Glykogen är en reservkolhydrat av djur, som består av en stor mängd glukosrester. Tillförseln av glykogen gör att du snabbt kan fylla bristen på glukos i blodet, så fort nivån minskar, glykogenklyftan och fri glukos kommer in i blodet. Hos människor lagras glukos huvudsakligen som glykogen. Det är inte lönsamt för celler att lagra individuella glukosmolekyler, eftersom detta skulle öka det osmotiska trycket inuti cellen avsevärt. I sin struktur liknar glykogen stärkelse, det vill säga en polysackarid, som i huvudsak lagras av växter. Stärkelse består också av glukosrester kopplade till varandra, men det finns många fler grenar i glykogenmolekyler. Högkvalitativ reaktion på glykogen - reaktionen med jod - ger en brun färg, till skillnad från jodreaktionen med stärkelse, vilket gör att du kan få en lila färg.
Reglering av glykogenproduktion
Bildandet och nedbrytningen av glykogen reglerar flera hormoner, nämligen:
1) insulin
2) glukagon
3) adrenalin
Bildandet av glykogen inträffar efter koncentrationen av glukos i blodet stiger: Om det finns mycket glukos måste det lagras för framtiden. Upptaget av glukos av celler regleras huvudsakligen av två hormonantagonister, det vill säga hormoner med motsatt effekt: insulin och glukagon. Båda hormonen utsöndras av bukspottkörtelceller.
Observera: orden "glukagon" och "glykogen" är mycket lika, men glukagon är ett hormon och glykogen är en extra polysackarid.
Insulin syntetiseras om det finns mycket glukos i blodet. Det händer vanligtvis efter att en person har ätit, särskilt om maten är kolhydratrik mat (till exempel om du äter mjöl eller söt mat). Alla kolhydrater som ingår i maten bryts ner till monosackarider och absorberas redan i denna form genom tarmväggen in i blodet. Följaktligen stiger glukosnivån.
När cellreceptorer svarar på insulin absorberar cellerna glukos från blodet och dess nivå minskar igen. Förresten, det är därför diabetes - insulinbrist är figurativt kallad "hunger bland överflöd", för i blodet efter att ha ätit mat som är rik på kolhydrater uppträder mycket socker, men utan insulin kan celler inte absorbera det. En del av glukoscellerna används för energi, och de återstående omvandlas till fett. Leverceller använder absorberad glukos för att syntetisera glykogen. Om det finns liten glukos i blodet uppstår omvänd process: bukspottkörteln utsöndrar hormonet glukagon och levern celler börjar bryta ner glykogen, släppa glukos i blodet eller syntetisera glukos igen från enklare molekyler som mjölksyra.
Adrenalin leder också till nedbrytning av glykogen, eftersom hela verkan av detta hormon syftar till att mobilisera kroppen och förbereda den för "hit eller run" -reaktionen. Och för detta är det nödvändigt att koncentrationen av glukos blir högre. Då kan musklerna använda det för energi.
Således leder upptagningen av mat till frisättningen av hormoninsulinet i blodet och syntesen av glykogen och svält leder till frisättningen av hormonet glukagon och nedbrytningen av glykogen. Utlösningen av adrenalin, som uppstår i stressiga situationer, leder också till nedbrytning av glykogen.
Vad syntetiseras glykogen från?
Glukos-6-fosfat tjänar som ett substrat för syntesen av glykogen eller glykogenogenes, som det annars kallas. Detta är en molekyl som erhålles från glukos efter att ha fäst en fosforsyrarest till den sjätte kolatomen. Glukos, som bildar glukos-6-fosfat, går in i levern från blodet och in i blodet från tarmen.
Ett annat alternativ är möjligt: glukos kan syntetiseras från enklare prekursorer (mjölksyra). I det här fallet går glukos från blodet till exempel i musklerna, där det delas in i mjölksyra med utsläpp av energi, och sedan transporteras den ackumulerade mjölksyran till levern, och levercellerna syntetiserar glukos därifrån. Då kan denna glukos omvandlas till glukos-6-fosfot och vidare på basis av den för att syntetisera glykogen.
Steg av glykogenbildning
Så, vad händer i processen med glykogensyntes från glukos?
1. Glukos efter tillsats av fosforsyraåterbliven blir glukos-6-fosfat. Detta beror på enzymet hexokinas. Detta enzym har flera olika former. Hexokinas i musklerna är något annorlunda än hexokinas i levern. Formen av detta enzym, som är närvarande i levern, är sämre förknippad med glukos, och produkten som bildas under reaktionen inhiberar inte reaktionen. På grund av detta kan levercellerna bara absorbera glukos när det finns mycket, och jag kan omedelbart vända mycket substrat till glukos-6-fosfat, även om jag inte har tid att bearbeta den.
2. Enzymet fosfoglukomutas katalyserar omvandlingen av glukos-6-fosfat till dess isomer, glukos-1-fosfat.
3. Det resulterande glukos-1-fosfatet kombineras därefter med uridintrifosfat, vilket bildar UDP-glukos. Denna process katalyseras av enzymet UDP-glukospyrofosforylas. Denna reaktion kan inte fortsätta i motsatt riktning, det vill säga är irreversibel under de betingelser som finns närvarande i cellen.
4. Enzymglykogensyntaset överför återstoden av glukos till den framväxande glykogenmolekylen.
5. Det glykogen-fermenterande enzymet lägger till grenpunkter, vilket skapar nya "grenar" på glykogenmolekylen. Senare i slutet av denna gren tillsätts nya glukosrester med användning av glykogensyntas.
Var lagras glykogen efter bildning?
Glykogen är en extra polysackarid som är nödvändig för livet, och den lagras i form av små granuler som finns i cytoplasman hos vissa celler.
Glykogen förvarar följande organ:
1. Lever. Glykogen är ganska riklig i levern, och det är det enda organet som använder glykogen butiker för att reglera koncentrationen av socker i blodet. Upp till 5-6% kan vara glykogen från leverns massa, vilket ungefär motsvarar 100-120 gram.
2. Muskler. I musklerna är glykogenbutikerna mindre i procent (upp till 1%), men totalt kan de överstiga all glykogen lagrad i levern. Muskler avger inte glukosen som bildades efter nedbrytningen av glykogen i blodet, de använder den endast för sina egna behov.
3. Njurar. De fann en liten mängd glykogen. Ännu mindre kvantiteter hittades i glialceller och i leukocyter, det vill säga vita blodkroppar.
Hur länge lagras glykogenbutikerna?
I processen med vital organisms aktivitet syntetiseras glykogen ganska ofta, nästan varje gång efter en måltid. Kroppen är inte meningsfull att lagra stora mängder glykogen, eftersom dess huvudsakliga funktion inte ska fungera som näringsdonor så länge som möjligt, men för att reglera mängden socker i blodet. Glykogen butiker varar i ca 12 timmar.
För jämförelse lagrade fetter:
- För det första har de vanligtvis en mycket större massa än massan av lagrad glykogen,
- För det andra kan de räcka för en månad av existens.
Dessutom är det värt att notera att människokroppen kan omvandla kolhydrater till fetter, men inte vice versa, det vill säga det lagrade fettet kan inte omvandlas till glykogen, det kan bara användas direkt för energi. Men för att bryta ner glykogen till glukos, förstör sedan glukosen i sig och använd den resulterande produkten för syntes av fetter, människokroppen är ganska skicklig.
Glykogen är en lättanvänd energibesparing.
Mobilisering av glykogen (glykogenolys)
Reserver av glykogen används olika beroende på cellens funktionella egenskaper.
Leverglykogen bryts ned genom att minska koncentrationen av glukos i blodet, främst mellan måltiderna. Efter 12-18 timmars fastande är glykogenbutikerna i levern fullständigt uttömda.
I muskler minskar mängden glykogen vanligtvis bara under fysisk aktivitet - förlängd och / eller intensiv. Glykogen används här för att säkerställa myocyternas funktion med glukos. Således använder muskler, såväl som andra organ, glykogen endast för sina egna behov.
Mobilisering (sönderdelning) av glykogen eller glykogenolys aktiveras när det saknas fri glukos i cellen och därmed i blodet (fastande, muskulärt arbete). Nivån av blodglukos "målmedvetet" stöder endast levern, där det finns glukos-6-fosfatas, som hydrolyserar glukosfosfatester. Den fria glukosen som bildas i hepatocyt frisätts genom plasmamembranet i blodet.
Tre enzymer är direkt involverade i glykogenolys:
1. Fosforylaseglykogen (koenzympyridoxalfosfat) - klyver a-1,4-glykosidbindningar för att bilda glukos-1-fosfat. Enzymet fungerar tills 4 glukosrester återstår till grenpunkten (a1,6-bindning).
Fosforylas roll i mobiliseringen av glykogen
2. a (1,4) -a (1,4) -glucanthransferas är ett enzym som överför ett fragment från tre glukosrester till en annan kedja med bildandet av en ny a1,4-glykosidbindning. Samtidigt förblir en glukosrest och ett "öppet" tillgängligt a1,6-glykosidbindning på samma plats.
3. Amylo-a1,6-glukosidas, ("detituschy" -enzym) - hydrolyserar a1,6-glykosidbindningen med frisättning av fri (icke-fosforylerad) glukos. Som ett resultat bildas en kedja utan grenar, som igen tjänar som substrat för fosforylas.
Enzymernas roll vid nedbrytningen av glykogen
Glykogsyntes
Glykogen kan syntetiseras i nästan alla vävnader, men de största glykogenbutikerna finns i lever- och skelettmuskeln.
I muskler minskar mängden glykogen vanligtvis bara under fysisk aktivitet - förlängd och / eller intensiv. Uppsamlingen av glykogen här noteras under återhämtningsperioden, speciellt när man tar kolhydrater med hög kolhydrater.
Leverglykogen bryts ned genom att minska koncentrationen av glukos i blodet, huvudsakligen mellan måltiderna (efter adsorptionsperioden). Efter 12-18 timmars fastande är glykogenbutikerna i levern fullständigt uttömda. Glykogen ackumuleras i levern först efter att ha ätit, med hyperglykemi. Detta beror på särdrag hos leverkinas (glukokinas), som har låg affinitet för glukos och kan fungera endast vid höga koncentrationer.
Vid normala glukoskoncentrationer i blodet upptas inte fångsten genom levern.
Följande enzymer syntetiserar direkt glykogen:
1. Fosfoglukomutas - omvandlar glukos-6-fosfat till glukos-1-fosfat;
2. Glukos-1-fosfat-uridyltransferas - ett enzym som utför nyckelsyntesreaktionen. Irreversibiliteten av denna reaktion tillhandahålles genom hydrolys av det resulterande difosfatet;
Reaktioner av syntesen av UDP-glukos
3. Glykogensyntas - bildar a1,4-glykosidbindningar och förlänger glykogenkedjan, som bifogar aktiverad C1 UDF-glukos till C4 terminal glykogenrest;
Glykogsyntesreaktionskemi
4. Amylo-a1,4-a1,6-glykosyltransferas, "glykogenförgrenande" enzym - överför ett fragment med en minsta längd av 6 glukosrester till en närliggande kedja med bildningen av en a1,6-glykosidbindning.
Chemist Handbook 21
Kemi och kemisk teknik
Glykogenfördelning för att bilda glukos
Under fosforolys sönderdelas glykogen med bildandet av glukosfosforestrar, utan att först splittras i större fragment av polysackaridmolekylen. [C.251]
Fosforylaser överför polysackarider (i synnerhet glykogen) från lagringsformen till den metaboliskt aktiva formen i närvaro av fosforylas och glykogen bryts upp för att bilda glukosfosfateter (glukos-1-fosfat) utan splittring i större fragment av polysackaridmolekylen. Generellt sett kan denna reaktion representeras enligt följande [p.325]
Senare kommer vi att svara på den här viktiga frågan i större detalj (kapitel 25), nu säger vi bara att om kroppen plötsligt befinner sig i en kritisk situation, utsöndrar adrenalmedulla hormonadrenalin i blodet, vilket fungerar som en molekylär signal för lever och muskler. Under inverkan av denna signal slår levern på sitt glykogenfosforylas, varigenom blodglukosnivån stiger, d.v.s. musklerna får bränsle. Samma signal innefattar i skelettmuskeln nedbrytningen av glykogen med bildningen av laktat, och därigenom förbättras [s. 4 64]
Digestion av dietkolhydrater börjar i munhålan. Under enzymet verkar salivamylas, stärkelse och glykogen grunda klyvning för att bilda polysackarider med låg molekylvikt - dextrin. Vidare sönderdelning av dextriner, såväl som osmält stärkelse och glissogen förekommer i tunntarmen med deltagande av bukspottkörteljuicamylas. Resultatet är en disackaridmaltos, bestående av två glukosrester. Digestionen av kolhydrater kompletteras genom omvandling av den bildade maltosen och andra matdisackarider (sackaros, laktos) till monosackarider (glukos, fruktos, galaktos), vars huvudämne är glukos. [C.44]
Komplexa kolhydrater börjar genomgå transformationer redan i munnen. Saliv, en sekretion som produceras av spottkörtlarna (parotid, submandibular, sublingual) innehåller två enzymer som bryter ner kolhydratamylas (salylamylas som tidigare kallades ptyalin) och i en liten mängd maltas. Dessa enzymer, genom successiv exponering för stärkelse eller glykogen, bringar nedbrytningen (hydrolysen) av dessa polysackarider till bildandet av glukos. [C.241]
För att glykogenfosforylas ska brytas ner under glykogenverkan måste ett annat enzym också fungera på polysackariden. (1 -> 6) -glukosidas. Detta enzym katalyserar två reaktioner. I den första av dessa klipper han från kedjan tre glukosrester från de fyra som nämns och överför dem till slutet av någon annan yttre sidokedja. I den andra reaktionen, som katalyseras av ett (1 - + -> 6) -glukosidas, klyvs den fjärde glukosresten fast vid grenpunkten för en (1- -> 6> bindning. Hydrolys av en (1-> 6> bindning vid grenpunkten leder till bildandet av en molekyl av D-glukos och från- [s.457]
Glykogen löses i varmt vatten för att bilda en opaliserande lösning. Den är målade med jod i en rödbrun färg, nära färgen av jodfärgad amylopektin. Glykogen har inga reducerande egenskaper. Under hydrolysen av glykogen genom utspädd mineralsyra, liksom genom att splittra den med enzymer bildas a-O-glukos. Resterna av glukosmolekyler i glykogenmolekyler är kopplade till varandra med glukosidbindningar 1,4 och 1,6. Således har glykogenmolekylen, liksom amylo-pektin, en grenstruktur med en större mängd 1,6 glukosidbindningar (för 12 bindningar av 1,4, det finns en 1,6-bindning) än i amylopektinmolekylen och därför mer grenad och mer kompakt (fig 5). [C.74]
Leverans funktion i kolhydratmetabolism är extremt stor och mångfacetterad. Det kan syntetisera glykogen från glukos och icke-kolhydratmaterial. Sådant material kan vara mjölksyra, glycerin, klyvningsprodukterna av glykol, alanin, tyrosin, fenylalanin, serin, treonin, cystein, valin, isoleucin, asparaginsyra och glutaminsyror, arginin och prolin. Dessa är de så kallade glukogena syrorna. Levern kan oxidera pyruvsyra för att bilda ATP, som används av levern för att omvandla mjölksyra till glykogen. [C.84]
För första gången med AMP-beroende fosforylering av proteiner detekterades när man studerade glykogenets metabolism i skelettmuskulaturceller. Glykogen är den huvudsakliga reservformen för glukos, som nämnts är dess sönderdelning i muskelceller reglerad av adrenalin (i själva verket reglerar adrenalin både nedbrytningen av glykogen och dess syntes i skelettmuskeln). Om till exempel djuret utsätts för stress (skrämma etc.), kommer binjurarna att börja kasta adrenalin i blodet, och detta kommer att bringa kroppens olika vävnader till en beredskapsläge. Adrenalin som cirkulerar i blodet orsakar i synnerhet nedbrytningen av glykogen i muskelceller till glukos-1-fosfat och samtidigt hämmar syntesen av ny glykogen. Glukos-1-fosfat omvandlas till glukos-6-fosfat, som sedan oxideras i glykolysreaktioner med bildandet av ATP, vilket ger energi för intensivt muskelarbete. På detta sätt förbereder adrenalin muskelcellerna för intensivt arbete. [C.372]
Hos människor är ett antal genetiska sjukdomar associerade med nedsatt syntes eller nedbrytning av glykogen kända. En av de första var ett fall av kronisk leverförstoring - hos en 8-årig tjej, som också hade olika typer av metaboliska störningar. Flickan dog av influensan. En obduktion avslöjade att hennes lever var 3 gånger normen. Den innehöll en enorm mängd glykogen. Dess andel var nästan 40% av organets torrvikt. Glykogen som isolerats från levern var kemiskt ganska normal, men när en del levervävnad homogeniserades och inkuberades i en buffert var denna glykogen intakt - varken laktat eller glukos bildades. När en suspension framställd från vävnaden hos en normal lever sattes till glykogen kollapsade den snabbt till glukos. Baserat på detta biokemiska test drog forskarna slutsatsen att patienten hade stört glykogennedbrytningsprocessen (denna sjukdom kallas ofta Gyrkes sjukdom efter namnet på den läkare som beskrev det). Först antogs det att glukos-6-fosfataset var det defekta enzymet, eftersom den sjuka leveren inte bildade glukos, men frånvaron av laktatbildning visade att defekten påverkade antingen glykogenfosforylas eller avbränningsenzym [a (1-6 a) -glukosidas]. Senare förstärktes forskarna med att det i detta klassiska fall påverkades av ett (1-6) -glukosidas. Som ett resultat kunde glykogenmolekyler i levern brytas ner för att bilda glukos eller [c.616]
Här är det nödvändigt att påpeka att nedbrytningen av glykogen i levern med bildandet av fri glukos (glykogenmobilisering, s. 245) sker huvudsakligen av fosforolytisk. Samtidigt bryts ned glykogen under påverkan av inte amylas, men hepatiskt fosforylas med bildandet av glukos-1-monofosforeter (s. 251). Denna senare splittras sedan snabbt av leverfosfataser i fri glukos och fosforsyra. Sålunda finns i slutändan fosforylas och glukos-1-monofosforeterfosfatas närvarande i leversplitsad glykogen i individuella glukospartiklar utan mellanproduktion av dextriner och maltos, vilka är karakteristiska produkter av glykogenhydrolytisk nedbrytning (i närvaro av amylas). [C.245]
Metabolism i hjärnan, muskler, fettvävnad och lever varierar kraftigt. I en normalt matad person är glukos praktiskt taget den enda energikällan för hjärnan. Vid fastning förvärvar ketonkroppar (acetoacetat och 3-hydroxi-butyrat) rollen som huvudkälla till energi för hjärnan. Muskler använder glukos, fettsyror och ketonkroppar som en energikälla och syntetiserar glykogen som en energireserver för sina egna behov. Fettvävnad specialiserar sig på syntes, lagring och mobilisering av triacylglyceroler. Multipla metaboliska processer i levern stöder arbetet med andra organ. Levern kan snabbt mobilisera glykogen och utföra glukoneogenes för att tillgodose behoven hos andra organ. Levern spelar en viktig roll vid reglering av lipidmetabolism. När energikällor är rikliga förekommer fettsyrasyntes och förestring. Sedan flyttar de från levern till fettvävnad i form av mycket lågdensitetslipoproteiner (VLDL). Men vid fastning omvandlas fettsyror i levern till ketonkroppar. Integreringen av aktiviteten hos alla dessa organ utförs av hormoner. Insulin signalerar ett överflöd av livsmedelsresurser, det stimulerar bildandet av glykogen och triacylglyceroler, såväl som proteinsyntes. Glukagon tvärtom signalerar om ett lågt innehåll av glukos i blodet, det stimulerar nedbrytningen av glykogen och glukoneogenesen i levern och hydrolysen av triacylglyceroler i fettvävnad. Adrenalin och noradrenalin verkar på energiresurser som glukagon. Skillnaden är att huvudmålet är muskel, inte levern. [C.296]
Insulin. En viktig roll i kolhydratmetabolism och vid reglering av blodsocker spelar hormoninsulin. I motsats till verkan av andra hormoner sänker den koncentrationen av socker i blodet, vilket ökar omvandlingen av glukos till glykogen i levern och musklerna, främjar korrekt oxidation av glukos i vävnaderna samt förhindrar nedbrytning av glykogen i levern med glukosbildning. Insulin verkar på processen med glukosfosforylering med bildandet av glukos-6-fosfat, vilket är det första steget av glukogenes eller bildningen av glykogen. I avsaknad av tillräckligt med insulinintag fördröjas omvandlingen av extracellulär glukos till intracellulärt glukos-6-fosfat. [C.364]
Gibson, 1948 [1099]) (25080). I det här fallet är det skadade enzymet MAVN-beroende methemoglobinreduktas. Det första försöket att systematiskt studera en grupp av mänskliga sjukdomar förknippade med metaboliska defekter gjordes 1951. I en studie av sjukdomen för glykogenackumulering [1044] visade Cory-paret att i åtta av tio fall av ett patologiskt tillstånd som diagnostiserades som Gyrkes sjukdom (23220) var strukturen av leverglykogen en normal variant och i två fall var det klart nedsatt. Det var också uppenbart att leverglykogen, som ackumuleras i överskott, inte direkt kan omvandlas till socker, eftersom patienter visar en tendens till hypoglykemi. Många enzymer är nödvändiga för nedbrytning av glykogen för att bilda glukos i levern. Två av dem, amylo-1,6-glukosidas och glukos-6-fosfatas valdes för studier som möjliga defekta element i enzymsystemet. I leverns homogenat vid olika pH-värden uppmättes fosfatfrisättning från glukos-6-fosfat. Resultaten presenteras i Fig. [C.10]
Således förbrukas en högenergifosfatbindning när glukos-6-fosfat ingår i glykogen. Energiproduktionen under nedbrytningen av glykogen är extremt hög. Cirka 90% av resterna är fosforolytisk klyvning med bildning av glukos-1-fosfat, vilket blir till glukos-b-fosfat utan energikostnader. Resterande 10% av resterna hör till grenarna och delas hydrolytiskt. En ATP-molekyl används för att fosforylera var och en av dessa glukosmolekyler till glukos-b-fosfat. Komplett oxidation av glukos-b-fosfat ger trettiofem [c.122]
Syntes och nedbrytning av glykogen. Glykogen är en lätt mobiliserad form av energilagring. Det är en grenad polymer av glukosrester. En aktiverad glykogensyntes mellanprodukt är UDP-glukos, vilken bildas från glukos-1-fosfat och UTP. G-lycogensyntas katalyserar överföringen av en glukosrest från UDP-glukos till den terminala hydroxylgruppen i odlingskedjan. Uppdelningen av glykogen är ett annat sätt. Fosforylas katalyserar nedbrytningen av glykogen med ortofosfat för att bilda glukos-1-fosfat. Syntes och klyvning av glykogen koordineras med- [s.285]
Karbohydratmetabolism i varje levande cell (levande substans) är en enda process samtidigt relaterade sammankopplade reaktioner av sönderdelning och syntes av organiska ämnen. I centrum för kolhydratmetabolism hos djur är glykogenes och glykogenolys, dvs processerna för bildning och sönderdelning av glykogen. De förekommer huvudsakligen i levern. Glykogen kan bildas från både kolhydrater och icke-kolhydratkällor, såsom exempelvis vissa aminosyror, glycerol, mjölksyra, pyrodruvsyra och propionsyror, såväl som från många andra enkla föreningar. Termen glykogenolys refererar till den faktiska nedbrytningen av glykogen till glukos. Men nu är detta ord ofta menat hela summan av processerna som leder till glykolytisk bildning av mjölksyra i fallet då utgångssubstratet inte är glukos men glykogen. Glykolys brukar förstås innebära uppdelning av kolhydrater från början, det vill säga från glukos eller glykogen, det spelar ingen roll för slutprodukter. [C.376]
Under alkoholisk jäsning, i processen att splittra en glukosmolekyl bildas fyra ATP-molekyler (50 kcal eller 210 kJ). Av dessa används två på funktionell aktivitet och syntes. Enligt vissa författares beräkningar, under glykolys och glykogenolys, ackumuleras 35-40 / o av all fri energi som frigörs i energirika fosforbindningar, medan resterande 60-65% dispergeras i form av värme. Effektiviteten hos celler, organ, som arbetar i anaeroba förhållanden, överskrider inte 0,4 (aerob 0,5). Dessa beräkningar baseras huvudsakligen på data som erhållits från musklextrakt och jästjuice. Under betingelserna för en levande organism utnyttjar muskelceller, organ och vävnader energi, förmodligen mycket mer. Från en fysiologisk synpunkt är processen med glykogenolys och glykolys extremt viktig, särskilt när livsprocesser utförs vid bristande syreförhållanden. Till exempel, med det kraftfulla arbetet i musklerna, speciellt i den första aktivitetsfasen, finns det alltid ett mellanrum mellan syreavgivning till musklerna och dess behov. I det här fallet täcker de initiala energikostnaderna till stor del glykogenolys. Liknande fenomen observeras i olika patologiska tillstånd (hjärnans hjärnan, hjärtat, etc.). Dessutom är den potentiella energin i mjölksyra slutligen inte förlorad för en högorganiserad organism. Den resulterande mjölksyran överförs snabbt från musklerna till blodet och transporteras därefter till levern, där den omvandlas igen till glykogen. Anaerob nedbrytning av kolhydrater med bildning av mjölksyra är mycket vanligt i naturen, det observeras inte bara i muskler utan även i andra vävnader i djurorganismen. [C.334]
För första gången klargördes följdsekvensen i studien av glykogenmetabolism i celler av skelettmuskel. Glykogen är den huvudsakliga reservformen för glukos, dess syntes och sönderdelning regleras strikt av vissa hormoner. Om exempelvis ett djur är rädd eller utsatt för annan stress, utsöndrar binjurarna adrenalin i blodomloppet, vilket ger olika vävnader i kroppen till ett tillstånd av beredskap. Cirkulationsadrenalin orsakar i synnerhet nedbrytningen av glykogen i epikoncellerna till glukos-1-fosfat och stannar samtidigt syntesen av ny glykogen. Glukos-1-fosfat omvandlas till glukos-6-fosfat, som sedan oxideras i glykolysreaktioner, vilket leder till bildandet av ATP, vilket är nödvändigt för mypps arbete. På detta sätt förbereder adrenalin muskelceller för intensivt arbete. [C.271]
Se sidor där termen Glykogen Splitting med bildandet av glukos nämns: [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]
Info-Farm.RU
Läkemedel, medicin, biologi
glykogen
Glykogen (även känd som "animaliskt stärkelse", trots att detta namn är felaktigt) är en polysackarid, homopolymer av a-glukos, huvudformen för dess lagring i djurceller, de flesta svampar, många bakterier och arkeor. I människokroppen är huvudkällorna för ackumulering av glykogen lever- och skelettmuskeln.
Leverans förmåga att öka koncentrationen av glukos i blodet och närvaron av en stärkelseliknande substans i den, som kallades glykogen, upptäcktes 1875 av Claude Bernard.
Kemisk struktur
Glykogen är en a-glukoshomopolymer, vars rester är sammankopplade med (a1-4) -glukosidbindningar. Varje 8-10 monomerrester avgrenas, sidobgrenarna är fästa (a1 → 6) med ett bunt. Glykogenmolekylen är sålunda mycket mer kompakt och grenad än stärkelse. Polymerisationsgraden ligger nära den för amylopektin.
Alla grenar av glykogen har en icke-frekvensände, så att om antalet grenar är lika med n, kommer molekylen att ha n-1 icke-sällsynta ändar och endast en reducerande en. När glykogenhydrolys uppträder för att kunna använda den som en energikälla delas glukosresterna av en efter en från de otänkbara ändarna. Deras stora antal gör att du kan påskynda processen väsentligt.
Den mest stabila konformationen av grenarna med (α1 → 4) ligament är en tät helix med sex glukosrester per revolution (planet för varje molekyl returneras till 60 ° i förhållande till föregående).
För att utföra sin biologiska funktion: säkerställa den mest kompakta lagringen av glukos och samtidigt möjligheten till snabb mobilisering, måste glykogen ha en struktur optimerad för flera parametrar: 1) antalet grenar (nivåer) för förgrening; 2) antalet grenar i varje nivå 3) mängden glukosrester i varje gren. För en glykogenmolekyl med ett konstant antal monomerenheter minskar antalet externa grenar från vilka glukos kan mobiliseras till grenpunkten med ökande medellängd för varje gren. Tätheten av de yttersta grenarna är steriskt begränsad, så den maximala storleken av glykogenmolekylen minskar med ökande antal grenar på samma nivå. Mogna glykogenmolekyler av olika ursprung har i genomsnitt 12 grensteg, som var och en har i genomsnitt två grenar, vilka var och en innehåller cirka 13 glukosrester. Matematisk analys visade att en sådan struktur är mycket nära optimalt för att mobilisera den maximala mängden glukos på kortast möjliga tid.
Fördelning och mening
Glykogen är en form av glukosförvaring hos djur, svampar, vissa bakterier (i synnerhet cyanobakterier) och APEX. I mikroorganismer sprids glykogen mer eller mindre jämt i hela cytoplasman hos en cell i form av granuler med en diameter av 20-100 nm, de kan vanligtvis ses endast genom ett elektronmikroskop. Om en cell innehåller mycket glykogen blir den rödbrun när man målar med jodlösning. Hos ryggradsdjur lagras de största mängderna glykogen i levern, där den kan vara 7-10% av den totala massan (100-120 g hos en vuxen) och skelettmusklerna (1-2% av den totala massan). Små mängder glykogen finns i njurarna, och ännu mindre i vissa glialceller och vita blodkroppar.
Lagring av glukos är inte i fri form, men i form av polysackarider dikteras av två skäl. För det första, om, till exempel, i hepatocyten, var hela glukosmängden, som är en del av glykogen, i ett fritt tillstånd, hade koncentrationen nått 0,4 mol / 1. Och detta skulle i sin tur leda till en signifikant ökning av cytosols osmotiska tryck, en överdriven tillströmning av vatten i cellen och dess bristning. För det andra skulle en sådan hög glukoskoncentration göra sin aktiva transport från cellmiljön, i fallet med en hepatocyt från blodet, där glukosnivån endast är 5 mmol / l, praktiskt taget omöjligt. Lagring av glukos i form av glykogen minskar dess koncentration i cellen till 0,01 μmol / L.
Glykogenbutiker hos människor är betydligt mindre än fettbutiker. De senare har ett antal fördelar: För det första gör de det möjligt att få mer än dubbelt så mycket energi som samma massa kolhydrater, för det andra är de hydrofoba molekyler och, till skillnad från kolhydrater, behöver inte hydrering, vilket minskar massan av energireserver. Glykogen är dock en snabb energikälla, förutom i djurkroppen finns inga metaboliska vägar för omvandling av fettsyror till glukos, och det kan inte användas av hjärnan i muskelaneraob metabolism.
I hepatocyter lagras glykogen som stora cytoplasmatiska granuler. Den elementära så kallade β-partikeln är en molekyl av gilkogenen, har en diameter av ca 21 nm och innefattar 55000 glukosrester och har 2000 oregelbundna ändar. 20-40 av sådana partiklar bildar tillsammans a-rosettes, som kan ses under ett mikroskop i vävnaderna hos djur som är välmatade. Men de försvinner efter en dygn på 24 timmar. Glykogengranuler är komplexa aggregat, vilka förutom glykogen i sig innefattar enzymer, syntetiserar och bryter ner det, såväl som regulatoriska molekyler.
Muskelglykogen tjänar som en källa till snabb energi för både aerob och anaerob metabolism. Dess reserver kan vara uttömda inom en timmes intensiv fysisk aktivitet. Regelbunden träning gör det möjligt att öka glykogenbutikerna, vilket innebär att de kan arbeta längre utan trötthet. I levern är glykogen en glukosreserv för andra organ, om dess intag av diet är begränsat. Reserven är särskilt viktig för neuroner som inte kan använda fettsyror som energisubstrat. Glykogen leverreserv under fastande är uttömd på 12-24 timmar.
Glykogen ingår också i livmoderns hemliga körtlar, som de utsöndrar i sin hålighet under post-ovulationsperioden i menstruationscykeln efter befruktning. Här används polysackariden som en näringskälla för embryot för dess implantation.
Glykogen träder också in i kroppen med mat och bryts ner i tunntarmen av hydrolytiska enzymer.
Glykogenmetabolism
Glykogenfördelning
Nedbrytningen av glykogen sker på två huvudsakliga sätt: under matsmältningen hydrolyseras den till glukos, som kan absorberas av tunntarmen i tarmarna. Intracellulär klyvning av glykogenbutiker (glykogenolys) går genom fosforolys, vars produkt är glukos-1-fosfat, på så sätt kan du spara lite energi av glykosidbindningar genom bildning av fosfatester. För att införliva glukosen som bildas i glykolys- eller pentosfosfatvägen är det således inte nödvändigt att använda ATP. Dessutom är bildandet av glukos-1-fosfat fördelaktigt för musklerna, eftersom för denna förening finns det inga bärare i plasmamembranet och det kan inte "fly" från cellen.
Glykogenhydrolys vid matsmältning
Hos människor börjar glykogenmältning (som stärkelse) i munhålan, där dess a-amylas verkar. Detta enzym hydrolyserar intramolekylära (a1 → 4) bindningar och klyver polysackarider till oligosackarider. I magen inaktiveras salivamylas genom hög surhet i mediet. Magsaft innehåller inte enzymer för att smälta kolhydrater. I duodenum ageras (a1 → 4) -länken av glykogen av pankreas-a-amylas och på (a1 → 6) -länken med ett speciellt järnfrigörande enzym amylo-1,6-glykosidas. Detta fullbordar hydrolysen av glykogen till maltos, vilken, under påverkan av parietalenzymet i tunntarmen maltas (a-glukosidas) omvandlas till glukos och absorberas.
glykogenolys
Intracellulär muskel- och leverglykogen klyvs under glykogenolys, i vilken tre enzymer deltar: glykogenfosforylas, glycogendendoglozhuyuyu-enzym och fosfoglukomutas. Den första katalyserar en reaktion där oorganiskt fosfat attackerar glykosidisk (a1 → 4) -förbindelsen mellan de två sista glukosresterna från det icke sällsynta slutet, vilket resulterar i splittring av den sista resten som glukos-1-fosfat. Cofaktorn i denna reaktion är pyridoxalfosfat.
Glykogenfosforylas spjälkar successivt en monomer från det icke-sällsynta slutet tills det når stället som avlägsnas av fyra rester från (a1 → 6) -länken (grenpunkten). Det här är en bifunktionell (eukriot), bulking enzym som spelas in. För det första katalyserar den överföringsreaktionen, vilken består i att överföra ett block av tre glukosrester från en gren till det närmaste icke sällsynta ändet till vilket det är fäst (a1 → 4) -länk. Därefter uppvisar det fissila enzymet (a1 → 6) -glukosidasaktivitet, som består i klyvningen av (a1 → 6) -länken och frisättningen av fri glukos.
Glukos-1-fosfat bildas för att omvandla fosfoglukomutas till glukos-6-fosfat, vilket i skelettmuskel träder in i glykolysprocessen. I levern kan glukos-6-fosfat också transporteras till endoplasmatisk retikulum, där under inverkan av glukos-6-fosfatas (musklerna berövas detta enzym), omvandlas till glukos och släpps ut i blodet.
Glykogenbiosyntes
I liten utsträckning förekommer glykogenbiosyntes (glykogenes) i nästan alla vävnader i kroppen, men det är mest uttalat i lever och muskler. Denna process börjar med glukos-6-fosfat, bildas från glukos till hexokinas eller glukokinasreaktionen. En del av glukosen som kommer in i kroppen med mat absorberas först av röda blodkroppar, som använder den för energi i processen med mjölkjäsning. Formade laktat i hepatocyter omvandlas till glukos-6-fosfat under glukoneogenes.
De metaboliska vägarna för biosyntes och nedbrytningen av vissa föreningar skiljer vanligtvis åtminstone av åtminstone några av reaktionerna. Glykogenmetabolism var det första öppna exemplet på denna viktiga princip. 1957 Louis Leloir fann att glykos-1-fosfat inte används i processen med glykogenes, men uridindifosfatglukos används.
Glukos-6-fosfat omvandlas först till glukos-1-fosfat under påverkan av fosfoglukomutas. Produkten av denna reaktion blir substratet för enzymet UDP-glukosfosforylas, vilket katalyserar reaktionen:
Glukos 1-fosfat + UTP → UDP-glukos + FF n.
Eftersom pyrofosfatet klyvs omedelbart av oorganiskt pyrofosfatas, förskjuts reaktionsjämvikten starkt mot bildandet av UDP-glukos. Det senare är ett substrat för glykogensyntas, vilket överför glukosrest till det icke-sällsynta slutet av glykogenmolekylen.
Bildandet av laterala grenar ger gilkozil- (4 → 6) -transglykosylas (förgrenat enzym). Den delar upp en gren, innehåller mer än 11 monomer enheter 6-7 senast och överför dem till C6 hydroxylgruppen av glukosrest i en mer inre position på samma eller en annan gren. Sålunda uppstår förgrening vilket är nödvändigt för bättre löslighet av glykogen och tillgången till ett större antal syntesenzymer och klyvning till icke sällsynta ändar.
Glykogensyntas kan endast syntetisera glykogen om det innehåller en primer - en färdiggjuten glukospolymer med mindre än sex monomerenheter. Bildandet av de novo glykogenmolekyler är endast möjligt på grund av glykogeninprotein, som också fungerar som ett "frö", på vilket nya glykogengrenar och ett enzym samlas, vilket katalyserar början av bildandet av vår forskning.
Glykogenes och glykogenolys har ett komplext reglersystem på flera nivåer. Många av enzymerna som är involverade i dessa processer är allosteriska och kan förändra sin aktivitet genom att anpassa sig till cellens behov. Mängden glykogenbutiker regleras också vid hormonell nivå för att upprätthålla homeostas hos hela organismen.
Klinisk betydelse
Överträdelse av glykogenmetabolism förekommer i många humana sjukdomar, inklusive diabetes mellitus. Det finns också ett antal arveliga störningar som förknippas med överdriven deponering av glykogen i levern, de kallas glykogenos. De åtföljs vanligtvis av svår hypoglykemi (lågt blodsocker) mellan måltiderna. Den första glykogenosen beskrevs 1929 av Edgar von Gorky, Gerty Corey gjorde ett utmärkt bidrag till studien av dessa sjukdomar. Nu kända 13 former av glykogenos, orsakad av nedsatt funktion av olika proteiner.
Syntes och nedbrytning av glykogen
När koncentrationen av glukos i blodet ökar, till exempel som en följd av dess absorption i tarmen under matsmältningen, ökar flödet av glukos i cellerna och åtminstone en del av denna glukos kan användas för att syntetisera glykogen. Uppsamlingen av kolhydratreserv i celler i form av glykogen har vissa fördelar jämfört med ackumuleringen av glukos, eftersom den inte åtföljs av en ökning av intracellulärt osmotiskt tryck. Men med glukosbrist bryts lätt glykogen ner till glukos eller dess fosfatestrar, och de resulterande monomerenheterna används av celler med energi eller plastmål.
4,1. Glykogsyntes
Glukos som kommer in i cellerna genomgår fosforylering med deltagande av hexokinas eller glukokinas enzymer:
Därefter är den resulterande gl-6-f isomeriserad i gl-1-f med deltagande av enzymet fosfoglukomutas [FGM]:
Sedan interagerar chl-1-f med uridintrifosfater för att bilda UDP-glukos med deltagandet av enzymet UDP-glukospyrofosforylas [eller glukos-1-fosfatidyltransferas]:
Pyrofosfatet delas omedelbart i två fosforsyrarester med deltagande av enzymet pyrofosfatas. Denna reaktion åtföljs av en energiförlust i storleksordningen 7 kcal / mol, varigenom reaktionen av bildningen av UDP-glukos blir irreversibel - termodynamisk kontroll av processens riktning.
Vid nästa steg överförs glukosresten från UDP-glukos till den syntetiserade glykogenmolekylen med deltagande av enzymet glykogensyntetas:
UDP-glukos + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ glykogen / och glykogenmolekylen förlängs med en glukosrest. Enzymmigogensyntetaset kan binda glukosresten från UDP-glukos till glykogenmolekylen under konstruktion endast genom att bilda en a-1,4-glykosidbindning. Följaktligen kan endast en linjär polymer syntetiseras med deltagande av endast ett av detta enzym. Glykogen är en grenad polymer och förgreningen i molekylen bildas med deltagande av ett annat enzym: amylo-1,4-> 1,6-glykosyltransferas. Detta enzym, som annars är känt som grenenzymet, transporterar ett fragment av 5-7 monomerenheter från slutet av den linjära regionen av polysackariden syntetiserad närmare dess mitt, och detta fragment förenar polymerkedjan på grund av bildningen av a-1,6-glykosidbindning:
Det bör noteras att enligt andra data överföres det klyvbara fragmentet bestående av minst 6 glukosrester till den närliggande kedjan av den grenade polysackariden under konstruktion. Under alla omständigheter, i framtiden, utökas båda kedjorna på grund av verkan av glykogensyntetas, och nya grenar bildas med deltagande av grenenzymet.
Syntes av glykogen förekommer i alla organ och vävnader, men det högsta innehållet observeras i levern [från 2 till 5-6% av organets totala massa] och i musklerna [upp till 1% av deras massa]. Inkluderingen av 1 glukosrest i glykogenmolekylen åtföljs av användningen av 2 högenergiekvivalenter (1 ATP och 1 UTP), så att syntesen av glykogen i cellerna endast kan ske med tillräcklig energiförsörjning av cellerna.
4,2. Glykogenmobilisering
Glykogen ackumuleras som en reserv av glukos i cellerna vid matsmältningen och konsumeras under efterabsorptionsperioden. Glykogenklyvningen i levern eller dess mobilisering utförs med deltagande av enzymet glykogenfosforylas, som ofta kallas helt enkelt fosforylas. Detta enzym katalyserar fosforolytisk klyvning av a-1,4-glykosidbindningar av terminala glukosrester av polymeren:
(C6H10O5) n + H3PO4> (C6H10O5) n-1 + Gl-1-F För att dela upp en molekyl i området för förgrening behövs ytterligare två enzymer: den så kallade avgreningen (degenererande) enzymet och amylo-1,6-glykosidas och som ett resultat av verkan av det sista enzymet bildas fri glukos i cellerna, som antingen kan lämna cellen eller genomgå fosforylering.
Gl-1-f i celler är isomeriserad med deltagande av fosfoglukomutas i gl-6-f. Det fortsatta ödet för gl-6-fosfat bestäms av närvaron eller frånvaron av glukos-6-fosfatas i cellerna i enzymet. Om enzymet är närvarande i cellen, katalyserar den hydrolytiska klyvningen av fosforsyra-resten från gl-6-fosfat för att bilda fri glukos:
Gl-6-f + H2O D> Glukos + H3PO4 som kan penetrera det yttre cellmembranet och komma in i blodomloppet. Om glukos-6-fosfatas inte är närvarande i cellerna, är inte glukos defosforylerat och glukosrester kan endast användas av denna speciella cell. Observera att splittringen av glykogen till glukos inte behöver ytterligare tillströmning av energi.
I de flesta mänskliga organ och vävnader saknas glukos-6-fosfatas, därför lagras glykogenen i dem endast för sina egna behov. En typisk representant för sådana vävnader är muskelvävnad. Glukos-6-fosfatas är endast närvarande i lever, njurar och tarmar, men närvaron av ett enzym i levern (närmare bestämt i hepatocyter) är mest betydelsefullt, eftersom detta organ spelar rollen som en slags buffert som absorberar glukos när dess innehåll i blodet stiger och levererar glukos till blodet när koncentrationen av glukos i blodet börjar falla.
4,3. Reglering av syntesen och sönderdelning av glykogen
Genom att jämföra de metaboliska vägarna för syntes och mobilisering av glykogenen kommer vi att se att de är olika:
Denna omständighet gör det möjligt att separat reglera de processer som diskuteras. Förordningen utförs i nivå med två enzymer: glykogensyntetas, som är involverad i syntesen av glykogen och fosforylas, som katalyserar nedbrytningen av glykogen.
Den huvudsakliga mekanismen för reglering av aktiviteten hos dessa enzymer är deras kovalenta modifiering genom fosforylering-defosforylering. Fosforylerat eller fosforylas "a" är högaktivt, medan fosforylerat glykogensyntetas eller syntetas "b" är inaktivt. Således, om båda enzymerna är i fosforylerad form, klyvs glykogen i cellen för att bilda glukos. I det defosforylerade tillståndet är tvärtom fosforylas inaktiv (i form av "b") och glykogensyntetas är aktivt (i form av "a"), i denna situation syntetiseras glykogen från glukos i cellen.
Eftersom leverglykogen spelar rollen som en glukosreserver för hela organismen, bör dess syntes eller sönderdelning kontrolleras av supercellulära regleringsmekanismer, vars arbete ska inriktas på att upprätthålla en konstant koncentration av glukos i blodet. Dessa mekanismer bör säkerställa införlivandet av glykogen-syntesen i hepatocyter vid förhöjda glukoskoncentrationer i blodet och förbättra nedbrytningen av glykogen när blodglukosnivån sjunker.
Så den primära signalen som stimulerar mobiliseringen av glykogen i levern är en minskning av glukoskoncentrationen i blodet. Som svar frisätter de pankreatiska alfacellerna deras hormon, glukagon, in i blodomloppet. Glukagon som cirkulerar i blodet interagerar med dess receptorprotein beläget på yttre sidan av hepatocytens yttre cellmembran. bildande berg - monreceptorkomplex. Bildandet av hormonreceptorkomplexet leder till aktiveringen av adenylatcyklasenzymet beläget på den inre ytan av det yttre cellmembranet med användning av en speciell mekanism. Enzymet katalyserar bildningen av cyklisk 3,5-AMP (cAMP) från ATP i en cell.
I sin tur aktiverar cAMP enzymet cAMP-beroende proteinkinas i cellen. Den inaktiva formen av proteinkinas är en oligomer bestående av fyra subenheter: 2 regulatorisk och två katalytisk. När koncentrationen av cAMP i cellen ökar, sättes 2 cAMP-molekyler till var och en av proteinkinasens regulatoriska subenheter, konformationen av de regulatoriska subenheterna ändras och oligomeren sönderdelas till regulatoriska och katalytiska subenheter. Fria katalytiska subenheter katalyserar fosforyleringen av ett antal enzymer i cellen, innefattande fosforyleringen av glykogensyntetas med dess överföring till ett inaktivt tillstånd, vilket således avbryter glykogensyntesen. Samtidigt uppträder fosforylering av fosforylaskinas, och detta enzym aktiveras genom sin fosforylering katalyserar i sin tur fosforylasfosforylaset med dess omvandling till den aktiva formen, d.v.s. i form av "a". Som ett resultat av aktiveringen av fosforylas aktiveras glykogennedbrytning och hepatocyter börjar leverera glukos i blodet.
I förbigående noterar vi att när de stimulerar glykogenfördelning i levern med katekolaminer är de viktigaste mediatorerna de b-hepatocytreceptorer som binder adrenalin. Samtidigt ökar innehållet av Ca-joner i cellerna, där de stimulerar fosfatylas Ca / Calmodulin-känslig kinas, vilket i sin tur aktiverar fosforylas genom dess fosforylering.
Aktiveringsschema för glykogenspaltning i hepatocyter
En ökning av blodglukoskoncentrationen är en yttre signal för hepatocyter när det gäller stimulering av glykogensyntes och därigenom bindande överskott av glukos från blodflödet.
Aktiveringsschemat för glykogensyntes i levern
Följande mekanism fungerar: med en ökning av glukoskoncentrationen i blodet ökar dess innehåll i hepatocyter också. Att öka koncentrationen av glukos i hepatocyter, aktiverar i sin tur på ett ganska komplicerat sätt enzymet fosfoproteinfosfatas som katalyserar avlägsnandet av fosforsyrarester från fosforylerade proteiner. Deposforylering av det aktiva fosforylaset omvandlar det till en inaktiv form och defosforylering av inaktivt glykogensyntetas aktiverar enzymet. Som ett resultat kommer systemet in i ett tillstånd som ger glykogensyntes från glukos.
Vid en minskning av fosforylasaktiviteten i hepatocyter spelar hormonet av p-celler i bukspottkörtelns insulin en bestämd roll. Det utsöndras av b-celler som svar på en ökning av blodglukosnivåerna. Dess bindning till insulinreceptorer på ytan av hepatocyter leder till aktivering i enzymets fosfodiesteras, som katalyserar omvandlingen av cAMP till normal AMP, vilket inte har förmågan att stimulera bildandet av aktivt proteinkinas. På så sätt avslutas ackumuleringen av aktivt fosforylas i hepatocyter, vilket också är viktigt för inhiberingen av nedbrytningen av glykogen.
Det är helt naturligt att mekanismerna för reglering av syntesen och sönderdelning av glykogen i cellerna i olika organ har sina egna egenskaper. Som ett exempel kan vi påpeka att i myocyter av vilande muskler eller muskler som utför en liten mängd arbete finns det praktiskt taget inget fosforylas "a", men glykogenspaltning sker. Faktum är att muskelfosforylas, som är i defosforylerat tillstånd eller i form av "b", är ett allosteriskt enzym och aktiveras av AMP och oorganiskt fosfat närvarande i myocyter. Fosforylaset "b" aktiverat på detta sätt säkerställer hastigheten för glykogenmobilisering, vilket är tillräcklig för att utföra måttligt fysiskt arbete.
Men när intensivt arbete utförs, särskilt om belastningen ökar dramatiskt, blir denna nivå av glykogenmobilisering otillräcklig. I detta fall fungerar de supercellulära mekanismerna för reglering. Som ett svar på ett plötsligt behov av intensiv muskelaktivitet kommer hormonadrenalin in i blodet från binjurmedulla. Adrenalin, genom att binda till receptorer på ytan av muskelceller, orsakar ett svar av myocyter, liknande i sin mekanism för hepatocytreaktionen mot glukagon, som just har beskrivits. I muskelceller visas fosforylas "a" och glykogensyntetas inaktiveras, och den bildade ch-6-f används som ett "bränsle" av energi, varvid den oxidativa nedbrytningen ger energi för muskelkontraktion.
Det bör noteras att höga koncentrationer av adrenalin, som observeras i blodet hos människor under emotionsstressförhållanden, påskyndar nedbrytningen av glykogen i levern och därmed ökar glukosinnehållet i blodet - en defensiv reaktion som syftar till akutmobilisering av energiresurser.
O B M E N U GL O V O D O V
2,1. Oxidativ nedbrytning av kolhydrater i vävnader
De viktigaste funktionerna hos monosackarider i kroppen är energi och plast; Båda dessa funktioner realiseras under den oxidativa sönderdelningen av monosackarider i celler. Under oxidationen av kolhydrater frigörs 4,1 kcal / g (fri 17 kJ / g) fri energi, och på grund av oxidation av kolhydrater täcker människor 5560% av deras totala energiförbrukning. Under oxidationen av kolhydrater bildas ett stort antal intermediära förfallprodukter, vilka används för att syntetisera olika lipider, essentiella aminosyror och andra föreningar som är nödvändiga för cellerna. Vidare alstras, vid oxidation av kolhydrater i celler, regenereringspotentialer, vilka vidare används av dem vid biosyntesreduktionsreaktioner, i avgiftningsförfaranden, för att kontrollera nivån av lipidperoxidation etc.
Den huvudsakliga monosackariden som genomgår oxidativa transformationer i celler är glukos eftersom den är i stora mängder som kommer från tarmarna i kroppens inre miljö, den syntetiseras under glukoneogenes eller bildas i fri form eller i form av fosforetrar under glykogenspaltning. Rollen av andra monosackarider är mindre signifikant, eftersom deras mängd som kommer in i cellerna i kvantitativa termer varierar mycket beroende på sammansättningen av mat.
Det finns flera metaboliska vägar för oxidation av glukos, vars huvudsakliga betydelse är:
a) aerob uppvärmning till koldioxid och vatten
b) anaerob oxidation till laktat;
c) pentosoxidation;
g) oxidation med bildningen av glukuronsyra.
Djupet av den oxidativa klyvningen av glukosmolekylen kan
vara annorlunda: från oxidationen av en av de terminala grupperna av molekyler till karboxylgruppen, vilken uppträder under bildningen av glukuronsyra, till den fullständiga nedbrytningen av glukosmolekylen under dess aeroba sönderdelning.
2.1.1. Aerob glukosoxidation
I cellerna av aeroba organismer är aerob sönderdelning till koldioxid och vatten grundläggande, åtminstone i förhållande till den totala mängden klyvbar glukos. Vid uppdelning av 1 M glukos (180 g) under aeroba betingelser frigörs 686 kcal fri energi. Processen med aerob glukosoxidation kan delas in i 3 steg:
1. Uppdelningen av glukos till pyruvat.
2. Oxidativ dekarboxylering av pyruvat till acetyl CoA.
3. Oxidation av acetyl i Krebs-cykeln (CTC), i kombination med arbetet i andningsenzymkedjan.
Dessa etapper kan också presenteras som ett generellt system:
Glukos> 2 pyruvat D> 2 acetyl CoA D> 4CO2 + 10 H2O
2.1.1.1. Klyvning av glukos till pyruvat
Enligt moderna begrepp fortskrider den första etappen av glukosoxidation i cytosolen och katalyseras av ett supramolekylärt proteinkomplexglykolytiskt metabolon, vilket innefattar upp till ett dussin enskilda enzymer.
Den första etappen av glukosoxidation kan i sin tur delas upp i 2 steg. I reaktionerna från det första steget uppträder glukosfosforylering, isomerisering av glukosresten i fruktosresten, ytterligare fosforylering av fruktosresten och slutligen förekommer. delning av hexosrest i två fosfotriosrester:
Denna reaktion katalyseras av enzymet hexokinas. ATP används som ett fotobindande medel i cellen. Reaktionen åtföljs av en förlust av fri energi i storleksordningen 5,0 kcal / mol och, under betingelserna i cellen, är irreversibel.
Den andra reaktionen katalyserad av fosfohexoisomeras är lätt reversibel.
Den tredje reaktionen katalyseras av enzymer fosfofructokinas. I denna reaktion förloras 3,4 kcal / mol energi också, liksom hexokinasreaktionen, under cellbetingelser är irreversibel.
Denna reaktion katalyseras av enzymet aldolas, reaktionen är reversibel. Som ett resultat av reaktionen delas fruktos1,6-bisfosfat i två triosfosfat.
Under cellbetingelser är fosfodihydroxiaceton (FDA) lätt isomeriserad i 3-fosfoglyceraldehyd (PHA) med deltagande av triosfosfatisomerasenzymet under den femte reaktionen. Därför kan vi anta att 2 ATP i första etappen av detta stadium expanderas och två molekyler 3-fosfoglyceraldehyd bildas från glukosmolekylen.
I det andra steget i det första steget av oxidation av glukos omvandlas PHA till pyruvat. Eftersom sönderdelningen av glukosmolekylen bildar 2 PHA-molekyler, i den vidare beskrivningen av processen måste vi ta hänsyn till denna omständighet.
Följande reaktion av den ifrågavarande processen är en oxidativ reaktion:
Under denna reaktion, katalyserad av dehydrogenas 3 fosfoglycerinsyraaldehyd, PHA oxideras till 1,3 difosfoglycerinsyra. Oxideringen fortskrider genom dehydrogenering och väteatomerna som är splittrade från substratet överförs till NAD + med bildningen av den reducerade formen av koenzymet. Oxidationsenergin ackumuleras i cellen, för det första i form av reducerad NADH + H + energi och för det andra i form av en makroergisk bindning mellan oxidationsprodukten och fosforsyra involverad i reaktionen, dvs. i makroergisk bindning av 1,3 difosfoglycerinsyra.
I den sjunde reaktionen överförs fosforsyraresten från 1,3 difosfoglycerat tillsammans med den energi som lagras i den makroergiska bindningen till ADP med bildandet av ATP:
Denna reversibla reaktion katalyseras av enzymet fosfoglyceratkinas.
Därefter kommer reversibel isomerisering av 3 fosfoglycerinsyra i 2 fosfoglycerinsyra med deltagande av enzymet fosfoglycerat rutmutas:
I den nästföljande nionde reaktionen spjälkas vatten från 2-fosfoglycerinsyra:
Vid vattenuppdelningen omfördelas elektrondensiteten i molekylen med bildandet av en makroergisk bindning mellan den andra kolatomen i enolformen av pyruvsyra och resten av fosforsyra. Reaktionen är reversibel, den katalyseras av enzymet enolas.
Den energi som ackumuleras i den makroergiska bindningen av FEP tillsammans med fosforsyrarest under nästa reaktion överförs till ADP med bildandet av ATP. Reaktionen katalyseras av pyruvatkinas.
Reaktionen åtföljs av en förlust av 7,5 kcal / mol energi och är praktiskt taget irreversibel under cellbetingelser.
Den totala ekvationen för den första etappen av aerob glukosoxidation:
Glukos + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O
Under detta stadium frigörs 140 kcal / mol energi, dess huvuddel (ca 120 kcal / mol) ackumuleras i cellen som 2 ATP-energi och 2 reducerad NAD + ADSCH-energi, varav det följer att glukosmolekylen i första steget splittras i två molekyler pyruvsyra, medan cellen för varje molekyl av digererad glukos mottar 2 molekyler av ATP och två molekyler av reducerad NADH + H +.
Reglering av den första etappen av aerob glukosspjälkning utförs med användning av termodynamiska mekanismer och allosteriska moduleringsmekanismer av regulatoriska enzymer som är involverade i arbetet med denna metaboliska vägen.
Med hjälp av termodynamiska mekanismer styrs flödet av metaboliter längs denna metaboliska väg. Tre reaktioner ingår i det beskrivna reaktionssystemet, under vilket en stor mängd energi förloras: hexokinas (G0 = 5,0 kcal / mol), fosfofructokinas (G0 = 3,4 kcal / mol) och pyruvatkinas (G0 = 7,5 kcal / mol ). Dessa reaktioner i cellen är praktiskt taget inte reversibla, särskilt pyruvatkinasreaktionen, och på grund av deras irreversibilitet blir processen irreversibel som helhet.
Intensiteten av metabolitflödet i den övervägande metaboliska vägen kontrolleras i cellen genom att ändra aktiviteten hos de allosteriska enzymer som ingår i systemet: hexokinas, fosfofructokinas och pyruvatkinas. Sålunda är punkterna i den termodynamiska kontrollen av den metaboliska vägen samtidigt de områden där intensiteten hos metaboliterna regleras.
Systemets huvudsakliga regleringselement är fosfofruktokollas. Aktiviteten för detta enzym hämmas av höga koncentrationer av ATP i cellen, graden av allosterisk hämning av enzymet ATP förstärks vid höga koncentrationer av citrat i cellen. AMP är en allosterisk aktivator av fosfofructokinas.
Hexokinas inhiberas av allosterisk mekanism genom höga koncentrationer av Gl6f. I det här fallet hanterar vi arbetet med den tillhörande regleringsmekanismen. Efter inhibering av fosfofruktokinasaktivitet genom höga koncentrationer av ATP ackumuleras Fr6f i cellen, vilket innebär att Gl6f ackumuleras, eftersom reaktionen katalyserad av fosfohexoisomeras lätt reversibel. I detta fall inhiberar en ökning av ATP-koncentrationen i cellen aktiviteten av inte bara fosfofructokinas, men också hexokinas.
Reglering av aktiviteten hos det tredje pyruvatkininkinaset ser mycket svårt ut. Enzymaktiviteten stimuleras av Gl6f, Fr1.6bf och PHA genom allosterisk mekanism, så kallad aktivering av prekursorn. I sin tur hämmar höga intracellulära koncentrationer av ATP, NADH, citrat, succinyl CoA och fettsyror enzymaktivitet genom en allosterisk mekanism.
I allmänhet inhiberas splittringen av glukos till pyruvat i nivå med de 3 angivna kinaserna med en hög koncentration av ATP i cellen, d.v.s. under förutsättningar för god energiförsörjning av cellen. Med brist på energi i cellen uppnås aktivering av glukosuppdelning först genom att avlägsna allosterisk hämning av kinaser med höga koncentrationer av ATP och allosterisk aktivering av AMP-fosfofruktokokinas och för det andra på grund av allosterisk aktivering av pyruvatkinas av prekursorerna Gl6F, Fr1.6bf och PHA.
Vad är meningen med att hämma citratfosfofruktokinas och citrat- och succinyl-CoA-pyruvatkinas? Faktum är att två molekyler acetyl-CoA bildas från en enda glukosmolekyl, som sedan oxideras i Krebs-cykeln. Om citrat och succinyl CoA ackumuleras i cellen, klarar Krebs-cykeln inte oxideringen av redan ackumulerade acetyl CoA och det är vettigt att sakta ner dess ytterligare bildning, vilket uppnås genom att hämma fosfor-ruktokinas och pyruvatkinas.
Slutligen syftar inhiberingen av glukosoxidation vid pyruvatkinasnivå med ökande fettsyrakoncentrationer att spara glukos i cellen under betingelser då cellen är försedd med en annan effektivare form av energibränsle.
2.1.1.2. Oxidativ dekarboxylering av pyruvat
Under aeroba förhållanden genomgår pyruvsyra oxidativ dekarboxylering för att bilda acetyl CoA. Denna omvandling katalyseras av det supramolekylära pyruvatdehydrogenaskomplexet lokaliserat i mitokondriematrisen. Pyruvatdehydrogenaskomplexet består av tre olika enzymer: pyruvatdekarboxylas, dihydrolipatoacetyltransferas och dehydrogenasdihydrolipinsyra, deras kvantitativa förhållanden i komplexet beror på utsöndringskällan, i regel närmar sig detta förhållande 30: 1: 10.
Det första enzymet i detta komplex är pyruvatdekarboxylas (E1)