Det är känt att fosforolytisk sönderfall spelar en nyckelroll vid mobiliseringen av polysackarider.
Fig. 10,1. Hormonal reglering av fosforolytisk klyvning av glukos från glykogen.
Fosforylaser omvandlar polysackarider (i synnerhet glykogen) från lagringsformen till den metaboliskt aktiva formen; i närvaro av fosforylas, sönderdelas glykogen för att bilda glukosfosfat (glukos-1-fosfat) utan att först förstöra det i större fragment av polysackaridmolekylen. Generellt sett kan denna reaktion representeras enligt följande:
var (C6H10Oh5)n betyder glykogenspolysackaridkedjan och (C6H10Oh5)n-1,- samma kedja, men förkortad med en glukosrest.
I fig. 10.1 avbildar processen för glykogenfördelning till glukos-1-fosfat och deltagandet av cAMP i denna process. Enzymet fosforylas finns i två former, varav en (fosforylas a) är aktiv, medan den andra (fosforylas b) vanligtvis är inaktiv. Båda formerna kan dissociera i subenheter. Fosforylas b består av två subenheter och fosforylas a - av fyra. Omvandlingen av fosforyrylas b till fosforylas a utförs genom proteinfosforylering:
2 fosforylas b + 4 ATP -> fosforylas a + 4 ADP.
Denna reaktion katalyseras av ett enzym som kallas fosforylaskinas b. Det har fastställts att denna kinas kan existera i både aktiva och inaktiva former. Inaktivt fosforylaskinas transformeras till ett aktivt protein under påverkan av enzymproteinkinaset (fosforylaskinaskinas) och inte bara proteinkinas, utan cAMP-beroende proteinkinas.
Den aktiva formen av den senare bildas med deltagande av cAMP, som i sin tur bildas av ATP under verkan av enzymet adenylatcyklas, stimulerat, särskilt genom adrenalin och glukagon. En ökning av innehållet av adrenalin i blodet leder i denna komplexa reaktionsreaktion till omvandlingen av fosforylas b till fosforylas a och följaktligen till frisättning av glukos i form av glukos 1-fosfat från reservglykogenpolysackariden. Den omvända omvandlingen av fosforylas a till fosforylas b katalyseras av enzymet fosfatas (denna reaktion är nästan irreversibel).
Glukos-1-fosfatet bildat som ett resultat av fosforolytisk sönderdelning av glykogen omvandlas med glukos-6-fosfat under verkan av fosfoglukomutas. För att utföra denna reaktion är en fosforylerad form av fosfoglukomutas nödvändig; dess aktiva form som bildas, såsom noteras, i närvaro av glukos-1,6-bisfosfat.
Bildandet av fri glukos från glukos-6-fosfat i levern sker under påverkan av glukos-6-fosfatas. Detta enzym katalyserar hydrolytisk fosfatklyvning:
Fettpilar indikerar förfallets väg, tunn - syntesväggen. Numren anger enzymerna: 1-fosforylas; 2-fosglykomutas; 3-glukos-6-fosfatas; 4-hexokinas (glukokinas); 5-glukos-1-fosfaturidyltransferas; 6-glykosyntas.
Observera att fosforylerad glukos, i motsats till icke-klassad glukos, inte lätt kan diffunderas ur celler. Levern innehåller det hydrolytiska enzymet glukos-6-fosfatas, vilket ger möjlighet att snabbt frisätta glukos från detta organ. I muskelvävnad är glukos-6-fosfatas praktiskt taget frånvarande.
I fig. 10.2 reflekterar idéer om sätten för nedbrytning och syntes av glykogen i levern.
Det kan anses att upprätthållandet av glukoskoncentrationens konstantitet i blodet är resultatet av det samtidiga flödet av två processer: inträdet av glukos i blodet från levern och dess förbrukning från blodet av vävnader, där den används främst som ett energiskt material.
I vävnader (inklusive levern) uppstår nedbrytningen av glukos på två huvudvägar: anaerob (i frånvaro av syre) och aerob för genomförandet av vilket syre som behövs.
Glykogenolys (nedbrytning av glykogen)
Glykogenolys kan utföras antingen genom hydrolys (under verkan av amylasenzymer) eller genom fosforolys.
Fosforolys är huvudvägen för glykogenfördelning, det katalyseras av enzymet glykogenfosforylas som hör till klassen av transferaser. Fosforylaser omvandlar polysackarider från lagringsformen till den metaboliskt aktiva en. Glykogenfosforylas avlägsnar glukosrester från glykogenpolyglykosidkedjan och överför dem till en fosforsyramolekyl för att bilda glukos-1-fosfat:
Glukos 1-fosfat snabbt isomeriseras, vilket blir till glukos-6-fosfat under verkan av fosfoglukomutas:
Vid detta skede är nedbrytningen av glykogen i muskelvävnaden.
I levern bildar glukos-6-fosfat fri glukos under inverkan av glukos-6-fosfatas. Detta enzym katalyserar hydrolytisk fosfatklyvning:
Fosforylerad glukos, till skillnad från fritt, kan inte enkelt diffunderas från cellerna. Därför är muskelglykogenens funktion att det är en lättillgänglig glukoskälla för själva muskeln. Leveren innehåller det hydrolytiska enzymet glukos-6-fosfatas, vilket möjliggör snabb frisättning av glukos från detta organ till blodet och användning av andra vävnader (inklusive muskler). Leverglykogen används för att upprätthålla den relativa konstansen hos glukoskoncentrationen i blodet.
Syntes och upplösning av glykogen.
Glykogen är den huvudsakliga reservpolysackariden i djur och mänskliga celler, eftersom den är dåligt löslig i vatten och inte påverkar det osmotiska trycket i cellen. Därför deponeras glykogen i cellen och inte fri glukos.
Den grenade strukturen av glykogen skapar ett stort antal terminala monomerer. Detta bidrar till enzymernas arbete som klibbar eller bifogar monomerer under sönderdelning eller syntes av glykogen, eftersom dessa enzymer samtidigt kan arbeta på flera grenar av glykogenmolekylen.
Glykogen deponeras huvudsakligen i lever- och skelettmuskeln. Glykogen lagras i cytosolen av celler i form av granuler. Vissa enzymer som är involverade i glykogenmetabolism associeras även med granuler, vilket underlättar deras interaktion med substratet. Syntes och sönderdelning av glykogen fortsätter i olika metaboliska vägar (Figur 4).
Glykogen syntetiseras under matsmältningsperioden (1-2 timmar efter intag av kolhydrater). Syntes av glykogen kräver energi. När du slår på en monomer i
polysackaridkedja 2-reaktioner uppträder i samband med utgifterna för ATP och UTP (reaktioner 1 och 3).
Efter bildandet av glukos-6-fosfat (hexokinasreaktion) inträffar den intramolekylära överföringen av fosforsyrarest från 6: e position till 1: a. Detta bildar ett glukos-1-fosfat:
Efter isomerisering av glukos-6-fosfat till glukos-1-fosfat, fortsätter en ytterligare aktivering av glukosfragmentet. I detta fall förbrukas 1 UTP-molekyl, vilket motsvarar utgifterna för den 1: a ATP-molekylen. Som ett resultat bildas den aktiverade formen - UDP-glukos (fig 4).
Sedan, med UDP, överförs glukosresten till glykogenmolekylen. Förlängningen av glykogenkedjan katalyseras av enzymet glykogensyntetas. Glykogenkedjan blir sålunda ett glukosfragment längre. Glykogen är i motsats till vegetabilisk stärkelse mer grenad. För bildande av grenar finns ett speciellt enzym, som kallas "glykogenförgrenat enzym".
En glykogenmolekyl syntetiseras inte från "noll", men en gradvis förlängning av ett redan existerande kedjefragment uppträder: "frö" eller primer. Och med nedbrytningen av glykogen sker aldrig den fullständiga förstöringen av dess molekyler.
För att införliva en glukosrest i en glykogenmolekyl, förbrukar cellen 2 ATP-molekyler. Med nedbrytningen av glykogen regenererar denna ATP inte, men endast F frigörs.n (oorganiskt fosfat).
Det viktigaste enzymet för glykogensyntes är glykogensyntas. Detta är en "sekundär kontrollpunkt" (fig 5).
Reglering av glykogensyntas: det aktiveras av överskott av glukos-6-fosfat. Om glukos-6-fosfat utnyttjas långsamt på andra sätt leder därför en ökning i dess koncentration till en ökning av glykogensyntesens hastighet. Reaktionen katalyserad av glykogensyntas är irreversibel.
Glykogenmobilisering sker huvudsakligen mellan måltider och accelereras under fysiskt arbete. Denna process sker genom sekventiell avlägsnande av glukosrester i form av glukos-1-fosfat med användning av glykogenfosforylas (fig 4). Detta enzym spjälkar inte a1,6-glykosidbindningar i grenar, därför behövs ytterligare 2 enzymer, varefter glukosresten vid grenpunkten frisätts i form av fri glukos (reaktioner 2, 3). Glykogen sönderdelas till glukos-6-fosfat utan kostnaden för ATP.
Reglering av glykogenfosforylas: inhiberad av överskott av ATP, aktiverad med överskott av ADP.
Nedbrytningen av glykogen i levern och musklerna har en särskild reaktion på grund av närvaron av enzymet fosfatas glukos-6-fosfat i levern (Tabell 1).
Tabell 1.
Närvaron av glukos-6-fosfatas i levern bestämmer leverglykogenens huvudfunktion - frisättningen av glukos i blodet mellan måltiderna och dess användning av andra organ. Sålunda ger mobiliseringen av levern glykogen innehållet av glukos i blodet på en konstant nivå. Denna omständighet är en förutsättning för arbetet med andra organ och i synnerhet hjärnan. Efter 10-18 timmar efter en måltid, är glykogenbutikerna i levern signifikant utarmade och fastande i 24 timmar leder till fullständig försvinnande. Glukos-6-fosfatas finns också i njurarna och tarmcellerna.
Funktionen av muskelglykogen är att släppa glukos-6-fosfat, som används i själva muskeln för oxidation och energi,
Växling av syntesprocesserna och mobilisering av glykogen i levern uppträder när tillståndet i matsmältningen passerar in i efter-adsorptionsperioden eller viloläge till läget för muskulärt arbete. Insulin, glukagon och adrenalin är inblandade i bytet av dessa metaboliska vägar i levern, och insulin och adrenalin är involverade i musklerna.
Effekten av dessa hormoner på syntesen och nedbrytningen av glykogen utförs genom att i motsatt riktning ändra aktiviteten hos 2 nyckel enzymer - glykogensyntas och glykogenfosforylas - genom deras fosforylering och defosforylering.
Den primära signalen för syntesen av insulin och glukagon är en förändring i glukoskoncentrationen i blodet. Insulin och glukagon är ständigt närvarande i blodet, men när de ändras från absorptionsläget till det postabsorberande tillståndet, förändras deras relativa koncentration, insulin-glukagonindexet. Sålunda är huvudväxelfaktorn i levern insulin-glukagonindexet.
I efter-adsorptionsperioden minskar insulin-glukagonindexet och glukagonets inverkan, som stimulerar nedbrytningen av glykogen i levern, är en avgörande faktor. Verkningsmekanismen för glukagon innefattar en kaskad av reaktioner som leder till aktiveringen av glykogenfosforylas.
Under matsmältningsperioden är insulinens effekt övervägande, eftersom insulin-glukagonindexet i detta fall stiger. Inverkan av insulin inträffar:
a) stimulering av glukostransport i muskelceller;
b) ändra enzymernas aktivitet genom fosforylering och defosforylering. Till exempel aktiverar insulin fosfodiesteras och reducerar koncentrationen av cAMP i cellen. Dessutom aktiverar insulin glykogensyntasfosfatas, den senare är defosforylerad och blir aktiv;
c) förändring av mängden vissa enzymer genom induktion och repression av deras syntes. Insulin inducerar till exempel glukokinasyntes, och på så sätt accelererar glukosfosforylering i levern.
Adrenalin har en liknande verkningsmekanism på levercellerna med glukagon. Men det är möjligt att inkludera ett annat effektor-signaltransduktionssystem i levercellen. Typ av receptorer med vilka adrenalin interagerar bestämmer vilket system som ska användas. Således aktiverar interaktionen av adrenalin med b-receptorer i leverceller adenylatcyklas-systemet. Samspelet mellan adrenalin och a, receptorer innefattar inositolfosfatmekanismen för transmembranöverföringen av hormonsignalen. Resultatet av verkan av båda systemen är fosforyleringen av nyckel enzymer och omkopplingen av glykogensyntes till dess sönderdelning (fig 6, 7).
Adrenalinaktivering av muskelglykogenfosforylas uppträder annorlunda, eftersom nedbrytningen av glykogen i skelettmuskulaturen stimuleras av muskelkontraktioner. Fosforylaskinas (Ca 2+ -beroende) aktiveras under muskelarbete under påverkan av nervimpulser, eftersom koncentrationen av kalciumjoner i sarkoplasma i detta fall ökar. Detta är en annan mekanism för att påskynda nedbrytningen av glykogen i muskeln. Effekten av adrenalin i muskler resulterar också i aktiveringen av cAMP-beroende proteinkinaser och aktiveringen av fosforylas genom dess fosforylering (Fig 8).
När en signal överförs från hormonet via intracellulära mediatorer uppträder dess avsevärda förstärkning, och därför möjliggör aktivering av glykogenfosforylas med deltagande av något signaltransduktionssystem i cellen att snabbt bilda en stor mängd glukos från glykogen. I muskler är detta av stor betydelse för att utföra intensivt arbete under stress, till exempel när man går bort från fara.
Med en måttlig belastning i musklerna verkar en annan mekanism för reglering av glykogenfosforylasaktivitet - allosterisk reglering av ATP (AMP) nedbrytningsprodukter.
När man går från ett postabsorberande tillstånd till ett absorptivt tillstånd eller i slutet av det muskulösa arbetet, stannar utsöndringen av hormoner och hela systemet återgår till sin ursprungliga inaktiva tillstånd. Adenylatcyklas och fosfolipas C inaktiveras. cAMP förstörs av fosfodiesteras, vilket orsakar överföringen av alla intracellulära enzymer i kaskaden till en inaktiv form.
Betydelsen av reglering av synteshastigheterna och nedbrytning av glykogen i levern är att säkerställa konstant koncentration av glukos i blodet. Reglering av glykogenmetabolism i muskler ger det energiska materialet både intensivt muskelarbete och energiförbrukning i vila.
Muskelglykogenfördelning
Fosforylas är nyckeln (dvs begränsande och reglerande) enzym för glykognedbrytning.
Reglering av glykogenfosforylas: inhiberad av överskott av ATP, aktiverad med överskott av ADP.
G b f - p u t b. (hexo-bisfosfatvägen för kolhydratnedbrytning)
BIOLOGISK BETYDNING AV HBF-PATH.
1. Detta är huvudvägen för nedbrytning av kolhydrater till slutprodukter. I många celler är detta det enda sättet. Så 70-75% glukos som kommer till en cell bryts upp.
2. Endast HBP-vägen ger cellenergin i form av ATP. Detta är den främsta energikällan i cellen.
3. Detta är den längsta kolhydratbrytningsbanan.
GBF-väg uppdelad i 3 steg.
Det första steget sker i cytoplasman, ger 8 ATP-molekyler under nedbrytningen av 1 glukosmolekyl eller 9ATP under nedbrytningen av ett glukosfragment av glykogen. Slutar med bildandet av 2 molekyler pyruvat (PVK).
Andra och tredje etappen - (endast aerob!) I mitokondrier med obligatoriskt deltagande av syre, ge 30 ATP per glukosmolekyl.
Steg 2 i GBF-vägen kallas "oxidativ dekarboxylering av pyruvat" och katalyseras av pyruvat-dehydrogenaskomplexet (se föreläsningarna "Biologisk oxidation" - en förlängd kedja av mitokondrielloxidation). Vid 2: a steget tas två väteatomer bort från PVC-molekylen, och pyruvat omvandlas till acetyl-coenzym A (AcCoA), CO delas av samtidigt.2. Två väteatomer går till NAD och överförs sedan längs kedjan av mitokondriell oxidation till O2 att bilda H2O och 3 ATP-molekyler. Därför, baserat på en molekyl av den ursprungliga glukosen, ger 2: a steget 6 ATP.
3: e steget matas in av molekylen AcetylKoA, som bildas som ett resultat av 2: a steget. Denna tredje etappen kallas tricarboxylsyracykeln (TCA) (se föreläsningarna "Mitokondriell oxidation"). I denna cykel klyvs AccoA helt till CO2 och H2A. Samtidigt bildas 12 ATP per accoAA-molekyl, som har gått in i cykeln. Om du räknar med 1 molekyl glukos bildas 24 ATP vid 3: e steget.
Det första steget går igenom 10 mellanliggande steg. Under den första delen av detta stadium delas glukosmolekylen i halva till 2 molekyler fosfoglyceraldehyd (PHA).
FUNKTIONER FÖR DET FÖRSTA DELET AV 1ST STAGE:
Hexokinas (GC) arbetar för att försvaga en stark glukosmolekyl:
2: a reaktion - isomerisering:
Vid 3: e stadiet försvagas fruktos-6-fosfat ytterligare genom fosfofructokinas (PFK) och fruktos-1,6-bisfosfat bildas:
Fosfofruktokinas är det centrala enzymet för HBP-vägen. Det är en "sekundär kontrollpunkt". Vmax FFK mer än Vmax CC. Därför, när glukos tränger in, begränsar GC hastigheten på hela GBF-banan.
Ett överskott av ATP och ett överskott av citrat inhiberar starkt FPC. Under dessa förhållanden blir FFK istället för hexokinas, det begränsande enzymet av HBP-vägen. På grund av inhiberingen av PFK ackumuleras glukos-6-fosfat (G-6-F) och fruktos-6-fosfat (P-6-F). G-6-F hämmar hexokinas, reducerar glukosutnyttjandet av cellen och aktiverar samtidigt glykogensyntas.
Om det inte finns något överskott av ATP och citrat, men det finns ett överskott av ADP, aktiverar ADP PFC, och sedan är hastigheten för hela BNP-banan begränsad igen av hexokinas.
Som ett resultat av fosfofructokinasreaktionen destabiliseras fruktos-1,6-bisfosfatmolekylen (försvagad) så att den omedelbart sönderdelas i 2 trioser med deltagandet av enzymet aldolas (4: e reaktion):
Endast PHA går in i nästa (sjätte) reaktion av HBP-banan. Som en följd av detta minskar koncentrationen och jämvikten i den femte reaktionen skiftar mot bildandet av PHA. Gradvis kommer hela FDA in i PHA, och därför mängden ATP syntetiserad i de efterföljande reaktionerna av HBP-vägen tar vi hänsyn till beräkningen av 2 molekyler av PHA och andra mellanliggande metaboliter som bildas därifrån.
I 1: a delen av 1: a steget (från glukos till PHA) konsumeras 2 ATP-molekyler: en i hexokinasreaktionen, den andra i fosfofructokinas (den tredje reaktionen i första steg i HBP-vägen). Den andra delen av det första steget börjar med oxidationen av PHA till FGK (fosfoglycerinsyra) i den 6: e reaktionen.
Denna reaktion katalyseras av enzymet glyceraldehyd fosfat dehydrogenas. Det klyvbara väte överförs till NAD med bildandet av NADH2. Den energi som frigörs under denna oxidation är också tillräcklig för att säkerställa tillsats av fosfat till aldehydgruppen. Fosfat tillsätts med en makroergisk bindning. Som ett resultat bildas 1,3-difosfoglycerinsyra (1,3-bisfosfoglycerat).
7: e reaktion: substratfosforylering.
Det höga energi-bundna fosfatet överförs till ADP för att bilda ATP. Som ett resultat av det 7: e steget kvarstår 1 fosforsyrarest i fosfogly-syremolekylen.
8: e reaktion: Fosfat överförs från 3: e till 2: e positionen och 2-fosfoglycerinsyra bildas.
H avlägsnas från 2-fosfoglycerinsyra2A. Detta leder till en omfördelning av molekylär energi. Som ett resultat ackumuleras energi på fosfat i det andra läget och bindningen blir makroergisk. Det visar sig fosfoenolpyruvat (PEP).
10: e reaktion: Substratfosforylering. Fosfat överförs till ADP för att bilda ATP. FEP omvandlas till PVK (pyruvsyra).
I detta skede 1 av GDF-banans slut, lämnar PEC mitokondrier och går in i andra steget i GDF-banan.
Resultaten av första etappen: 10 reaktioner, varav den första, tredje och tionde reaktionen är irreversibel. Först konsumeras 2 ATP per 1 glukosmolekyl. Därefter oxideras PHA. Energi realiseras under 2 reaktioner av substratfosforylering: 2 ATP bildas i var och en av dem. Följaktligen erhålles 4 ATP för varje glukosmolekyl (för 2 PHA-molekyler) genom substratfosforylering.
Totalt kan alla 10 steg beskrivas med följande ekvation:
NADH2 systemet för mitokondriell oxidation (MTO) överförer väte till syre i luften för att bilda H2O och 3 ATP, men steg 1 fortsätter i cytoplasman och NADH2 kan inte passera genom mitokondriska membranet. Det finns transportmekanismer för att säkerställa denna övergång NADH2 genom mitochondrial membran-malat-aspartat-shuttle och glycerofosfat shuttle (se föreläsningarna "Biologisk oxidation".
Baserat på en molekyl av glukosformer 2 NADN2.
Förutom 2 ATP, erhållet i 1: a steget genom substratfosforylering, bildas ytterligare 6 ATP med deltagande av syre för totalt 8 ATP-molekyler. Så mycket ATP bildas per varje glukosmolekyl klyvad före PVC under det första steget av HBP-vägen.
Om dessa 8 ATP: er tillsätts till 30 ATP-molekyler, vilka bildas vid 2: a och 3: e stegen, kommer det totala energiresultatet av hela HBP-vägen att vara 38 ATP per glukosmolekyl, delad till CO2 och H2A. I dessa 38 ATP kommer 65 procent av den energi som skulle frisättas när glukos brinner i luften. Detta visar GBF-banans mycket höga effektivitet.
Av 38 ATP bildas de flesta av dem i 2: e och 3: e steget. Var och en av dessa steg är absolut irreversibel och kräver obligatoriskt deltagande av syre, eftersom oxidationsstadierna i dessa steg är associerade med mitokondriell oxidation (utan att det är omöjligt). Hela HBP-vägen från glukos eller glykogen till CO2 och H2Om samtal: Aerobic nedbrytning av karbohydrater.
Viktiga enzymer i den första etappen av HBP-vägen: HEXOKINASE och fosforproteinkinas.
En annan nyckellänk finns på TsTK (3: e grads GBF-sökväg). Nyckellänken vid 3: e etappen är nödvändig eftersom ACCoA som går in i TCA-cykeln bildas inte bara från kolhydrater utan också från fetter och aminosyror. Därför är en TCA den sista "pannan" för att bränna acetylrester från kolhydrater, fetter och proteiner. TsTK förenar alla metaboliter som bildas vid sönderdelning av kolhydrater, fetter och proteiner.
Nyckel enzymer av TCA: citrat syntetas och isocitrat dehydrogenas. Båda enzymerna hämmas av överskott av ATP och överskott av NADH.2. Isocitrat-dehydrogenas aktiveras genom överskott av ADP. ATP hämmar dessa enzymer på olika sätt: isocitrat dehydrogenas hämmas av ATP mycket starkare än citratsyntas. Därför ackumuleras mellanprodukter med citrat och isocitrat med ett överskott av ATP. Under dessa förhållanden kan citrat tränga in i cytoplasman i en koncentrationsgradient.
Den andra och tredje etappen av HBP-vägen uppträder i mitokondrier och den 1: a i cytoplasman.
Det första steget separeras från 2: a och 3: e etappen av mitokondriska membranet.
Därför kan 1: a scenen utföra sina specialfunktioner. Dessa funktioner
Nedbrytningen av glykogen.
Nedbrytningen av glykogen med glukosbildning uppstår i perioden mellan måltider, fysiskt arbete och stress.
Sätt på glykogenmobilisering:
2. Den amylolytiska vägen för glykogens nedbrytning sker med deltagandet av enzymmylaset.
Fosforolytisk bana - huvudvägen för glykogennedbrytning med bildandet av glukos:
I muskelvävnaden finns inget enzym glukos-6-fosfatas, därför bryter muskelglykogen inte ner med
bildandet av glukos och oxideras eller aerob eller anaerobt sätt med utsläpp av energi. genom
10-18 timmar efter en måltid är glykogenbutikerna i levern signifikant utarmad.
Reglering av blodglukosnivåer. Central nervsystemet, verkningsmekanismen för insulin, adrenalin, glukagon,
Tillväxthormon, glukokortikoider, tyroxin och deras effekt på tillståndet av kolhydratmetabolism.
Den ledande rollen i regleringen av kolhydratmetabolism hör till centrala nervsystemet. Minskningen i blodglukos leder till ökad utsöndring av adrenalin, glukagon, som genom att komma in i målorganet för dessa hormoner (lever), känns igen av leverns cellmembranreseptorer och aktiverar enzymmembranadenylatcyklas, vilket utlöser mekanismen som leder till nedbrytning av glykogen för att bilda glukos.
Diagram över mekanismen för interaktion mellan adrenalin och glukagon med cellen:
Adrenalin - ökar glukosnivån genom att aktivera enzymet fosforylas (adenylatcyklas-systemet), vilket leder till nedbrytningen av glykogen med bildandet av glukos, blockerar enzymet glykogensyntas, d.v.s. glykogensyntes.
Glukagon - verkar som adrenalin, men dessutom aktiveras enzymerna av glukoneogenes.
Glukokortikoider - öka blodglukosnivåerna, som inducerare av syntesen av glukoneogenesenzymer.
GH aktiverar glukoneogenes, tyroxin aktiverar insulinas, som bryter ner insulin, påverkar absorptionen av glukos i tarmen.
Glykogenos (en sjukdom av glykogenackumulering) orsakas av en defekt i enzymerna som är involverade i nedbrytningen av glykogen. Gyrks sjukdom är till exempel associerad med en brist på enzymet glukos-6-fosfatas, med en överdriven ackumulering av glykogen i levern, hypoglykemi och dess konsekvenser. Mac-Ardlas sjukdom: orsaken är frånvaron av fosforylas i muskelvävnaden. Samtidigt är nivån av glukos i blodet normalt, men muskelvävnadens svaghet observeras och förmågan att utföra fysiskt arbete minskas. Andersens sjukdom är förknippad med en defekt av ett förgreningsenzym, vilket leder till ackumulering av glykogen i levern med mycket långa externa och sällsynta grenpunkter, vilket leder till att gulsot, levercirros, leverinsufficiens och död (oförgrenad glykogen förstör hepatocyterna).
2,5 Koncentrationen av glukos i blodet upprätthålls hela dagen vid en konstant nivå av 3,5-6,0 mmol / l. Efter att ha ätit uppgår glukosnivån inom en timme till 8 mmol / l och återgår sedan till normal. I kroppen upprätthålls en konstant nivå av glukos i blodet på grund av förekomsten av neurohumorala mekanismer. Huvudindikatorn för kolhydratmetabolismens tillstånd är glukosinnehållet i blodet och urinen.
HYPERGLIKEMIA är ett tillstånd där glukosnivåerna är över normala. orsaker:
1. Fysiologisk - näring, känslomässig.
2. Patologisk - diabetes; steroiddiabetes (Itsenko-Cushing) - hyperproduktion av bikakortikoider av binjurskortet; hyperproduktion av adrenalin, glukagon, thyroidhormontyroxin.
HYPOGLICEMIA - ett tillstånd där glukosnivåer är under normala. orsaker:
1. Minskad glukosutgång: leversjukdomar, endokrina sjukdomar (tillväxthormonbrist, kortisol), ärftliga metaboliska störningar (glykogensyntetasbrist, galaktosemi, fruktosintolerans, leverformer av glykogenos).
2. Ökat glukosutnyttjande: minskning av fettreserver (undernäring), försämrad fettsyraoxidation, β-cellhyperplasi. Podge. körtlar, insulinöverdos, Addisons sjukdom - hypoprodukter av glukokortikoider.
GLUCOSURIA - Utseendet av socker i urinen. Om glukosnivån i blodet är 8-10 mmol / l är den trasig
njurtröskeln för glukos och det förekommer i urinen. orsaker:
- neurogen på grundval av stressiga tillstånd
- akuta infektionssjukdomar
2,6. Diabetes mellitus, biokemiska egenskaper hos patogenesen.
Detta är en sjukdom som härrör från en absolut eller relativ insulinbrist.
Insulin är det enda hormon som sänker blodsockern. Movement:
-ökar permeabiliteten hos cellmembran för glukos i cellerna i fett- och muskelvävnad, under dess inflytande blandas GLUT-4-transportörsproteinerna från cytoplasman in i cellmembranet, där de kombineras med glukos och transporterar den inuti cellen;
-aktiverar hexokinas, fruktokinas, pyruvatkinas (stimulerar glykolys);
-aktiverar glykogensyntetas (stimulerar glykogensyntes);
-aktiverar pentos-fosfat dehydrogenasvägen;
-Enligt mekanismen för kronisk reglering är det en inducerare av syntesen av hexokinas och en repressor av syntesen av glukoneogenesenzymer (den blockerar glukoneogenes);
-30% av kolhydraterna i lipider;
-stimulerar TCA-cykeln genom aktivering av enzym-syntetaset, vilket katalyserar reaktionen av interaktionen mellan acetyl CoA och SchUK;
Diabetes mellitus (DM) är klassificerad enligt skillnaderna i genetiska faktorer och klinisk kurs i två huvudformer: Typ I-diabetes - insulinberoende (IDDM) och typ II-diabetes - icke-insulinberoende (NIDDM).
IDDM - en sjukdom som orsakas av förstörelsen av p-celler i öarna i Langerhans i bukspottkörteln, på grund av autoimmuna reaktioner, virusinfektioner (smittkoppvirus, röda hundar, mässling, fårsjuka, adenovirus). När diabetes minskar insulin / glukagonförhållandet. Samtidigt försvagas stimuleringen av glykogen och fettavsättningsprocesser, och mobiliseringen av energibärare intensifieras. Även efter en måltid fungerar levern, musklerna och fettvävnaden i ett postabsorberande tillstånd.
Hyperglykemi - öka konc. blodglukos.
Det orsakas av en minskning av användningsgraden av glukos av vävnader på grund av brist på insulin eller minskning av den biologiska effekten av insulin i målvävnader. Med insulinbrist minskar antalet glukosöverföringsproteiner (GLUT-4) på membran av insulinberoende celler (muskelfettvävnad). I muskler och lever deponeras inte glukos som glykogen. I fettvävnad minskar synteshastigheten och avsättningen av fett. Glukoneogenes aktiveras från aminosyror, glycerol och laktat.
Glukosuri - utsöndring av glukos i urinen.
Normalt absorberar proximal tubuler av njurarna all glukos om dess nivå inte överstiger 8,9 mmol / l. Ökad koncentration av glukos i blodet överstiger koncentrationen av njurtröskeln, vilket får den att uppträda i urinen.
Ketonemi - ökad koncentration av ketonkroppar i blodet.
Fetter deponeras inte, men deras katabolism accelererar. Koncentrationen av icke-esterifierade fettsyror ökar, vilket fångar levern och oxiderar dem till acetyl CoA. Acetyl-CoA omvandlas till p-hydroxisyrsyra och acetoättiksyra. Dekarboxylering av acetoacetat till aceton förekommer i vävnaderna, därför kommer dess lukt från patienter. Ökad koncentration av ketonkroppar i blodet (över 20 mg / l) leder till ketonuri. Uppsamlingen av ketonkroppar minskar buffertkapaciteten hos skuren och orsakar acidos.
Insulinbrist leder till en minskning av proteinsyntesens hastighet och ökad deras nedbrytning. Detta medför en ökning av koncentrationen av aminosyror i blodet, vilka deamineras i levern. Den resulterande ammoniaken går in i ornitincykeln, vilket leder till en ökning av koncentrationen av urea i blodet och urin-azotemi.
Polyuria - ökad urinering (3-4l per dag och över), eftersom glukos ökar osmotiskt tryck.
Polydipsia - konstant törst, torr mun, på grund av förlust av vatten.
Polyfagi - upplever hunger, ofta äter, men förlorar vikt, för Glukos är inte en energikälla - "hungrig bland överflöd".
NIDDM - uppstår som resultat av relativ insulinbrist på grund av:
- insulinsekretionsstörningar
- nedsatt omvandling av proinsulin till insulin
- öka insulinkatabolism
-insulinreceptorfel, skada intracellulära insulinsignalmediatorer.
Det påverkar personer som är äldre än 40 år, kännetecknas av en hög frekvens av familjeformer. Den främsta orsaken till sena komplikationer av diabetes är hyperglykemi, vilket leder till skador på blodkärl och dysfunktion hos olika vävnader och organ. En av huvudmekanismerna för vävnadskada i diabetes mellitus är glykosylering av proteiner, vilket leder till en förändring av deras konformation och funktioner. Makroangiopatier manifesterar sig i nederlaget för stora och medelstora kärl i hjärtat, hjärnan, nedre extremiteterna (gangren). Mikroangiopati är resultatet av skador på kapillärerna och små kärlen och manifesterar sig i form av nefro, neuro och retinopati. Vid förekomsten av mikroangiopati spelar glykosylering av proteiner en viss roll, vilket leder till förekomst av nefropati (nedsatt njurfunktion) och retinopati (upp till synförlust).
Kollagen utgör grunden för kapillärkällarmembran. Det ökade innehållet i glykosylerat kollagen leder till en minskning av dess elasticitet, löslighet, för tidig åldring, utveckling av kontrakturer. I njurarna leder sådana förändringar till ödemarkering av glomeruli och kroniskt njursvikt.
Glykosylerade lipoproteiner, som ackumuleras i kärlväggen, leder till utvecklingen av hyperkolesterolemi och lipidinfiltrering. De tjänar som grund för atheromer, en kränkning av vaskulär ton uppstår, vilket leder till ateroskleros.
2.5. Test för glukosstolerans.
Efter intagning kan glukoskoncentrationen nå 300-500 mg / dl och förblir hög vid efter-adsorptionsperioden, d.v.s. glukostolerans minskar och observeras i fall av latent form av diabetes mellitus. I dessa fall har människor inga kliniska symptom som är karakteristiska för diabetes, och fastande glukoskoncentration är normal.
Ett oralt glukostoleransprov utförs för att identifiera en dold form av diabetes. För att göra detta bestämmer du den fasta glukosenivån i blodet. Därefter får patienten en glukosbelastning med en hastighet av 1 g per kg vikt, varpå varje 30 minuter i 3 timmar bestäms glukosnivån i blodet. Resultaten presenteras som en kurva.
3. Laboratorium och praktiskt arbete:
3,1. Bestämning av blodglukos med hjälp av One Touch ultra-glukometern.
Bestäm den fastande glukosen i en elev. Hanteringsanalys. Ta en bloddropp på fingeren till testområdet på testremsans övre del och håll den i denna position tills kapillären är helt fylld. En rapport visas på skärmen i 5 sekunder, varefter värdet av glukosnivå i mmol / l anges. Efter att testremsan tagits bort släpper bilden på skärmen ut och den är klar för nästa analys.
Arbetsförlopp: Tvätta händerna med varmt vatten och tvål och torka noggrant. Behandla fingret med en bomullspinne fuktad med etylalkohol och torka den. Steril scarifier punktera fingerens hud och kläm en bloddropp från den, som du kommer in i teststickans kapillär. Behandla sedan punkteringsplatsen med en bomullspinne fuktad med etylalkohol.
2. Ge en drink av sött te.
3. Bestäm glukosinnehållet efter 30 minuter från det att lasten togs.
4. Bestäm glukosinnehållet efter 2,5 timmar från det att lasten togs.
Glykogenfördelning
Innehållet
Levern är den främsta källan till glykogenreserver. Vid fastning utsöndras glukagon, vilket stimulerar nedbrytningen av leverglykogen till glukos. Glukos kommer in i blodomloppet och överförs med blodomloppet till hjärnan, där det fungerar som en energikälla för detta organ. Med nedbrytningen av glykogen i levern katalyseras omvandlingen av glukos-6-fosfat till glukos genom glukos-6-fosfatas
Glykogenfördelning är normalt. Redigera
Glykogen förvaras i muskler och lever. Under fastande konsumeras leverglykogen och vid ökad fysisk aktivitet konsumeras muskelglykogen.
Glykogenos Redigera
När glykogenos observerade överträdelser av lagringen av glykogen; 4 av 12 typer av glykogenoser presenteras i fig. 26.3- 26,6.
Muskler använder lagrad glykogen uteslutande för sina egna behov som energikälla. Med intensiva belastningar i anaeroba förhållanden, till exempel med adrenalininsatsen (reaktionen "rädda dig själv eller slåss"). Särskilt intensiv anaerob glykolys uppträder i de vita musklerna. Det finns inget glukos-6-fosfatas i musklerna.
Glykogenos typ I (Girkesjukdom). Erfaren av autosomal recessiv typ. Sjukdomen orsakas av glukos-6-fosfatasbrist i levern. På grund av detta kan levern inte reglera nivån av glukos i blodet, och hos nyfödda utvecklas allvarlig hypoglykemi. Överskott glykogen lagras i lever och njurar. På grund av ackumulering av glukos-6-fosfat, hyperlactatemia, hyperlipidemi, hyperurikemi och gikt utvecklas.
Typ II glykogenos (Pompesjukdom). Typ II glykogenos är ärft på ett autosomalt recessivt sätt. Orsaken till sjukdomen är en sur brist på a- (1-> 4) glukosidas, ett lysosomenzym. På grund av ackumulering av glykogen utvecklas kardiometal efter 2-3 månader efter födseln. Dessutom påverkar det levern och musklerna, vilket leder till allmän muskelsvaghet. Det antas att vid behandling av glykogenos typ II enzym ersättning terapi kommer att vara effektiv.
Typ III glykogenos (Cory-sjukdom) orsakas av enzymbrist, där både levern och andra organ ackumulerar en onormal form av glykogenresterande dextrin. Detta är en grenad molekyl, i vilken i stället för fullvängda grenar, i ställen för a- (1-6 bindningar, finns förkortade grenar. Sjukdomen kännetecknas av hypoglykemi och hepatomegali
Typ V glykogenos (Mac-Ardla's sjukdom) ärvt på ett autosomalt recessivt sätt. Det orsakas av brist på muskelfosforylas (myofosforylas). I typ V glykogenos kan musklerna inte bryta ner muskelglykogen för energi. Under fysisk ansträngning lider sådana patienter av snabb trötthet och muskelspasmer, myoglobinuri observeras
Fig. 26,6. Glykogenos typ I (Girkesjukdom).
Upplösning av glykogen (glykogenolys)
För kroppens normala ämnesomsättning är vanligen tillräckligt med glukos i djurets kost. Annars kan glykogenreserver i levern och muskelvävnaden mobiliseras.
Nedbrytningen av glykogen baseras på sekventiell avlägsnande av glukosrester i form av glukos-1-fosfat. Den första glykogennedbrytningsreaktionen katalyseras av enzymet glykogen fosforylas. Fosfat är inblandat i det, och det kallas därför fosforolys. Reaktionen leder till nedbrytningen av glykosidbindningen av a-1,4 glykogen för framställning av glukos-1-fosfat:
I följande reaktion sker isomerisering av glukos-1-fosfat under påverkan av enzymet fosfolukomutas med bildningen av glukos-6-fosfat:
I levern (men inte i musklerna) hydrolyseras glukos-6-fosfat, som produceras under nedbrytningen av glykogen, med glukos-6-fosfat med frisättning av fri glukos:
Den totala balansen mellan separationen av en glukosrest från en glykogenmolekyl i levern genom glykogenolys kan representeras av följande ekvation:
Det bör noteras att energin i form av ATP i processen med glykogenolys inte används och inte bildas. I perifera vävnader sönderdelas glukos-6-fosfat, erhållet under glykolys, till mjölksyra i vit muskelvävnad och oxideras fullständigt till C02 och H20 i röda muskler.
Levern har en enorm förmåga att lagra glykogen. I den mänskliga leveren kan glykogenhalten nå 10% av den våta massan av körteln. Nivån av glykogen i musklerna är mycket mindre - 1-2% av deras totala massa, men kvantitativt glykogen är signifikant högre i djurets muskelvävnad, med hänsyn till förhållandet mellan muskelmassa och levermassa.
Musklernas och leverns glykogen utför olika roller. Muskelglykogen tjänar som en reserv för syntesen av ATP för denna vävnad, medan leverglykogenens funktion är att reservera glukos för att bibehålla koncentrationen av fri glukos i blodet. Innehållet i glykogen i levern varierar mycket beroende på kolhydrathalten i djurets kost.
Processerna av glykogenes och glykogenolys i levern fungerar som en "buffert" av blodglukosnivåer. Denna funktion hos dessa processer är dock obetydlig i förhållande till muskelvävnad. Mekaniskt arbete är en förutsättning för mobilisering av muskelglykogen för att erhålla ytterligare kvantiteter av ATP. Nivån av glykogenutnyttjande beror på typen (vit eller röd) i muskelfibern. Röda muskelfibrer har ett rikt nätverk av blodkärl, innehåller stora mängder myoglobin och mitokondrier. Inuti dessa celler omvandlas glykogen till pyruvsyra, som i närvaro av syre kan oxideras till C02 och H20.
Processerna för glykogenolys och glykogenes är förknippade med kroppens behov av glukos - källan till ATP. Reglering av dessa processer är svår. Det involverar allosteriska enzymer glykogensyntas och glykogenfosforylas. Deras aktivitet utförs av hormoner - de första extracellulära budbärarna (glukagon och adrenalin) och cyklisk AMP (cAMP), den sekundära intracellulära budbäraren.
Glukagon ger glykogenolys i levern på grund av aktiveringen av glykogenfosforylas. Glukagon orsakar också inhiberingen av glykogensyntasaktivitet. Sålunda ger glukagon i levern nedbrytningen av glykogen för att normalisera blodglukosnivåerna. Adrenalin, aktiverande glykogenfosforylas, stimulerar utsöndringen av fri glukos från levern in i blodomloppet för behoven hos alla perifera organ i kroppen.
Muskelglykogenfördelning
Det är känt att fosforolys spelar en nyckelroll vid mobiliseringen av polysackarider. (I vävnaderna hos människor och djur upptäckte de sovjetiska biokemikerna E. L. Rosenfeld och I. A. Popova också y-amylasenzymet som katalyserar klyvningen av glukosrester från glykogenmolekylen med a-1,4-bindningar. Den ledande rollen i nedbrytningen av glykogen i celler tillhör fosforylaser.) Fosforylaser omvandlar polysackarider (i synnerhet glykogen) från lagringsformen till den metaboliskt aktiva formen; i närvaro av fosforylas sönderdelas glykogen för att bilda glukosfosfatester (glukos-1-fosfat) utan att först förstöra den i större fragment av polysackaridmolekylen.
Reaktionen katalyserad av fosforylas, i allmän form, ser så här ut:
I denna reaktion (C6H10O5)n betyder glykogenspolysackaridkedjan, en (C6H10O5)n-1 samma kedja, men förkortad av en glukosrest.
I fig. 82 visar hur glykogens nedbrytning går till glukos-1-fosfat och deltagandet av cAMP i denna process. Enzymet fosforylas finns i två former, varav en (fosforylas "a") är aktiv, medan den andra (fosforylas "c") vanligtvis är inaktiv. Båda formerna kan dissociera i subenheter. Fosforylas "b" består av två subenheter och fosforylas "a" - av fyra. Transformationen av fosforylas "in" i fosforylas "a" utförs genom proteinfosforylering enligt ekvationen:
2 mol. fosforylas "i" + 4 ATP->
1 mol. fosforylas "a" + 4 ADP
Denna reaktion katalyseras av ett enzym som kallas fosforylaskinas. Det visade sig att denna kinas kan existera i både aktiva och inaktiva former, varvid det inaktiva fosforylaskinaset blir aktivt under påverkan av enzymproteinkinaset (fosforylaskinas). Den aktiva formen av den senare bildas med deltagande av cAMP. Som redan noterat bildas cAMP i sin tur från ATP genom verkan av enzymet adenylatcyklas. Denna reaktion stimuleras, särskilt av adrenalin och glukagon. En ökning av innehållet av adrenalin leder längs denna komplexa reaktionsreaktion till omvandlingen av fosforylas "till" till fosforylas "a" och följaktligen till frisättning av glukos i form av glukos-1-fosfat från glykogenförvaringspolysackariden. Den omvända transformationen av fosforylas "a" till fosforylas "in" katalyseras av enzymet fosfatas (denna reaktion är nästan irreversibel).
Det bör noteras att fosforylas "a" klyver glukosrester, utgående från den yttre änden av glykogenmolekylens yttre grenar, och när den närmar sig α (1 -> 6) -anslutningar stannar dess åtgärd. Med andra ord fortsätter fosforolysen endast upp till grenpunkterna i glykogenmolekylen. Enzymet amylo-1,6-glukosidas kan klämma (1-> 6) -anslutning vid grenpunkten, varefter fosforylas "a" återigen har möjlighet att agera tills den når nästa grenpunkt etc.
Glukos-1-fosfatet bildat som ett resultat av fosforolys transformeras vidare av fosfoglukomutas till glukos-6-fosfat:
För att denna reaktion ska gå vidare är en fosforylerad form av fosfoglukomutas nödvändig, det vill säga dess aktiva form som bildas i närvaro av glukos-1,6-difosfat. Således spelar glukos-1,6-difosfat i fosfoglukomutasreaktionen rollen som ett koenzym. (Glukos-1,6-difosfat är produkten av följande reaktion: glukos-1-fosfat + ATP-glukos-1,6-difosfat + ADP).
Bildandet av fri glukos från glukos-6-fosfat i levern sker under påverkan av glukos-6-fosfatas. (Till skillnad från levern finns det inget glukos-6-fosfatas i muskelvävnaden.) Detta enzym katalyserar hydrolytisk klyvning av fosfat:
I fig. 83 visar vägarna för nedbrytning och syntes av glykogen.
Det kan anses att upprätthållande av konsistensen av sockerkoncentrationen i blodet huvudsakligen är resultatet av det samtidiga flödet av två processer: inträdet av glukos i blodet från levern och dess förbrukning från blodet av vävnaderna, där den används främst som ett energiskt material.
I vävnaderna (inklusive levern) finns det två huvudvägar för nedbrytning av glukos: den anaeroba vägen som går i frånvaro av syre och den aeroba vägen, som kräver syre.
Glykogenfördelning
Vägen för glykogennedbrytning i fri glukos skiljer sig från syntesen. Det innehåller ett antal andra enzymer. Glykogenfosforylas katalyserar den första katabolismreaktionen av glykogen och bryter alfa-1,4-glykosidbindningen mellan glukosrester vid kedjans ändar genom fosforolys, det vill säga interaktion med oorganiskt fosfat. De sista glukosresterna klyvas bort i form av glukos-1-fosfat. Således skiljer sig förfarandet för att bryta alfa-1,4-glykosidbindningarna av glykogen i vävnader från deras hydrolytiska brott under verkan av amylas i mag-tarmkanalen. Fosforylasreaktionen upprepas tills 4 glukosrester återstår upp till grenpunkten. Sedan överför alfa (1®6) -glukosidasenzymet triglykosenzymet till slutet av den närliggande kedjan, och den fjärde glukosresten som är bunden av alfa-1,6-glykosidbindningen klibbar på hydrolytisk sätt i form av fri glukos. Därefter katalyserar glykogenfosforylas klyvningen av glukosrester till en ny grenpunkt.
Glukos-1-fosfatmolekyler omvandlas till glukos-6-fosfat under påverkan av fosfoglukomutas, vilket katalyserar samma reaktion i motsatt riktning under glykogenbiosyntes. Övergången av glukos-6-fosfat till fri glukos kan inte utföras genom hexokinasreaktionen, eftersom den är irreversibel. I levern och njuren är enzymet glukos-6-fosfatas som katalyserar hydrolysreaktionen av glukos-6-fosfat till glukos. Fri glukos går in i blodet och går in i andra organ. I muskler, hjärnor och andra vävnader är glukos-6-fosfatas frånvarande. Således tjänar glykogen i levern som en källa till glukos för hela organismen, och musklerna och hjärnans glykogen bryts ner till glukos-6-fosfat, vilket används i dessa vävnader.
Uppdelningen av glykogen till mjölksyra (glykogenolys)
Glukos, som kommer från blodet och glukosrester av deponerad glykogen tjänar som muskelglykolysubstratet. På grund av den sekventiella verkan av glykogenfosforylas och fosfoglukomutas omvandlas glukosresterna av glykogen till glukos-6-fosfat, som sedan ingår i glykolysprocessen:
När det gäller glykogenolys konsumeras ATP endast en gång för bildning av fruktos-1,6-difosfat. Om vi tar hänsyn till kostnaden för ATP för glykogenbiosyntes (två ATP-molekyler för inkludering av en glukosrest), är nettoväxlet endast 1 ATP-molekyl per 1 glukosrest. Konsumtionen av ATP för syntesen av glykogen i muskler sker vid vila, när avlagringen av glykogen är tillräckligt försedd med syre och energi. Och under intensiv träning orsakar den anaerobe nedbrytningen av glykogen till mjölksyra ett högre utbyte av ATP än glukosnedbrytningen.