Velká encyklopedie ropy a plynu

Glykogen je rezervní uhlohydrát zvířat, skládající se z velkého množství zbytků glukózy. Dodávka glykogenu vám umožní rychle zaplnit nedostatek glukózy v krvi, jakmile se jeho hladina sníží, glykogenové štěpení a krev se dostane do volné glukózy. U lidí je glukóza převážně uložena jako glykogen. Není vhodné, aby buňky uchovávaly jednotlivé molekuly glukózy, protože by to výrazně zvýšilo osmotický tlak uvnitř buňky. Ve své struktuře se glykogen podobá škrobu, tj. Polysacharidu, který je převážně skladován rostlinami. Škrob také sestává ze zbytků glukózy, které jsou navzájem spojeny, avšak v molekulách glykogenu je mnoho větví. Vysoce kvalitní reakce na glykogen - reakce s jodem - dodává hnědou barvu, na rozdíl od reakce jódu se škrobem, která umožňuje získat fialovou barvu.

Regulace produkce glykogenu

Tvorba a rozklad glykogenu reguluje několik hormonů, a to:

1) inzulín
2) glukagonu
3) adrenalin

K tvorbě glykogenu dochází po vzestupu koncentrace glukózy v krvi: pokud je v ní spousta glukózy, musí být uložena do budoucna. Příjem glukózy buňkami je převážně regulován dvěma antagonisty hormonu, tj. Hormony s opačným účinkem: inzulín a glukagon. Oba hormony jsou vylučovány pankreatickými buňkami.

Poznámka: slova „glukagon“ a „glykogen“ jsou velmi podobné, ale glukagon je hormon a glykogen je náhradní polysacharid.

Inzulín se syntetizuje, pokud je v krvi velké množství glukózy. To se obvykle děje poté, co člověk jedl, a to zejména v případě, že potraviny jsou potraviny bohaté na sacharidy (např. Pokud jíte mouku nebo sladkou stravu). Všechny sacharidy obsažené v potravinách jsou rozděleny na monosacharidy a již v této formě jsou absorbovány střevní stěnou do krve. Proto hladina glukózy stoupá.

Když buněčné receptory reagují na inzulín, buňky absorbují glukózu z krve a její hladina opět klesá. Mimochodem, to je důvod, proč je diabetes - nedostatek inzulínu - obrazně nazýván „hlad mezi hojností“, protože v krvi po jídle, které je bohaté na sacharidy, se objevuje hodně cukru, ale bez inzulínu ho buňky nemohou absorbovat. Část buněk glukózy se používá pro energii a zbývající se přemění na tuk. Jaterní buňky používají absorbovanou glukózu k syntéze glykogenu. Pokud je v krvi málo glukózy, dochází k opačnému procesu: slinivka vylučuje hormon glukagon a jaterní buňky začínají štěpit glykogen, uvolňují glukózu do krve nebo syntetizují glukózu znovu z jednodušších molekul, jako je kyselina mléčná.

Adrenalin také vede ke zhroucení glykogenu, protože celý účinek tohoto hormonu je zaměřen na mobilizaci těla, jeho přípravu pro reakci typu „hit nebo run“. A proto je nutné, aby koncentrace glukózy byla vyšší. Pak ji svaly mohou použít pro energii.

Absorpce potravin tedy vede k uvolnění hormonu inzulínu do krve a syntéze glykogenu a hladovění vede k uvolnění hormonu glukagonu a rozpadu glykogenu. Uvolňování adrenalinu, ke kterému dochází ve stresových situacích, vede také k rozpadu glykogenu.

Z čeho je glykogen syntetizován?

Glukóza-6-fosfát slouží jako substrát pro syntézu glykogenu nebo glykogenogeneze, jak je jinak nazýváno. Jedná se o molekulu, která je získána z glukózy po připojení zbytku kyseliny fosforečné k šestému atomu uhlíku. Glukóza, která tvoří glukózu-6-fosfát, vstupuje do jater z krve a do střeva do krve.

Další možností je: glukóza může být re-syntetizována z jednodušších prekurzorů (kyselina mléčná). V tomto případě vstupuje glukóza z krve, například do svalů, kde se štěpí na kyselinu mléčnou s uvolňováním energie, a pak se nahromaděná kyselina mléčná transportuje do jater a jaterní buňky z ní znovu syntetizují glukózu. Poté může být tato glukóza převedena na glukóza-6-fosfot a dále na základě ní syntetizována glykogenem.

Fáze tvorby glykogenu

Co se tedy děje v procesu syntézy glykogenu z glukózy?

1. Glukóza po přidání zbytku kyseliny fosforečné se stává glukóza-6-fosfátem. To je způsobeno enzymem hexokinázou. Tento enzym má několik různých forem. Hexokináza ve svalech se mírně liší od hexokinázy v játrech. Forma tohoto enzymu, která je přítomna v játrech, je horší spojená s glukózou a produkt vytvořený během reakce neinhibuje reakci. Díky tomu jsou jaterní buňky schopny absorbovat glukózu pouze tehdy, když je jich hodně, a mohu okamžitě přeměnit hodně substrátu na glukózo-6-fosfát, i když nemám čas na jeho zpracování.

2. Enzym fosfoglukomutáza katalyzuje konverzi glukóza-6-fosfátu na jeho izomer, glukóza-1-fosfát.

Výsledný glukózo-1-fosfát se pak spojí s uridin trifosfátem, čímž se vytvoří UDP-glukóza. Tento proces je katalyzován enzymem UDP-glukóza pyrofosforylázou. Tato reakce nemůže probíhat v opačném směru, to znamená, že je nevratná v těch podmínkách, které jsou v buňce přítomny.

4. Enzym glykogen syntáza přenáší zbytek glukózy na vznikající molekulu glykogenu.

5. Glykogen-fermentující enzym přidává body větvení, čímž vytváří nové „větve“ na molekule glykogenu. Později na konci této větve se přidávají nové glykosové zbytky za použití glykogen syntázy.

Kde je glykogen po vytvoření uložen?

Glykogen je náhradní polysacharid nezbytný pro život a je uložen ve formě malých granulí umístěných v cytoplazmě některých buněk.

Glykogen uchovává tyto orgány:

1. Játra. Glykogen je poměrně hojný v játrech a je jediným orgánem, který využívá zásobu glykogenu k regulaci koncentrace cukru v krvi. Až 5-6% může být glykogen z hmotnosti jater, což zhruba odpovídá 100-120 gramům.

2. Svaly. Ve svalech jsou zásoby glykogenu nižší v procentech (až 1%), ale celkově podle hmotnosti mohou překročit veškerý glykogen uložený v játrech. Svaly nevypouštějí glukózu, která vznikla po rozpadu glykogenu do krve, používají ji pouze pro vlastní potřebu.

3. Ledviny. Našli malé množství glykogenu. Ještě menší množství bylo zjištěno v gliových buňkách a v leukocytech, tj. Bílých krvinkách.

Jak dlouho vydrží glykogen naposledy?

V procesu vitální aktivity organismu je glykogen syntetizován poměrně často, téměř pokaždé po jídle. Tělo nemá smysl ukládat velké množství glykogenu, protože jeho hlavní funkcí není sloužit jako donor živin tak dlouho, jak je to možné, ale regulovat množství cukru v krvi. Obchody s glykogenem trvají asi 12 hodin.

Pro srovnání, uložené tuky:

- Za prvé, obvykle mají mnohem větší hmotnost než hmotnost uloženého glykogenu,
- za druhé, mohou být dostačující na měsíc existence.

Kromě toho stojí za zmínku, že lidské tělo může přeměnit sacharidy na tuky, ale ne naopak, to znamená, že uložený tuk nemůže být přeměněn na glykogen, může být použit pouze přímo na energii. Ale rozdělit glykogen na glukózu, pak zničit glukózu sám a použít výsledný produkt pro syntézu tuků lidského těla je docela schopný.

Glykogen je snadno využitelná zásoba energie.

Mobilizace glykogenu (glykogenolýza)

Rezervy glykogenu se používají odlišně v závislosti na funkčních vlastnostech buňky.

Jaterní glykogen se rozkládá snížením koncentrace glukózy v krvi, především mezi jídly. Po 12-18 hodinách hladovění jsou zásoby glykogenu v játrech zcela vyčerpány.

Ve svalech se množství glykogenu obvykle snižuje pouze během fyzické aktivity - prodloužené a / nebo intenzivní. Glykogen se zde používá k zajištění fungování myocytů glukózou. Svaly, stejně jako jiné orgány, tak používají glykogen pouze pro své vlastní potřeby.

Mobilizace (rozklad) glykogenu nebo glykogenolýzy se aktivuje v případě nedostatku volné glukózy v buňce, a tedy v krvi (nalačno, svalová práce). Hladina glukózy v krvi "účelně" podporuje pouze játra, ve kterých je glukóza-6-fosfatáza, která hydrolyzuje ester glukózového fosfátu. Volná glukóza vytvořená v hepatocytech se uvolňuje přes plazmatickou membránu do krve.

Tři enzymy se přímo podílejí na glykogenolýze:

1. Fosforylázový glykogen (koenzymový pyridoxal fosfát) - štěpí a-1,4-glykosidické vazby za vzniku glukózy-1-fosfátu. Enzym pracuje, dokud nezůstanou 4 zbytky glukózy až do bodu rozvětvení (α1,6-vazba).

Úloha fosforylázy v mobilizaci glykogenu

2. a (1,4) -a (1,4) -glukanthransferáza je enzym, který přenáší fragment ze tří zbytků glukózy do jiného řetězce za vzniku nové a1,4-glykosidové vazby. Současně zůstává na stejném místě jeden zbytek glukózy a „otevřená“ dostupná α1,6-glykosidová vazba.

3. Amylo-α1,6-glukosidáza (enzym "detituschy") - hydrolyzuje a1,6-glykosidickou vazbu uvolněním volné (nefosforylované) glukózy. Výsledkem je vytvoření řetězce bez větví, který opět slouží jako substrát pro fosforylázu.

Úloha enzymů v rozpadu glykogenu

Syntéza glykogenu

Glykogen může být syntetizován téměř ve všech tkáních, ale největší zásoby glykogenu jsou v játrech a kosterních svalech.

Ve svalech se množství glykogenu obvykle snižuje pouze během fyzické aktivity - prodloužené a / nebo intenzivní. Akumulace glykogenu je zde zaznamenána v období zotavení, zejména při konzumaci potravin s vysokým obsahem sacharidů.

Jaterní glykogen se rozkládá snížením koncentrace glukózy v krvi, především mezi jídly (období po adsorpci). Po 12-18 hodinách hladovění jsou zásoby glykogenu v játrech zcela vyčerpány. Glykogen se hromadí v játrech až po jídle, s hyperglykémií. To je dáno zvláštnostmi jaterní kinázy (glukokinázy), která má nízkou afinitu k glukóze a může pracovat pouze při vysokých koncentracích.

Při normálních koncentracích glukózy v krvi se její zachycení v játrech neprovádí.

Následující enzymy přímo syntetizují glykogen:

1. Fosfoglukomutáza - konvertuje glukóza-6-fosfát na glukóza-1-fosfát;

2. Glukóza-1-fosfát-uridyltransferáza - enzym, který provádí klíčovou syntézu. Nevratnost této reakce je zajištěna hydrolýzou výsledného difosfátu;

Reakce syntézy UDP-glukózy

3. Glykogen syntáza - tvoří a1,4-glykosidické vazby a rozšiřuje glykogenový řetězec, připojuje aktivovaný Cj UDF-glukózu ke zbytku glykogenu na C4 konci;

Chemie syntézy glykogenu

4. Amylo-al, 4-al, 6-glykosyltransferáza, enzym "glykogen rozvětvující" - přenáší fragment s minimální délkou 6 zbytků glukózy na sousední řetězec za vzniku a1,6-glykosidové vazby.

Chemist Handbook 21

Chemie a chemická technologie

Rozpad glykogenu za vzniku glukózy

Během fosforolýzy se tedy glykogen rozkládá tvorbou esteru glukózy s fosforečnou kyselinou, aniž by se nejprve rozdělil na větší fragmenty molekuly polysacharidu. [p.251]

Fosforylasy přenášejí polysacharidy (zejména glykogen) ze skladovací formy do metabolicky aktivní formy v přítomnosti fosforylázy a glykogen se rozkládá za vzniku glukózo-etheru etheru (glukóza-1-fosfát) bez jeho štěpení na větší fragmenty molekuly polysacharidu. Obecně lze tuto reakci znázornit následovně [p.325]

Později na tuto důležitou otázku odpovíme podrobněji (kap. 25), nyní jen říkáme, že pokud je tělo náhle v kritické situaci, nadledvina medulla vylučuje hormon adrenalin do krve, který slouží jako molekulární signál pro játra a svaly. Pod vlivem tohoto signálu játra zapíná svou glykogen fosforylázu, v důsledku čehož hladina glukózy v krvi stoupá, tzn. svaly dostat palivo. Stejný signál zahrnuje v kosterním svalstvu rozpad glykogenu s tvorbou laktátu, čímž se zvyšuje [p.464]

Trávení dietních sacharidů začíná v ústní dutině. V důsledku působení enzymu saliva amyláza, škrob a glykogen podléhají mělkému štěpení za vzniku polysacharidů s nízkou molekulovou hmotností - dextrinů. Další rozklad dextrinů, stejně jako nestrávený škrob a glissogen se vyskytuje v tenkém střevě za účasti amylázy pankreatické šťávy. Výsledkem je disacharidová maltóza, sestávající ze dvou zbytků glukózy. Strávení sacharidů je doplněno přeměnou vytvořené maltózy a jiných potravinových disacharidů (sacharózy, laktózy) na monosacharidy (glukóza, fruktóza, galaktóza), z nichž hlavní je glukóza. [c.44]

Komplexní sacharidy začínají procházet transformacemi již v oblasti úst. Slin, sekrece produkovaná slinnými žlázami (příušní, submandibulární, sublingvální), obsahuje dva enzymy, které štěpí sacharidovou amylázu (amyláza slin používaná jako ptyalin) a v malém množství maltázy. Tyto enzymy, následnou expozicí škrobu nebo glykogenu, způsobují rozpad (hydrolýzu) těchto polysacharidů na tvorbu glukózy. [c.241]

Aby se glykogen-fosforyláza rozpadla za působení glykogenu, musí na polysacharid působit i jiný enzym. (1 -> 6) -glukosidáza. Tento enzym katalyzuje dvě reakce. V prvním z nich se štěpí z řetězce tři zbytky glukózy ze čtyř zmíněných a přenesou je na konec nějakého jiného vnějšího postranního řetězce. Ve druhé reakci, katalyzované (1 - + -> 6) -glukosidasou, se štěpí čtvrtý zbytek glukózy, připojený v místě rozvětvení vazby (1-> 6). Hydrolýza (1-> 6> vazby v místě větvení vede k tvorba jedné molekuly D-glukózy a od [p.457]


Glykogen se rozpouští v horké vodě za vzniku opalescentního roztoku. Je natřen jódem v červenohnědé barvě, blízké barvě jódově zbarveného amylopektinu. Glykogen nemá žádné redukční vlastnosti. Během hydrolýzy glykogenu zředěnou minerální kyselinou, stejně jako štěpením enzymy, vzniká a-O-glukóza. Zbytky molekul glukózy v molekulách glykogenu jsou navzájem spojeny glukosidickými vazbami 1,4 a 1,6. Tak, jako amylo-pektin, má molekula glykogenu strukturu s větvemi, s větším množstvím 1,6 glukosidických vazeb (pro 12 vazeb 1,4, existuje jedna vazba 1,6) než v molekule amylopektinu, a proto více rozvětvené a kompaktnější (obr. 5). [c.74]

Funkce jater v metabolismu sacharidů je extrémně velká a mnohostranná. Je schopen syntetizovat glykogen z glukózového a nekarbohydrátového materiálu. Takovým materiálem může být kyselina mléčná, glycerin, produkty štěpení glykokolu, alaninu, tyrosinu, fenylalaninu, serinu, threoninu, cysteinu, valinu, isoleucinu, kyseliny asparagové a kyseliny glutamové, argininu a prolinu. Jedná se o tzv. Glukogenní kyseliny. Játra mohou oxidovat kyselinu pyruvovou za vzniku ATP, který je používán játry k přeměně kyseliny mléčné na glykogen. [c.84]

Poprvé byla při studiu metabolismu glykogenu v buňkách kosterního svalstva detekována fosforylace proteinů závislá na AMP. Glykogen je hlavní rezervní forma glukózy, jak již bylo zmíněno, její rozpad ve svalových buňkách je regulován adrenalinem (ve skutečnosti adrenalin reguluje jak rozklad glykogenu, tak jeho syntézu v kosterním svalstvu). Pokud je například zvíře vystaveno stresu (vyděšení, atd.), Pak nadledvinky začnou házet adrenalin do krve, což přinese různé tkáně těla do stavu připravenosti. Adrenalin cirkulující v krvi způsobuje zejména rozpad glykogenu ve svalových buňkách na glukóza-1-fosfát a zároveň inhibuje syntézu nového glykogenu. Glukóza-1-fosfát je přeměněn na glukóza-6-fosfát, který je pak oxidován při glykolýzových reakcích s tvorbou ATP, což poskytuje energii pro intenzivní svalovou práci. Tímto způsobem adrenalin připraví svalové buňky na intenzivní práci. [c.372]

U lidí je známa řada genetických onemocnění spojených se zhoršenou syntézou nebo rozkladem glykogenu. Jedním z prvních byl případ chronického rozšíření jater - u 8leté dívky, která měla také různé typy metabolických poruch. Dívka zemřela na chřipku. Pitva ukázala, že její játra byla 3krát vyšší než norma, obsahovala enormní množství glykogenu a její podíl byl téměř 40% suché hmotnosti orgánu. Glykogen izolovaný z jater byl chemicky zcela normální, avšak když byl kus jaterní tkáně homogenizován a inkubován v pufru, tento glykogen zůstal nedotčen - nevznikl ani laktát ani glukóza. Když byla k glykogenu přidána suspenze připravená z tkáně normálních jater, rychle se zhroutila na glukózu. Na základě tohoto biochemického testu dospěli vědci k závěru, že pacient narušil proces rozpadu glykogenu (toto onemocnění se často nazývá Gyrkeho choroba po jménu lékaře, který ji popsal). Zpočátku se předpokládalo, že glukóza-6-fosfatáza je defektním enzymem, protože nemocná játra nevytvářela glukózu, ale absence tvorby laktátu ukázala, že defekt ovlivnil buď glykogen fosforylázu, nebo debranching enzym [a (1 - 6) a) -glukosidáza]. Později byli výzkumníci posíleni v názoru, že v tomto klasickém případě byl ovlivněn (1 - 6) -glukosidasou. V důsledku toho by mohly být molekuly glykogenu v játrech rozděleny na glukózu nebo [c.616]


Zde je třeba zdůraznit, že k rozpadu glykogenu v játrech s tvorbou volné glukózy (mobilizace glykogenu, str. 245) dochází převážně fosforolyticky. Současně se glykogen rozpadá pod vlivem ne amylázy, ale jaterní fosforylázy s tvorbou etheru glukóza-1-monofosforečná (str. 251). Tento je pak velmi rychle štěpen játrovými fosfatázami na volnou glukózu a kyselinu fosforečnou. V konečném důsledku fosforyláza a glukóza-1-monofosforečná ether fosfatáza přítomná v játrech štěpí glykogen na jednotlivé glukózové částice, bez mezilehlé tvorby dextrinů a maltózy, které jsou charakteristickými produkty hydrolytické degradace glykogenu (v přítomnosti amylázy). [p.245]

Metabolismus v mozku, svalech, tukové tkáni a játrech se velmi liší. V normálně krmené osobě, glukóza je prakticky jediný zdroj energie pro mozek. Při hladovění získají ketony (acetoacetát a 3-hydroxybutyrát) roli hlavního zdroje energie pro mozek. Svaly používají jako zdroj energie glukózu, mastné kyseliny a ketony a syntetizují glykogen jako rezervu energie pro své vlastní potřeby. Tuková tkáň se specializuje na syntézu, skladování a mobilizaci triacylglycerolů. Mnohočetné metabolické procesy jater podporují práci jiných orgánů. Játra mohou rychle mobilizovat glykogen a provádět glukoneogenezi, aby vyhovovaly potřebám jiných orgánů. Játra hrají hlavní roli v regulaci metabolismu lipidů. Když jsou zdroje energie bohaté, dochází k syntéze a esterifikaci mastných kyselin. Pak se pohybují z jater do tukové tkáně ve formě lipoproteinů s velmi nízkou hustotou (VLDL). Při hladovění se však mastné kyseliny přeměňují v játrech na ketonová těla. Integrace aktivity všech těchto orgánů se provádí hormony. Inzulín signalizuje hojnost potravinových zdrojů, stimuluje tvorbu glykogenu a triacylglycerolů, stejně jako syntézu proteinů. Glukagon naopak signalizuje nízký obsah glukózy v krvi, stimuluje rozklad glykogenu a glukoneogenezi v játrech a hydrolýzu triacylglycerolů v tukové tkáni. Adrenalin a norepinefrin působí na energetické zdroje, jako je glukagon, rozdíl je v tom, že jejich hlavním cílem je sval, nikoli játra. [c.296]

Inzulín Důležitou roli v metabolismu sacharidů a regulaci hladiny cukru v krvi hraje hormon inzulín. Na rozdíl od působení jiných hormonů snižuje koncentraci cukru v krvi, zvyšuje přeměnu glukózy na glykogen v játrech a svalech, podporuje správnou oxidaci glukózy v tkáních a také zabraňuje rozpadu glykogenu v játrech s tvorbou glukózy. Inzulín působí na proces fosforylace glukózy s tvorbou glukóza-6-fosfátu, což je první krok glukogenézy nebo tvorba glykogenu. V nepřítomnosti dostatečného příjmu inzulínu je přeměna extracelulární glukózy na intracelulární glukóza-6-fosfát zpožděna. [c.364]

Gibson, 1948 [1099]) (25080). V tomto případě je poškozeným enzymem MAVN-dependentní methemoglobin reduktáza. První pokus o systematické studium skupiny lidských onemocnění spojených s metabolickými defekty byl proveden v roce 1951. Ve studii onemocnění akumulace glykogenu, Coryho pár ukázal, že v osmi z deseti případů patologického stavu, který byl diagnostikován jako Gyrkeho choroba (23220), byla struktura glykogenu v játrech normální variantou a ve dvou případech byla jasně rozdělena. Bylo také zřejmé, že glykogen v játrech, který se hromadí v nadbytku, nemůže být přímo přeměněn na cukr, protože pacienti vykazují tendenci k hypoglykémii. Pro rozpad glykogenu na glukózu v játrech je zapotřebí mnoho enzymů. Dvě z nich, amylo-1,6-glukosidáza a glukóza-6-fosfatáza, byly vybrány pro studium jako možné defektní prvky enzymového systému. V homogenátech jater při různých hodnotách pH bylo měřeno uvolňování fosfátu z glukóza-6-fosfátu. Výsledky jsou uvedeny na Obr. [c.10]

Tudíž jedna vysokoenergetická fosfátová vazba se spotřebuje, když je glukóza-6-fosfát obsažen v glykogenu. Výkon energie během rozpadu glykogenu je extrémně vysoký. Přibližně 90% reziduí je fosforolytické štěpení s tvorbou glukóza-1-fosfátu, který se promění v glukóza-b-fosfát bez nákladů na energii. Zbývajících 10% zbytků patří do větví a štěpí se hydrolyticky. Jedna molekula ATP se používá k fosforylaci každé z těchto molekul glukózy na glukóza-b-fosfát. Úplná oxidace glukózy-b-fosfátu dává třicet sedm [c.122]

Syntéza a rozpad glykogenu. Glykogen je snadno mobilizovaná forma skladování energie. Je to rozvětvený polymer zbytků glukózy. Aktivovaným meziproduktem syntézy glykogenu je UDP-glukóza, která se tvoří z glukózy-1-fosfátu a UTP. G lykogen syntáza katalyzuje přenos glukózového zbytku z UDP glukózy na koncovou hydroxylovou skupinu rostoucího řetězce. Jiným způsobem je štěpení glykogenu. Fosforyláza katalyzuje rozklad glykogenu ortofosfátem za vzniku glukózy-1-fosfátu. Syntéza a štěpení glykogenu jsou koordinovány s [p.285]

Metabolismus sacharidů v každé živé buňce (živé látce) je jeden proces, který současně souvisí vzájemně provázané reakce rozkladu a syntézy organických látek. Ve středu metabolismu sacharidů u zvířat jsou glykogeneze a glykogenolýza, tj. Procesy tvorby a rozkladu glykogenu. Vyskytují se hlavně v játrech. Glykogen může být tvořen jak ze sacharidů, tak ze zdrojů, které nejsou sacharidy, jako jsou například určité aminokyseliny, glycerin, kyseliny mléčné, pyrohroznové a propionové, jakož i mnoho dalších jednoduchých sloučenin. Termín glykogenolýza označuje skutečné rozpad glykogenu na glukózu. Toto slovo je však často chápáno jako celkový součet procesů vedoucích k glykolytické tvorbě kyseliny mléčné v případě, kdy výchozím substrátem není glukóza, ale glykogen. Glykolýza je obecně chápána tak, že znamená odbourávání sacharidů od začátku, to znamená od glukózy nebo glykogenu, není to rozdíl mezi finálními produkty. [c.376]

Během alkoholové fermentace se v procesu štěpení jedné molekuly glukózy vytvoří čtyři molekuly ATP (50 kcal nebo 210 kJ). Dvě z nich jsou věnována funkční aktivitě a syntéze. Podle některých autorských výpočtů se během glykolýzy a glykogenolýzy akumuluje 35–40 / o všech uvolněných volných energií v energeticky bohatých fosforových vazbách, zatímco zbývajících 60–65% je dispergováno ve formě tepla. Účinnost buněk, orgánů, pracujících v anaerobních podmínkách, nepřesahuje 0,4 (aerobní 0,5). Tyto výpočty jsou založeny především na údajích získaných ze svalových extraktů a kvasničné šťávy. V podmínkách živého organismu využívají svalové buňky, orgány a tkáně energii, pravděpodobně mnohem více. Z fyziologického hlediska je proces glykogenolýzy a glykolýzy nesmírně důležitý, zejména když jsou životní procesy prováděny v podmínkách nedostatku kyslíku. Například při intenzivní práci svalů, zejména v první fázi aktivity, je vždy rozdíl mezi dodáváním kyslíku do svalů a jeho potřebou. V tomto případě jsou počáteční náklady na energii pokryty převážně glykogenolýzou. Podobné jevy jsou pozorovány v různých patologických stavech (hypoxie mozku, srdce atd.). Navíc, potenciální energie obsažená v kyselině mléčné, nakonec ne ztracený k vysoce organizovanému organismu. Výsledná kyselina mléčná je rychle přenesena ze svalů do krve a poté transportována do jater, kde je opět přeměněna na glykogen. Anaerobní rozklad sacharidů s tvorbou kyseliny mléčné je v přírodě velmi běžný, je pozorován nejen ve svalech, ale iv jiných tkáních živočišného organismu. [c.334]

Poprvé byla sled událostí objasněna ve studiu metabolismu glykogenu v buňkách kosterního svalu. Glykogen je hlavní rezervní forma glukózy, jeho syntéza a rozklad jsou přísně regulovány určitými hormony. Pokud je například zvíře vyděšeno nebo vystaveno jinému stresu, nadledvinky vylučují adrenalin do krevního oběhu a přinášejí různé tkáně do stavu připravenosti. Cirkulující adrenalin způsobuje zejména rozpad glykogenu v buňkách epikonu na glukóza-1-fosfát a zároveň zastavuje syntézu nového glykogenu. Glukóza-1-fosfát je přeměněn na glukóza-6-fosfát, který je pak oxidován při glykolytických reakcích, což vede k tvorbě ATP, která je nezbytná pro práci mypps. Tímto způsobem adrenalin připraví svalové buňky na intenzivní práci. [c.271]

Vidět strany kde termín Glycogen Splitting s tvorbou glukózy je zmíněn: [c.158] [c.187] Lidská genetika T.3 (1990) - [c.10]

Info-Farm.RU

Farmaceutika, lékařství, biologie

Glykogen

Glykogen (také známý jako „zvířecí škrob“, navzdory nepřesnosti tohoto názvu) je polysacharid, homopolymer α-glukózy, hlavní forma jeho skladování v živočišných buňkách, většině hub, mnoho bakterií a archaea. V lidském těle je hlavním místem akumulace glykogenu játra a kosterní sval.

Schopnost jater zvyšovat koncentraci glukózy v krvi a přítomnost škrobové látky v ní, která se nazývala glykogen, byla objevena v roce 1875 Claudem Bernardem.

Chemická struktura

Glykogen je a-glukózový homopolymer, jehož zbytky jsou propojeny vazbami (al -> 4) - glukosid. Každé 8–10 monomerních zbytků se odbočuje, boční větve jsou připojeny (α1 → 6) svazkem. Molekula glykogenu je tedy mnohem kompaktnější a rozvětvená než škrob. Stupeň polymerace je blízký stupni amylopektinu.

Všechny větve glykogenu mají nefrekvenční konec, takže pokud se počet větví rovná n, pak molekula bude mít n-1 neobvyklé konce a pouze jednu redukující. Když dojde k hydrolýze glykogenu, aby se použil jako zdroj energie, jsou zbytky glukózy po jednom odštěpeny z neredukovatelných konců. Jejich velký počet umožňuje výrazně urychlit proces.

Nejstabilnější konformací větví s vazbou (α1 → 4) je hustá spirála se šesti zbytky glukózy na jednu revoluci (rovina každé molekuly se vrací na 60 ° vzhledem k předchozímu).

K provedení své biologické funkce: zajištění nejkompaktnějšího skladování glukózy a zároveň možnost její rychlé mobilizace musí mít glykogen strukturu optimalizovanou pro několik parametrů: 1) počet úrovní (úrovní) větvení; 2) počet větví v každé vrstvě; 3) množství zbytků glukózy v každé větvi. Pro molekulu glykogenu s konstantním počtem monomerních jednotek se počet vnějších větví, ze kterých může být glukóza mobilizována do bodu větvení, snižuje se zvyšující se průměrnou délkou každé větve. Hustota nejvzdálenějších větví je stericky omezena, takže maximální velikost molekuly glykogenu se snižuje s rostoucím počtem větví na stejné úrovni. Zralé glykogenové molekuly různého původu mají v průměru 12 větví, z nichž každá má průměrně dvě větve, z nichž každá obsahuje přibližně 13 zbytků glukózy. Matematická analýza ukázala, že taková struktura je velmi blízko optimálnímu pro mobilizaci maximálního množství glukózy v nejkratším možném čase.

Distribuce a význam

Glykogen je forma uchovávání glukózy u zvířat, hub, některých bakterií (zejména cyanobakterií) a APEX. U mikroorganismů je glykogen více či méně rovnoměrně rozptýlen v cytoplazmě buňky ve formě granulí o průměru 20-100 nm, obvykle je lze pozorovat pouze elektronovým mikroskopem. Pokud buňka obsahuje velké množství glykogenu, stává se při malování roztokem jódu červenohnědé. U obratlovců jsou největší množství glykogenu uložena v játrech, kde může být 7-10% celkové hmotnosti (100-120 g u dospělého) a kosterních svalů (1-2% celkové hmotnosti). Malá množství glykogenu se nacházejí v ledvinách a ještě méně v některých gliových mozkových buňkách a bílých krvinkách.

Skladování glukózy není ve volné formě, ale ve formě polysacharidů je diktováno dvěma důvody. Za prvé, jestliže například v hepatocytech, byla celá hmotnost glukózy, která je součástí glykogenu, ve volném stavu, jeho koncentrace by dosáhla 0,4 mol / l. To by zase vedlo k významnému zvýšení osmotického tlaku cytosolu, nadměrnému přítoku vody do buňky a jejímu roztržení. Za druhé, taková vysoká koncentrace glukózy by se aktivně transportovala z buněčného prostředí v případě hepatocytů z krve, kde hladina glukózy je pouze 5 mmol / l, což je prakticky nemožné. Uchovávání glukózy ve formě glykogenu snižuje jeho koncentraci v buňce na 0,01 µmol / L.

Zásoby glykogenu u lidí jsou významně nižší než zásoby tuků. Ty mají řadu výhod: zaprvé umožňují získat více než dvojnásobek energie jako stejná hmotnost sacharidů, za druhé jsou to hydrofobní molekuly a na rozdíl od sacharidů nevyžadují hydrataci, což snižuje hmotnost energetických rezerv. Nicméně glykogen je rychlým zdrojem energie, kromě živočišného těla neexistují žádné metabolické cesty pro přeměnu mastných kyselin na glukózu, které nemohou být používány mozkem ve svalovém anaerobním metabolismu.

V hepatocytech je glykogen uložen jako velké cytoplazmatické granule. Elementární tzv. Β-částice je jedna molekula gilkogenu, má průměr asi 21 nm a obsahuje 55000 zbytků glukózy a má 2000 nepravidelných konců. 20-40 takových částic dohromady tvoří a-rozety, které mohou být pozorovány pod mikroskopem v tkáních zvířat, která jsou dobře krmena. Po 24 hodinách však rychle zmizí. Glykogenové granule jsou komplexní agregáty, které kromě glykogenu zahrnují enzymy, syntetizují a rozkládají je, stejně jako regulační molekuly.

Svalový glykogen slouží jako zdroj rychlé energie pro aerobní i anaerobní metabolismus. Jeho zásoby mohou být vyčerpány během jedné hodiny intenzivní fyzické aktivity. Pravidelný trénink vám umožňuje zvýšit zásoby svalového glykogenu, takže mohou pracovat déle bez únavy. V játrech je glykogen rezervou glukózy pro jiné orgány, v případě, že je jeho dietní příjem omezen. Tato rezerva je obzvláště důležitá pro neurony, které nemohou používat mastné kyseliny jako energetický substrát. Glykogenová jaterní rezerva při hladovění je vyčerpána za 12-24 hodin.

Glykogen je také obsažen v tajných žlázách dělohy, které vylučují do své dutiny během post-ovulačního období menstruačního cyklu po oplodnění. Polysacharid se zde používá jako zdroj výživy pro embryo pro jeho implantaci.

Glykogen také vstupuje do těla s jídlem a je rozdělen do tenkého střeva hydrolytických enzymů.

Metabolismus glykogenu

Rozpad glykogenu

Rozpad glykogenu se děje ve dvou hlavních směrech: během trávení je hydrolyzován na glukózu, která může být absorbována epitelovými buňkami tenkého střeva. Intracelulární štěpení glykogenových zásob (glykogenolýza) probíhá fosforolýzou, jejímž produktem je glukóza-1-fosfát, což umožňuje ušetřit část energie glykosidických vazeb tvorbou fosfátového esteru. Pro začlenění glukózy vytvořené do glykolýzy nebo pentózové fosfátové cesty tedy není nutné vynakládat ATP. Kromě toho, tvorba glukózy-1-fosfátu je prospěšná pro svaly, protože pro tuto sloučeninu jsou nosiče NO v plazmatické membráně a nemohou „uniknout“ z buňky.

Hydrolýza glykogenu během trávení

U lidí začíná trávení glykogenu (jako škrob) v ústní dutině, kde působí jeho α-amyláza slin. Tento enzym hydrolyzuje intramolekulární vazby (al → 4) a štěpí polysacharidy na oligosacharidy. V žaludku je slinová amyláza inaktivována vysokou kyselostí média. Žaludeční šťáva neobsahuje enzymy pro trávení sacharidů. V dvanáctníku se na vazbu glykogenu (α1 -> 4) působí pankreatickou α-amylázou a na vazbě (α1 -> 6) pomocí speciálního enzymu uvolňujícího železo amylo-1,6-glykosidasu. Tím je dokončena hydrolýza glykogenu na maltózu, která je pod vlivem parietálního enzymu maltasy tenkého střeva (α-glukosidáza) přeměněna na glukózu a absorbována.

Glykogenolýza

Intracelulární sval a jaterní glykogen se štěpí během glykogenolýzy, ve které se účastní tři enzymy: glykogen fosforyláza, glykogendendoglozhuyuyu enzym a fosfoglukomutáza. První z nich katalyzuje reakci, při které anorganický fosforečnan napadá glykosidické (α1 → 4) spojení mezi posledními dvěma zbytky glukózy z neobyčejného konce, což vede k odštěpení posledního zbytku jako glukóza-1-fosfátu. Kofaktorem této reakce je pyridoxal fosfát.

Glykogen fosforyláza postupně štěpí jeden monomer ze vzácného konce, dokud nedosáhne místa odstraněného čtyřmi zbytky z vazby (α1 -> 6). Toto je kde bifunkční (eukriot), směsový enzym vstoupí do hry. Nejprve katalyzuje reakci transferázy, která spočívá v přenosu bloku tří zbytků glukózy z větve do nejbližšího vzácného konce, ke kterému je připojen (α1 → 4) - spojení. Poté štěpný enzym vykazuje (a1-6) -glukosidázovou aktivitu, která spočívá v odštěpení (a1-6) vazby a uvolnění volné glukózy.

Glukóza-1-fosfát vzniká za účelem přeměny fosfoglukomutázy na glukóza-6-fosfát, který v kosterním svalstvu vstupuje do procesu glykolýzy. V játrech může být glukóza-6-fosfát transportován také do endoplazmatického retikula, kde působí glukóza-6-fosfatáza (svaly jsou zbaveny tohoto enzymu), přeměněny na glukózu a uvolněny do krve.

Biosyntéza glykogenu

Biosyntéza glykogenu (glykogeneze) se v malém rozsahu vyskytuje téměř ve všech tkáních těla, ale je nejvýraznější v játrech a svalech. Tento proces začíná glukózo-6-fosfátem, vzniká z glukózy na hexokinázovou nebo glukokinázovou reakci. Část glukózy, která vstupuje do těla potravou, je nejprve absorbována červenými krvinkami, které ji využívají pro energii v procesu mléčného kvašení. Tvořený laktát v hepatocytech je během glukoneogeneze konvertován na glukóza-6-fosfát.

Metabolické dráhy biosyntézy a rozpad některých sloučenin se obvykle liší alespoň u některých reakcí. Metabolismus glykogenu byl prvním otevřeným příkladem této důležité zásady. 1957 Louis Leloir zjistil, že v procesu glykogeneze se nepoužívá glukóza-1-fosfát, ale používá se uridin-difosfát glukóza.

Glukóza-6-fosfát se nejprve převádí na glukóza-1-fosfát vlivem fosfoglukomutázy. Produkt této reakce se stává substrátem enzymu UDP-glukóza fosforylázy, který katalyzuje reakci:

1-fosfát glukózy + UTP → UDP-glukóza + FF n

Vzhledem k tomu, že pyrofosfát je okamžitě štěpen anorganickou pyrofosfatasou, je reakční rovnováha silně posunuta směrem k tvorbě UDP-glukózy. Tato látka je substrátem pro glykogen syntázu, která přenáší zbytek glukózy na neobvyklý konec molekuly glykogenu.

Tvorba laterálních větví poskytuje gilkozil- (4 → 6) -transglykosylázu (rozvětvený enzym). To se oddělí od větve, obsahuje více než 11 monomerních jednotek 6-7 poslední a převádí je na C6 hydroxylovou skupinu glukózového zbytku ve více vnitřní poloze na stejné nebo jiné větvi. Dochází tak k rozvětvení, které je nezbytné pro lepší rozpustnost glykogenu, a přístupu většího počtu enzymů syntézy a štěpení k neobyčejným koncům.

Glykogen syntáza může syntetizovat glykogen pouze v případě, že obsahuje primer - hotový glukózový polymer s méně než šesti monomerními jednotkami. Tvorba de novo glykogenových molekul je možná pouze díky glykogeninovému proteinu, který také slouží jako „semeno“, na kterém se shromažďují nové glykogenové větve a enzym, který katalyzuje začátek tvorby našeho výzkumu.

Glykogeneze a glykogenolýza mají komplexní regulační systém na několika úrovních. Mnoho enzymů zapojených do těchto procesů je alosterických a může měnit svou aktivitu přizpůsobením potřebám buňky. Množství zásob glykogenu je také regulováno na hormonální úrovni pro udržení homeostázy celého organismu.

Klinický význam

Porušení metabolismu glykogenu se vyskytuje u mnoha lidských onemocnění, včetně diabetes mellitus. Existuje také řada dědičných poruch spojených s nadměrnou depozicí glykogenu v játrech, nazývají se glykogenóza. Obvykle jsou doprovázeny těžkou hypoglykemií (nízká hladina glukózy v krvi) mezi jídly. První glykogenóza byla popsána v roce 1929 Edgarem von Gorky, Gerty Coreyová významně přispěla ke studiu těchto onemocnění. Nyní je známo 13 forem glykogenózy, způsobených zhoršenou funkcí různých proteinů.

Syntéza a rozpad glykogenu

Když se koncentrace glukózy v krvi zvýší například v důsledku její absorpce ve střevě během trávení, zvýší se tok glukózy do buněk a alespoň část této glukózy může být použita pro syntézu glykogenu. Akumulace sacharidové rezervy v buňkách ve formě glykogenu má určité výhody oproti hromadění glukózy, protože není doprovázena zvýšením intracelulárního osmotického tlaku. S nedostatkem glukózy se však glykogen snadno rozkládá na glukózu nebo její fosfátové estery a výsledné monomerní jednotky se používají v buňkách s energetickými nebo plastovými cíli.

4.1. Syntéza glykogenu

Glukóza vstupující do buněk podléhá fosforylaci za účasti enzymů hexokinázy nebo glukokinázy:

Výsledný gl-6-f se izomerizuje na gl-1-f za účasti enzymu fosfoglukomutázy [FGM]:

Pak chl-1-f interaguje s uridin trifosfáty za vzniku UDP-glukózy za účasti enzymu UDP-glukóza pyrofosforylázy [nebo glukózy-1-fosfaturidyltransferázy]:

Pyrofosfát se okamžitě rozdělí na dva zbytky kyseliny fosforečné za účasti enzymu pyrofosfatázy. Tato reakce je doprovázena ztrátou energie řádově 7 kcal / mol, v důsledku čehož se reakce tvorby UDP-glukózy stává nevratnou - termodynamickou kontrolou směru procesu.

V dalším stádiu je zbytek glukózy z UDP-glukózy přenesen na syntetizovanou molekulu glykogenu za účasti enzymu glykogen syntetázy:

UDP-glukóza + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP

/ glykogen / a molekula glykogenu je prodloužena o jeden zbytek glukózy. Enzym glykogensyntetáza je schopná vázat zbytek glukózy z UDP-glukózy na molekulu glykogenu ve výstavbě pouze vytvořením -1,4-glykosidové vazby. V důsledku toho může být za účasti pouze jednoho z těchto enzymů syntetizován pouze lineární polymer. Glykogen je rozvětvený polymer a větvení v molekule vzniká za účasti jiného enzymu: amylo-1,4 -> 1,6 - glykosyltransferázy. Tento enzym, jinak známý jako větvový enzym, transportuje fragment 5-7 monomerních jednotek z konce lineární oblasti polysacharidu syntetizovaného blíže k jeho středu a tento fragment spojuje polymerní řetězec v důsledku tvorby a-1,6-glykosidové vazby:

Je třeba poznamenat, že podle jiných údajů je štěpitelný fragment sestávající z minimálně 6 zbytků glukózy přenesen do sousedního řetězce rozvětveného polysacharidu ve výstavbě. V každém případě jsou v budoucnu oba řetězce prodlouženy působením glykogen syntetázy a nové větve jsou tvořeny za účasti větvícího enzymu.

Syntéza glykogenu se vyskytuje ve všech orgánech a tkáních, avšak nejvyšší obsah je pozorován v játrech [od 2 do 5 - 6% celkové hmotnosti orgánu] a ve svalech [až do 1% jejich hmotnosti]. Zahrnutí 1 glukózového zbytku do molekuly glykogenu je doprovázeno použitím 2 ekvivalentů s vysokou energií (1 ATP a 1 UTP), takže syntéza glykogenu v buňkách může probíhat pouze s dostatečným přívodem energie buněk.

4.2. Mobilizace glykogenu

Glykogen se jako zásoba glukózy hromadí v buňkách během trávení a je spotřebován v období po absorpci. Štěpení glykogenu v játrech nebo jeho mobilizace se provádí za účasti enzymu glykogen fosforylázy, často nazývaného jednoduše fosforyláza. Tento enzym katalyzuje fosforolytické štěpení a-1,4-glykosidických vazeb koncových glukózových zbytků polymeru:

(C6H10O5) n + H3PO4> (C6 H10O5) n-1 + Gl-1-F Pro štěpení molekuly v oblasti větvení jsou zapotřebí dva další enzymy: tzv. Debranching (degenerující) - enzym a amylo-1,6-glykosidáza a v důsledku působení posledního enzymu se v buňkách vytvoří volná glukóza, která může buď opustit buňku nebo podstoupit fosforylaci.

Gl-1-f v buňkách je izomerizován za účasti fosfoglukomutázy v gl-6-f. Další osud gl-6-fosfátu je určen přítomností nebo nepřítomností glukóza-6-fosfatázy v buňkách enzymu. Pokud je enzym přítomen v buňce, katalyzuje hydrolytické štěpení zbytku kyseliny fosforečné z gl-6-fosfátu za vzniku volné glukózy:

Gl-6-f + H20D> Glukóza + H3PO4, která může proniknout vnější buněčnou membránou a vstupovat do krevního oběhu. Jestliže glukóza-6-fosfatáza není přítomna v buňkách, pak glukóza není defosforylována a zbytek glukózy může být použit pouze touto konkrétní buňkou. Všimněte si, že rozdělení glykogenu na glukózu nepotřebuje další přívod energie.

Ve většině lidských orgánů a tkání chybí glukóza-6-fosfatáza, proto je glykogen, který je v nich uložen, používán pouze pro vlastní potřebu. Typickým zástupcem těchto tkání je svalová tkáň. Glukóza-6-fosfatáza je přítomna pouze v játrech, ledvinách a střevech, ale přítomnost enzymu v játrech (přesněji v hepatocytech) je nejvýznamnější, protože tento orgán hraje roli druhu pufru, který absorbuje glukózu, když jeho obsah v krvi stoupá a dodává glukózu do krve, když koncentrace glukózy v krvi začne klesat.

4.3. Regulace syntézy a rozkladu glykogenu

Porovnáme-li metabolické cesty syntézy a mobilizace glyko-genu, uvidíme, že jsou odlišné:

Tato okolnost umožňuje odděleně regulovat diskutované procesy. Regulace se provádí na úrovni dvou enzymů: glykogen syntetázy, která se podílí na syntéze glykogenu a fosforylázy, která katalyzuje rozklad glykogenu.

Hlavním mechanismem regulace aktivity těchto enzymů je jejich kovalentní modifikace fosforylací-defosforylací. Fosforylace nebo fosforyláza „a“ je vysoce aktivní, zatímco fosforylovaná glykogenová syntetáza nebo syntetáza „b“ je neaktivní. Jestliže jsou tedy oba enzymy ve fosforylované formě, glykogen se štěpí v buňce za vzniku glukózy. V defosforylovaném stavu je naopak fosforyláza neaktivní (ve formě „b“) a glykogen-syntetáza je aktivní (ve formě „a“), v této situaci je glykogen z glukózy syntetizován v buňce.

Jelikož glykogen v játrech hraje úlohu glukózové rezervy pro celý organismus, jeho syntéza nebo dezintegrace by měla být řízena supercelulárními regulačními mechanismy, jejichž práce by měla být zaměřena na udržení konstantní koncentrace glukózy v krvi. Tyto mechanismy by měly zajistit zabudování glyko-genové syntézy v hepatocytech při zvýšených koncentracích glukózy v krvi a zvýšení odbourávání glykogenu při poklesu hladiny glukózy v krvi.

Primárním signálem, který stimuluje mobilizaci glyko-genu v játrech, je tedy snížení koncentrace glukózy v krvi. V odezvě, pankreatické alfa buňky uvolní jejich hormon, glucagon, do krevního oběhu. Glukagon cirkulující v krvi interaguje se svým receptorovým proteinem umístěným na vnější straně vnější buněčné membrány hepatocytů. tvořící komplex hor - mon-receptor. Tvorba komplexu hormonálního receptoru vede k aktivaci enzymu adenylátcyklázy umístěného na vnitřním povrchu vnější buněčné membrány pomocí speciálního mechanismu. Enzym katalyzuje tvorbu cyklického 3,5-AMP (cAMP) z ATP v buňce.

CAMP aktivuje v buňce enzym cAMP-dependentní protein kinázu. Inaktivní forma protein kinázy je oligomer sestávající ze čtyř podjednotek: 2 regulačních a dvou katalytických. Jak se zvyšuje koncentrace cAMP v buňce, do každé z regulačních podjednotek proteinové kinázy se přidají 2 molekuly cAMP, konformace regulačních podjednotek se změní a oligomer se rozpadne na regulační a katalytické podjednotky. Volné katalytické podjednotky katalyzují fosforylaci řady enzymů v buňce, včetně fosforylace glykogen syntetázy s jejím přenosem do neaktivního stavu, čímž se vypne syntéza glykogenu. Současně dochází k fosforylaci fosforylázové kinázy a tento enzym, aktivovaný svou fosforylací, zase katalyzuje fosforylázu fosforylázy svou přeměnou do aktivní formy, tj. ve formě "a". V důsledku aktivace fosforylázy se aktivuje rozklad glykogenu a hepatocyty začnou dodávat glukózu do krve.

Při průchodu pozorujeme, že při stimulaci rozpadu glykogenu v játrech pomocí katecholaminů jsou hlavními mediátory receptory b-hepatocytů, které vážou adrenalin. Současně dochází ke zvýšení obsahu Ca iontů v buňkách, kde stimulují Ca / kalmodulin citlivou kinázu fosforylázy, která zase aktivuje fosforylaci svou fosforylací.

Aktivační schéma štěpení glykogenu v hepatocytech

Zvýšení koncentrace glukózy v krvi je vnějším signálem pro hepatocyty, pokud jde o stimulaci syntézy glykogenu a tím navázání přebytku glukózy z krevního oběhu.

Aktivační schéma syntézy glykogenu v játrech

Následující mechanismus funguje: se zvýšením koncentrace glukózy v krvi se také zvyšuje její obsah v hepatocytech. Zvýšení koncentrace glukózy v hepatocytech, naopak, poměrně komplikovaným způsobem aktivuje v nich enzym fosfoproteinová fosfatáza, která katalyzuje odstranění zbytků kyseliny fosforečné z fosforylovaných proteinů. Defosforylace aktivní fosforylázy ji transformuje na neaktivní formu a defosforylace neaktivní glykogen syntetázy aktivuje enzym. Výsledkem je, že systém vstupuje do stavu, který zajišťuje syntézu glykogenu z glukózy.

Při poklesu aktivity fosforylázy v hepatocytech hraje významnou roli hormon p-buněk inzulínu pankreatu. Je vylučován b-buňkami v reakci na zvýšení hladin glukózy v krvi. Jeho vazba na receptory inzulínu na povrchu hepatocytů vede k aktivaci enzymu fosfodiesterázy v jaterních buňkách, která katalyzuje přeměnu cAMP na normální AMP, která nemá schopnost stimulovat tvorbu aktivní proteinové kinázy. Tímto způsobem je akumulace aktivní fosforylázy v hepatocytech ukončena, což je také důležité pro inhibici rozpadu glykogenu.

Je zcela přirozené, že mechanismy regulace syntézy a rozkladu glykogenu v buňkách různých orgánů mají své vlastní charakteristiky. Jako příklad můžeme uvést, že v myocytech klidových svalů nebo svalů, které vykonávají malé množství práce, prakticky neexistuje fosforyláza „a“, ale dochází ke štěpení glykogenem. Faktem je, že svalová fosforyláza, která je v defosforylovaném stavu nebo ve formě „b“, je alosterickým enzymem a je aktivována AMP a anorganickým fosfátem přítomným v myocytech. Takto aktivovaná fosforyláza „b“ zajišťuje rychlost mobilizace glykogenu, která je dostatečná pro provádění mírné fyzické práce.

Při intenzivní práci, zejména při prudkém nárůstu zátěže, se však tato úroveň mobilizace glykogenu stává nedostatečnou. V tomto případě fungují supercelulární mechanismy regulace. V reakci na náhlou potřebu intenzivní svalové aktivity vstupuje hormon adrenalinu do krve z nadledviny. Adrenalin, navázáním na receptory na povrchu svalových buněk, způsobuje odpověď myocytů, podobně jako mechanismus hepatocytové reakce na glukagon, který byl právě popsán. Ve svalových buňkách se objevuje fosforyláza „a“ a glykogen syntetáza je inaktivována a vytvořený ch-6-f se používá jako „palivo“ energie, jehož oxidační rozklad poskytuje energii pro svalovou kontrakci.

Je třeba poznamenat, že vysoké koncentrace adrenalinu, které jsou pozorovány v krvi lidí v podmínkách emocionálního stresu, urychlují rozklad glykogenu v játrech, čímž zvyšují obsah glukózy v krvi - obrannou reakci zaměřenou na nouzovou mobilizaci energetických zdrojů.

O B M E N U GL O V O D O V O

2.1. Oxidační rozklad sacharidů ve tkáních

Nejdůležitější funkce monosacharidů v těle jsou energie a plasty; Obě tyto funkce jsou realizovány během oxidačního rozkladu monosacharidů v buňkách. Během oxidace sacharidů se uvolňuje 4,1 kcal / g (asi 17 kJ / g) volné energie a díky oxidaci sacharidů lidé pokrývají 5560% celkové spotřeby energie. Během oxidace sacharidů se tvoří velké množství meziproduktů, které se používají k syntéze různých lipidů, esenciálních aminokyselin a dalších sloučenin nezbytných pro buňky. Navíc při oxidaci sacharidů v buňkách vznikají regenerační potenciály, které jsou dále používány při biosyntetických redukčních reakcích, při detoxikačních procesech, ke kontrole hladiny peroxidace lipidů atd.

Hlavním monosacharidem procházejícím oxidačními transformacemi v buňkách je glukóza, protože je ve velkém množství, které pochází ze střeva do vnitřního prostředí těla, je syntetizováno během glukoneogeneze nebo je tvořeno ve volné formě nebo ve formě etherů fosforu během štěpení glykogenu. Úloha jiných monosacharidů je méně významná, protože jejich množství vstupující do buněk v kvantitativním vyjádření se velmi liší v závislosti na složení potravy.

Existuje několik metabolických cest pro oxidaci glukózy, z nichž hlavní jsou:

a) aerobní digesci na oxid uhličitý a vodu;

b) anaerobní oxidaci na laktát;

c) oxidace pentózy;

g) oxidace za vzniku kyseliny glukuronové.

Hloubka oxidačního štěpení molekuly glukózy může

být odlišné: od oxidace jedné z koncových skupin molekul na karboxylovou skupinu, ke které dochází během tvorby kyseliny glukuronové, až po úplnou degradaci molekuly glukózy během jejího aerobního rozkladu.

2.1.1. Aerobní oxidace glukózy

V buňkách aerobních organismů je aerobní rozklad na oxid uhličitý a vodu bazický, alespoň ve vztahu k celkovému množství štěpné glukózy. Při dělení 1 M glukózy (180 g) za aerobních podmínek se uvolní 686 kcal volné energie. Proces aerobní oxidace glukózy může být rozdělen do 3 fází:

1. Rozdělení glukózy na pyruvát.

2. Oxidační dekarboxylace pyruvátu na acetyl-CoA.

3. Oxidace acetylu v Krebsově cyklu (CTC) spojená s prací respiračního enzymového řetězce.

Tyto fáze mohou být také prezentovány jako obecné schéma:

Glukóza> 2 pyruvát D> 2 acetyl CoA D> 4CO2 + 10 H20

2.1.1.1. Štěpení glukózy na pyruvát

Podle moderních konceptů probíhá první fáze oxidace glukózy v cytosolu a je katalyzována supramolekulárním proteinovým komplexem glykolytického metabolonu, který zahrnuje až tucet jednotlivých enzymů.

První stupeň oxidace glukózy může být dále rozdělen do dvou stupňů. V reakcích prvního stupně, fosforylaci glukózy, izomeraci zbytku glukózy na zbytek fruktózy, dodatečné fosforylaci zbytku fruktózy a nakonec dochází. štěpení zbytku hexózy na dva zbytky fosfotrózy:

Tato reakce je katalyzována enzymem hexokináza. ATP se používá jako foto-vazebné činidlo v buňce. Reakce je doprovázena ztrátou volné energie řádově 5,0 kcal / mol a za podmínek buňky je nevratná.

Druhá reakce katalyzovaná fosfohexoisomerasou je snadno reverzibilní.

Třetí reakce je katalyzována enzymy fosfhofruktokinasou. V této reakci se také ztrácí 3,4 kcal / mol energie a podobně jako hexo-kinázová reakce, v podmínkách buněk je nevratná.

Tato reakce je katalyzována enzymem aldolasou, reakce je reverzibilní. V důsledku reakce se bisfosfát fruktosy1,6 rozdělí na dva triosofosfáty.

Za podmínek buněk se fosfodiesihydroxyaceton (FDA) snadno izomerizuje na 3-fosfoglyceraldehyd (PHA) za účasti enzymu triosefosfát izomerázy během páté reakce. Můžeme tedy předpokládat, že v první fázi této fáze 2 se spotřebuje ATP a z molekuly glukózy se vytvoří dvě molekuly 3-fosfoglyceraldehydu.

Ve druhé fázi první fáze oxidace glukózy se PHA přemění na pyruvát. Vzhledem k tomu, že rozklad molekuly glukózy tvoří 2 molekuly PHA, musíme v dalším popisu procesu vzít tuto okolnost v úvahu.

Následující reakce uvažovaného procesu je oxidační reakce:

Během této reakce, katalyzované dehydrogenázou 3-fosfoglycerinového aldehydu, se PHA oxiduje na 1,3-difosfoglycerovou kyselinu. Oxidace probíhá dehydrogenací a atomy vodíku odštěpené od substrátu jsou přeneseny do NAD + za vzniku redukované formy koenzymu. Oxidační energie se akumuluje v buňce, nejprve ve formě redukované energie NADH + H +, a za druhé ve formě makroergické vazby mezi oxidačním produktem a kyselinou fosforečnou, která se podílí na reakci, tj. v makroergické vazbě 1,3-difosfoglycerové kyseliny.

V sedmé reakci je zbytek kyseliny fosforečné z 1,3-difosfoglycerátu spolu s energií uloženou v makroergní vazbě přenesen do ADP s tvorbou ATP:

Tato reverzibilní reakce je katalyzována enzymem fosfoglycerátkináza.

Dále přichází reverzibilní izomerace kyseliny 3-fosfoglycerové do kyseliny 2-fosfoglycerové za účasti enzymu fosfoglycerát rutmutázy:

V další, deváté reakci se voda odštěpuje z kyseliny 2-fosfoglycerové:

Během štěpení vody se hustota elektronů v molekule redistribuuje s tvorbou makroergické vazby mezi druhým atomem uhlíku enolové formy kyseliny pyrohroznové a zbytkem kyseliny fosforečné. Reakce je reverzibilní, je katalyzována enzymovou enolázou.

Energie akumulovaná v makroergické vazbě FEP spolu se zbytkem kyseliny fosforečné v průběhu následující reakce je přenesena do ADP s tvorbou ATP. Reakce je katalyzována pyruvátkinázou.

Reakce je doprovázena ztrátou energie 7,5 kcal / mol a je prakticky nevratná v buněčných podmínkách.

Celková rovnice první fáze aerobní oxidace glukózy:

Glukóza + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 pyruvát + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O

Během této fáze se uvolňuje 140 kcal / mol energie, její hlavní část (asi 120 kcal / mol) se hromadí v buňce, protože 2 ATP energie a 2 redukují NAD + ADSCH energii, z čehož vyplývá, že v prvním stupni se molekula glukózy rozdělí na dvě molekuly. kyselina pyrohroznová, zatímco buňka pro každou molekulu trávené glukózy přijímá 2 molekuly ATP a dvě molekuly redukovaného NADH + H +.

Regulace prvního stupně aerobního štěpení glukózy se provádí pomocí termodynamických mechanismů a mechanismů alosterické modulace regulačních enzymů zapojených do práce této metabolické dráhy.

Pomocí termodynamických mechanismů je tok metabolitů řízen touto metabolickou cestou. V popsaném systému reakcí jsou zahrnuty tři reakce, během kterých dochází ke ztrátě velkého množství energie: hexokináza (G0 = 5,0 kcal / mol), fosfofruktokináza (G0 = 3,4 kcal / mol) a pyruvát kináza (G0 = 7,5 kcal / mol) ). Tyto reakce v buňce nejsou prakticky reverzibilní, zejména reakce pyruvátkinázy, a vzhledem k jejich nevratnosti se proces stává nevratným jako celek.

Intenzita toku metabolitů v uvažované metabolické dráze je v buňce kontrolována změnou aktivity alosterických enzymů obsažených v systému: hexokinázy, fosfofruktokinasy a pyruvát kinázy. Body termodynamické regulace metabolické dráhy jsou zároveň místy, kde je regulována intenzita metabolitů.

Hlavním regulačním prvkem systému je fosfofruktokolasa. Aktivita tohoto enzymu je inhibována vysokými koncentracemi ATP v buňce, stupeň alosterické inhibice enzymu ATP je zvýšen při vysokých koncentracích citrátu v buňce. AMP je alosterický aktivátor fosfofruktokinázy.

Hexokináza je inhibována alosterickým mechanismem vysokými koncentracemi Gl6f. V tomto případě se zabýváme prací souvisejícího regulačního mechanismu. Po inhibici aktivity fosfofruktokinázy vysokými koncentracemi ATP se Fr6f akumuluje v buňce, což znamená, že se hromadí Gl6f, protože reakce katalyzovaná fosfohexoisomerasou je snadno reverzibilní. V tomto případě zvýšení koncentrace ATP v buňce inhibuje aktivitu nejen fosfofruktokinázy, ale také hexokinázy.

Regulace aktivity třetí kinázy kinázy pyruvátu vypadá velmi obtížně. Aktivita enzymu je stimulována Gl6f, Fr1.6bf a PHA alosterickým mechanismem, tzv. Aktivací prekurzorem. Vysoké intracelulární koncentrace ATP, NADH, citrátu, sukcinylu CoA a mastných kyselin inhibují enzymovou aktivitu alosterickým mechanismem.

Obecně se štěpení glukózy na pyruvát inhibuje na úrovni 3 uvedených kináz s vysokou koncentrací ATP v buňce, tj. v podmínkách dobré dodávky energie buňky. S nedostatkem energie v buňce je dosaženo aktivace štěpení glukózy, nejprve odstraněním alosterické inhibice kináz s vysokými koncentracemi ATP a alosterickou aktivací AMP fosfhofruktokokinázy a za druhé díky alosterické aktivaci pyruvátkinázy prekurzory Gl6F, Fr1.6bf a PHA.

Jaký je smysl inhibice citrát fosfofruktokinázy a citrátu a sukcinyl CoA pyruvát kinázy? Faktem je, že dvě molekuly acetyl-CoA jsou tvořeny z jediné molekuly glukózy, která je pak oxidována v Krebsově cyklu. Pokud se v buňce akumuluje citrát a sukcinyl-CoA, Krebsův cyklus se nevyrovná s oxidací již nashromážděného acetyl-CoA a má smysl zpomalit jeho další tvorbu, což je dosaženo inhibicí fosforové ructokinázy a pyruvát-kinázy.

Konečně, inhibice oxidace glukózy na úrovni pyruvátkinázy se zvyšující se koncentrací mastných kyselin je zaměřena na úsporu glukózy v buňce za podmínek, kdy je buňka opatřena jinou, účinnější formou energetického paliva.

2.1.1.2. Oxidační dekarboxylace pyruvátu

Za aerobních podmínek podléhá kyselina pyrohroznová oxidační dekarboxylaci za vzniku acetyl-CoA. Tato transformace je katalyzována supramolekulárním komplexem pyruvát dehydrogenázy lokalizovaným v mitochondriální matrici. Komplex pyruvatdehydrogenázy se skládá ze tří různých enzymů: pyruvát decarboxylase, dihydrolipatoacetyltransferázy a kyseliny dehydrogenázy dihydrolipoové, jejich kvantitativní poměry v komplexu závisí na zdroji vylučování, zpravidla se tento poměr blíží 30: 1: 10.

První enzym tohoto komplexu je pyruvát decarboxylase (E1)