A glikogén az állatok tartalék szénhidrátja, amely nagy mennyiségű glükózmaradékot tartalmaz. A glikogénellátás lehetővé teszi a vérben a glükóz hiányának gyors kitöltését, amint a szintje csökken, a glikogén hasad, és a szabad glükóz belép a vérbe. Emberben a glükóz főleg glikogénként tárolódik. Az egyes glükózmolekulák tárolása nem előnyös, mivel ez jelentősen növelné az ozmotikus nyomást a sejten belül. Struktúrájában a glikogén hasonlít a keményítőre, azaz a poliszacharidra, amelyet főleg növények tárolnak. A keményítő glükózmaradványokat is tartalmaz, amelyek egymáshoz kapcsolódnak, azonban sok más ág van a glikogén molekulákban. A glikogénre adott jó minőségű reakció - a jód reakció - barna színt ad, ellentétben a jód és a keményítő reakciójával, ami lehetővé teszi, hogy lila színt kapjunk.
A glikogén termelés szabályozása
A glikogén képződése és lebontása számos hormonot szabályoz, nevezetesen:
1) inzulin
2) glukagon
3) adrenalin
A glikogén képződése a vérben a glükóz koncentrációjának emelkedése után következik be: ha sok glükóz van, akkor azt a jövőben kell tárolni. A sejtek glükózfelvételét elsősorban két hormon-antagonista szabályozza, azaz az ellentétes hatású hormonok: inzulin és glukagon. Mindkét hormonot a hasnyálmirigy sejtjei választják ki.
Kérjük, vegye figyelembe: a "glukagon" és a "glikogén" szavak nagyon hasonlóak, de a glukagon egy hormon, és a glikogén egy tartalék poliszacharid.
Az inzulin szintetizálódik, ha a vérben sok glükóz van. Ez általában akkor következik be, amikor egy személy eszik, különösen, ha az étel szénhidrátban gazdag étel (például ha lisztet vagy édes ételeket fogyaszt). Az élelmiszerben található összes szénhidrát monoszachariddá bomlik, és már ebben a formában a bélfalon keresztül szívódik fel a vérbe. Ennek megfelelően a glükózszint emelkedik.
Amikor a sejt receptorok reagálnak az inzulinra, a sejtek felszívják a vér glükózt, és a szintje ismét csökken. Egyébként, ezért a cukorbetegség - az inzulinhiány - formálisan „a bőséges éhség” -nek nevezik, mert a vérben szénhidrátokban gazdag ételek fogyasztása után sok cukor jelenik meg, de inzulin nélkül a sejtek nem képesek elnyelni. A glükózsejtek egy részét energiára használják, a maradékot zsírsá alakítjuk. A májsejtek a felszívódott glükózt használják a glikogén szintéziséhez. Ha a vérben kevés a glükóz, a fordított folyamat következik be: a hasnyálmirigy kiválasztja a glukagon hormonját, és a májsejtek elkezdenek lebontani a glikogént, felszabadítva a glükózt a vérbe, vagy ismét glükózt szintetizálni egyszerűbb molekulákból, például tejsavból.
Az adrenalin a glikogén lebomlásához is vezet, mivel a hormon teljes hatásának célja a test mozgósítása, előkészítése a „hit vagy futás” típusú reakcióra. Ehhez szükséges, hogy a glükóz koncentrációja magasabb legyen. Ezután az izmok energiára használhatják.
Így az élelmiszer felszívódása a hormon inzulin felszabadulásához vezet a vérbe és a glikogén szintézise, és az éhezés a glukagon hormon felszabadulásához és a glikogén lebontásához vezet. A stresszes helyzetekben előforduló adrenalin felszabadulása a glikogén lebontásához is vezet.
Mi a glikogén szintetizálása?
A glükóz-6-foszfát szubsztrátként szolgál a glikogén vagy a glikogenogenezis szintéziséhez, ahogy másként is nevezik. Ez egy olyan molekula, amelyet glükózból nyerünk, miután a 6. szénatomhoz foszforsav maradékot kapcsoltunk. A glükóz, amely glükóz-6-foszfátot képez, belép a májba a vérből és a belek véréből.
Egy másik lehetőség is lehetséges: a glükóz újra szintetizálható egyszerűbb prekurzorokból (tejsav). Ebben az esetben a vérből származó glükóz például az izmokba kerül, ahol az energia felszabadításával tejsavra oszlik, majd a felhalmozott tejsavat a májba szállítják, és a májsejtek újra szintetizálják a glükózt. Ezután a glükózt glükóz-6-foszfáttá alakíthatjuk, és ez alapján a glikogén szintetizálása céljából.
A glikogén képződés szakaszai
Szóval, mi történik a glükóz szintézis folyamatában?
1. A foszforsav maradék hozzáadása után a glükóz glükóz-6-foszfát lesz. Ez a hexokináz enzimnek köszönhető. Ez az enzim többféle formában van. Az izmokban lévő hexokináz kissé eltér a májban levő hexokináztól. Ennek a enzimnek a formája, amely a májban van, rosszabb a glükózhoz, és a reakció során képződött termék nem gátolja a reakciót. Ennek következtében a májsejtek csak akkor tudnak felszívni a glükózt, ha sok van benne, és sok szubsztrátumot azonnal glükóz-6-foszfáttá alakíthatok, még akkor is, ha nincs időm feldolgozni.
2. A foszfo-glukomutáz enzim katalizálja a glükóz-6-foszfát izomer, glükóz-1-foszfát átalakítását.
3. A kapott glükóz-1-foszfát ezután az uridin-trifoszfáttal kombinálva UDP-glükózt képez. Ezt az eljárást az UDP-glükóz-pirofoszforiláz enzim katalizálja. Ez a reakció nem folytatható az ellenkező irányban, vagyis visszafordíthatatlan azokban a körülményekben, amelyek a sejtben vannak.
4. A glikogén szintáz enzim a glükóz maradékát a feltörekvő glikogénmolekulába továbbítja.
5. A glikogén-fermentáló enzim elágazási pontokat ad, új „ágakat” hoz létre a glikogénmolekulán. Később ezen ág végén új glükózmaradványokat adunk hozzá glikogén szintázzal.
Hol van tárolás után a glikogén?
A glikogén az élethez szükséges tartalék poliszacharid, és bizonyos sejtek citoplazmájában található kis granulátum formájában tárolódik.
A glikogén a következő szerveket tárolja:
1. Máj. A glikogén eléggé bőséges a májban, és ez az egyetlen szerv, amely a vércukor koncentrációjának szabályozására használja a glikogén mennyiségét. Legfeljebb 5-6% lehet a máj tömegéből származó glikogén, ami nagyjából 100-120 grammnak felel meg.
2. Izom. Az izomzatban a glikogén tárolók kevesebb százalékban vannak jelen (1% -ig), de összességében tömegenként meghaladhatják a májban tárolt összes glikogént. Az izmok nem bocsátják ki a glükózt, amely a glikogén vérbomlása után alakult ki, csak saját igényeiknek megfelelően használják fel.
3. Vese. Kis mennyiségű glikogént találtak. Még kisebb mennyiségeket találtunk a gliasejtekben és a leukocitákban, azaz a fehérvérsejtekben.
Mennyi ideig tárolódik a glikogén?
A szervezet létfontosságú aktivitásának folyamatában a glikogén gyakran, szinte minden alkalommal étkezés után szintetizálódik. A testnek nincs értelme óriási mennyiségű glikogén tárolására, mivel fő funkciója nem az, hogy a tápanyag-donor legyen a lehető leghosszabb ideig, hanem a vérben lévő cukor mennyiségének szabályozása. A glikogén tárolók körülbelül 12 órán át tartanak.
Összehasonlítás céljából tárolt zsírok:
- Először is, általában sokkal nagyobb tömegük van, mint a tárolt glikogén tömege,
- másodszor, elegendőek lehetnek egy hónapig.
Ezenkívül érdemes megjegyezni, hogy az emberi test zsírokká alakíthatja a szénhidrátokat, de nem fordítva, azaz a tárolt zsírt nem lehet glikogénré alakítani, csak közvetlenül az energiára használható. De a glikogén glükóz-lebontásához, majd maga a glükóz elpusztítása és a kapott termék felhasználása zsírok szintéziséhez, amelyeket az emberi test meglehet.
A glikogén könnyen hasznosítható tartalék.
Glikogén mozgósítása (glikogenolízis)
A glikogén tartalékai a sejt funkcionális jellemzőitől függően eltérőek.
A májglikogén lebomlik a vérben lévő glükóz koncentrációjának csökkentésével, elsősorban az étkezések között. 12-18 órás böjt után a glikogén tárolók teljesen kimerültek.
Az izmokban a glikogén mennyisége általában csak a fizikai aktivitás alatt - hosszabb és / vagy intenzív - csökken. A glikogént itt használják a myociták glükózzal való működésének biztosítására. Így az izmok, valamint más szervek csak a saját szükségleteikhez használják a glikogént.
A glikogén vagy a glikogenolízis mozgósítása (bomlás) aktiválódik, amikor a sejtben nincs szabad glükóz, és ezáltal a vérben (éhgyomorra, izmos munkára). A vércukorszint „célzottan” csak a májban van, amelyben glükóz-6-foszfatáz van, amely hidrolizálja a glükóz-foszfát-észtert. A hepatocitában képződött szabad glükóz a plazmamembránon keresztül jut a vérbe.
Három enzim közvetlenül részt vesz a glikogenolízisben:
1. A foszforiláz-glikogén (piridoxál-koenzim-foszfát) - az α-1,4-glikozidkötéseket hasítja glükóz-1-foszfát. Az enzim addig működik, amíg 4 glükózmaradék marad meg az elágazási pontig (α1,6-kötés).
A foszforiláz szerepe a glikogén mozgósításában
2. Az α (1,4) -α (1,4) -glukantranszferáz olyan enzim, amely egy három glükózmaradékból egy fragmenst átad egy másik láncba egy új α1,4-glikozid kötés kialakulásával. Ugyanakkor egy glükózmaradék és egy „nyitott” hozzáférhető α1,6-glikozid kötés marad ugyanazon a helyen.
3. Amylo-α1,6-glükozidáz ("detituschy" enzim) - az α1,6-glikozid kötést a szabad (nem foszforilált) glükóz felszabadulásával hidrolizálja. Ennek eredményeként elágazó lánc képződik, amely ismét a foszforiláz szubsztrátjaként szolgál.
Az enzimek szerepe a glikogén lebontásában
Glikogén szintézis
A glikogén szinte minden szövetben szintetizálható, de a legnagyobb glikogén tárolók a májban és a vázizomban vannak.
Az izmokban a glikogén mennyisége általában csak a fizikai aktivitás alatt - hosszabb és / vagy intenzív - csökken. A glikogén felhalmozódását itt észleljük a helyreállítási időszakban, különösen, ha magas szénhidráttartalmú ételeket fogyasztanak.
A májglikogén lebomlik a vérben lévő glükóz koncentrációjának csökkentésével, elsősorban az étkezések között (adszorpciós periódus). 12-18 órás böjt után a glikogén tárolók teljesen kimerültek. A glikogén a májban csak evés után halmozódik fel, hiperglikémiával. Ennek oka a máj kináz (glükokináz) sajátosságai, amelyek alacsony affinitást mutatnak a glükózhoz, és csak a magas koncentrációban tudnak működni.
A vérben a glükóz normál koncentrációjában nem történik a májban történő befogás.
A következő enzimek közvetlenül a glikogént szintetizálják:
1. A foszoglükomutáz - a glükóz-6-foszfátot glükóz-1-foszfáttá alakítja;
2. Glükóz-1-foszfát-uridil-transzferáz - olyan enzim, amely a kulcsszintézis reakciót végzi. A reakció visszafordíthatatlanságát a kapott difoszfát hidrolízisével biztosítjuk;
Az UDP-glükóz szintézisének reakciói
3. A glikogén szintáz - α1,4-glikozid kötéseket képez és kiterjeszti a glikogénláncot, és aktivált C 1 UDF-glükózt kapcsol a C4 terminális glikogén maradékhoz;
Glikogén szintézis reakció kémia
4. Az amil-α1,4-α1,6-glikozil-transzferáz, "glikogén-elágazó" enzim - egy 6 glükózmaradék minimális hosszúságú fragmenst egy szomszédos láncba transzferál, egy α1,6-glikozid kötés kialakulásával.
Gyógyszerkönyv 21
Kémia és kémiai technológia
Glikogén lebomlás glükóz képződéséhez
A foszforolízis során a glikogén glükóz-foszfor-észter képződésével bomlik, anélkül, hogy először megosztanánk a poliszacharid-molekula nagyobb fragmentumaira. [C.251]
A foszforilázok a poliszacharidokat (különösen a glikogént) foszforiláz jelenlétében transzformálják a tárolási formából a metabolikusan aktív formába, és a glikogén bomlik, így glükóz-foszfát-étert (glükóz-1-foszfát) képez, anélkül, hogy a nagyobb poliszacharid molekulát nagyobb fragmensekre bontaná. Általánosságban ez a reakció a következőképpen ábrázolható [365]
Később részletesebb választ fogunk adni erre a fontos kérdésre (25. fejezet), most csak azt mondjuk, hogy ha a test hirtelen kritikus helyzetben van, a mellékvesekéreg az adrenalin hormonját választja ki a vérbe, ami molekuláris jelként szolgál a máj és az izmok számára. E jel hatására a máj a glikogén-foszforilázra változik, aminek következtében emelkedik a vércukorszint, azaz a vércukorszint. az izmok üzemanyagot kapnak. Ugyanez a jel tartalmazza a vázizomban a glikogén lebontását laktát képződésével, ezáltal fokozva a [p.464]
Az étrendi szénhidrátok emésztése a szájüregben kezdődik. Az enzim hatására a nyál amiláz, a keményítő és a glikogén sekély hasítással megy végbe, hogy kis molekulatömegű poliszacharidokat - dextrineket képezzenek. A vékonybélben a dextrinek, valamint a nem emésztett keményítő és a glissogén további bomlása a hasnyálmirigy-lé amiláz részvételével történik. Az eredmény egy diszacharid maltóz, amely két glükózmaradékból áll. A szénhidrátok emésztését a képződött maltóz és más élelmiszer-diszacharidok (szacharóz, laktóz) monoszacharidokká (glükóz, fruktóz, galaktóz) való átalakításával fejezik be, amelyek fő része a glükóz. [C.44]
A komplex szénhidrátok a szájrégióban már átalakulnak. A nyál, a nyálmirigyek által termelt szekréció (parotid, submandibularis, szublingvális) két enzimet tartalmaz, amelyek lebontják a szénhidrát-amilázt (a nyál amilázját, amelyet korábban ptyalinnak neveznek), és kis mennyiségű maltázban. Ezek az enzimek keményítő vagy glikogén egymás utáni expozíciójával e poliszacharidok lebomlását (hidrolízisét) glükóz képződéssé teszik. [C.241]
Annak érdekében, hogy a glikogén-foszforiláz glikogén hatására lebomlik, egy másik enzimnek is hatnia kell a poliszacharidra is. (1 -> 6) -glükozidáz. Ez az enzim két reakciót katalizál. Ezek közül az első közül a három láncból levágja a négy említett glükózmaradékot, és áthelyezi azokat egy másik külső oldallánc végére. A második reakcióban, amelyet egy (1 - + -> 6) -glükozidáz katalizál, a negyedik glükóz-maradékot egy (1-> 6) kötés elágazásánál hasítjuk, és egy (1-> 6) kötés hidrolízise az elágazási ponton vezet egy D-glükóz molekula képződése és - [p.457]
A glikogén feloldódik forró vízben, hogy opálos oldatot képezzen. Vörös-barna színű jóddal festett, közel a jód színű amilopektinhez. A glikogénnek nincs redukáló tulajdonsága. A glikogén híg ásványi savval történő hidrolízisénél, valamint enzimekkel történő szétválasztásával a-O-glükóz keletkezik. A glükózmolekulák maradványai a glükogén molekulákban 1,4 és 1,6 glükozid kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Így az amil-pektinhez hasonlóan a glikogén molekula elágazó szerkezetű, nagyobb mennyiségű 1,6 glükozidkötéssel (12 kötés esetén 1,4, van egy 1,6 kötés), mint az amilopektin molekulában, és ezért elágazóbb és kompaktabb (5. ábra). [C.74]
A máj szénhidrát anyagcserében való működése rendkívül nagy és sokrétű. Képes a glükogén szintetizálására a glükóz és a nem szénhidrát anyagból. Ilyen anyag lehet tejsav, glicerin, a glikokin, alanin, tirozin, fenilalanin, szerin, treonin, cisztein, valin, izoleucin, aszparaginsav és glutaminsavak, arginin és prolin hasítási termékei. Ezek az úgynevezett glükogén savak. A máj oxidálhatja a piruvinsavat ATP-nek, amelyet a máj a tejsav glikogénré alakítására használ. [C.84]
Először a fehérjék AMP-függő foszforilációjával detektáltuk a glikogén metabolizmusának vizsgálatát a vázizomsejtekben. A glükogén a glükóz fő tartalékformája, amint azt már említettük, az izomsejtekben történő szétesését az adrenalin szabályozza (sőt, az adrenalin szabályozza mind a glikogén lebontását, mind a vázizomban való szintézisét). Ha például az állatot stressznek (megijesztésnek stb.) Teszik, akkor a mellékvesék elkezdenek adrenalint dobni a vérbe, és ez a test különböző szöveteit készenléti állapotba hozza. A vérben keringő adrenalin különösen az izomsejtekben a glikogén glükóz-1-foszfáttal való bontását okozza, és ezzel egyidejűleg gátolja az új glikogén szintézisét. A glükóz-1-foszfátot glükóz-6-foszfáttá alakítják át, amelyet az ATP kialakulásával glikolízis reakciókban oxidálnak, energiát biztosítva az intenzív izommunkához. Ily módon az adrenalin intenzív munkára készíti az izomsejteket. [C.372]
Emberekben ismertek a glikogén szintézisének vagy meghibásodásának károsodásához kapcsolódó számos genetikai betegség. Az egyik az első volt a krónikus májbővülés - egy 8 éves lánynál, aki szintén különböző típusú metabolikus zavarokat szenvedett. A lány meghalt az influenzában. A boncolás kimutatta, hogy a máj 3-szor olyan magas volt, mint a normája, és hatalmas mennyiségű glikogént tartalmazott, amely a száraz tömegének közel 40% -át teszi ki. A májból izolált glikogén kémiailag teljesen normális volt, azonban ha egy májmintát homogenizáltunk és pufferben inkubáltunk, ez a glikogén érintetlen maradt - sem laktát, sem glükóz nem képződött. Amikor egy normál máj szövetéből készített szuszpenziót adtunk a glikogénhez, gyorsan összeomlott a glükózhoz. A biokémiai vizsgálat alapján a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a beteg megzavarta a glikogén lebontási folyamatot (ezt a betegséget gyakran nevezik Gyrke-kórnak a leírt orvos neve után). Először azt feltételezték, hogy a glükóz-6-foszfatáz volt a hibás enzim, mivel a beteg máj nem képezett glükózt, de a laktátképződés hiánya azt jelezte, hogy a defektus glikogén-foszforilázra vagy elágazó enzimre [a (1 - 6 a) -glukozidáz]. Később a kutatók megerősítették azt a véleményt, hogy ebben a klasszikus esetben egy (1 - 6) -glükozidáz hatással volt. Ennek eredményeképpen a májban lévő glikogénmolekulák glükóz képződhetnek, vagy [c.616]
Itt meg kell jegyezni, hogy a glikogén károsodása a májban a szabad glükóz képződésével (glikogén mobilizáció, 245. o.) Főként foszforolitikusan történik. Ugyanakkor a glikogén nem amiláz, hanem májfoszforiláz hatására lebomlik glükóz-1-monofoszfor-éter képződésével (251. o.). Ezt az utóbbit a májfoszfatázokból nagyon gyorsan elbontják szabad glükóz- és foszforsavvá. Így végső soron foszforiláz és glükóz-1-monofoszfor-éter foszfatáz jelen van a májban osztott glikogénben az egyes glükóz részecskékbe, dextrinek és maltóz közbenső képződése nélkül, amelyek a glikogén hidrolitikus lebomlás jellegzetes termékei (amiláz jelenlétében). [C.245]
Az agyban, az izmokban, a zsírszövetben és a májban az anyagcsere jelentősen eltér. Egy normálisan táplált személyben a glükóz gyakorlatilag az egyetlen energiaforrás az agy számára. Az éhgyomorra a keton testek (acetoacetát és 3-hidroxi-butirát) az agy fő energiaforrásának szerepét szerezik be. Az izmok glükóz-, zsír- és keton-testeket használnak energiaforrásként, és a saját szükségleteiknek megfelelő energiakészletként szintetizálják a glikogént. A zsírszövet a triacil-glicerinek szintézisére, tárolására és mozgósítására specializálódott. A máj több anyagcsere-folyamata támogatja a más szervek munkáját. A máj gyorsan mozgósíthatja a glikogént és elvégezheti a glükoneogenezist más szervek igényeinek kielégítésére. A máj jelentős szerepet játszik a lipid metabolizmus szabályozásában. Amikor energiaforrások bőségesek, zsírsavszintézis és észterezés történik. Ezután a májból a nagyon alacsony sűrűségű lipoproteinek (VLDL) formájában zsírszövetbe költöznek. Azonban éhgyomorra a zsírsavak a májban keton-testekké alakulnak át. A szervek aktivitásának integrálását hormonok végzik. Az inzulin jelzi az élelmiszerforrások bőségét, serkenti a glikogén és a triacil-glicerin képződését, valamint a fehérjeszintézist. A glükagon ezzel szemben a vérben lévő glükóz alacsony mennyiségét jelzi, serkenti a glikogén és a glükoneogenezis lebomlását a májban és a zsírszövetben lévő triacil-glicerin hidrolízisét. Az adrenalin és a norepinefrin olyan energiaforrásokra hat, mint a glukagon, a fő cél az izom, nem a máj. [C.296]
Az inzulin. A szénhidrát anyagcserében és a vércukorszint szabályozásában fontos szerepet játszik a hormon inzulin. Más hormonok hatásával ellentétben csökkenti a vércukor koncentrációját a vérben, növelve a glükóz átalakulását a májban és az izmokban, elősegítve a glükóz megfelelő oxidációját a szövetekben, valamint megakadályozza a máj glikogénének lebontását glükóz képződésével. Az inzulin a glükóz-6-foszfát képződésével hat a glükóz-foszforilációra, amely a glükogenezis első lépése, vagy a glikogén képződése. Elegendő inzulinbevitel hiányában az extracelluláris glükóz intracelluláris glükóz-6-foszfáttá való átalakulását késleltetjük. [C.364]
Gibson, 1948 [1099] (25080). Ebben az esetben a sérült enzim a MAVN-függő metemoglobin-reduktáz. Az anyagcsere-hibával kapcsolatos emberi betegségek egy csoportjának szisztematikus vizsgálatára 1951-ben került sor. A glikogén felhalmozódás betegségének vizsgálatában [1044] a Cory pár azt mutatta, hogy tíz kóros állapotból nyolc esetben Gyrke-betegségként (23220) diagnosztizálták a májglikogén szerkezetét, és két esetben nyilvánvalóan károsodott. Nyilvánvaló volt, hogy a feleslegben felhalmozódó májglikogén nem közvetlenül átalakítható cukorrá, mivel a betegek hipoglikémiát mutatnak. Számos enzim szükséges a glikogén lebontásához, hogy glükóz alakuljon ki a májban. Ezek közül kettő, az amil-1,6-glükozidáz és a glükóz-6-foszfatáz, az enzimrendszer lehetséges hibás elemeinek vizsgálatára lett kiválasztva. A máj homogenizátumaiban különböző pH-értékeken mértük a glükóz-6-foszfát foszfát felszabadulását. Az eredményeket az 1. ábrán mutatjuk be. [C.10]
Tehát egy nagy energiájú foszfátkötést fogyasztanak, ha a glükóz-6-foszfátot a glikogén tartalmazza. A glikogén lebontása során az energiatermelés rendkívül magas. A maradékok mintegy 90% -a foszforolitikus hasítás a glükóz-1-foszfát képződésével, amely glükóz-b-foszfáttá alakul energiaköltség nélkül. A maradék 10% -a az ágakhoz tartozik, és hidrolitikusan oszlik meg. Az egyik ATP-molekulát ezen glükóz-molekulák foszforilezésére használják glükóz-b-foszfáttá. A glükóz-b-foszfát teljes oxidációja harminchétet ad [c.122]
A glikogén szintézise és lebontása. A glikogén az energiamegtakarítás könnyen mozgatható formája. Ez egy elágazó láncú polimer a glükózmaradékokból. Az aktivált glikogén szintézis intermedier UDP-glükóz, amely glükóz-1-foszfátból és UTP-ből áll. A G lycogen szintáz katalizálja a glükóz maradékot az UDP glükózból a növekvő lánc terminális hidroxilcsoportjába. A glikogén hasítása egy másik módja. A foszforiláz katalizálja az ortofoszfát által a glikogén lebontását glükóz-1-foszfát előállítására. A glikogén szintézise és hasítása összehangolva van [[p.285]
A szénhidrát anyagcsere minden élő sejtben (élő anyag) egyetlen folyamat, amely egyidejűleg összefügg a szerves anyagok bomlásának és szintézisének egymással összefüggő reakcióival. A szénhidrát anyagcsere központjában az állatokban a glikogenezis és a glikogenolízis, azaz a glikogén képződésének és bomlásának folyamatai állnak. Ezek elsősorban a májban fordulnak elő. Glikogén képződik mind a szénhidrátokból, mind a nem szénhidrát forrásokból, mint például bizonyos aminosavakból, glicerinből, tejsavból, piruvánsból és propionsavakból, valamint számos más egyszerű vegyületből. A glikogenolízis kifejezés a glikogén glükózra való tényleges lebontására utal. Most azonban ezt a szót gyakran úgy értik, hogy a tejsav glikolitikus képződéséhez vezető folyamatok teljes összegét jelenti abban az esetben, ha a kiindulási anyag nem glükóz, hanem glikogén. A glikolízist általában a szénhidrátok kezdetektől, azaz glükózból vagy glikogénből történő lebontása jelenti, nem befolyásolja a végtermékeket. [C.376]
Alkoholtartalmú fermentáció során egy glükózmolekula felosztása során négy ATP molekulát képeznek (50 kcal vagy 210 kJ). Ezek közül kettőt funkcionális aktivitásra és szintézisre fordítanak. Egyes szerzők számításai szerint a glikolízis és a glikogenolízis során az összes szabad szabad energia 35–40 / o-a energiában gazdag foszforkötésekben halmozódik fel, míg a fennmaradó 60–65% -ot hő formájában diszpergálják. Az anaerob körülmények között működő sejtek, szervek hatékonysága nem haladja meg a 0,4-et (aerob 0,5). Ezek a számítások főként az izomkivonatokból és az élesztő levéből származó adatokon alapulnak. Egy élő szervezet állapotában az izomsejtek, szervek és szövetek energiát használnak, valószínűleg sokkal több. Fiziológiai szempontból rendkívül fontos a glikogenolízis és a glikolízis folyamata, különösen akkor, ha az életfolyamatokat oxigénhiányos körülmények között végezzük. Például az izmok erőteljes munkájával, különösen a tevékenység első fázisában mindig van egy szakadék az oxigén szállítása az izmokhoz és annak szükséglete között. Ebben az esetben a kezdeti energiaköltségeket nagyrészt glikogenolízis fedezi. Hasonló jelenségeket figyeltek meg a különböző kóros állapotokban (az agy, a szív stb. Hipoxiája). Ezenkívül a tejsavban lévő potenciális energia végül nem veszített el egy erősen szervezett szervezetnek. A kapott tejsavat gyorsan átvisszük az izmokból a vérbe, majd a májba szállítják, ahol újra glikogénré alakul. A szénhidrátok anaerob bomlása a tejsav képződésével nagyon gyakori a természetben, nemcsak izmokban, hanem az állati szervezet más szövetében is megfigyelhető. [C.334]
Először az események sorrendjét tisztázta a vázizom sejtjeiben a glikogén metabolizmus vizsgálatában. A glükogén a glükóz fő tartalékformája, szintézise és bomlása bizonyos hormonok szigorúan szabályozott. Ha például egy állat megrémül vagy más stressznek van kitéve, a mellékvesék az adrenalint a véráramba szekretálják, így a test különböző szövetei készen állnak. A keringő adrenalin különösen a glikogén lebomlását okozza az epikon sejtekben glükóz-1-foszfáttá, és ezzel egyidejűleg megállítja az új glikogén szintézisét. A glükóz-1-foszfát glükóz-6-foszfáttá alakul át, amelyet ezután glikolízis reakciókban oxidálnak, ami az ATP kialakulásához vezet, ami a mypps működéséhez szükséges. Ily módon az adrenalin intenzív munkára készít izomsejteket. [C.271]
Lásd a következő oldalakat, ahol a glükózképződés a glükóz képződésével foglalkozik: [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]
Info-Farm.RU
Gyógyszerészet, orvostudomány, biológia
glikogén
A glikogén (más néven „állati keményítő”, a név pontatlansága ellenére) egy poliszacharid, az α-glükóz homopolimerje, az állati sejtekben, a legtöbb gombában, sok baktériumban és archaeaban való tárolásának fő formája. Az emberi szervezetben a glikogén felhalmozódásának fő helyszíne a máj és a vázizom.
1875-ben Claude Bernard fedezte fel a máj glükóz koncentrációjának növelését és a benne lévő keményítőszerű anyag jelenlétét.
Kémiai szerkezet
A glikogén egy α-glükóz-homopolimer, amelynek maradékai (α1 → 4) -glükozidkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Minden 8–10 monomer maradék elágazáskor az oldalsó ágak (α1 → 6) egy köteggel vannak összekötve. Így a glikogén molekula sokkal tömörebb és elágazóbb, mint a keményítő. A polimerizáció mértéke közel áll az amilopektinéhoz.
A glikogén minden ága nemfrekvenciás végű, így ha az ágak száma egyenlő n-vel, akkor a molekula n-1 nem ritka végű, és csak egy redukáló. Ha a glikogén hidrolízis energiaforrásként való alkalmazásra kerül, a glükózmaradványokat egyenként szétválasztjuk a nem redukálható végektől. Nagy számuk lehetővé teszi, hogy jelentősen felgyorsítsa a folyamatot.
Az (α1 → 4) kötéssel rendelkező ágak legstabilabb konformációja egy sűrű hélix, hat fordulatszámmal (minden molekula síkja 60 ° -kal vissza az előzőhez).
Biológiai funkciójának megvalósításához: a glükóz leginkább kompakt tárolásának biztosítása és ezzel egyidejűleg a gyors mobilizálás lehetősége, a glikogénnek több paraméterre optimalizált szerkezettel kell rendelkeznie: 1) az elágazás szintjeinek száma (szintek); 2) az egyes szinteken lévő ágak száma; 3) az egyes ágakban a glükózmaradványok mennyisége. Egy állandó számú monomer egységgel rendelkező glikogénmolekula esetében az egyes ágak átlagos hosszának növekedésével csökken a külső ágak száma, amelyekből a fióktelepbe mobilizálható a glükóz. A legkülső ágak sűrűsége sztérikusan korlátozott, így a glikogénmolekula maximális mérete az azonos szinten lévő ágak számának növekedésével csökken. A különböző eredetű érett glikogénmolekulák átlagosan 12 elágazási szintet tartalmaznak, amelyek mindegyike átlagosan két ágat tartalmaz, amelyek mindegyike körülbelül 13 glükózmaradékot tartalmaz. A matematikai elemzés azt mutatta, hogy egy ilyen szerkezet nagyon közel áll a lehető legjobban a glükóz maximális mennyiségének mobilizálásához a lehető legrövidebb idő alatt.
Terjesztés és jelentés
A glikogén az állatok, gombák, egyes baktériumok (különösen a cianobaktériumok) és az APEX glükóz tárolásának egyik formája. Mikroorganizmusokban a glikogén 20-100 nm átmérőjű szemcsék formájában többé-kevésbé egyenletesen szétszóródik egy sejt citoplazmájában, általában csak elektronmikroszkópon keresztül látható. Ha egy sejt sok glikogént tartalmaz, akkor jódoldattal festve pirosbarna lesz. A gerinces állatoknál a legnagyobb mennyiségű glikogén a májban tárolódik, ahol a teljes tömeg 7-10% -a (felnőtteknél 100-120 g), és a csontváz izmok (a teljes tömeg 1-2% -a). Kis mennyiségű glikogén található a vesékben, és még kevésbé bizonyos glialis agysejtekben és a fehérvérsejtekben.
A glükóz tárolás nem szabad formában van, de poliszacharidok formájában két okból áll. Először is, ha például a hepatocitában a glükóz teljes tömege, amely a glikogén része, szabad állapotban volt, koncentrációja elérte a 0,4 mol / l értéket. Ez pedig a citoszol ozmotikus nyomásának jelentős növekedéséhez, a sejtbe való túlzott beáramláshoz és a töréshez vezetne. Másodszor, egy ilyen magas glükózkoncentráció a sejtkörnyezetből, a vérből származó hepatocita esetén aktív transzportját eredményezné, ahol a glükózszint csak 5 mmol / l, gyakorlatilag lehetetlen. A glükóz glükogén formájában való tárolása csökkenti a sejtkoncentrációját 0,01 µmol / l-re.
Az emberekben a glikogén tárolók lényegesen kisebbek, mint a zsírtárolók. Ez utóbbi számos előnnyel rendelkezik: egyrészt lehetővé teszi, hogy több mint kétszer annyi energiát kapjunk, mint a szénhidrátok tömege, másodszor pedig hidrofób molekulák, és a szénhidrátokkal ellentétben nem igényelnek hidratációt, ami csökkenti az energia tartalékok tömegét. A glikogén azonban gyors energiaforrás, az állati testen kívül nincsenek metabolikus útvonalak a zsírsavak glükózzá történő átalakítására, és amelyeket az agy nem használhat az izom anaerob anyagcserében.
A hepatocitákban a glikogén nagy citoplazmatikus granulátumként tárolódik. Az elemi ún. P-részecske, a gilcogén egy molekula, körülbelül 21 nm átmérőjű, és 55000 glükóz maradékot tartalmaz, és 2000 szabálytalan vége van. Az ilyen részecskék 20-40 egysége α-rozettákat képez, amelyek mikroszkóp alatt láthatóak jól táplált állatok szövetében. Azonban 24 óra múlva eltűnnek. A glikogén granulátumok összetett aggregátumok, amelyek maguk a glikogén mellett enzimek, szintetizálják és lebontják, valamint szabályozó molekulák.
Az izomglikogén gyors energiaforrásként szolgál mind az aerob, mind az anaerob anyagcsere szempontjából. Tartalékai kimerülhetnek egy óra intenzív fizikai aktivitással. A rendszeres edzés lehetővé teszi, hogy növelje az izomglikogén raktárakat, így hosszabb ideig fáradtság nélkül dolgozhatnak. A májban a glikogén más szervek glükóz tartaléka, amennyiben a táplálékfelvétel korlátozott. Ez a tartalék különösen fontos olyan neuronok esetében, amelyek nem használhatnak zsírsavat energiaszubsztrátként. A böjt alatt a glikogén máj tartalék 12-24 óra alatt kimerül.
A glikogén a méh titkos mirigyeiben is megtalálható, melyet a menstruációs ciklus utáni ovulációs periódusban a trágyázás után szekretálnak. Itt a poliszacharidot az embrió táplálékforrásaként használják annak beültetéséhez.
A glikogén étellel is belép a szervezetbe, és a hidrolitikus enzimek vékonybélében bomlik le.
Glikogén metabolizmus
Glikogén bontás
A glikogén lebontása két fő módon történik: az emésztés során glükózzá hidrolizálódik, amely a vékonybél epithelialis sejtjeiben felszívódhat. A glikogén tárolók intracelluláris hasítása (glikogenolízis) foszforolízissel megy végbe, amelynek terméke glükóz-1-foszfát, így lehetővé teszi, hogy a glikozid kötések energiáját a foszfát-észter kialakításával megmentse. Így a glükóz a glikolízisbe vagy a pentóz-foszfát útvonalba való beépítéséhez nem szükséges az ATP-t költeni. Ezenkívül a glükóz-1-foszfát képződése előnyös az izmok számára, mivel ezen vegyület esetében NO-hordozók vannak a plazmamembránban, és nem tud „elmenekülni” a sejtből.
Glikogén hidrolízis az emésztés során
Emberekben a glikogén emésztés (mint a keményítő) a szájüregben kezdődik, ahol a nyál α-amilázja működik. Ez az enzim hidrolizálja az intramolekuláris (a1 ^ 4) kötéseket és hasítja a poliszacharidokat oligoszacharidokká. A gyomorban a nyál amiláz inaktiválódik a közeg magas savasságával. A gyomornedv nem tartalmaz enzimeket a szénhidrátok emésztéséhez. A duodenumban a glikogén (α1 → 4) kapcsolatát a hasnyálmirigy α-amilázja és a (α1 → 6) kapcsolaton keresztül egy speciális, az amil-1,6-glikozidáz enzim által kibocsátott vas felszabadulással befolyásolja. Ezzel befejeződik a glikogén maltózvá történő hidrolízise, amely a vékonybél-malázáz parietális enzimje (α-glükozidáz) hatására glükózvá alakul és felszívódik.
glükogenolízist
Az intracelluláris izom és a májglikogén a glikogenolízis során hasad, amelyben három enzim vesz részt: a glikogén-foszforiláz, a glikogendendoglozhuyuyu enzim és a foszfo-glukomutáz. Ezek közül az első katalizálja azt a reakciót, amelyben a szervetlen foszfát a nem ritka végből származó két utolsó glükózmaradék közötti glikozid (α1 → 4) -kötést támadja meg, ami az utolsó maradék glükóz-1-foszfátként történő szétválasztását eredményezi. Ebben a reakcióban a kofaktor piridoxál-foszfát.
A glikogén-foszforiláz egymás után egy monomert hasít a nem ritka végből, amíg el nem éri a (α1 → 6) kapcsolatból (ági pont) négy maradék által eltávolított helyet. Itt jön létre egy bifunkciós (eukriot), ömlesztési enzim. Először a transzferáz reakciót katalizálja, amely egy három glükózmaradék egy blokkjának egy ágból a legközelebbi nem ritka végére történő áthelyezését jelenti, amelyhez kapcsolódik (α1 → 4). Ezt követően a hasadó enzim (α1 → 6) -glükozidáz aktivitást mutat, amely a (α1 → 6) -köteg hasításából és a szabad glükóz felszabadulásából áll.
A glükóz-1-foszfát úgy alakul ki, hogy a foszfo-glukomutáz glükóz-6-foszfáttá alakuljon, amely a vázizomban a glikolízis folyamatába lép. A májban glükóz-6-foszfát is szállítható az endoplazmatikus retikulumba, glükóz-6-foszfatáz hatására (az izmok megfosztják ezt az enzimet), glükózzá alakulnak és a vérbe kerülnek.
Glikogén bioszintézis
A glikogén bioszintézis (glikogenezis) csak kis mértékben fordul elő a test szinte minden szövetében, de a májban és az izmokban a leginkább kifejezett. Ez a folyamat glükóz-6-foszfáttal kezdődik, a glükózból a hexokináz vagy a glükokináz reakcióba kerül. A szervezetbe bejuttatott glükóz egy része a vörösvérsejtek által felszívódik, amelyek energiaként használják a tejsavas erjesztés folyamatában. A glükoneogenezis során a hepatocitákban kialakult laktát glükóz-6-foszfáttá alakul.
A bioszintézis metabolikus útjai és egyes vegyületek lebontása általában legalább néhány reakcióban különbözik. Ennek a fontos elvnek az első nyitott példája a glikogén anyagcsere. 1957 Louis Leloir megállapította, hogy a glikogenezis folyamatában nem használnak glükóz-1-foszfátot, hanem uridin-difoszfát-glükózt használnak.
A glükóz-6-foszfátot először glükóz-1-foszfáttá alakítják át foszfo-glukomutáz hatására. Ennek a reakciónak a terméke az UDP-glükóz-foszforiláz enzim szubsztrátja, amely katalizálja a reakciót:
Glükóz 1-foszfát + UTP → UDP-glükóz + FF n.
Mivel a pirofoszfátot azonnal szervetlen pirofoszfatázzal hasítjuk, a reakció egyensúlya erősen eltolódik az UDP-glükóz képződése felé. Ez utóbbi a glikogén szintáz szubsztrátja, amely a glükózmaradékot a glikogénmolekula nem ritka végére továbbítja.
Az oldalsó ágak kialakulása biztosítja a gilkozil- (4 → 6) -transglikozilázt (elágazó enzim). Elágaz egy ágat, több mint 11 monomer egységet tartalmaz 6-7-ben, és áthelyezi azokat a glükózmaradék C6-hidroxilcsoportjába egy belső vagy egy másik ágon. Ily módon elágazás következik be, ami szükséges a glikogén jobb oldhatóságához, és nagyobb számú szintézis-enzim hozzáférése és a nem ritka célokra történő hasítás.
A glikogén szintáz csak akkor képes szintetizálni a glikogént, ha egy primert tartalmaz - egy kész glükózpolimert, kevesebb, mint hat monomer egységgel. A de novo glikogén molekulák kialakulása csak a glikogenin fehérje miatt lehetséges, amely „magként” is szolgál, amelyen új glikogén ágak és enzim gyűlik össze, ami katalizálja kutatásaink kialakulásának kezdetét.
A glikogenezis és a glikogenolízis komplex szabályozási rendszerrel rendelkezik több szinten. Az ezekben a folyamatokban részt vevő enzimek közül sok alloszterikus, és a sejt igényeihez igazodva megváltoztathatja tevékenységüket. A glikogén tárolók mennyiségét hormonális szinten is szabályozzák az egész szervezet homeosztázisának fenntartása érdekében.
Klinikai jelentőség
A glikogén metabolizmus megsértése számos emberi betegségben, köztük a cukorbetegségben is előfordul. Számos örökletes rendellenesség is összefügg a glikogén túlzott lerakódásával a májban, ezeket glükogenózisnak nevezik. Általában az étkezés között súlyos hipoglikémia (alacsony vércukorszint) társul. Az első glikogenózist 1929-ben írta Edgar von Gorky, Gerty Corey nagyban hozzájárult e betegségek tanulmányozásához. Most ismertek a glikogenózis 13 formája, melyet a különböző fehérjék működésének gyengülése okoz.
A glikogén szintézise és lebontása
Ha a vérben a glükóz koncentrációja megnő, például az emésztés során a bélben való felszívódása következtében, a glükóz áramlása a sejtekbe nő, és ennek a glükóznak legalább egy része használható a glikogén szintetizálására. A szénhidrát tartalék felhalmozódása a glikogén formában lévő sejtekben bizonyos előnyökkel jár a glükóz felhalmozódásával szemben, mivel nem jár az intracelluláris ozmotikus nyomás növekedésével. A glükóz hiányában azonban a glikogén könnyen bomlik glükózra vagy foszfát-észtereikre, és a kapott monomer egységek energiát vagy műanyagot használnak.
4.1. Glikogén szintézis
A sejtekbe belépő glükóz foszforilálódik a hexokináz vagy glükokináz enzimek részvételével:
Ezután a kapott gl-6-f-t gl-1-f-hez izomerizáljuk, a foszfogukomutáz [FGM] enzim részvételével:
Ezután a chl-1-f kölcsönhatásba lép az uridin-trifoszfáttal, hogy UDP-glükózt képezzen az UDP-glükóz-pirofoszforiláz [vagy glükóz-1-foszfaturidil-transzferáz] enzim részvételével:
A pirofoszfát azonnal feloszlik két foszforsav-maradékra a pirofoszfatáz enzim részvételével. Ez a reakció 7 kcal / mol nagyságrendű energiaveszteséggel jár, aminek következtében az UDP-glükóz képződésének reakciója visszafordíthatatlanná válik - az eljárás irányának termodinamikai szabályozása.
A következő lépésben az UDP-glükóz glükózmaradékát a glikogén szintetáz enzim részvételével átviszik a szintetizált glikogénmolekulába:
UDP-glükóz + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ a glikogén / és a glikogén molekula egy glükóz maradékkal meghosszabbodik. A glikogén szintetáz enzim képes a glükózmaradékot az UDP-glükózból a felépülő glikogénmolekulához kapcsolni, csak egy 1,4-glikozid kötést képezve. Ebből következik, hogy e enzim közül csak egy részvételével csak egy lineáris polimert lehet szintetizálni. A glikogén elágazó polimer, és a molekulában lévő elágazás egy másik enzim: amil-1,4 -> 1,6 - glikozil-transzferáz részvételével képződik. Ez az enzim, más néven elágazó enzim, 5-7 monomer egység fragmentumát szállítja a közepéhez közelebb álló szintetizált poliszacharid lineáris régiójának végétől, és ez a fragmentum a polimer lánchoz kapcsolódik az a-1,6-glikozid kötés kialakulása miatt:
Meg kell jegyezni, hogy más adatok szerint a legalább 6 glükózmaradékból álló hasítható fragmenst az építés alatt álló elágazó láncú poliszacharid láncába helyezzük át. Mindenesetre a jövőben mindkét láncot a glikogén szintetáz hatásának köszönhetően meghosszabbítják, és az ági enzim részvételével új ágak jönnek létre.
A glikogén szintézise minden szervben és szövetben fordul elő, azonban a legmagasabb a májban (a szerv teljes tömegének 2-5% -ánál) és az izmokban [tömegük 1% -a] figyelhető meg. Az 1 glükózmaradék felvétele a glikogénmolekulába 2 nagy energia ekvivalens (1 ATP és 1 UTP) használatával jár, így a sejtekben a glikogén szintézise csak a sejtek elegendő energiaellátásával történhet.
4.2. Glikogén mozgósítása
A glükogén, mint glükóz tartalék, az emésztés során felhalmozódik a sejtekben, és az abszorpciós periódus alatt kerül felhasználásra. A glikogén hasítást a májban vagy annak mobilizálását a glikogén foszforiláz enzim, gyakran egyszerűen foszforiláz néven való részvételével végzik. Ez az enzim katalizálja a polimer végső glükózmaradékainak a-1,4-glikozid kötéseinek foszforolitikus hasítását:
(C6 H10O5) n + H3PO4> (C6 H10O5) n-1 + Gl-1-F A molekula elágazásához az elágazási régióban két további enzimre van szükség: az úgynevezett elágazó (degeneráló) enzim és amil-1,6-glikozidáz és az utolsó enzim hatásának eredményeként a sejtekben szabad glükóz képződik, amely vagy elhagyhatja a sejtet, vagy foszforilálódik.
A sejtekben a Gl-1-f izomerizálódik a gl-6-f-ben lévő foszfo-glukomutáz részvételével. A gl-6-foszfát további sorsát a glükóz-6-foszfatáz jelenléte vagy hiánya határozza meg az enzim sejtjeiben. Ha az enzim jelen van a sejtben, akkor a foszforsav-maradék gl-6-foszfátból történő hidrolitikus hasítását katalizálja, így szabad glükóz keletkezik:
Gl-6-f + H2O D> Glükóz + H3PO4, amely behatolhat a külső sejtmembránba és beléphet a véráramba. Ha a sejtekben nincs glükóz-6-foszfatáz, akkor a glükóz nem defoszforilálódik, és a glükóz-maradékot csak ez a sejt felhasználhatja. Ne feledje, hogy a glikogén glükózra történő felosztása nem igényel további energiaellátást.
A legtöbb emberi szervben és szövetben hiányzik a glükóz-6-foszfatáz, ezért a benne tárolt glikogén csak a saját igényeiknek megfelel. Az ilyen szövetek tipikus képviselője az izomszövet. A glükóz-6-foszfatáz csak a májban, a vesékben és a belekben van jelen, de a májban (pontosabban hepatocitákban) az enzim jelenléte a legjelentősebb, mivel ez a szerv egyfajta puffert tölt be, amely a glükóztartalmakat felszívja, amikor a vérben lévő tartalom emelkedik, és a vér glükózt adagolja, amikor a vérben a vércukor koncentrációja csökken.
4.3. A glikogén szintézisének és bomlásának szabályozása
A glikogén-gén szintézisének és mobilizálásának metabolikus útvonalait összehasonlítva látjuk, hogy ezek különbözőek:
Ez a körülmény lehetővé teszi a vitatott folyamatok külön-külön történő szabályozását. A szabályozást két enzim szintjén hajtjuk végre: glikogén szintetáz, amely részt vesz a glikogén szintézisében, és a foszforiláz, amely a glikogén lebontását katalizálja.
Ezen enzimek aktivitásának szabályozásának fő mechanizmusa a foszforiláció-defoszforiláció által kovalens módosítása. A foszforilált vagy foszforiláz „a” nagyon aktív, míg a foszforilált glikogén szintetáz vagy a „b” szintetáz inaktív. Tehát, ha mindkét enzim foszforilált formában van, a glikogén a sejtben hasad a glükóz előállításához. A defoszforilált állapotban ezzel szemben a foszforiláz inaktív („b” formájában) és a glikogén-szintetáz aktív („a” formájában), ebben a helyzetben a glükózból származó glikogén szintetizálódik a sejtben.
Mivel a májglikogén glükóz tartalékként játszik szerepet az egész szervezetben, szintézisét vagy szétesését a szuperkelluláris szabályozó mechanizmusokkal kell szabályozni, amelyek munkáját a vérben a glükóz állandó koncentrációjának megőrzésére kell irányítani. Ezeknek a mechanizmusoknak biztosítaniuk kell a glikogén-génszintézis beépítését a hepatocitákba a vérben megnövekedett glükózkoncentrációkban, és fokozniuk kell a glikogén lebontását, amikor a vércukorszint csökken.
Így a primer jel, amely stimulálja a glikogén gén mozgását, a vérben a glükóz koncentrációjának csökkenése. Válaszul a hasnyálmirigy alfa-sejtjei felszabadítják hormonjukat, glükagont a véráramba. A vérben keringő glukagon kölcsönhatásba lép a receptor fehérjével, amely a hepatocita külső sejtmembránjának külső oldalán található. alkotó hegyek - mon-receptor komplex. A hormon receptor komplex kialakulása a külső sejtmembrán belső felületén található adenilát-cikláz enzim aktiválásához vezet, speciális mechanizmus segítségével. Az enzim katalizálja a ciklikus 3,5-AMP (cAMP) képződését az ATP-ből egy sejtben.
A cAMP viszont aktiválja a cAMP-függő protein kinázt a sejtben. A protein-kináz inaktív formája egy oligomer, amely négy alegységből áll: 2 szabályozó és két katalitikus. Ahogy a cAMP koncentrációja a sejtben növekszik, a protein-kináz mindegyik szabályozó alegységéhez 2 cAMP molekulát adunk, a szabályozó alegységek konformációja megváltozik, és az oligomer szabályozó és katalitikus alegységekké bomlik. A szabad katalitikus alegységek a sejtben számos enzim foszforilációját katalizálják, beleértve a glikogén szintetáz foszforilációját és egy inaktív állapotba való átvitelét, ezáltal kikapcsolva a glikogén szintézist. Ugyanakkor a foszforiláz-kináz foszforilációja következik be, és ez az enzim, melyet a foszforiláció aktivál, katalizálja a foszforiláz-foszforilázt aktív formává való átalakításával, azaz "a" formájában. A foszforiláz aktiválódásának eredményeként aktiválódik a glikogén lebontása, és a hepatociták elkezdenek glükózt szállítani a vérbe.
Elhaladóan megjegyezzük, hogy ha a májban a glikogén lebontása katekolaminokkal stimulálódik, a fő mediátorok az adrenalint kötő b-hepatocita receptorok. Ugyanakkor a sejtekben a Ca-ionok tartalma növekszik, ahol stimulálják a foszforiláz Ca / calmodulin-érzékeny kinázt, amely foszforilációval aktiválja a foszforilázt.
A glikogén hasítás aktivációs sémája a hepatocitákban
A vércukor-koncentráció növekedése a hepatociták külső jele a glikogénszintézis stimulálásának és ezáltal a véráramból a felesleges glükóz kötődésének szempontjából.
A glikogén szintézis aktiválási terve a májban
A következő mechanizmus működik: a vérben a glükóz koncentrációjának növekedésével a hepatociták tartalma is nő. A glükóz koncentrációjának növelése a hepatocitákban meglehetősen bonyolult módon aktiválja a foszfoprotein foszfatáz enzimet, amely katalizálja a foszforsavmaradékok eltávolítását a foszforilált fehérjékből. Az aktív foszforiláz defoszforilációja inaktív formává alakítja, és az inaktív glikogén szintetáz defoszforilációja aktiválja az enzimet. Ennek eredményeként a rendszer olyan állapotba lép, amely glikogén szintézist biztosít a glükózból.
A hepatociták foszforiláz aktivitásának csökkenésében a hasnyálmirigy inzulin β-sejtjeinek hormonja határozott szerepet játszik. A b-sejtek kiválasztják a vércukorszint emelkedését. A hepatociták felszínén lévő inzulin receptorokhoz való kötődése a foszfodiészteráz májsejtjeiben történő aktiválódáshoz vezet, amely katalizálja a cAMP normál AMP-re történő átalakulását, amely nem képes az aktív protein kináz képződésének stimulálására. Ily módon a hepatocitákban az aktív foszforiláz felhalmozódása megszűnik, ami szintén fontos a glikogén lebontásának gátlásához.
Természetes, hogy a különböző szervek sejtjeiben a glikogén szintézisének és bomlásának szabályozási mechanizmusai saját jellemzőkkel rendelkeznek. Példaként megemlíthetjük, hogy a pihenő izmok vagy izmok kis mennyiségű munkát végző myocitáiban gyakorlatilag nincs foszforiláz „a”, de a glikogén hasítása történik. Az a tény, hogy az izomfoszforiláz, amely defoszforilált állapotban vagy „b” formában van, alloszterikus enzim, és az AMP és a myocytákban lévő szervetlen foszfát aktiválja. Az így aktivált „b” foszforiláz biztosítja a glikogén mobilizáció sebességét, amely elégséges a mérsékelt fizikai munkához.
Az intenzív munkavégzés során azonban, különösen, ha a terhelés drasztikusan növekszik, ez a glikogén mobilizációs szint elégtelenné válik. Ebben az esetben a szabályozási szuperkelluláris mechanizmusok működnek. Az intenzív izomtevékenység hirtelen szükségességére adott válaszként az adrenalin hormon belép a vérbe a mellékvesékből. Az adrenalin, az izomsejtek felszínén lévő receptorokhoz való kötődés következtében a myocyták válaszát hasonló módon befolyásolja, mint a glükagonra adott hepatocita válasz, amelyet a közelmúltban leírtak. Az izomsejtekben az „a” foszforiláz jelenik meg, és a glikogén szintetáz inaktiválódik, és a képződött ch-6-f energia „üzemanyagként” kerül felhasználásra, amelynek oxidatív lebontása energiát biztosít az izom összehúzódásához.
Meg kell jegyezni, hogy az adrenalin magas koncentrációi, amelyeket az emberek vérében érzelmi stressz körülményei között megfigyelnek, felgyorsítják a glikogén lebontását a májban, ezáltal növelve a vér glükóz tartalmát - egy védekező reakció az energiaforrások vészhelyzeti mozgósítására.
O B M U V O O V O D O V
2.1. A szénhidrátok oxidatív lebomlása a szövetekben
A szervezetben a monoszacharidok legfontosabb funkciói az energia és a műanyag; Mindkét funkció a monoszacharidok sejtekben történő oxidatív bomlása során valósítható meg. A szénhidrátok oxidációja során 4,1 kcal / g (kb. 17 kJ / g) szabad energiát szabadítanak fel, és a szénhidrátok oxidációja miatt az emberek az összes energiafogyasztás 5560% -át fedezik. A szénhidrátok oxidációja során nagyszámú közbenső bomlástermék keletkezik, amelyeket különböző lipidek, esszenciális aminosavak és más, a sejtekhez szükséges vegyületek szintetizálására használnak. Ezenkívül a sejtekben a szénhidrátok oxidációja során regenerálódási potenciálokat generálnak, amelyeket a bioszintézis redukciós reakciókban, a detoxifikációs folyamatokban használnak, a lipid peroxidáció szintjének szabályozására stb.
A sejtekben az oxidatív transzformációban lévő fő monoszacharid glükóz, mivel nagy mennyiségben jön a bélből a test belső környezetébe, a glükoneogenezis során szintetizálódik, vagy szabad formában vagy foszfor-éterek formájában képződik a glikogén hasítás során. Más monoszacharidok szerepe kevésbé szignifikáns, mivel mennyiségükben a sejtekbe belépő mennyiségük nagymértékben változik az élelmiszer összetételétől függően.
A glükóz oxidációjának számos metabolikus útja van, amelyek főbbek a következők:
a) aerob emésztés szén-dioxidra és vízre;
b) anaerob oxidáció laktáttá;
c) pentóz-oxidáció;
g) oxidáció glükuronsav képződésével.
A glükózmolekula oxidatív hasításának mélysége
eltérő: a molekulák egyik terminális csoportjának oxidációjától a karboxilcsoportig, amely a glükuronsav képződése során következik be, a glükóz molekula teljes lebomlásáig aerob bomlás közben.
2.1.1. Aerob glükóz oxidáció
Az aerob szervezetek sejtjeiben az aerob bomlás szén-dioxidra és vízre bázikus, legalábbis a hasadó glükóz teljes mennyiségéhez viszonyítva. Amikor 1 M glükózt (180 g) aerob körülmények között hasítunk, 686 kcal szabad energiát szabadítanak fel. Az aerob glükóz oxidáció folyamata három szakaszra osztható:
1. A glükóz piruváttá történő felosztása.
2. A piruvát acetil-CoA-nak való oxidatív dekarboxilezése.
3. Az acetil oxidálása Krebs-ciklusban (CTC), a légzőszervi lánc működésével párosítva.
Ezek a szakaszok általános rendszerként is megjeleníthetők:
Glükóz> 2 piruvát D> 2 acetil CoA D> 4CO2 + 10 H2O
2.1.1.1. A glükóz piruváttá történő hasítása
A modern fogalmak szerint a glükóz oxidáció első lépése a citoszolban megy végbe, és egy szupramolekuláris fehérje komplex glikolitikus metabolit katalizálja, amely legfeljebb tucat egyedi enzimet tartalmaz.
A glükóz oxidáció első lépése két szakaszra osztható. Az első lépésben a glükóz-foszforiláció, a glükózmaradék izomerizálása a fruktóz-maradékban, a fruktóz maradék további foszforilációja és végül megtörténik. a hexózmaradék két foszfotriózis-maradékba történő felosztása:
Ezt a reakciót a hexokináz enzim katalizálja. Az ATP-t fotókötő szerként használják a sejtben. A reakciót 5,0 kcal / mol nagyságrendű szabad energiaveszteség kísérte, és a sejt állapotában visszafordíthatatlan.
A foszfohexoizomeráz által katalizált második reakció könnyen visszafordítható.
A harmadik reakciót a foszfofruktokináz enzimek katalizálják. Ebben a reakcióban 3,4 kcal / mól energia is elveszik, és a hexo-kináz reakcióhoz hasonlóan a sejt körülmények között visszafordíthatatlan.
Ezt a reakciót az aldoláz enzim katalizálja, a reakció reverzibilis. A reakció eredményeként a fruktóz 1,6-biszfoszfát két trioszofoszfátra oszlik.
Sejtkörülmények között a foszfo-dihidroxi-aceton (FDA) könnyen izomerizálható 3-foszfogliceridaldehiddé (PHA) a triózfoszfát-izomeráz enzim részvételével az ötödik reakció során. Ezért feltételezhetjük, hogy a 2. szakasz első szakaszában az ATP kiürül, és a 3-foszfogliceridaldehid két molekulája képződik a glükóz molekulából.
A glükóz oxidációjának első szakaszának második szakaszában a PHA piruváttá alakul. Mivel a glükózmolekula bomlása 2 PHA molekulát képez, a folyamat további leírásában ezt a körülményt figyelembe kell vennünk.
A következő folyamat reakciója oxidatív reakció:
A reakció során a dehidrogenáz 3-foszfoglicerin-aldehid által katalizált PHA-t 1,3-difoszfoglicerinsavvá oxidáljuk. Az oxidáció dehidrogénezéssel megy végbe, és a szubsztrátból leválasztott hidrogénatomok a koenzim redukált formájának kialakításával a NAD + -ba kerülnek. Az oxidációs energia felhalmozódik a sejtben, először redukált NADH + H + energia formájában, és másodszor, az oxidációs termék és a reakcióban résztvevő foszforsav közötti makrogazdasági kötés formájában, azaz a reakcióban részt vevő foszforsav között. 1,3-difosz-gogicerinsav makroergikus kötésében.
A hetedik reakcióban az 1,3-difoszfoglicerát foszforsav-maradékát és a makroergikus kötésben tárolt energiát az ATP kialakításával az ADP-hez viszik át:
Ezt a reverzibilis reakciót a foszfoglicerát kináz enzim katalizálja.
Ezután jön létre a 3-foszfoglicerinsav 2-foszfo-glicerinsavra való reverzibilis izomerizációja a foszfoglicerát rutmutáz enzim részvételével:
A következő, kilencedik reakcióban a vizet 2-foszfoglicerinsavból hasítjuk:
A vízelosztás során a molekulában lévő elektron-sűrűség a piruvinsav enol-formájának második szénatomja és a foszforsav többi része közötti makroergikus kötés kialakulásával újraelosztódik. A reakció reverzibilis, ezt az enoláz enzim katalizálja.
Az FEP makrogazdasági kötésében felhalmozódott energiát a következő reakció során a foszforsav maradékkal együtt ATP-vel alakítjuk át az ADP-be. A reakciót piruvát kináz katalizálja.
A reakció 7,5 kcal / mol energiaveszteséggel jár, és a sejt körülmények között gyakorlatilag irreverzibilis.
Az aerob glükóz oxidáció első szakaszának összes egyenlete:
Glükóz + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 piruvát + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O
Ebben a szakaszban 140 kcal / mol energiát szabadítanak fel, fő része (kb. 120 kcal / mol) felhalmozódik a cellában, mint 2 ATP-energia és 2 csökkentett NAD + ADSCH-energia, amelyből az következik, hogy az első szakaszban a glükózmolekula két molekulára oszlik piruvinsav, míg az emésztett glükóz minden molekulájához tartozó sejt 2 ATP molekulát és két redukált NADH + H + molekulát kap.
Az aerob glükóz hasítás első szakaszának szabályozását a metabolikus útvonal munkájában részt vevő szabályozó enzimek termodinamikai mechanizmusaival és alloszterikus modulációs mechanizmusaival végezzük.
Termodinamikai mechanizmusok segítségével a metabolitok áramlását ezen metabolikus útvonal mentén szabályozzuk. Három reakciót tartalmaz a leírt reakciórendszer, amelyek során nagy mennyiségű energiát veszítünk: hexokináz (G0 = 5,0 kcal / mol), foszfofruktokináz (G0 = 3,4 kcal / mol) és piruvát kináz (G0 = 7,5 kcal / mol) ). Ezek a reakciók a sejtben gyakorlatilag nem reverzibilisek, különösen a piruvát kináz reakció, és irreverzibilitásuk miatt az eljárás egészében visszafordíthatatlanná válik.
A vizsgált anyagcsere-útvonalban a metabolit-fluxus intenzitását a sejtben szabályozzuk a rendszerben lévő alloszterikus enzimek aktivitásának megváltoztatásával: hexokináz, foszfofruktokináz és piruvát kináz. Így az anyagcsere út termodinamikai szabályozásának pontjai ugyanakkor azok a helyek, ahol a metabolitok intenzitása szabályozott.
A rendszer fő szabályozó eleme a foszfofruktokoláz. Ennek az enzimnek a aktivitását gátolja az ATP magas koncentrációja a sejtben, az ATP enzim alloszterikus gátlása fokozódik a citrát magas koncentrációjában a sejtben. Az AMP a foszfofruktokináz alloszterikus aktivátora.
A hexokinázt az alloszterikus mechanizmus gátolja nagy koncentrációjú Gl6f-vel. Ebben az esetben foglalkozunk a kapcsolódó szabályozási mechanizmus munkájával. A foszfofruktokináz aktivitás ATP nagy koncentrációjának gátlása után a Fr6f felhalmozódik a sejtben, ami azt jelenti, hogy a Gl6f halmozódik fel, mivel a foszfohexoizomeráz által katalizált reakció könnyen visszafordítható. Ebben az esetben az ATP-koncentráció növekedése a sejtben gátolja nemcsak a foszfofruktokináz, hanem a hexokináz aktivitását is.
A harmadik piruvát kináz kináz aktivitásának szabályozása nagyon nehéz. Az enzimaktivitást Gl6f, Fr1.6bf és PHA stimulálja az alloszterikus mechanizmus, az úgynevezett aktiválás a prekurzor által. Az ATP, a NADH, a citrát, a szukcinil-CoA és a zsírsavak magas intracelluláris koncentrációja viszont alloszterikus mechanizmus révén gátolja az enzimaktivitást.
Általában a glükóz és a piruvát hasítása a 3 jelzett kináz szintjén gátolódik, a sejtben nagy ATP-koncentrációval, azaz a sejtekben. a sejt jó energiaellátásának feltételeiben. A sejtekben az energiahiány miatt a glükózszétválasztás aktiválását először a kinázok alloszterikus gátlásának az AMP-foszfofruktokokináz magas ATP-koncentrációjával és alloszterikus aktiválásával való eltávolításával érjük el, másodszor pedig a piruvát kináz alloszterikus aktiválása a Gl6F, Fr1.6bf és PHA prekurzorokkal.
Mi a lényege a citrát-foszfofruktokináz és a citrát és a szukcinil-CoA piruvát kináz gátlásának? Az a tény, hogy két acetil-CoA molekulát képeznek egyetlen glükózmolekulából, amelyet ezután oxidálunk a Krebs-ciklusban. Ha a citrát és a szukcinil CoA felhalmozódik a sejtben, a Krebs-ciklus nem képes megbirkózni a már felhalmozódott acetil-CoA oxidációjával, és célszerű lassítani a további képződését, amit a foszfor-ruktokináz és a piruvát kináz gátlásával érünk el.
Végül, a glükóz oxidáció gátlása a piruvát kináz szintjén a növekvő zsírsav-koncentráció mellett a sejtekben a glükóz megtakarítása olyan körülmények között történik, amikor a sejtet egy másik, hatékonyabb energia-üzemanyaggal látják el.
2.1.1.2. A piruvát oxidatív dekarboxilezése
Aerob körülmények között a piruvinsav oxidatív dekarboxilezésen megy át acetil-CoA-ként. Ezt a transzformációt a mitokondriális mátrixban lokalizált szupramolekuláris piruvát dehidrogenáz komplex katalizálja. A piruvatdehidrogenáz komplex három különböző enzimből áll: piruvát dekarboxilázból, dihidrolipatoacetil-transzferázból és dehidrogenáz dihidrolipoinsavból, mennyiségi arányuk a komplexben a kiválasztási forrástól függ, általában ez az arány közel 30: 1: 10.
Ennek a komplexnek az első enzimje a piruvát dekarboxiláz (E1).