokolīna, alanīna, tirozīna, fenilalanīna, serīna, treonīna, cisteīna, valīna, izoleicīna, aspartīnskābes un glutamīnskābes, arginīna un prolīna šķelšanās produkti. Tās ir tā sauktās glikogēnās skābes. Aknas var oksidēt piruvīnskābi, veidojot ATP, ko aknas lieto, lai pārvērstu pienskābi uz glikogēnu. [c.84]
Pirmo reizi ar AMP atkarīgo proteīnu fosforilāciju konstatēja, pētot glikogēna metabolismu skeleta muskuļu šūnās. Glikogēns ir galvenais glikozes rezervju veids, kā jau minēts, tā sadalīšanos muskuļu šūnās regulē adrenalīns (patiesībā adrenalīns regulē glikogēna sadalījumu un tā sintēzi skeleta muskuļos). Ja, piemēram, dzīvnieks tiek pakļauts stresu (skandāla uc), tad virsnieru dziedzeri sāks adrenalīnu iemest asinīs, un tas ļaus dažādiem ķermeņa audiem sagatavoties. Adrenalīns, kas cirkulē asinīs, jo īpaši izraisa glikogēna sadalīšanos muskuļu šūnās līdz glikozes-1-fosfātam un vienlaikus kavē jaunā glikogēna sintēzi. Glikozes-1-fosfāts tiek pārveidots par glikozes-6-fosfātu, kas pēc tam oksidējas glikolīzes reakcijās, veidojot ATP, nodrošinot enerģiju intensīvam muskuļu darbam. Šādā veidā adrenalīns sagatavo muskuļu šūnas intensīvam darbam. [c.372]
Cilvēkiem ir zināmas vairākas ģenētiskas slimības, kas saistītas ar glikogēna sintēzes pasliktināšanos vai sadalīšanos. Viens no pirmajiem bija hroniskas aknu paplašināšanās gadījums - 8 gadus vecai meitenei, kurai bija arī dažādi vielmaiņas traucējumi. Meitene nomira no gripas. Autopsija atklāja, ka viņas aknas bija trīs reizes augstākas par normām, tajā bija milzīgs glikogēna daudzums, kura īpatsvars bija gandrīz 40% no orgāna sausā svara. No aknām izdalītais glikogēns bija ķīmiski diezgan normāls, tomēr, kad aknu audu gabals tika homogenizēts un inkubēts buferšķīdumā, šis glikogēns saglabājās nemainīgs - ne izveidojās laktāts, ne glikoze. Kad glikogēnai pievienoja suspensiju, kas pagatavota no normālas aknas audiem, tā ātri sabruka līdz glikozei. Pamatojoties uz šo bioķīmisko testu, pētnieki secināja, ka pacients ir traucējis glikogēna sadalīšanās procesu (šo slimību bieži sauc par Gyrke slimību pēc tā ārsta nosaukuma, kurš to aprakstījis). Vispirms tika pieņemts, ka glikozes-6-fosfatāze bija bojāts enzīms, jo slimās aknas neizveidoja glikozi, bet laktāta veidošanās neesamība liecināja, ka defekts ietekmē vai nu glikogēna fosforilāzes vai atdalīšanas fermentu [a (1 - 6 a) -glukozidāze]. Vēlāk pētnieki tika nostiprināti, uzskatot, ka šajā klasiskajā gadījumā to ietekmēja (1 - 6) -glukozidāze. Rezultātā glikogēna molekulas aknās var tikt sadalītas, veidojot glikozi vai [c.616]
Šeit jānorāda, ka glikogēna sadalīšanās aknās ar brīvās glikozes veidošanos (glikogēna mobilizācija, 245. lpp.) Notiek galvenokārt fosforolītiskā veidā. Tajā pašā laikā glikogēns tiek sadalīts ne amilāzes, bet aknu fosforilāzes ietekmē, veidojot glikozes-1-monofosfora ēteri (251. lpp.). Pēc tam šo pēdu ļoti ātri atrauj aknu fosfatāzes brīvā glikozē un fosforskābē. Tādējādi, galu galā, fosforilāzes un glikozes-1-monofosfora ētera fosfatāzes klātbūtne aknās sadalās glikogēnā atsevišķās glikozes daļiņās, bez starpdekstrīnu un maltozes veidošanās, kas ir raksturīgi glikogēna hidrolītiskās sadalīšanās produkti (amilāzes klātbūtnē). [p.245]
Metabolisms smadzenēs, muskuļos, taukaudos un aknās ievērojami atšķiras. Parasti barotai personai glikoze ir praktiski vienīgais enerģijas avots smadzenēm. Tukšā dūšā ketona ķermeņi (acetoacetāts un 3-hidroksi-butirāts) iegūst galveno smadzeņu enerģijas avotu. Muskuļi kā enerģijas avotu izmanto glikozes, taukskābes un ketona ķermeņus un sintezē glikogēnu kā enerģijas rezervi savām vajadzībām. Taukaudi specializējas triacilglicerīnu sintēzes, uzglabāšanas un mobilizācijas procesā. Vairāku aknu metabolisma procesi atbalsta citu orgānu darbu. Aknas var ātri mobilizēt glikogēnu un veikt glikoneogēzi, lai apmierinātu citu orgānu vajadzības. Aknām ir liela nozīme lipīdu vielmaiņas regulēšanā. Kad enerģijas avoti ir bagātīgi, notiek taukskābju sintēze un esterifikācija. Tad viņi pāriet no aknām uz taukaudiem ļoti zema blīvuma lipoproteīnu (VLDL) veidā. Tomēr, kad tukšā dūšā, taukskābes aknās pārvēršas par ketona struktūrām. Visu šo orgānu darbības integrāciju veic hormoni. Insulīns norāda uz pārtikas resursu pārpilnību, stimulē glikogēna un triacilglicerīnu veidošanos, kā arī proteīnu sintēzi. Glikagons, gluži pretēji, signalizē par zemu glikozes saturu asinīs, tas stimulē glikogēna un glikoneogeneses sadalīšanos aknās un triacilglicerīnu hidrolīzi taukaudos. Adrenalīns un norepinefrīns iedarbojas uz tādiem energoresursiem kā glikagons, un to galvenais mērķis ir muskuļi, nevis aknas. [c.296]
Insulīns Svarīga loma ogļhidrātu metabolismā un cukura līmeņa asinīs regulēšanā ir hormonu insulīns. Atšķirībā no citu hormonu iedarbības tas pazemina cukura koncentrāciju asinīs, palielinot glikozes konversiju uz glikogēnu aknās un muskuļos, veicinot pareizu glikozes oksidēšanos audos, kā arī novēršot aknu glikogēna sadalīšanos, veidojot glikozi. Insulīns iedarbojas uz glikozes fosforilācijas procesu, veidojot glikozes-6-fosfātu, kas ir pirmais glikogēnēzes solis, vai glikogēna veidošanos. Ja insulīna uzņemšana nav pietiekama, ekstracelulārā glikozes pārvēršanās intracelulārā glikozes-6-fosfātā aizkavējas. [c.364]
Gibsons, 1948 [1099]) (25080). Šajā gadījumā bojātais enzīms ir no MAVN atkarīgs metemoglobīna reduktāze. Pirmais mēģinājums sistemātiski izpētīt cilvēku slimību grupu, kas saistīta ar vielmaiņas defektiem, tika veikts 1951. gadā. Pētījumā par glikogēna uzkrāšanās slimību [1044] Cory pāris parādīja, ka astoņos no desmit patoloģiskā stāvokļa gadījumiem, kas tika diagnosticēti kā Gyrke slimība (23220), aknu glikogēna struktūra bija normāls variants, un divos gadījumos tas bija acīmredzami traucēts. Bija arī skaidrs, ka aknu glikogēnu, kas uzkrājas pārpalikumā, nevar tieši pārvērst cukurā, jo pacientiem ir tendence uz hipoglikēmiju. Lai glikogēnu sadalītu aknās, ir nepieciešami daudzi fermenti. Divi no tiem, amil-1,6-glikozidāze un glikozes-6-fosfatāze, tika izvēlēti pētījumam kā iespējamie fermentu sistēmas bojāti elementi. Aknu homogenātos dažādās pH vērtībās tika izmērīta fosfāta izdalīšanās no glikozes-6-fosfāta. Rezultāti ir parādīti 1. attēlā. [c.10]
Tādējādi glikozes-6-fosfāta iekļaušanā glikogēnā tiek patērēta viena augsta enerģijas fosfāta saite. Glikogēna sadalījuma laikā saražotā enerģija ir ārkārtīgi augsta. Aptuveni 90% atlieku ir fosforolītiska šķelšanās ar glikozes-1-fosfāta veidošanos, kas pārvēršas par glikozes-b-fosfātu bez enerģijas izmaksām. Atlikušie 10% atlieku pieder pie zariem un hidrolītiski sadalās. Vienu ATP molekulu izmanto, lai fosforilētu katru no šīm glikozes molekulām uz glikozes-b-fosfātu. Glikozes-b-fosfāta pilnīga oksidēšanās dod trīsdesmit septiņas [c.122]
Glikogēna sintēze un sadalīšanās. Glikogēns ir viegli mobilizējams enerģijas uzglabāšanas veids. Tas ir sazarots polimērs glikozes atliekām. Aktivēts glikogēna sintēzes starpprodukts ir UDP-glikoze, kas veidojas no glikozes-1-fosfāta un UTP. G llikogēna sintēze katalizē glikozes atlikuma pārnešanu no UDP glikozes uz audzēšanas ķēdes terminālo hidroksilgrupu. Glikogēna sadalīšana ir vēl viens veids. Fosforilāze katalizē glikogēna sadalīšanos ar ortofosfātu, veidojot glikozes-1-fosfātu. Glikogēna sintēze un šķelšanās ir saskaņota ar [p.285]
Ogļhidrātu vielmaiņa katrā dzīvajā šūnā (dzīvā viela) ir vienots process, kas vienlaikus ir saistīts ar organisko vielu sadalīšanās un sintēzes reakcijām. Ogļhidrātu vielmaiņas centrā dzīvniekiem ir glikogeneze un glikogenolīze, t.i., glikogēna veidošanās un sadalīšanās procesi. Tās rodas galvenokārt aknās. Glikogēnu var veidot gan no ogļhidrātu, gan ne-ogļhidrātu avotiem, piemēram, dažām aminoskābēm, glicerīnam, pienskābes, piruvīnskābes un propionskābēm, kā arī no daudziem citiem vienkāršiem savienojumiem. Termins "glikogenolīze" attiecas uz glikogēna faktisko sadalīšanos glikozē. Bet tagad šis vārds bieži ir saprotams kā visu to procesu summa, kas noved pie pienskābes glikolītiskās veidošanās gadījumā, ja sākuma substrāts nav glikoze, bet glikogēns. Glikolīzi parasti saprot kā ogļhidrātu sadalījumu no sākuma, tas ir, no glikozes vai glikogēna, tas nekādā ziņā neietekmē galaproduktus. [c.376]
Alkohola fermentācijas laikā, veidojot vienu glikozes molekulu, tiek veidotas četras ATP molekulas (50 kcal vai 210 kJ). No tiem divi tiek izlietoti funkcionālai darbībai un sintēzei. Saskaņā ar dažiem autoru aprēķiniem glikolīzes un glikogenolīzes laikā 35–40 / o no brīvās brīvās enerģijas uzkrājas enerģiju bagātīgās fosfora saitēs, bet atlikušie 60–65% ir izkliedēti siltuma formā. Šūnu, orgānu, kas strādā anaerobos apstākļos, efektivitāte nepārsniedz 0,4 (aerobā 0,5). Šie aprēķini balstās galvenokārt uz datiem, kas iegūti no muskuļu ekstraktiem un rauga sulas. Dzīvā organisma apstākļos muskuļu šūnas, orgāni un audi izmanto enerģiju, iespējams, daudz vairāk. No fizioloģiskā viedokļa glikogenolīzes un glikolīzes process ir ārkārtīgi svarīgs, jo īpaši, ja dzīves procesi tiek veikti skābekļa trūkuma apstākļos. Piemēram, ar muskuļu enerģisko darbu, jo īpaši pirmajā darbības fāzē, vienmēr pastāv plaisa starp skābekļa piegādi muskuļiem un tā nepieciešamību. Šajā gadījumā sākotnējās enerģijas izmaksas lielākoties sedz glikogenolīze. Līdzīgas parādības novērojamas dažādos patoloģiskos stāvokļos (smadzeņu hipoksija, sirds uc). Turklāt piena skābē esošā potenciālā enerģija galu galā netika zaudēta ļoti organizētam organismam. Iegūto pienskābi ātri pārvieto no muskuļiem uz asinīm un pēc tam transportē uz aknām, kur to atkal pārvērš glikogēnā. Ogļhidrātu anaerobā sadalīšanās ar pienskābes veidošanos ir ļoti bieži sastopama dabā, to novēro ne tikai muskuļos, bet arī citos dzīvnieku organisma audos. [c.334]
Pirmo reizi notikumu secība tika precizēta pētījumā par glikogēna metabolismu skeleta muskuļu šūnās. Glikogēns ir galvenais glikozes rezerves veids, tā sintēze un sadalīšanās tiek stingri regulēta ar noteiktiem hormoniem. Ja, piemēram, dzīvnieks ir nobijies vai pakļauts citam stresam, virsnieru dziedzeri izdalās adrenalīns asinīs, apvienojot dažādus ķermeņa audus ar gatavību. Cirkulējošais adrenalīns jo īpaši izraisa glikogēna sadalīšanos epikona šūnās līdz glikozes-1-fosfātam un vienlaikus aptur jaunā glikogēna sintēzi. Glikozes-1-fosfāts tiek pārvērsts par glikozes-6-fosfātu, kas pēc tam oksidējas glikolīzes reakcijās, kas noved pie ATP veidošanās, kas ir nepieciešama mypps darbam. Šādā veidā adrenalīns sagatavo muskuļu šūnas intensīvam darbam. [c.271]
Sk. Lapas, kurās apzīmēts termins "Glikogēna sadalīšana ar glikozes veidošanos": [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]
Info-Farm.RU
Farmācija, medicīna, bioloģija
Glikogēns
Glikogēns (pazīstams arī kā “dzīvnieku ciete”, neraugoties uz šī nosaukuma neprecizitāti) ir polisaharīds, α-glikozes homopolimērs, galvenais uzglabāšanas veids dzīvnieku šūnās, vairumā sēnīšu, daudzu baktēriju un arheju. Cilvēka organismā galvenās glikogēna uzkrāšanās vietas ir aknas un skeleta muskuļi.
1875. gadā Claude Bernard atklāja aknu spēju palielināt glikozes koncentrāciju asinīs un tajā esošu cietes līdzīgu vielu, ko sauca par glikogēnu.
Ķīmiskā struktūra
Glikogēns ir α-glikozes homopolimērs, kura atlikumi ir savstarpēji saistīti ar (α1 → 4) -glukozīdu saitēm. Katru 8–10 monomēru atlieku filiāles tiek atdalītas, sānu zari tiek piestiprināti (α1 → 6) ar saišķi. Tādējādi glikogēna molekula ir daudz kompakta un sazarota nekā cietes. Polimerizācijas pakāpe ir tuva amilopektīna līmenim.
Visām glikogēna filiālēm ir ne-frekvences beigas, tāpēc, ja filiāļu skaits ir vienāds ar n, tad molekulai būs n-1 nereti beigas un tikai viens samazinās. Kad notiek glikogēna hidrolīze, lai to izmantotu kā enerģijas avotu, glikozes atlikumi tiek atdalīti pa vienam no nesagrozāmiem galiem. To lielais skaits ļauj ievērojami paātrināt procesu.
Visstabilākā filiāļu konformācija ar (α1 → 4) saišu ir blīva spirāle ar sešiem glikozes atlikumiem vienā apgriezienā (katras molekulas plakne tiek atgriezta līdz 60 ° attiecībā pret iepriekšējo).
Lai veiktu savu bioloģisko funkciju: glikozes viskompaktākās uzglabāšanas nodrošināšana un tajā pašā laikā iespēja strauji mobilizēties, glikogēnam jābūt ar vairākiem parametriem optimizētu struktūru: 1) atzarojumu līmeņu (līmeņu) skaits; 2) filiāļu skaits katrā līmenī; 3) glikozes atlikumu daudzums katrā nozarē. Glikogēna molekulai ar nemainīgu monomēru vienību skaitu, ārējo zaru skaits, no kuriem var mobilizēt glikozi, samazinās, palielinot katra filiāles vidējo garumu. Visattālāko zaru blīvums ir stingri ierobežots, tāpēc glikogēna molekulas maksimālais izmērs samazinās, palielinoties vienādās daļās. Nobriedušām atšķirīgas izcelsmes glikogēna molekulām ir vidēji 12 zaru līmeņi, no kuriem katrai ir vidēji divi zari, no kuriem katrs satur aptuveni 13 glikozes atlikumus. Matemātiskā analīze parādīja, ka šāda struktūra ir ļoti tuvu optimālam maksimālā glikozes daudzuma mobilizēšanai pēc iespējas īsākā laikā.
Izplatīšana un nozīme
Glikogēns ir glikozes uzglabāšanas veids dzīvniekiem, sēnītēm, dažām baktērijām (īpaši cianobaktērijām) un APEX. Mikroorganismos glikogēns ir vairāk vai mazāk vienmērīgi izkliedēts šūnas citoplazmā granulu veidā ar diametru 20-100 nm, parasti tos var redzēt tikai caur elektronmikroskopu. Ja šūnā ir daudz glikogēna, krāsojot ar joda šķīdumu, tas kļūst sarkanbrūns. Mugurkaulniekiem lielākais glikogēna daudzums tiek uzglabāts aknās, kur tas var būt 7-10% no kopējās masas (100-120 g pieaugušajiem) un skeleta muskuļi (1-2% no kopējās masas). Nelieli glikogēna daudzumi ir atrodami nierēs, un vēl mazāk - dažās gliju smadzeņu šūnās un baltās asins šūnās.
Glikozes uzglabāšana nav brīvā formā, bet polisaharīdu formā ir divi iemesli. Pirmkārt, ja, piemēram, hepatocītos, visa glikozes masa, kas ir daļa no glikogēna, bija brīvā stāvoklī, tā koncentrācija būtu sasniegusi 0,4 mol / l. Un tas savukārt radītu būtisku citozola spiediena palielināšanos, pārmērīgu ūdens ieplūdi šūnā un tā plīsumu. Otrkārt, šāda augsta glikozes koncentrācija padarītu tās aktīvo transportēšanu no šūnu vides, ja ir asins hepatocīti, kur glikozes līmenis ir tikai 5 mmol / l, praktiski neiespējami. Glikozes uzglabāšana glikogēna veidā samazina tā koncentrāciju šūnā līdz 0,01 µmol / L.
Glikogēna krājumi cilvēkiem ir ievērojami mazāk nekā tauku krājumi. Pēdējām ir vairākas priekšrocības: pirmkārt, tās ļauj iegūt vairāk nekā divas reizes lielāku enerģiju par tādu pašu ogļhidrātu masu, otrkārt, tās ir hidrofobas molekulas un, atšķirībā no ogļhidrātiem, neprasa hidratāciju, kas samazina enerģijas rezervju masu. Tomēr glikogēns ir ātrs enerģijas avots, turklāt dzīvnieka organismā nav metabolisma ceļu taukskābju pārvēršanai glikozē, un smadzenes to nevar izmantot muskuļu anaerobā vielmaiņā.
Hepatocītos glikogēns tiek uzglabāts kā lielas citoplazmas granulas. Elementārā ts β-daļiņa ir viena no glikogēna molekulām, tās diametrs ir aptuveni 21 nm, un tajā ir 55000 glikozes atlikumu, un tajā ir 2000 neregulāri galiem. 20-40 no šīm daļiņām kopā veido α-rozetes, kuras var redzēt mikroskopā dzīvnieku barībā, kas ir labi baroti. Tomēr tie izzūd pēc 24 stundu ātras darbības. Glikogēna granulas ir kompleksie agregāti, kas papildus glikogēnam ietver fermentus, sintezē un nojauc to, kā arī regulējošās molekulas.
Muskuļu glikogēns kalpo kā avots ātrai enerģijai gan aerobai, gan anaerobai vielmaiņai. Tās rezerves var tikt izmantotas vienā stundā intensīvas fiziskās aktivitātes laikā. Regulāra apmācība ļauj palielināt muskuļu glikogēna krājumus, kā rezultātā viņi var strādāt ilgāk bez noguruma. Aknās glikogēns ir glikozes rezerve citiem orgāniem, ja tā uztura uzņemšana ir ierobežota. Šī rezerve ir īpaši svarīga neironiem, kas nevar izmantot taukskābes kā enerģijas substrātu. Glikogēna aknu rezerves tukšā dūšā iztukšojas 12-24 stundu laikā.
Glikogēnu satur arī dzemdes noslēpumainie dziedzeri, kurus izdalās savā dobumā menstruālā cikla pēc ovulācijas periodā pēc mēslošanas. Šeit polisaharīdu izmanto kā embriona uztura avotu tās implantācijai.
Glikogēns arī nonāk organismā ar pārtiku un ir sadalīts hidrolītisko fermentu tievajās zarnās.
Glikogēna metabolisms
Glikogēna sadalījums
Glikogēna sadalījums notiek divos galvenajos veidos: gremošanas laikā tas hidrolizējas līdz glikozei, ko var absorbēt tievās zarnas epitēlija šūnas. Glikogēna krājumu intracelulārā šķelšana (glikogenolīze) notiek ar fosforolīzi, kuras produkts ir glikozes-1-fosfāts, tādējādi ļaujot ietaupīt daļu no glikozīdu saitēm, veidojot fosfāta esteri. Tādējādi, lai iekļautu glikozi, kas veidojas glikolīzē vai pentozes fosfāta ceļā, nav nepieciešams tērēt ATP. Turklāt glikozes-1-fosfāta veidošanās ir labvēlīga muskuļiem, jo šim savienojumam plazmas membrānā ir NO nesēji, un tas nevar “izbēgt” no šūnas.
Glikogēna hidrolīze gremošanas laikā
Cilvēkiem glikogēna sagremošana (piemēram, ciete) sākas mutes dobumā, kur darbojas siekalu α-amilāze. Šis enzīms hidrolizē intramolekulāros (α1 → 4) saites un sašķeļ polisaharīdus uz oligosaharīdiem. Kuņģī siekalu amilāze tiek inaktivēta ar vidēju skābuma līmeni. Kuņģa sula nesatur fermentus ogļhidrātu sagremošanai. Divpadsmitpirkstu zarnā (α1 → 4) glikogēna saiti iedarbojas uz aizkuņģa dziedzera α-amilāzi un uz (α1 → 6) saiti ar īpašu dzelzs atbrīvošanas enzīmu amil-1,6-glikozidāzi. Tas pabeidz glikogēna hidrolīzi uz maltozi, kas tievo zarnu maltozes (α-glikozidāzes) parietālā enzīma ietekmē pārvēršas glikozē un uzsūcas.
Glikogenolīze
Intracelulārais muskuļu un aknu glikogēns tiek sadalīts glikogenolīzes laikā, kurā piedalās trīs fermenti: glikogēna fosforilāze, glikogendendoglozhuyuyu enzīms un fosfoglikomutāze. Pirmie no tiem katalizē reakciju, kurā neorganiskais fosfāts uzbrūk glikozīdu (α1 → 4) savienojumam starp pēdējiem diviem glikozes atlikumiem no retajiem galiem, kā rezultātā pēdējais atlikums tiek sadalīts kā glikozes-1-fosfāts. Kofaktors šajā reakcijā ir piridoksāla fosfāts.
Glikogēna fosforilāze secīgi atdala vienu monomēru no nereti sastopamiem galiem, līdz tas sasniedz vietu, ko atdala četras atliekas no (α1 → 6) saites (zara punkts). Šeit tiek spēlēts bifunkcionāls (eukriots), blīvēšanas enzīms. Pirmkārt, tas katalizē transferāzes reakciju, kas sastāv no trīs glikozes atlikumu bloka pārnešanas no filiāles līdz tuvākajam, retajam galam, pie kura tā ir piestiprināta (α1 → 4). Pēc tam skaldošajam enzīmam piemīt (α1 → 6) -glukozidāzes aktivitāte, kas sastāv no (α1 → 6) loka šķelšanās un brīvā glikozes izdalīšanās.
Glikozes-1-fosfāts veidojas, lai pārvērstu fosfoglukomutāzi uz glikozes-6-fosfātu, kas skeleta muskuļos nonāk glikolīzes procesā. Aknās glikozes-6-fosfātu var transportēt arī endoplazmatiskajā retikulā, turklāt glikozes-6-fosfatāzes laikā (muskuļi tiek atņemti no šī enzīma), pārvēršoties glikozē un izdalās asinīs.
Glikogēna biosintēze
Nelielā mērā glikogēna biosintēze (glikogeneze) notiek gandrīz visos ķermeņa audos, bet tā ir visizteiktākā aknās un muskuļos. Šis process sākas ar glikozes-6-fosfātu, veidojas no glikozes līdz heksokināzes vai glikokināzes reakcijai. Daļa no glikozes, kas nonāk organismā ar pārtiku, vispirms tiek absorbēta sarkano asins šūnu veidā, kas to izmanto enerģijas iegūšanai pienskābes fermentācijas procesā. Glikoneoģenēzes laikā veidojas laktāts hepatocītos, kas pārvēršas par glikozes-6-fosfātu.
Biosintēzes vielmaiņas ceļi un atsevišķu savienojumu sadalījums parasti atšķiras vismaz ar dažām reakcijām. Glikogēna metabolisms bija pirmais atklātais šī svarīgā principa piemērs. 1957 Louis Leloir konstatēja, ka glikogēzes procesā netiek izmantots glikozes-1-fosfāts, bet tiek izmantots uridīna difosfāta glikoze.
Glikozes-6-fosfāts vispirms tiek pārveidots par glikozes-1-fosfātu fosfoglukomutāzes ietekmē. Šīs reakcijas produkts kļūst par UDP-glikozes fosforilāzes fermenta substrātu, kas katalizē reakciju:
Glikozes 1-fosfāts + UTP → UDP-glikoze + FF n
Tā kā pirofosfāts nekavējoties tiek atdalīts no neorganiskā pirofosfatāzes, reakcijas līdzsvars ir stipri pārvietots uz UDP-glikozes veidošanos. Pēdējais ir glikogēna sintāzes substrāts, kas glikozes atlikumu pārnes uz glikogēna molekulas reto galu.
Sānu atzarojumu veidošanās nodrošina gilkozil- (4 → 6) -transglikozilāzi (sazarotu enzīmu). Tas nošķir filiāli, satur vairāk nekā 11 monomēru vienības no 6 līdz 7 pēdējām un nodod tās uz glikozes atlikumu C6 hidroksilgrupu vairāk iekšējā stāvoklī tajā pašā vai citā nozarē. Līdz ar to notiek sazarošana, kas ir nepieciešama, lai labāk izšķīdinātu glikogēnu, un lielāks skaits sintēzes fermentu un šķelšanās līdz retiem mērķiem.
Glikogēna sintāze var sintezēt glikogēnu tikai tad, ja tā satur gruntējumu - gatavu glikozes polimēru ar mazāk par sešiem monomēriem. De novo glikogēna molekulu veidošanās ir iespējama tikai glikogenīna proteīna dēļ, kas arī kalpo kā “sēkla”, uz kuras iegūst jaunas glikogēna filiāles un fermentu, kas katalizē mūsu pētījumu veidošanos.
Glikogenezei un glikogenolīzei ir sarežģīta regulēšanas sistēma vairākos līmeņos. Daudzi no šajos procesos iesaistītajiem fermentiem ir allosteriski un var mainīt savu darbību, pielāgojoties šūnas vajadzībām. Glikogēna krājumu apjoms tiek regulēts arī hormonālā līmenī, lai saglabātu visa organisma homeostāzi.
Klīniskā nozīme
Glikogēna metabolisma pārkāpums notiek daudzās cilvēku slimībās, ieskaitot cukura diabētu. Ir arī vairāki iedzimti traucējumi, kas saistīti ar pārmērīgu glikogēna uzkrāšanos aknās, tos sauc par glikogenozi. To parasti pavada smaga hipoglikēmija (zems glikozes līmenis asinīs) starp ēdienreizēm. Pirmo glikogenozi 1929. gadā aprakstīja Edgars fon Gorkijs, Gerty Corey sniedza lielu ieguldījumu šo slimību izpētē. Tagad zināmas 13 glikogenozes formas, ko izraisa dažādu proteīnu darbības traucējumi.
Glikogēna sintēze un sadalīšanās
Kad glikozes koncentrācija asinīs palielinās, piemēram, tās uzsūkšanās dēļ zarnās gremošanas laikā, glikozes plūsma šūnās palielinās un vismaz daļu no šīs glikozes var izmantot glikogēna sintezēšanai. Ogļhidrātu rezervju uzkrāšanās šūnās glikogēna formā ir ar zināmām priekšrocībām salīdzinājumā ar glikozes uzkrāšanos, jo tai nav pievienots intracelulāro osmotiskā spiediena pieaugums. Tomēr ar glikozes trūkumu glikogēns ir viegli sadalāms līdz glikozei vai tās fosfātu esteriem, un iegūto monomēru vienību izmanto šūnas ar enerģijas vai plastmasas mērķiem.
4.1. Glikogēna sintēze
Glikozes iekļūšana šūnās tiek pakļauta fosforilācijai, piedaloties heksokināzes vai glikokināzes fermentiem:
Pēc tam iegūtais gl-6-f tiek izomerizēts gl-1-f, piedaloties fermenta fosfoglikomutāzei [FGM]:
Tad hl-1-f mijiedarbojas ar uridīna trifosfātiem, veidojot UDP-glikozi, piedaloties fermentam UDP-glikozes pirofosforilāzei [vai glikozes-1-fosfaturidiltransferāzei]:
Pirofosfāts nekavējoties tiek sadalīts divos fosforskābes atlikumos, piedaloties pirofosfatāzes fermentam. Šai reakcijai pievieno enerģijas zudumu 7 kcal / mol, kā rezultātā UDP-glikozes veidošanās reakcija kļūst neatgriezeniska - procesa virziena termodinamiskā kontrole.
Nākamajā posmā glikozes atlikums no UDP-glikozes tiek pārnests uz sintezēto glikogēna molekulu, piedaloties glikogēna sintetāzes fermentam:
UDP-glikoze + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ glikogēns / un glikogēna molekula tiek pagarināta par vienu glikozes atlikumu. Glikogēna sintetāzes enzīms spēj savienot glikozes atlikumu no UDP-glikozes uz glikogēna molekulu, kas tiek būvēta, tikai veidojot -1,4-glikozīdu saiti. Līdz ar to, piedaloties tikai vienam no šiem fermentiem, var sintezēt tikai lineāru polimēru. Glikogēns ir sazarots polimērs, un sazarojums molekulā veidojas, piedaloties citam fermentam: amil-1,4 -> 1,6 - glikoziltransferāzei. Šis enzīms, citādi pazīstams kā filiāles enzīms, transportē 5-7 monomēru vienību fragmentu no polisaharīda lineārā reģiona gala, kas ir sintezēts tuvāk tās vidum, un šis fragments pievienojas polimēra ķēdei, veidojot a-1,6-glikozīdu saiti:
Jāatzīmē, ka saskaņā ar citiem datiem sadalāms fragments, kas sastāv no vismaz 6 glikozes atlikumiem, tiek pārnests uz blakus esošās celtniecības ķēdes. Jebkurā gadījumā abas ķēdes nākotnē tiek pagarinātas, pateicoties glikogēna sintetāzes iedarbībai, un ar filiāles enzīmu piedalās jaunas filiāles.
Glikogēna sintēze notiek visos orgānos un audos, tomēr visaugstākais saturs tiek novērots aknās [no 2 līdz 5–6% no orgāna kopējās masas] un muskuļos [līdz 1% no to masas]. Viena glikozes atlikuma iekļaušana glikogēna molekulā ir saistīta ar 2 augstas enerģijas ekvivalentiem (1 ATP un 1 UTP), lai glikogēna sintēze šūnās varētu notikt tikai ar pietiekamu enerģijas daudzumu.
4.2. Glikogēna mobilizācija
Glikogēns kā glikozes rezerve uzkrājas šūnās gremošanas laikā un tiek patērēts pēc absorbcijas perioda. Glikogēna šķelšanās aknās vai tā mobilizācija notiek, iesaistot glikogēnfosforilāzes fermentu, ko bieži sauc par vienkārši fosforilāzi. Šis enzīms katalizē polimēra terminālo glikozes atlikumu a-1,4-glikozīdu saiti no fosforolītiskās sašķelšanās:
(C6 H10O5) n + H3PO4> (C6 H10O5) n-1 + Gl-1-F Lai sadalītu molekulu filiāles rajonā, ir vajadzīgi divi papildu fermenti: tā sauktā atdalīšanas (deģenerējoša) - enzīms un amil-1,6-glikozidāze un pēdējā fermenta darbības rezultātā šūnās veidojas brīvā glikoze, kas var vai nu atstāt šūnu, vai arī pakļaut fosforilāciju.
Gl-1-f šūnās ir izomerizēts, piedaloties fosoglukomutāzei gl-6-f. Gl-6-fosfāta turpmāko likteni nosaka glikozes-6-fosfatāzes klātbūtne vai neesamība fermenta šūnās. Ja šūnā ir enzīms, tas katalizē fosforskābes atlikuma no gl-6-fosfāta hidrolītisko sadalīšanos, lai veidotu brīvu glikozi:
Gl-6-f + H2O D> Glikoze + H3PO4, kas var iekļūt ārējā šūnu membrānā un nonākt asinsritē. Ja šūnās nav glikozes-6-fosfatāzes, tad glikoze nav defosforilēta un glikozes atlikumu var izmantot tikai šī konkrētā šūna. Ņemiet vērā, ka glikogēna sadalīšanai glikozē nav nepieciešams papildu enerģijas pieplūdums.
Lielākajā daļā cilvēku orgānu un audu nav glikozes-6-fosfatāzes, tāpēc tajos uzglabātais glikogēns tiek izmantots tikai savām vajadzībām. Tipisks šādu audu pārstāvis ir muskuļu audi. Glikozes-6-fosfatāze ir tikai aknās, nierēs un zarnās, bet enzīmu klātbūtne aknās (precīzāk, hepatocītos) ir nozīmīgākā, jo šim orgānam ir sava veida buferis, kas absorbē glikozi, kad tā saturs asinīs paaugstinās un piegādā asinīs glikozi, kad glikozes koncentrācija asinīs sāk samazināties.
4.3. Glikogēna sintēzes un sadalīšanās regulēšana
Salīdzinot glikogēna sintēzes metabolisma ceļus un mobilizāciju, mēs redzēsim, ka tie ir atšķirīgi:
Šis apstāklis ļauj atsevišķi regulēt apspriežamos procesus. Regulēšana notiek divu fermentu līmenī: glikogēna sintetāze, kas iesaistīta glikogēna sintēzes procesā, un fosforilāze, kas katalizē glikogēna sadalīšanos.
Galvenais šo fermentu aktivitātes regulēšanas mehānisms ir to kovalentā modifikācija ar fosforilācijas defosforilēšanu. Fosforilēts vai fosforilāzes „a” ir ļoti aktīvs, bet fosforilētā glikogēna sintetāze vai sintetāze “b” ir neaktīva. Tādējādi, ja abi fermenti ir fosforilētā formā, glikogēns tiek sadalīts šūnā, veidojot glikozi. Defosforilētā stāvoklī, gluži pretēji, fosforilāze ir neaktīva (“b” formā) un glikogēna sintetāze ir aktīva (“a” formā), šajā situācijā šūnā tiek sintezēts glikogēns no glikozes.
Tā kā aknu glikogēns spēlē glikozes rezervi visam organismam, tā sintēzi vai sabrukumu jākontrolē ar superšūnu regulējošiem mehānismiem, kuru darbs būtu jācenšas saglabāt nemainīgu glikozes koncentrāciju asinīs. Šiem mehānismiem jānodrošina glikogēnu sintēzes iekļaušana hepatocītos, paaugstinot glikozes koncentrāciju asinīs, un uzlabojot glikogēna sadalījumu, kad samazinās glikozes līmenis asinīs.
Tātad primārais signāls, kas stimulē glikogēna mobilizāciju aknās, ir glikozes koncentrācijas samazināšanās asinīs. Atbildot uz to, aizkuņģa dziedzera alfa šūnas atbrīvo hormonu, glikagonu, asinīs. Asinīs cirkulējošais glikagons mijiedarbojas ar tā receptoru proteīnu, kas atrodas hepatocītu ārējās šūnas membrānas ārējā pusē. veidojot kalnus - mon-receptoru kompleksu. Hormonu receptoru kompleksa veidošanās noved pie adenilāta ciklāzes fermenta aktivācijas, kas atrodas uz ārējās šūnu membrānas iekšējās virsmas, izmantojot īpašu mehānismu. Enzīmu katalizē cikliskās 3,5-AMP (cAMP) veidošanos no ATP šūnā.
Savukārt cAMP aktivizē šūnā cAMP atkarīgo proteīnu kināzi. Proteīna kināzes neaktīvā forma ir oligomērs, kas sastāv no četrām apakšvienībām: 2 regulējošie un divi katalītiski. Tā kā cAMP koncentrācija šūnā palielinās, katrai proteīnkināzes regulatīvajai apakšvienībai pievieno 2 cAMP molekulas, regulējošo apakšvienību konformācija mainās un oligomērs sadalās regulatīvās un katalītiskās apakšvienībās. Brīvās katalītiskās apakšvienības katalizē šūnu vairāku fermentu fosforilāciju, tostarp glikogēna sintetāzes fosforilēšanu ar tā pārnešanu uz neaktīvu stāvokli, tādējādi izslēdzot glikogēna sintēzi. Tajā pašā laikā notiek fosforilāzes kināzes fosforilācija, un šis enzīms, ko aktivizē tās fosforilācija, savukārt katalizē fosforilāzes fosforilāzes konversiju aktīvajā formā, t.i. "a" formā. Fosforilāzes aktivācijas rezultātā tiek aktivizēts glikogēna sadalījums, un hepatocīti sāk ievadīt glikozi asinīs.
Pieņemot, mēs atzīmējam, ka, stimulējot glikogēna sadalīšanos aknās ar kateholamīniem, galvenie mediatori ir b-hepatocītu receptori, kas saistās ar adrenalīnu. Tajā pašā laikā šūnās palielinās Ca jonu saturs, kur tie stimulē fosforilāzes Ca / kalmodulīna jutīgo kināzi, kas savukārt aktivizē fosforilāzes fosforilāciju.
Glikogēna šķelšanās aktivācijas shēma hepatocītos
Glikozes koncentrācijas paaugstināšanās asinīs ir ārējs signāls hepatocītiem, stimulējot glikogēna sintēzi un tādējādi saistot lieko glikozi no asins plūsmas.
Glikogēna sintēzes aktivācijas shēma aknās
Sekojošais mehānisms darbojas: palielinoties glikozes koncentrācijai asinīs, palielinās arī tā saturs hepatocītos. Glikozes koncentrācijas paaugstināšana hepatocītos savukārt diezgan sarežģītā veidā aktivizē fosfatāzes fosfatāzes fermentu, kas katalizē fosforskābes atlikumu no fosforilētiem proteīniem. Aktīvā fosforilāzes defosforilēšana to pārveido par neaktīvu formu, un neaktīvās glikogēna sintetāzes defosforilēšana aktivizē fermentu. Tā rezultātā sistēma nonāk stāvoklī, kas nodrošina glikogēna sintēzi no glikozes.
Fosforilāzes aktivitātes samazināšanās hepatocītos, aizkuņģa dziedzera insulīna β-šūnu hormonam ir noteikta loma. To izraisa b-šūnas, reaģējot uz glikozes līmeņa paaugstināšanos asinīs. Tās saistīšanās ar insulīna receptoriem uz hepatocītu virsmas izraisa aktivāciju fermenta fosfodiesterāzes aknu šūnās, kas katalizē cAMP pārvēršanos parastā AMP, kam nav spēju stimulēt aktīvā proteīna kināzes veidošanos. Tādā veidā tiek pārtraukta aktīvā fosforilāzes uzkrāšanās hepatocītos, kas ir svarīgs arī glikogēna sabrukuma inhibēšanai.
Ir pilnīgi dabiski, ka mehānismiem, kas regulē glikogēna sintēzi un sadalīšanos dažādu orgānu šūnās, ir savas īpašības. Piemēram, mēs varam norādīt, ka miokītiem, kuros atpūsties muskuļi vai muskuļi, kas veic nelielu darbu, praktiski nav fosforilāzes “a”, bet notiek glikogēna šķelšanās. Fakts ir tāds, ka muskuļu fosforilāze, kas atrodas defosforilētā stāvoklī vai “b” formā, ir allosterisks enzīms, un to aktivizē AMP un neorganiskais fosfāts, kas atrodas miocītos. Šādā veidā aktivizētais fosforilāzes „b” nodrošina glikogēna mobilizācijas ātrumu, kas ir pietiekams mērenu fizisko darbu veikšanai.
Tomēr, veicot intensīvu darbu, īpaši, ja slodze strauji palielinās, šis glikogēna mobilizācijas līmenis kļūst nepietiekams. Šajā gadījumā regulēšanas darbu supercellular mehānismi. Atbildot uz pēkšņu vajadzību pēc intensīvas muskuļu aktivitātes, adrenalīns iekļūst asinīs no asinsvadus. Adrenalīns, saistoties ar receptoriem uz muskuļu šūnu virsmas, izraisa miocītu reakciju, kas līdzīga mehānismam kā hepatocītu reakcijai uz glikagonu, kas tikko aprakstīts. Muskuļu šūnās parādās fosforilāzes „a” un glikogēna sintetāze tiek inaktivēta, un veidotā ch-6-f tiek izmantota kā enerģijas „degviela”, kuras oksidatīvais sadalījums nodrošina enerģiju muskuļu kontrakcijai.
Jāatzīmē, ka augsta adrenalīna koncentrācija, ko novēro cilvēka asinīs emocionālā stresa apstākļos, paātrina glikogēna sadalīšanos aknās, tādējādi palielinot glikozes saturu asinīs - aizsardzības reakcija, kuras mērķis ir ārkārtas enerģijas resursu mobilizācija.
V O D U V O D O V O O V
2.1. Ogļhidrātu oksidējošais sadalījums audos
Vissvarīgākās monosaharīdu funkcijas organismā ir enerģija un plastmasa; Abas šīs funkcijas tiek realizētas monosaharīdu oksidatīvajā sadalīšanā šūnās. Ogļhidrātu oksidācijas laikā tiek atbrīvota 4,1 kcal / g (aptuveni 17 kJ / g) brīvā enerģija, un ogļhidrātu oksidēšanās dēļ cilvēki sedz 5560% no kopējā enerģijas patēriņa. Ogļhidrātu oksidācijas laikā veidojas liels skaits starpproduktu sabrukšanas produktu, kurus izmanto dažādu lipīdu, būtisko aminoskābju un citu šūnām nepieciešamo savienojumu sintezēšanai. Turklāt ogļhidrātu oksidācijas laikā šūnās tiek radīti reģenerācijas potenciāli, kurus tie tālāk izmanto biosintēzes redukcijas reakcijās, detoksikācijas procesos, lai kontrolētu lipīdu peroksidācijas līmeni utt.
Galvenais monosaharīds, kas šūnās ir oksidatīvas transformācijas, ir glikoze, jo tas lielos daudzumos nāk no zarnas ķermeņa iekšējās vidē, tas tiek sintezēts glikoneogēnēzes laikā vai veidojas brīvā formā vai fosforu ēteru formā glikogēna šķelšanas laikā. Citu monosaharīdu loma ir mazāk nozīmīga, jo to daudzums, kas nonāk šūnās kvantitatīvi, ir ļoti atšķirīgs atkarībā no pārtikas sastāva.
Ir vairāki metabolisma ceļi glikozes oksidēšanai, no kuriem galvenie ir:
a) aerobo fermentāciju oglekļa dioksīdā un ūdenī;
b) anaerobā oksidācija uz laktātu;
c) pentozes oksidācija;
g) oksidēšanās ar glikuronskābes veidošanos.
Glikozes molekulas oksidatīvās šķelšanās dziļums var būt
atšķiras: no vienas molekulas gala grupas oksidēšanas līdz karboksilgrupai, kas notiek glikuronskābes veidošanās laikā, līdz pilnīgai glikozes molekulas noārdīšanai tā aerobās sadalīšanās laikā.
2.1.1. Aerobās glikozes oksidēšanās
Aerobo organismu šūnās aerobā sadalīšanās uz oglekļa dioksīdu un ūdeni ir pamata, vismaz attiecībā pret kopējo skaldāmo glikozes daudzumu. Sadalot 1 M glikozi (180 g) aerobos apstākļos, tiek atbrīvota 686 kcal brīvā enerģija. Aerobās glikozes oksidācijas procesu var iedalīt trīs posmos:
1. Glikozes sadalīšana uz piruvātu.
2. Piruvāta oksidatīvā dekarboksilēšana uz acetil CoA.
3. acetila oksidēšana Krebsa ciklā (CTC) kopā ar elpošanas fermentu ķēdes darbu.
Šos posmus var iesniegt arī kā vispārēju shēmu:
Glikoze> 2 piruvāta D> 2 acetil CoA D> 4CO2 + 10 H2O
2.1.1.1. Glikozes šķelšana uz piruvātu
Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām glikozes oksidācijas pirmais posms notiek citozolā, un to katalizē supramolekulārais proteīnu komplekss glikolītiskais metabolons, kas ietver līdz pat divpadsmit atsevišķiem enzīmiem.
Glikozes oksidācijas pirmo posmu savukārt var iedalīt divos posmos. Pirmā posma reakcijās glikozes fosforilēšana, glikozes atlikuma izomerizācija fruktozes atlikumā, fruktozes atlikuma papildu fosforilēšana un, visbeidzot, notiek. heksozes atlikuma sadalīšana divos fosfotriozes atlikumos: t
Šo reakciju katalizē heksokināzes enzīms. ATP tiek izmantots kā foto saistošs elements šūnā. Reakcijai pievienojas brīvās enerģijas zudums, kas ir 5,0 kcal / mol, un šūnas apstākļos tas ir neatgriezenisks.
Otrā reakcija, ko katalizē fosforheksoizomerāze, ir viegli atgriezeniska.
Trešo reakciju katalizē fosfofruktokināzes enzīmi. Šajā reakcijā tiek zaudēta arī 3,4 kcal / mol enerģija, un, tāpat kā heksokināzes reakcija, šūnu apstākļos ir neatgriezeniska.
Šo reakciju katalizē aldolāzes enzīms, reakcija ir atgriezeniska. Reakcijas rezultātā fruktozes6,6 bisfosfāts tiek sadalīts divos triosofosfātos.
Šūnu apstākļos fosfolihidroksiacetons (FDA) ir viegli izomerizējams 3-fosfogliceraldehīdā (PHA), piedaloties triozes fosfāta izomerāzes fermentam piektajā reakcijā. Tāpēc varam pieņemt, ka šī posma pirmajā posmā ATP tiek iztērēts, un no glikozes molekulas veidojas divas 3-fosfogliceraldehīda molekulas.
Glikozes oksidēšanās pirmā posma otrajā posmā PHA pārvēršas piruvātā. Tā kā glikozes molekulas sadalīšanās veido 2 PHA molekulas, turpmākajā procesa aprakstā mums jāņem vērā šis apstāklis.
Turpmākā attiecīgā procesa reakcija ir oksidatīva reakcija:
Šīs reakcijas laikā, ko katalizē dehidrogenāzes 3-fosficiklīnskābes aldehīds, PHA oksidējas līdz 1,3-difosforlicerīnskābei. Oksidācija notiek ar dehidrogenēšanu, un no substrāta atdalītie ūdeņraža atomi tiek pārnesti uz NAD +, veidojot samazinātu koenzīma formu. Oksidācijas enerģija uzkrājas šūnā, pirmkārt, samazināta NADH + H + enerģijas formā, un, otrkārt, makroagēnās saiknes veidā starp oksidācijas produktu un reakcijā iesaistīto fosforskābi, t.i. 1,3-difosoglicerīnskābes makroģenētiskajā saitē.
Septītajā reakcijā 1,3-difosfoglicerāta fosforskābes atlikums kopā ar makroagēnajā saitē uzglabāto enerģiju tiek pārnests uz ADP, veidojot ATP:
Šo atgriezenisko reakciju katalizē fosflicerāta kināzes enzīms.
Nākamais ir atgriezenisks 3-fosficiklīnskābes izomerizācija 2-fosficiklīnskābē, piedaloties fermentam fosfoglicerāta rutmutāzei:
Nākamajā, devītajā, reakcijā, ūdens tiek atdalīts no 2-fosficerskābes:
Ūdens sadalīšanas laikā elektrona blīvums molekulā pārdalās, veidojot makroagēnu saiti starp pirovīnskābes enola otro oglekļa atomu un pārējo fosforskābi. Reakcija ir atgriezeniska, to katalizē enolāze.
Enerģija, kas uzkrāta FEP makrogēnajā saitē kopā ar fosforskābes atlikumu nākamajā reakcijā, tiek pārnesta uz ADP, veidojot ATP. Reakciju katalizē piruvāta kināze.
Reakcijai pievienojas 7,5 kcal / mol enerģijas zudums, un šūnu apstākļos tas ir praktiski neatgriezenisks.
Aerobās glikozes oksidācijas pirmā posma vienādojums:
Glikoze + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 piruvāta + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O
Šajā posmā tiek atbrīvota 140 kcal / mol enerģija, tās galvenā daļa (aptuveni 120 kcal / mol) uzkrājas šūnā kā 2 ATP enerģija un 2 samazinātas NAD + ADSCH enerģijas, no kuras izriet, ka pirmajā posmā glikozes molekula sadalās divās molekulās piruvīnskābe, bet šūnu katrai sagremotās glikozes molekulai saņem 2 ATP molekulas un divas samazinātas NADH + H + molekulas.
Aerobās glikozes šķelšanās pirmā posma regulēšana tiek veikta, izmantojot termodinamiskos mehānismus un regulējošo enzīmu allosteriskos modulācijas mehānismus, kas iesaistīti šī metabolisma ceļa darbā.
Ar termodinamisko mehānismu palīdzību metabolītu plūsma tiek kontrolēta pa šo metabolisko ceļu. Aprakstītā reakciju sistēmā ir iekļautas trīs reakcijas, kuru laikā tiek zaudēts liels enerģijas daudzums: heksokināze (G0 = 5,0 kcal / mol), fosfofruktokināze (G0 = 3,4 kcal / mol) un piruvāta kināze (G0 = 7,5 kcal / mol ). Šīs reakcijas šūnā praktiski nav atgriezeniskas, jo īpaši piruvāta kināzes reakcija, un to neatgriezeniskuma dēļ process kļūst neatgriezenisks.
Metabolīta plūsmas intensitāte aplūkotajā vielmaiņas ceļā tiek kontrolēta šūnā, mainot sistēmā iekļauto allosterisko enzīmu aktivitāti: heksokināzi, fosfofruktokināzi un piruvāta kināzi. Līdz ar to vielmaiņas ceļa termodinamiskās kontroles punkti vienlaikus ir vietas, kur regulē metabolītu intensitāti.
Sistēmas galvenais regulējošais elements ir fosfofruktokolāze. Šā enzīma aktivitāti inhibē augstas ATP koncentrācijas šūnā, fermenta ATP alosteriskās inhibīcijas pakāpe tiek paaugstināta pie augstām citrāta koncentrācijām šūnā. AMP ir fosfofruktokināzes allosterisks aktivators.
Heksokināzi inhibē allosteeriskais mehānisms ar augstu Gl6f koncentrāciju. Šajā gadījumā mēs nodarbojamies ar saistītā regulatīvā mehānisma darbu. Pēc fosfofruktokināzes aktivitātes inhibīcijas ar augstu ATP koncentrāciju, Fr6f uzkrājas šūnā, kas nozīmē, ka uzkrājas Gl6f, jo fosforheksoizomerāzes katalizētā reakcija ir viegli atgriezeniska. Šajā gadījumā ATP koncentrācijas palielināšanās šūnā kavē ne tikai fosfofruktokināzes, bet arī heksokināzes aktivitāti.
Trešā piruvāta kināzes kināzes aktivitātes regulēšana ir ļoti sarežģīta. Enzīmu aktivitāti stimulē Gl6f, Fr1.6bf un PHA ar allosterisko mehānismu, ko sauc par prekursora aktivizēšanu. Savukārt ATP, NADH, citrāta, sukcinil CoA un taukskābju augstās intracelulārās koncentrācijas inhibē enzīmu aktivitāti ar allosterisko mehānismu.
Kopumā glikozes sadalīšana uz piruvātu tiek inhibēta 3 norādītajās kināzēs, kam ir augsta ATP koncentrācija šūnā, t.i. labas šūnu energoapgādes apstākļos. Ar enerģijas trūkumu šūnā tiek panākta glikozes sadalīšanas aktivizācija, pirmkārt, novēršot allosterisko inhibīciju kināzēm ar augstu ATP un allosteric aktivācijas AMP fosfofrukokināzes aktivāciju un, otrkārt, tāpēc, ka piruvāta kināzes allosteriskā aktivācija notiek ar prekursoriem Gl6F, Fr1.6bf un PHA.
Kāda ir citrāta fosfofruktokināzes un citrāta un sukcinil CoA piruvāta kināzes inhibīcija? Fakts ir tāds, ka divas acetil-CoA molekulas tiek veidotas no vienas glikozes molekulas, kas pēc tam tiek oksidēta Krebsa ciklā. Ja citrāts un sukcinil CoA uzkrājas šūnā, Krebsa cikls nesaskaras ar jau uzkrāto acetil CoA oksidēšanos, un ir lietderīgi palēnināt tā papildu veidošanos, kas tiek panākta, inhibējot fosfora ruktokināzes un piruvāta kināzi.
Visbeidzot, glikozes oksidācijas inhibīcija piruvāta kināzes līmenī ar pieaugošo taukskābju koncentrāciju ir vērsta uz glikozes saglabāšanu šūnā apstākļos, kad šūna tiek apgādāta ar citu, efektīvāku enerģijas degvielas veidu.
2.1.1.2. Piruvāta oksidējošā dekarboksilēšana
Aerobos apstākļos piruvīnskābe tiek pakļauta oksidatīvai dekarboksilācijai, veidojot acetil CoA. Šo transformāciju katalizē supramolekulārais piruvāta dehidrogenāzes komplekss, kas lokalizēts mitohondrijā. Piruvatdehidrogenāzes komplekss sastāv no trim dažādiem enzīmiem: piruvāta dekarboksilāzes, dihidrolipatoacetiltransferāzes un dehidrogenāzes dihidrolipīnskābes, to kvantitatīvās attiecības kompleksā ir atkarīgas no izdalīšanās avota, parasti šī attiecība ir 30: 1: 10.
Šī kompleksa pirmais enzīms ir piruvāta dekarboksilāze (E1).