1.4. Glikogenoliza i glikogenogeneza

Glikogen se može sintetizirati u gotovo svim tkivima, no najveće rezerve su u jetri i skeletnim mišićima.

Akumulacija tog polisaharida u miocitima bilježi se tijekom perioda oporavka nakon posla, osobito kada uzimaju visoke ugljikohidratne hrane. U hepatocitima, ubrzanje sinteze glikogena karakteristično je samo nakon obroka i hiperglikemije. Takve razlike u metabolizmu su zbog prisutnosti izoenzim heksokinaze, koji fosforilira glukozu na glukoza-6-fosfat. U jetri, njezina izoforma, glukokinaza, ima nizak afinitet prema glukozi, što dovodi do hvatanja monosaharida hepatocita samo pri visokoj koncentraciji u krvi (nakon jela), što ga kasnije metabolizira u bilo kojem smjeru. U slučaju normoglikemije, prevladavanje glukoze citolitičkim stanicama je inhibirano.

Sljedeći enzimi omogućuju izravnu sintezu glikogena.

Sl. 9. Reakcije sinteze uridil difosfat glukoze (UDP-glukoza)

Fosfoglucomutaza reverzibilno izomerizira glukoza-6-fosfat glukoza-1-fosfatu. Glukoza-1-fosfat-uridiltransferaza je enzim koji provodi ključnu reakciju sinteze. Njegova je nepovratnost posljedica hidrolize difosfata koji se oslobađa u procesu (slika 9).

Glikogen sintaza tvori a-1,4-glikozidne veze i proširuje lanac glikogena spajanjem prvog ugljikovog atoma UDP-glukoze na četvrti ugljikov atom terminalnog glikogenskog ostatka (Slika 10).

Sl. 10. Kemija reakcije glikogen sintaze

Amilo-a-1,4-a-1,6-glikoziltransferaza ("glikogen razgranata" enzim) prenosi fragment (6 glukoznih ostataka) u susjedni lanac, stvarajući α-1,6-glikozidnu vezu (Slika 11).

Sl. 11. Uloga glikogen sintaze i glikozil transferaze u sintezi glikogena

glikogenolizu

Glikogen jetre razgrađuje se smanjenjem koncentracije glukoze u krvi, prvenstveno između obroka. Nakon 12-18 sati posta, njegove rezerve u tijelu su potpuno iscrpljene.

U mišićima, količina glikogena obično se smanjuje samo tijekom vježbanja - dugo i / ili intenzivno, jer Ovaj polisaharid je neophodan za glukozu da rade miocite sami. Zbog nedostatka glukoza-6-fosfataze u njima, negativno nabijen monosaharidni ester u stanicama nije u stanju nadvladati citolem i ući u krvotok, što dopušta upotrebu glikogena samo za vlastite potrebe.

Tri enzima izravno su uključeni u glikogenolizu (Slika 12):

Glikogen fosforilaza razgrađuje α-1,4-glikozidne veze s cijepanjem glukoza-1-fosfata. Enzim funkcionira sve dok ostaci glukoze ostanu do točke grananja (α-1,6 veza).

α (1,4) -α (1,6) -glukantransferaza je enzim koji prenosi fragment trisaharida u drugi lanac kako bi nastala nova α-1,4-glikozidna veza. Istovremeno, jedna α-1,6-glikozidna veza ostavljena je na istom mjestu jednog glukoznog ostatka i "otvorenog" katalizatora.

Amylo-a-1,6-glukozidaza, ("detituschy" enzim) hidrolizira potonje odvajanjem slobodne (ne fosforilirane) glukoze. Kao rezultat, nastaje lanac bez grana, koji opet služi kao supstrat za fosforilazu.

Slika 12. Glavni enzimi radne glikogenolize

Istodobno, sinteza i razgradnja glikogena ne mogu istodobno nastaviti u istoj ćeliji - to su suprotni procesi s potpuno različitim zadacima. Katabolizam i anabolizam homopolisaharida su međusobno isključivi ili, na drugačiji način, recipročni su.

Glikogena je jednostavna energija rezerva.

Mobilizacija glikogena (glikogenoliza)

Rezerve glikogena koriste se različito ovisno o funkcionalnim karakteristikama stanice.

Glikogen jetre razgrađuje se smanjenjem koncentracije glukoze u krvi, prvenstveno između obroka. Nakon 12-18 sati posta, pohranjeni glikogeni u jetri potpuno su iscrpljeni.

U mišićima se količina glikogena obično smanjuje samo tijekom tjelesnog napora - produljena i / ili intenzivna. Glikogen se ovdje koristi kako bi se osiguralo funkcioniranje myocita glukozom. Dakle, mišići, kao i drugi organi, koriste glikogen samo za vlastite potrebe.

Mobilizacija (dekompozicija) glikogena ili glikogenolize se aktivira kada u stanici nedostaje slobodna glukoza, a time i u krvi (post, mišićni rad). Istodobno, razina glukoze u krvi "namjerno" podupire samo jetru, u kojoj postoji glukoza-6-fosfataza, koja hidrolizira fosfatni eter glukoze. Slobodna glukoza formirana u hepatocitu oslobođena je kroz plazma membranu u krv.

Tri enzima izravno su uključeni u glikogenolizu:

1. Fosforilaza glikogen (koenzim piridoksal fosfat) - podijeli α-1,4-glikozidne veze s formiranjem glukoza-1-fosfata. Enzim radi sve dok ostaci glukoze ostanu do točke grananja (α1,6-veza).

Uloga fosforilaze u mobilizaciji glikogena

2. α (1,4) -α (1,4) -glukantransferaza je enzim koji prenosi fragment iz tri glukozna ostatka u drugi lanac s formiranjem nove α1,4-glikozidne veze. Istodobno ostaju jedan glukozni ostatak i "otvorena" dostupna α1,6-glikozidna veza na istom mjestu.

Amylo-a1,6-glukozidaza (enzim "detituschy") - hidrolizira a1,6-glikozidnu vezu s otpuštanjem slobodne (nefosforilirane) glukoze. Kao rezultat toga, nastaje lanac bez grana, koji opet služi kao supstrat za fosforilazu.

Uloga enzima u razgradnji glikogena

Sinteza glikogena

Glikogen se može sintetizirati u gotovo svim tkivima, ali najveće rezerve glikogena nalaze se u jetrenim i skeletnim mišićima.

U mišićima se količina glikogena obično smanjuje samo tijekom tjelesnog napora - produljena i / ili intenzivna. Akumulacija glikogena ovdje je zabilježena u razdoblju oporavka, naročito kod uzimanja visoke ugljikohidratne hrane.

Glikogen jetre se razgrađuje smanjenjem koncentracije glukoze u krvi, posebno između obroka (vrijeme nakon adsorpcije). Nakon 12-18 sati posta, pohranjeni glikogeni u jetri potpuno su iscrpljeni. Glikogen se akumulira u jetri tek nakon jela, s hiperglikemijom. To je zbog osobitosti hepatičke kinokaze (glukokinaze), koja ima nizak afinitet glukoze i može raditi samo pri visokim koncentracijama.

U normalnim koncentracijama glukoze u krvi ne dolazi do zarobljavanja jetrom.

Sljedeći enzimi izravno sintetiziraju glikogen:

1. Fosfoglucomutaza - pretvara glukoza-6-fosfat glukoza-1-fosfatu;

2. Glukoza-1-fosfat-uridiltransferaza - enzim koji provodi ključnu reakciju sinteze. Ireverzibilnost ove reakcije dobiva se hidrolizom dobivenog difosfata;

Reakcije sinteze UDP-glukoze

3. Glikogen sintaza - tvori a-l, 4-glikozidne veze i produljuje lanac glikogena, pričvršćuje aktiviranu C 1 UDF-glukozu na ostatak C4 glikogena;

Reagiranje kemije sinteze glikogena

4. Amilo-a1.4-a1.6-glikoziltransferaza, enzim "glikogen-razgranat" - prenosi fragment s minimalnom duljinom od 6 glukoznih ostataka u susjedni lanac uz stvaranje α1,6-glikozidne veze.

glikogenolizu

Glycogenolysis je stanični proces razgradnje glikogena na glukozu (glukoza-6-fosfat) koji se javlja u jetri i mišićima kako bi se dalje koristili proizvodi koji se dijele u procesu razmjene energije.

Glikogeneza (glikogenogeneza) je reverzna reakcija karakterizirana sintezom glukoze u glikogen, stvarajući tako rezervu glavnog izvora energije u citoplazmi stanica u slučaju potrošnje energije.

Glikogeneza i glikenoliza rade istodobno prema principu prebacivanja iz stanja odmora u tjelesnu aktivnost i obrnuto. Glavni zadatak glikogenolize je stvaranje i održavanje stabilne razine glukoze u krvi. Proces u mišićima javlja se uz pomoć hormona inzulina i adrenalina, te u jetru - inzulin, adrenalin i glukagon.

Često se zbunjuju riječi poput glikolize i glikogenolize, kao i glikogeneza. Glikoliza je proces raspadanja glukoze u mliječnu kiselinu i adenozin trifosfat (ATP), to su tri različite reakcije.

Mehanizam djelovanja

Nakon gutanja, ugljikohidrati koji ulaze u tijelo razgrađuju se s amilazom na manje molekule, a zatim pod djelovanjem pankreatične amilaze, saharoze i drugih sitnih intestinalnih enzima, molekule se razgrađuju u glukozu (monosaharidi), koji se šalju u jetru i ostatak tkiva. Polimerizacija glukoze dolazi u stanicama jetre, tj. Sintezu glikogena - glikogenezu. Taj je proces uzrokovan potrebom da tijelo napravi energiju za vrijeme gladi. U mišićnom tkivu se također sintetizira glukoza, ali u manjim količinama - dio glukoze se troši kao energija, a drugi dio se taloži kao glikogen. U drugim tkivima, glukoza se razgrađuje kako bi oslobodila energiju - glikolizu. Inzulin, koji proizvodi gušterača, kontrolira razinu glukoze, nakon što su sva tkiva zasićena dovoljnom energijom, šalje višak glukoze u jetru za daljnju polimerizaciju u glikogen.

Kada se razdoblje natašte (noćno vrijeme, vrijeme spavanja, dnevni interval između obroka), glikogena nakupljena u jetri raspadne do glukoze - glikogenolize - kako bi se stanicama tijela dala energija.

Glikogenoliza jetre

Jetra je jedan od najvažnijih organa ljudskog tijela. Funkcije mozga su podržane zbog glatkog i pravodobnog rada. Jetra akumuliraju zalihe energije za normalan rad svih sustava u slučaju gladovanja ugljikohidrata. Glavno gorivo za skladan proces u mozgu je glukoza. U slučaju njegove nedostatke aktivira se enzimska jetrena fosforilaza, koja je odgovorna za razgradnju glikogena. Inzulin, zauzvrat, odgovoran je za podešavanje umjerene zasićenosti glukoze u krvi.

Zadatak glikogenolize u jetri je zasićenje glukoze u krvi.

Regulacija glikogenolize

Regulacija glikogenolize

VII. REGULIRANJE GLIBOGENOM METABOLIZMA

Procesi nakupljanja glukoze u obliku glikogena i njegovog sloma trebaju biti u skladu s potrebom tijela za glukozom kao izvorom energije. Istodobna pojava tih metaboličkih puteva nije moguća, jer se u ovom slučaju formira "prazni" ciklus, čije postojanje vodi samo gubitku ATP-a.

Sadržaj:

Promjena smjera procesa metabolizma glikogena osigurava regulatorni mehanizmi u kojima su uključeni hormoni. Prebacivanje procesa sinteze i mobilizacije glikogena događa se kada se vrijeme apsorpcije mijenja u postriborptivno razdoblje ili stanje ostatka tijela prema načinu fizičkog rada. Hormoni inzulina, glukagona i adrenalina uključeni su u prebacivanje ovih metaboličkih putova u jetru, i inzulina i adrenalina u mišićima.

A. Karakterizacija hormona koji reguliraju metabolizam glikogena

Primarni signal za sintezu i izlučivanje inzulina i glukagona je promjena razine glukoze u krvi. Normalno, koncentracija glukoze u krvi odgovara 3,3-5,5 mmol / l (mg / dL).

Inzulin je protein hormon koji se sintetizira i izlučuje u krv p-stanicama Langerhansovih otočića pankreasa, β-stanice su osjetljive na promjene u glukozi u krvi i luče inzulin kao odgovor na povećanje njegovog sadržaja nakon jela. Transportni protein (GLUT-2), koji osigurava glukozu u β-stanicama, ima mali afinitet za njega. Stoga, ovaj protein transportira glukozu u stanicu gušterače tek nakon što je sadržaj u krvi iznad normalne razine (više od 5,5 mmol / 1).

U β-stanicama glukoza je fosforilirana glukokinazom, koja također ima visok Km za glukozu - 12 mmol / l. Stopa fosforilacije glukoze glukokinazom u P-stanicama izravno je proporcionalna njegovoj koncentraciji u krvi.

Glukagon je "hormon gladi" kojeg proizvode α-stanice pankreasa kao odgovor na smanjenje razine glukoze u krvi. Zbog kemijske prirode, glukagon je peptid.

Adrenalin se oslobađa iz stanica nadbubrežne moždine kao odgovor na živčani sustav kalcrusa koji dolaze iz mozga kada se pojave ekstremne situacije (poput leta ili borbe) koje zahtijevaju iznenadnu aktivnost mišića. Adrenalin je alarm. Trebalo bi odmah pružiti mišiće i mozak s izvorom energije.

Sl. 7-26. Sinteza i razgradnja glikogena. 1 - heksokinaza ili glukokinaza (jetra); 2 - UDP-glukopirofosforilaza; 3 - glikogen sintaza; 4-amilo-1,4- l, 6-glukoziltransferaza (enzim razgranat); 5 - glikogen fosforilaza; 6 - enzim "devetias"; 7 - glukoza-6-fosfataza (jetra); 8 - GLUT transportni sustavi.

B. reguliranje aktivnosti glikogen fosforilaze i glicogen sintaze

Budući da sinteza i razgradnja glikogena prolazi kroz različite metaboličke putove, ti se procesi mogu kontrolirati recipročno. Učinak hormona na sintezu i razgradnju glikogena provodi se promjenom u suprotnim smjerovima djelovanjem dvaju ključnih enzima: glikogen sintaze i glikogen fosforilaze kroz njihovu fosforilaciju i defosforilaciju (Slika 7-27).

Glikogen fosforilaza postoji u 2 oblika:

1) fosforilirani - aktivni (oblik a);

2) defosforilirani - neaktivni (oblik c).

Fosforilacija se postiže prijenosom fosfatnog ostatka od ATP do hidroksilne skupine jednog od serinskih ostataka enzima. Posljedica toga je konformacijske promjene molekule enzima i njegovu aktivaciju.

Interkonverzije 2 oblika glikogen fosforilaze dobivene su djelovanjem enzimskih fosforilaza kinaza i fosfoprotein fosfataze (enzima strukturno povezanog s molekulama glikogena). S druge strane, aktivnost fosforilazne kinaze i fosfoprotein fosfataze regulirana je i fosforilacijom i defosforiliranjem.

Aktivacija fosforilazne kinaze javlja se pod djelovanjem protein kinaze A - PKA (ovisno o cAMP). cAMP najprije aktivira protein kinazu A, koja fosforilira fosforilaznu kinazu, stavljajući je u aktivno stanje, i time, fosforilizira glikogen fosforilazu. Sinteza cAMP je stimulirana adrenalinom i glukagonom (vidjeti odjeljak 5).

Aktivacija fosfoprotein fosfataze nastaje kao posljedica reakcije fosforilacije koju katalizira specifična protein kinaza, koja se, pak, aktivira inzulinom kroz kaskadu reakcija koje uključuju

Sl. 7-27. Promjene u aktivnosti glikogen fosforilaze i glikogen sintaze. Krugovi označavaju molekule enzima: aktivno - crno, neaktivno - bijelo. OP-fosfataza (GR) - fosfoprotein fosfataza glikogenih granula.

Ras proteina kao i ostali proteini i enzimi (signal Ras-put, vidi dio 11). Inzulin-aktivirana protein kinaza fosforilira i time aktivira fosfoprotein fosfatazu. Aktivna phosphoprotein fosfataza defosforilati i, prema tome, inaktivira fosforilaznu kinazu i glikogen fosforilazu (Slika 7-28).

Aktivnost glikogen sintaze također se mijenja kao rezultat fosforilacije i defosforilacije (vidi gore, Slika 7-27). Međutim, postoje značajne razlike u regulaciji glikogen fosforilaze i glikogen sintaze:

  • fosforilacija glikogen sintaze katalizira PK A i uzrokuje njezinu inaktivaciju;
  • defosforilacija glikogen sintaze pod djelovanjem fosfoproteinske fosfataze, naprotiv, aktivira ga.

B. Regulacija metabolizma glikogena u jetri

Kao što je već napomenuto, primarni signal za sintezu inzulina i glukagona je promjena koncentracije glukoze u krvi. Inzulin i glukagon stalno su prisutni u krvi, ali kada se apsorpcijsko razdoblje mijenja u posabsorptivno, njihova relativna koncentracija se mijenja, što je glavni čimbenik koji mijenja metabolizam glikogena u jetri. Omjer koncentracije inzulina u krvi do koncentracije glukagona naziva se "inzulin-glukagonski indeks". U razdoblju nakon adsorpcije inzulin-glukagonski indeks se smanjuje, a koncentracija glukagona postaje odlučujuća u regulaciji koncentracije glukoze u krvi.

Glukagon za hepatocite služi kao vanjski signal o potrebi oslobađanja glukoze u krvi uslijed razgradnje glikogena (glikogenolize) ili sinteze glukoze iz drugih tvari - glukoneogeneze (ovaj proces će biti kasnije opisan). Hormon se veže na receptor na plazma membranu i aktivira, kroz posredovanje G proteina, adenilat ciklaza, koja katalizira formiranje cAMP iz ATP (vidjeti odjeljak 5). Nakon toga slijedi kaskada reakcija koje vode u jetri do aktivacije glikogen fosforilaze i inhibicije glikogen sintaze (Slika 7-29). Ovaj mehanizam dovodi do otpuštanja glikogen-1-fosfata iz glikogena, koji se pretvara u glukoza-6-fosfat. Zatim, pod utjecajem glukoza-6-fosfataze, nastaje slobodna glukoza koja može pobjeći od stanice u krv. Dakle, glukagon u jetri, potičući razgradnju glikogena, pomaže održavanju glukoze u krvi na konstantnoj razini.

Adrenalin stimulira izlučivanje glukoze iz jetre u krv kako bi tkivo (uglavnom mozak i mišiće) omogućilo "gorivo" u ekstremnoj situaciji. Učinak adrenalina u jetru rezultat je fosforilacije (i aktivacije) glikogen fosforilaze. Adrenalin ima sličan mehanizam djelovanja s glukagonom (Slika 7-29). Ali moguće je uključiti još jedan efektorski sustav prijenosa signala u stanicu jetre (Slika 7-30).

Koji sustav prijenosa signala u ćeliju će se koristiti ovisi o vrsti receptora, s

Sl. 7-28. Učinak inzulina na aktivnost glikogen sintaze i fosforilaze kinaze. OP-fosfataza (GH) - fosfoproteinske infekcije glikogenskih granula. PC (pp90S6) - inzulin-aktivirana protein kinaza.

koji stupaju u interakciju s adrenalinom. Dakle, interakcija adrenalina s β2-receptori stanica jetre aktiviraju sustav adenilat ciklaze. Ista adrenalinska interakcija s α1-receptori "uključuju" inozitol fosfatni mehanizam transmembranskog prijenosa hormonskih signala. Rezultat djelovanja oba sustava je fosforilacija ključnih enzima i prebacivanje procesa od sinteze glikogena do njezine razgradnje. Valja napomenuti da vrsta receptora koji je najčešće uključen u odgovor stanica na adrenalin ovisi o njegovoj koncentraciji u krvi.

Tijekom razdoblja probave, prevladava efekt inzulina, budući da se inzulin-lyukagon indeks povećava u ovom slučaju. Općenito, inzulin utječe na metabolizam glikogena, za razliku od glukagona. Inzulin smanjuje koncentraciju glukoze u krvi tijekom razdoblja probave, djelujući na metabolizam jetre kako slijedi:

  • smanjuje razinu cAMP u stanicama, fosforilizira (posredno preko Rasovog puta) i time aktivira protein kinazu B (neovisno o cAMP-u). Protein kinaza B, zauzvrat, fosforilira i aktivira pAMP fosfodiesterazu cAMP, enzim koji hidrolizira cAMP za stvaranje AMP. Mehanizam utjecaja inzulina na razinu cAMP u stanici će biti detaljnije opisan u odjeljku 11;
  • aktivira (preko puta Ras) fosfoprotein fosfataze glikogenih granula, koja defosforizira glikogen sintazu i time ga aktivira. Dodatno, fosfoprotein fosfataza defosforilira i stoga inaktivira fosforilaznu kinazu i glikogen fosforilazu;
  • inducira sintezu glukokinaze, čime se ubrzava fosforilacija glukoze u stanici. Treba podsjetiti da je vrijednost K također regulatorni faktor u metabolizmu glikogena.m glukokinaze, što je znatno više od Km heksokinaze. Značenje tih razlika je jasno: jetra ne smije konzumirati glukozu za sintezu glikogena, ako je njegova količina u krvi unutar normalnog raspona.

Sve to zajedno dovodi do činjenice da inzulin simultano aktivira glikogen sintazu i inhibira glikogen fosforilazu, prebacujući proces mobilizacije glikogena u sintezu.

Sl. 7-29. Regulacija sinteze i razgradnje glikogena u jetri pomoću glukagona i adrenalina. 1 - glukagon i adrenalin reagiraju s specifičnim membranskim receptorima. Kompleks receptora hormona utječe na konformaciju G-proteina, uzrokujući njegovu disocijaciju u protomere i zamjenu u a-podjedinici BDP-a u GTP; 2-a-podjedinica povezana s GTP, aktivira adenilat ciklazu, katalizirajući sintezu cAMP iz ATP; 3 - u prisutnosti cAMP, protein kinaza A (ovisna o cAMP) reverzibilno se disocira, oslobađajući C-podjedinice koje posjeduju katalitičku aktivnost; 4 - protein kinaza A fosforilira i aktivira fosforilaznu kinazu; 5 - fosforilaza kinaza fosforilira glikogen fosforilazu, prevodeći ga u aktivni oblik; 6-protein kinaza A također fosforilira glikogen sintazu, stavljajući ga u neaktivno stanje; 7 - kao rezultat inhibicije glikogen sintaze i aktivacije glikogen fosforilaze, glikogen je uključen u postupak razgradnje; 8-fosfodiest-vrijeme katalizira raspadanje cAMP i time prekida djelovanje hormonskog signala. Kompleks os-podjedinice-GTP zatim se raspada, a-, β- i y-podjedinice G-proteina reassociatiraju.

Ris.7-30. Regulacija sinteze i razgradnje glikogena u jetri adrenalinom i Ca 2+. FIF2fosfatidil inozitol bisfosfat; AKO3Inozitol-1,4,5-trifosfat; DAH - diacilglicerol; ER - endoplazmatski retikulum; FS - fosfoditetilserin. 1 - interakcija adrenalina s α1 receptorom transformira signal kroz aktivaciju G proteina u fosfolipazu C, stavljajući ga u aktivno stanje; 2 - fosfolipaza C hidrolizira FIF2 na IF3 i DAG; 3 - IF3 aktivira mobilizaciju Ca2 + iz ER; 4 - Ca 2+, DAG i fosfoditetilserin aktiviraju protein kinazu C. Protein kinaza C fosforilira glikogen sintazu, stavljajući ga u neaktivno stanje; 5 - 4Ca 2+ -calmodulin kompleks aktivira fosforilaznu kinazu i kobilodulinu ovisnu protein kinaze; 6 - fosforilaza kinaza fosforilira glikogen fosforilazu i time ga aktivira; 7 - aktivni oblici tri enzima (kalmodulin-ovisna protein kinaza, fosforilaza kinaza i protein kinaza C) fosforiliraju glikogen sintazu u različitim centrima, stavljajući ga u neaktivno stanje.

U jetri je alosterično reguliranje glikogen fosforilaze, koja osigurava intracelularne zahtjeve glukoze, ali hormonski signali imaju prednost nad unutarstaničnim i slijede druge fiziološke ciljeve. Prije toga (vidi Odjeljak 6), vrijednost promjena razina stanica ATP, ADP i AMP bila je smatrana indikatorom koji odražava energetske potrebe ćelije. Usporavanje korištenja ATP-a popraćeno je smanjenjem aktivnosti glikogen fosforilaze i smanjenjem brzine razgradnje glikogena. Naprotiv, povećanje potrošnje ATP-a dovodi do povećanja razine AMP, aktivacije glikogen fosforilaze i ubrzavanja razgradnje glikogena. ATP i AMP su alosterični efektori s obzirom na glikogen fosforilazu. Postoji i metabolička kontrola aktivnosti glikogen fosforilaze. Tako, s povećanjem koncentracije glukoza-6-fosfata, aktivnost ovog enzima u jetrenim stanicama se smanjuje.

G. Regulacija metabolizma mišića gliogena

Regulacija metabolizma glikogena u mišićima osigurava energijski materijal kao intenzivan mišićni rad (trčanje ili borbu) i energiju u mirovanju.

U ekstremnim situacijama u stanicama mišića, mobilizacija glikogena ubrzava adrenalin. Vezanje adrenalina na β receptore povezane sa sustavom adenilat ciklaze dovodi do formiranja cAMP u stanici, a potom i fosforilacije i aktivacije fosforilazne kinaze i glikogen fosforilaze (Sl. 7-31).

Formiranje cAMP stimuliranog adrenalinom služi kao signal za povećanje proizvodnje energije kao rezultat ubrzanog sloma glikogena. To je tijekom propadanja formiranog od glukoza-6-fosfata koji sintetizira ATP.

Inaktivacija glikogen sintaze pod utjecajem adrenalina u mišićnim stanicama je ista kao u jetri.

U mirovanju, pri niskim koncentracijama adrenalina u krvi, mišićna glikogen fosforilaza je u defosforiliranom neaktivnom stanju (Oblik B), ali dolazi do razgradnje glikogena. To je zbog činjenice da se glikogen fosforilaza aktivira metodom koja nije povezana s njegovom fosforilacijom, jer je razina cAMP u stanici niska. U takvoj situaciji dolazi do alosteričke aktivacije glikogen fosforilaze B. Aktivatori enzima su AMP i H.3RO4, formirana u stanici tijekom propadanja ATP (slika 7-31, put 1).

S umjerenim kontrakcijama mišića, tj. u situaciji koja ne zahtjeva sudjelovanje u regulaciji cAMP, kinaza fosforilaze aktivira se alosteričkom metodom (Slika 7-31, put 2). U ovom slučaju alosterični efektori su Ca 2+, čija koncentracija dramatično raste s kontrakcijom mišića kao odgovor na signal motornog živca. Enzimska aktivnost se smanjuje odmah čim koncentracija Ca2 + u stanici smanji nakon signala kako bi se mišići opustili. Dakle, uloga Ca 2+ iona ne sastoji se samo od inicijacije kontrakcije mišića, već i osiguravanja njegove potrošnje energije.

Aktivacija fosforilazne kinaze s Ca2 + ionima posreduje kalmodulin. U ovom slučaju, Kahl-Modulin je čvrsto vezana enzimska podjedinica (Slika 7-32). Mišićna faza fosforilaze sastoji se od 4 vrste podjedinica: α, β, γ i δ kombinirani u kompleks. Enzim obuhvaća 4 takva kompleksa. Γ-podjedinica ima katalitičku aktivnost. AIR podjedinice obavljaju regulatornu funkciju. Sadrže ostatke serina fosforiliranih PC A-om. Δ-Podjedinica veže 4 kalcijeve ione; identična je kalmodulinskom proteinu. Vezanje kalcijevih iona uzrokuje konformacijske promjene, što dovodi do aktivacije katalitičkog središta γ-podjedinice, iako molekula ostaje u defosforiliranom stanju.

U mišićima tijekom probave, ako se podudara sa stanjem mirovanja, dolazi do stimulacije sinteze glikogena. Mišićni rad tijekom probave usporava proces sinteze glikogena, budući da koristi mišiće da oksidira glukozu u krvi iz crijeva.

Inzulin je uključen u prebacivanje mobilizacije glikogena u skladištenje glukoze. Kao što je već spomenuto, glukoza ulazi u mišićne i masne stanice pomoću GLUT-4 transportera glukoze. Prijevoznici u odsutnosti inzulina nalaze se u citoplazmi stanica, a stanice ne koriste glukozu, kao u membrani

Sl. 7-31. Aktivacija mišićne glikogen fosforilaze. 1 - alosterička aktivacija glikogen fosforilaze B. U procesu kontrakcije mišića, ATP se uništava formiranjem AMP, koji je alosterični aktivator glikogen fosforilaze B; 2 - impuls živca pokreće oslobađanje Ca 2+ iz sarkoplazmatskog retikuluma. Ca 2+ stvara kompleks s kalmodulinom koji može aktivirati fosforilaznu kinazu; 3 - aktivacija glikogen fosforilaze adrenalinom kroz sustav adenilat ciklaze.

nema nosača proteina. Inzulin stimulira kretanje GLUT-4 i njihovo ugrađivanje u staničnu membranu. Mehanizam tog učinka inzulina nije dovoljno proučavan, ali su određene njegove glavne faze. Lanac događaja tijekom inzulinske stimulacije konzumacije glukoze kod mišića i masnih stanica je kako slijedi:

  • inzulin receptor (IR) - inzulin-stimulirana tirozinska protein kinaza - obvezni posrednik svih aktivnosti inzulina (vidjeti odjeljak 5);
  • inzulin-aktivirani IR fosforilira specifične citoplazme proteine ​​- inzulinske supstrate (IRS);
  • fosforilirani supstrat (uglavnom IRS-1) veže se na fosfatidilinozitol-3-kinazu (FI-3-kinaza) i aktivira ovaj enzim;
  • aktivna FI-3-kinaza katalizira fosforilaciju u položaju 3 niza komponenti inozitol fosfatnog signalnog sustava, što dovodi do stimulacije GLoc translokacije iz citosola na plazmatsku membranu;
  • glukoza putem GLUT-4 ulazi u mišićne stanice i sudjeluje u sintezi glikogena.

Učinak inzulina na brzinu sinteze glikogena u mišićima vrši se mijenjanjem aktivnosti glikogen sintaze i glikogen fosforilaze, ključnih enzima, kao što je diskutirano u raspravi o djelovanju inzulina na metabolizam glikogena u jetri.

Sl. 7-32. Regulacija aktivnosti fosforilaze kinaze. Enzim se sastoji od 4 identična proteinskog kompleksa. Svaki kompleks sadrži 4 različite podjedinice α, β, γ, δ. Slika prikazuje jedan od tetramera. Γ-podjedinica ima katalitičku aktivnost. a- i β-protomeri obavljaju regulacijsku funkciju, oni su fosforilirani uz sudjelovanje PC A. Kahl-Modulina - δ-podjedinica, čvrsto vezana za enzim. I - aktivaciju fosforilazne kinaze kao rezultat fosforilacije; B - aktivacija fosforilazne kinaze nakon vezanja Ca2 + na kalmodulin.

Glikogene bolesti su skupina nasljednih poremećaja koji se temelje na redukciji ili nedostatku aktivnosti enzima koji kataliziraju reakciju sinteze ili razgradnje glikogena ili poremećaja tih enzima.

1. Glikogenoza - bolesti uzrokovane defektom enzima koji su uključeni u razgradnju glikogena. Oni se manifestiraju ili zbog neobične strukture glikogena ili zbog prekomjerne akumulacije u jetri, srčanom ili skeletnom mišiću, bubrezima, plućima i drugim organima. Tablica 7-3 opisuje neke tipove glikogenoze, koje se razlikuju po prirodi i mjestu defekta enzima.

Treba napomenuti da je pojam "glikogenoza" prvi put predložio KF Cory i G.T. Ospice. Također su predložili sustav numeriranja za ove bolesti. Međutim, trenutno podjela glikogenoze u dvije skupine prevladava: jetreni i mišićavi.

  • Hepatološki oblici glikogenoze dovode do kršenja upotrebe glikogena kako bi se održala razina glukoze u krvi. Stoga je zajednički simptom ovih oblika hipoglikemija tijekom razdoblja nakon apsorpcije.
  • Najčešće je zabilježena Girkeova bolest (tip I). Opis glavnih simptoma ove vrste glikogenoze i njihovih uzroka može poslužiti kao osnova za razumijevanje simptoma svih ostalih vrsta. Uzrok ove bolesti je nasljedni nedostatak glukoza-6-fosfataze, enzima koji osigurava oslobađanje glukoze u krvotok nakon oslobađanja od glikogena jetrenih stanica. Gyrke bolest se očituje hipoglikemijom, hipertričilglicerolijom (povećanim sadržajem triacilglicerola), hiperurikemijom (povećanom količinom mokraćne kiseline).
  • Hipoglikemija je posljedica smanjene reakcije stvaranja slobodne glukoze od glukoza-6-fosfata. Osim toga, zbog nedostatka glukoza-6-fosfataze

Tablica 7-3. Karakteristike nekih bolesti glikogena

Forbes-Corey-ova bolest, ograničena dekstrinoza

akumulacija u jetrenim stanicama supstrata - glukoza-6-fosfata, koja je uključena u proces katabolizma, gdje se pretvara u piruvat i laktat. Količina laktata u krvi raste, pa je acidoza moguće. U teškim slučajevima, rezultat hipoglikemije može biti napadaj. Hipoglikemija je popraćena smanjenjem sadržaja inzulina i smanjenjem odnosa inzulina / glukagona, što zauzvrat dovodi do ubrzavanja lipolize masnog tkiva kao rezultat glukagona i oslobađanja masnih kiselina u krv (vidi dio 8).

  • Hipertriicilglikemija se javlja kao posljedica smanjenja aktivnosti LP-lipaze adipoznog tkiva - enzima koji je aktiviran inzulinom i osiguravanje apsorpcije TAG stanica adipoznog tkiva (vidjeti odjeljak 8).
  • Hyperuricemia nastaje kao rezultat sljedećih događaja:
    • sadržaj glukoza-6-fosfata u stanicama i njegova uporaba u pentose-fosfatnom putu sa stvaranjem riboza-5-fosfata - supstrat za sintezu purinskih nukleotida;
    • formiranje mokraćne kiseline se povećava uslijed prekomjerne sinteze, a time i katabolizma purinskih nukleotida čiji je konačni proizvod urinska kiselina.
    • izlučivanje mokraćne kiseline se smanjuje zbog povećanja proizvodnje laktata i promjene pH urina na kiselinsku stranu, što otežava izlučivanje urata, slabo topljive soli mokraćne kiseline.
  • U dijagnozi ove patologije utvrđuje se aktivnost glukoza-6-fosfataze u biopsiji jetre. Osim toga, koriste se test s stimulacijom glukagona ili adrenalina, što daje negativan rezultat u slučaju bolesti, tj. nakon injekcije hormona, razina glukoze u krvi malo se mijenja.
  • Liječenje je ograničavanje uporabe hrane koja sadrži glukozu. Preporuča se isključiti proizvode koji sadrže saharozu i laktozu iz prehrane, budući da je njihova galaktoza i fruktoza nakon pretvaranja u glukoza-6-fosfat doveli do daljnjeg nakupljanja glikogena. Da bi se spriječila hipoglikemija primjenom metode čestog hranjenja. To može spriječiti simptome hipoglikemije.
  • Glikogenoza tipa I nasljeđuje se na autosomno recesivan način. Već u ranom razdoblju, najzanimljiviji simptom je hepatomegalija. Bolesna djeca imaju kratko tijelo, veliki trbuh, a bubrezi se povećavaju. Bolesna djeca zaostaju za fizičkim razvojem.
  • Opisana bolest ponekad se naziva i glikogenoza tipa Ia, budući da postoji vrsta te vrste Ib. Glikogenoza Ib je rijetka patologija koju karakterizira činjenica da je enzim glukoza-6-fosfat translokaze neispravan, što osigurava transport fosforilirane glukoze u ER. Stoga, usprkos dovoljnoj aktivnosti glukoza-6-fosfataze, poremećena je eliminacija anorganskog fosfata i oslobađanje glukoze u krv. Klinička slika glikogeneze Ib tipa je ista kao kod glikogenoze Ia.
  • Coryova bolest (tip III) vrlo je česta. To je 1/4 svih slučajeva hepatičke glikogenoze. Akumulirani glikogen je anomalan u strukturi, budući da je enzim amilo-1,6-glukozidaza, koji hidrolizira glikozidne veze na graništima, neispravan ("enzim", iz engleskog, debmnching enzima). Nedostatak glukoze u krvi manifestira se brzo, budući da je moguća glikogenoliza, ali beznačajna količina. Za razliku od glikogenoze tip I, mliječna kiselina i hiperuricemija se ne promatraju. Bolest ima blaži put.
  • Andersenova bolest (tip IV) iznimno je rijedak autosomni recesivni poremećaj koji se javlja kao posljedica defekta enzimske grane, amilo-1,4-1,6-glukozil transferaze. Sadržaj glikogena u jetri nije znatno povećan, ali njegova se struktura mijenja, što ga sprečava da se raspada. Molekula glikogena ima nekoliko graničnih točaka, kao i vrlo dugu i rijetku grančicu. Istovremeno, hipoglikemija se izražava umjereno. Bolest se brzo razvija, otežava ranu cirozu jetre i praktički nije podložna liječenju. Nedostatak enzima ogranka nalazi se ne samo u jetri, već iu leukocitima, mišićima, fibroblastima i ranim i dominantnim manifestacijama bolesti zbog slabije funkcije jetre.
  • Njezina bolest (tip VI) također se očituje simptomima zbog oštećenja jetre. Ova glikogenoza je posljedica manjka glikogen fosforilaze. U hepatocitima se glikogen nakuplja u normalnoj strukturi. Tijek bolesti sličan je tipu glikogenoze tipa I, ali simptomi su manje izraženi. Smanjena aktivnost glikogen fosforilaze također se nalazi u leukocitima. Njezina bolest je rijetka vrsta glikogenoze; naslijeđen autosomnim recesivnim tipom.
  • Defekt kinaza fosforilaza (tip IX) nalazi se samo kod dječaka, budući da je ova značajka povezana s X kromosomom.
  • Nedostatak proteinske kinaze A (tipa X), kao i nedostatak fosforilaze kinaze, manifestira simptome slične Hersovoj bolesti.
  • Mišićni oblici glikogenoze karakterizirani su poremećajem u opskrbi energijom skeletnih mišića. Te bolesti se očituju tijekom fizičkog napora i prate ih bolovi i grčevi u mišićima, slabost i umor.
  • MacArdla bolest (tip V) je autosomna recesivna patologija u kojoj aktivnost glikogen fosforilaze potpuno odsutna u skeletnim mišićima. Budući da je aktivnost ovog enzima u hepatocitima normalna, hipoglikemija se ne opaža (struktura enzima u jetri i mišićima je kodirana različitim genima). Teški tjelesni napor slabo se podnosi, a može biti praćeno grčevima, međutim, tijekom vježbanja se ne opaža hiperprodukcija laktata, što naglašava važnost ekstra-mišićnih izvora energije za kontrakciju mišića, kao što su masne kiseline, na primjer, zamjenom glukoze ovom patologijom (vidi poglavlje 8). Iako bolest nije spolno povezana, visoka incidencija bolesti je karakteristična za muškarce.
  • Nedostatak fosfofruktokinaze je karakteristična za glikogenozu tipa VII. Pacijenti mogu obavljati umjerenu tjelovježbu. Tijek bolesti sličan je tipu V glikogenoze, ali glavne manifestacije su manje izražene.
  • Nedostatak fosfoglomeromogaze i mana M-podjedinice LDH (nebrojeni prema Corey klasifikaciji, vidi tablicu 7-3) karakteristični su za mišićne oblike glikogeneze. Manifestacije ovih patologija slične su MacArdleovoj bolesti. Nedostatak fosfogliceromataze u mišićima opisan je samo u jednom pacijentu.

Glikogenoza (glikogenoza 0 po klasifikaciji) je bolest koja proizlazi iz defekta glikogen sintaze. U jetri i drugim tkivima pacijenata promatra vrlo mali sadržaj glikogena. To se očituje izraženom hipoglikemijom u razdoblju nakon apsorpcije. Karakteristični simptom je konvulzije, koje se posebno manifestiraju ujutro. Bolest je kompatibilna sa životom, ali bolesna djeca trebaju često hranjenje.

Regulacija glikogeneze i glikogenolize

Glavni enzimi koji kontroliraju metabolizam glikogena, glikogen fosforilazu i glikogen sintazu regulirani su alosteričkim i kovalentnim modifikacijama fosforilacijom i defosforiliranjem enzima.

1. U jetri, fosforilaza je u aktivnom i neaktivnom obliku. Aktivna fosforilaza (fosforilaza a) je fosforilirani tetramer. Pod djelovanjem specifične fosfataze, fosforilaza a ide u neaktivnu fosforilazu b (dimer) kao rezultat hidrolitičkog cijepanja fosfata iz serinskog ostatka. Prijelaz neaktivne fosforilaze b na fosforilazu a javlja se fosforiliranjem pod djelovanjem fosforilaze kinaze.

Omjer između neaktivnog T-stanja fosforilaze b i aktivnog R-stanja fosforilaze a određen je energijom naboja mišićne stanice. Glukoza-6-fosfat i ATP stabiliziraju neaktivno T-stanje enzima (fosforilaza b). Fosforilaza a je uvijek aktivna, bez obzira na koncentracije AMP, ATP i glukoza-6-fosfata. U mirovanju prevladava fosforilaza b, a kada je aktivan AMP, pretvara enzim u aktivni oblik a.

2. Fosforilaza kinaza postoji u 2 oblika - aktivna - fosforilirana i neaktivna - defosforilirana. Prijelaz aktivnog oblika u neaktivnu se provodi tijekom uklanjanja fosforne kiseline. Aktiviranje fosforilazne kinaze događa se uz sudjelovanje enzimske protein kinaze.

3. Glikogen sintaza može biti u fosforiliranom i nefosforiliranom stanju. Aktivni defosforilirani oblik enzima je glikogen sintaza a, koja se pretvara u neaktivnu glikogen sintazu b (ovisno o koncentraciji glukoza-6-fosfata) fosforiliranjem hidroksilnih skupina serinskih ostataka pod djelovanjem protein kinaze. Pretvorba glikogen sintaze b u aktivni oblik a pojavljuje se pod djelovanjem proteinske fosfataze cijepanjem fosfatnih skupina od serinskih ostataka.

4. Protein kinaza se sastoji od 4 podjedinice (tetramer) - 2 regulatora (R) i 2 katalitičkog (C). U kompleksu R2C2 enzim je neaktivan i aktivira se cikličkim AMP (cAMP). 2 molekule cAMP su vezane za svaku regulacijsku podjedinicu protein kinaze, što uzrokuje disocijaciju s oslobađanjem katalitičkih podjedinica.

Aktivna protein kinaza prenosi ostatke fosforne kiseline iz ATP-a na specifične proteine ​​(enzime), što dovodi do promjene njihove aktivnosti.

5. Formiranje cAMP (3'5'-AMP) izvedeno je iz ATP djelovanjem enzim adenilat ciklaze, koji se nalazi na unutarnjoj površini membrane i povezan je s receptorom za hormone na vanjskoj strani membrane.

6. Enzim fosfodiesteraza uništava cAMP prekidanjem prstena radi dobivanja AMP.

Kada postite ili u stresnim situacijama povećava potrebu za glukozom.

1. U mišiću pod djelovanjem adrenalina, te u jetri, glukagonu i adrenalinu aktivira se adenilat ciklaza, što dovodi do stvaranja cAMP, koji ga se aktivira vezanjem na R-podjedinicu protein kinaze. Protein kinaza fosforilira kinazu fosforilazu b i pretvara ga u aktivni oblik (fosforilaza-kinaza). Kinazna fosforilaza A fosforilira fosforilazu b i pretvara ga u fosforilazu A koja aktivira razgradnju glikogena. Inzulin inhibira adenilat ciklazu i aktivira fosfodiesterazu, što smanjuje koncentraciju cAMP. Protein kinaza, fosforilaza kinaza i fosforilaza ostaju u neaktivnom obliku, što inhibira kvar glikogena. Stoga dolazi do kaskade enzimskih reakcija, što stvara visok stupanj pojačanja. Tijekom razgradnje glikogen - 3 enzimatske faze kontrole, tijekom sinteze - 2.

2. U mišićima se fosforilaza b može aktivirati alosterično djelovanjem AMP, dok se preostala defosforilizira. ATP djeluje kao negativni alosterični efektor.

3. U mišićima odmah nakon kontrakcije mišića, glikogenoliza se povećava nekoliko stotina puta. Postupak uključuje brzo aktivaciju fosforilaze kroz kalcijeve ione. Ca 2+ ioni aktiviraju fosforilaznu kinazu vezanjem na podjedinicu fosforilaze b kinaze, identičnom proteinu vezanja Ca2 +, kalmodulinu.

4. Glikogen sintaza b može se alostički aktivirati djelovanjem glukoza-6-fosfata. Inzulin stimulira sintezu glikogena u mišićima, pridonoseći defosforiliranju i aktivaciji glikogen sintaze.

Sl. 4. Regulacija sinteze i razgradnje glikogena

Regulacija razgradnje glikogena je kaskadni karakter.

Regulacija glikogenolize

Glavni enzimi koji kontroliraju metabolizam glikogena, glikogen fosforilazu i glikogen sintazu regulirani su kompleksnim nizom reakcija koje koriste alosterične mehanizme (vidi str 104) i kovalentnu modifikaciju fosforilacijom i defosforiliranjem enzima (vidi str. 108).

Aktivacija i inaktivacija fosforilaze (Slika 19.5)

U jetri, fosforilaza se nalazi u oba aktivna i neaktivna oblika. U aktivnoj fosforilazi (fosforilaza a) hidroksilna skupina jednog od serinskih ostataka je fosforilirana. Pod djelovanjem specifične fosfataze (protein fosfataza-1), enzim se pretvara u neaktivnu fosforilazu b kao rezultat hidrolitičkog cijepanja fosfata iz serinskog ostatka. Reaktivacija se odvija pomoću refraktorilacije zbog ATP-a pod djelovanjem specifične enzimske fosforilaze kinaze.

Mišićna fosforilaza je imunološki i genetski različita od odgovarajućeg jetrenog enzima. Može biti u dva oblika: u obliku fosforilaze fosforiliranog enzima, aktivnog u prisutnosti i odsutnosti AMP (njegov alosterični modulator), te u obliku fosforilaze b, defosforiliran i aktivan samo u prisutnosti AMP. Fosforilaza a je normalni fiziološki aktivan oblik enzima. To je dimer, a svaki monomer sadrži jednu molekulu piridoksal fosfata.

Aktivacija s cAMP

U mišićima, fosforilaza se aktivira adrenalinom (Slika 19.5). Međutim, to nema izravni učinak, već posredno djeluje putem cAMP (3,5-cikloadenilne kiseline, cikličkog AMP) (Slika 19.6 i 44). cAMP je unutarstanični međuproizvod koji djeluje kao drugi posrednik pod djelovanjem brojnih hormona. Izrađen je iz ATP pod djelovanjem enzima adenilat ciklaze, koji se nalazi na unutarnjoj površini stanične membrane. Adenilat ciklaza se aktivira (posredno) hormonima adrenalina i noradrenalinskog liganda β-adrenergičkih receptora lokaliziranih u staničnoj membrani; u jetri, aktivira glukagon

Sl. 19.5. Regulacija aktivnosti fosforilaze u mišićima (n - broj glukoznih ostataka). Redoslijed reakcija tvori kaskadu; To vam omogućuje da poboljšate hormonalni signal u svakoj fazi.

Sl. 19.6. 3,5-adenilna kiselina (ciklički AMP, CAMP).

uz sudjelovanje posebnog glukagon receptora. cAMP je uništen djelovanjem fosfodiesteraze; to je taj enzim koji normalno održava nisku koncentraciju cAMP. Postoje dokazi da inzulin povećava aktivnost fosfodiesteraze u jetri; to rezultira nižom koncentracijom cAMP.

Povećanje koncentracije cAMP aktivira enzim s vrlo širokom specifičnošću - cAMP-ovisnu protein kinazu. Ova kinaza katalizira fosforilaciju uz sudjelovanje ATP neaktivne kinazne fosforilaze u obliku aktivne kinazne fosforilaze, koja zauzvrat, kroz fosforilaciju, aktivira fosforilazu b, koja prelazi u fosforilazu (Slika 19.5).

Neaktivna cAMP-ovisna protein kinaza sastoji se od dva para podjedinica; svaki par uključuje regulacijsku podjedinicu (R) koja može vezati dvije cAMP molekule, i katalitičku podjedinicu (C), čija struktura uključuje aktivni centar. Vezanje cAMP u kompleks uzrokuje potonje disocijaciju, što dovodi do oslobađanja aktivnih C-monomera (vidi poglavlje 44):

Aktivacija iona i sinkronizacija s kontrakcijom mišića

Glikogenoliza jetre

Utvrđeno je da u stimuliranju glikogenolize s kateholaminom u jetri, glavni su medijatori receptori. Kada se to dogodi, neovisna mobilizacija iona i njihov prijenos iz mitohondrija do citosola, gdje stimulira kalmodulin-osjetljivu fosforilaznu kinazu. Skeletna fosforilaza, za razliku od jetrene fosforilaze, nije aktivirana glukagonom. Imajte na umu da se fosforilaza srčanog mišića aktivira ovim hormonom. Druga važna razlika je inhibicija jetrene proteinske fosfataze-1 aktivnim oblikom fosforilaze.

Inaktivacija fosforilaze

Fosforilaza a i kinaza fosforilaza a defosforilirani su i inaktivirani protein fosfatazom-1. Inhibitor proteinske fosfataze-1 je protein nazvan inhibitor-1; potonji postaje aktivan tek nakon fosforilacije ovisne protein kinaze. Tako kontrolira i aktivaciju i inaktivaciju fosforilaze (Slika 19.5).

Aktivacija i inaktivacija glikogen sintaze (Slika 19.7)

Poput fosforilaze, glikogen sintaza može biti bilo fosforilirana ili u nefosforiliranom stanju. Međutim, za razliku od fosforilaze, u ovom slučaju defosforilirani oblik je aktivan (glikogen sintaza a), koji se može inaktivirati da se dobije glikogen sintaza b fosforilacijom sedam ostataka

Sl. 19.7. Regulacija aktivnosti sinteze mišića glikogena (broj glukoznih ostataka). Redoslijed reakcija stvara kaskadu koja vam omogućuje pojačavanje signala u svakoj fazi; Nanomolarne količine hormona mogu uzrokovati značajne promjene u koncentraciji glikogena. GSK - glinkosenzintaz-3, -4 i -5 kinaze. Valovita strelica označava alosteričku aktivaciju.

serina, koji se provodi s najmanje pet različitih proteinskih kinaza. Sve sedam mjesta za fosforilaciju nalaze se na svakoj od četiri identične podjedinice. Dvije protein-kinaze su ovisne o kalmodulinu. Jedan od njih je fosforilaza kinaza, druga je protein-kinaza ovisna o cAMP; To je ova protein-kinaza koja osigurava cAMP-posredovane hormonske učinke koji sinkrono inhibiraju sintezu glikogena i aktivaciju glikogenolize. Preostale kinaze poznate su kao glikogen sintaza-kinaze-3, -4 i -5.

Glukozo-6-fosfat je alosterični aktivator glikogen sintaze b, što uzrokuje smanjenje za UDP-glukozu i time omogućava sintezu glikogena fosforiliranim oblikom enzima. Glikogen ima inhibitorski učinak na vlastitu sintezu; Inzulin stimulira sintezu glikogena u mišićima, pridonoseći defosforiliranju i aktivaciji glikogen sintaze b. Normalno, defosforilacija glikogen sintaze b je učinjena pomoću proteinske fosfataze-1, koja je pod kontrolom cAMP-ovisne protein kinaze (Slika 19.7).

Ostali aspekti regulacije metabolizma glikogena bit će raspravljani na str. 219.

Odjeljak I. Struktura i funkcija proteina i enzima

Odjeljak II. Bioenergija i metabolizam ugljikohidrata i lipida

Odjeljak III. Metabolizam proteina i aminokiselina

Kopiranje podataka s stranice dopušteno je samo u odnosu na ovu web stranicu.

Regulacija glikogenolize

Glukoza-1-fosfatne molekule pod utjecajem fosfoglucomutaze mogu se ponovno pretvoriti u glukoza-6-fosfat, koji služi kao izravan izvor energije u jetri tijekom reakcije bilo glikolitičkog ili fosfoglukonskog puta. Kada se koristi ova metoda dobivanja intracelularne energije, praktičnost koja je povezana s prisutnošću glikogena kao rezervom tkiva ugljikohidrata, troškovi stanice makroergijski ekvivalent po molekuli glukoza-6-fosfata prolazi kroz ciklus:

Glukoza 1-fosfat + UTP -> UD F-glukoza + pirofosfat

UDP-glukoza -> Glycogen + UDP

UDF + ATP -> UTP + ADP

Glycogen + Fn -> Glukoza 1-fosfat

Glukoza-1-fosfat -> Glukoza-6-fosfat.

Kako bi se osigurala energija i druga tkiva, glukoza-6-fosfat podliježe hidrolizi na slobodnu glukozu (koja može difundirati u krvotok) disperzijom dodatnog makroergijskog ekvivalenta:

Glukoza + ATP -> Glukoza-6-fosfat + ADP Glukoza-6-fosfat -> Glukoza + Fn.

Dakle, ciklus: glukoza u krvi -> jetreni glikogen -> glukoza u krvi, koja osigurava extrahepatična tkiva s energijom prikladnom za zalihe, zahtijeva dva makroergijska ekvivalenta po 1 mola glukoze.

Regulacija glikogeneze i glikogenolize

Kao u slučaju sustava glikolize - glukoneogeneze, sinteza i razgradnja glikogena u jetri ne nastaju kao neovisni procesi. Glikogeneza i glikogenoliza također rade zajedno kao integrirani, visoko regulirani sustav na koji utječu i intra- i izvanstanični omjeri između unosa glukoze i potrošnje. Međutim, u ovom slučaju, regulacija nije povezana s polaganom indukcijom enzimske sinteze; alosterični učinci metabolita su slojeveni na primarne konformacijske promjene uzrokovane cikličkim AMP.

Ovi učinci cikličkog AMP-a omogućuju brzu promjenu metabolizma glikogena u jetri kao odgovor na ekstracelularne upite, ali na takav način da sinteza i razgradnja glikogena ne dođe istodobno i da se ciklus ne stvara bez ciljne energije:

Glukoza + 2ATP -> Glikogen

U stanju "odmora", normalni stanice jetre sadrže zanemarive količine cikličkog AMP, a enzimski metabolizam ugljikohidrata postoji u njihovim modificiranim oblicima, nazvanim fosforilaza b i glikogen sintaza I.

Oblik I, ili neosjetljivi oblik ove sintetaze dobio je ovo ime jer njegovo djelovanje nije podložno alosteričkom reguliranju metabolita. U mirovanju, ova sintetaza je najaktivnije, a ako postoji dovoljna količina UDP-glukoze kao supstrata, sinteza glikogena je "uključena". Međutim, b-oblik fosforilaze nije aktivan; samo kao rezultat alosteričke interakcije s AMP, konformacija fosforilaze b pretvara se u karakteristični katalitički aktivan oblik enzima.

Budući da ATP inhibira vezanje AMP, fosforilaza b postaje aktivna samo uz takvo smanjenje rezervi energije u stanici, što zahtijeva mobilizaciju glikogena. Kada raspadanje katabolizma glukoze osigurava da ATP razina vrati na svoje izvorne vrijednosti, AMP koncentracija se smanjuje i proces glikogenolize je "isključen". Dakle, u odsutnosti vanjskih podražaja, brzina degradacije glikogena u jetri mijenja se samo kao posljedica promjena u prodaji unutarstanične energije.

Čak i kada se radi s maksimalnim intenzitetom, glikogen sintetaza može proizvesti glikogen brzinom koja je samo stotinu maksimalne brzine glikogenolize; stoga, nije potrebno isključiti sintetazu za one kratke vremenske intervale kada se fosforilacija aktivira s AMP-om kako bi se uklonili kratkoročni prekidi u opskrbi energijom same jetre.

Sadržaj teme "Regulacija metabolizma ugljikohidrata":

Glikoliza i glikogenoliza. Uloga hormona u regulaciji tih procesa

Glikoliza je niz reakcija u kojima se glukoza razgrađuje u dvije molekule piruvata (aerobna oksidacija glukoze) ili dvije molekule laktata (anaerobna oksidacija). Sve reakcije glikolize odvijaju se u citosolu (citoplazmi) i karakteristične su za sve organe i tkiva.

U svakoj glikolizi se može podijeliti u dvije faze:

Preparat faze 1, troši 2 ATP. Glukoza se fosforilira i razgrađuje u 2 fosfodijaze;

Faza 2, zajedno s sintezom ATP. U ovoj fazi, fosfodijacije se pretvaraju u PVC. Energija ove faze koristi se za sintezu 4 ATP i smanjenje 2 NADH2, koje se pod aerobnim uvjetima koriste za sintezu 6 ATP, a pod anaerobnim uvjetima, smanjiti PVC na laktat.

Aerobna oksidacija glukoze uključuje reakcije glikolize i naknadnu oksidaciju piruvata u ciklusu Krebs i respiratornom lancu na CO2 i H2O.

Pod aerobnim uvjetima, piruvat prodire u mitohondrije, gdje se potpuno oksidira u CO.2 i H2A. Ako je sadržaj kisika nedovoljan, kao što je slučaj kod aktivnog mišića, piruvat se pretvara u laktat.

Dakle, glikoliza nije samo glavni način upotrebe glukoze u stanicama, već i jedinstveni način, jer može koristiti kisik ako

potonji je dostupan (aerobni uvjeti), ali se može pojaviti iu odsutnosti kisika (anaerobni uvjeti).

Anaerobna glikoliza je složeni enzimski proces razgradnje glukoze koja se javlja u tkivima ljudi i životinja bez konzumacije kisika. Krajnji proizvod glikolize je mliječna kiselina. Tijekom glikolize nastaje ATP. Ukupna jednadžba glikolize može se prikazati na sljedeći način:

Postoje lokalna i opća pravila.

Lokalna regulacija se provodi promjenom aktivnosti enzima pod djelovanjem raznih metabolita unutar stanice.

Regulacija glikolize kao cjeline, odmah za cijeli organizam, javlja se pod djelovanjem hormona, koji, utječući na molekule sekundarnih medijatora, mijenjaju intracelularni metabolizam.

Važnost poticanja glikolize pripada inzulinu. Glukagon i adrenalin su najvažniji hormonski inhibitori glikolize.

Inzulin stimulira glikolizu kroz:

aktivacija heksokinazne reakcije;

Drugi hormoni također utječu na glikolizu. Na primjer, somatotropin inhibira enzime glikolize, a hormoni štitnjače su stimulansi.

Regulacija glikolize provodi se kroz nekoliko ključnih faza. Reakcije katalizirane heksokinazom (1), fosfofruktokinazom (3) i piruvatnom kinazom (10) karakterizirane su značajnim smanjenjem slobodne energije i praktički su nepovratne, što im omogućuje da budu učinkovite točke regulacije glikolize.

Glikogenoliza (engleska glikogenoliza) je biokemijska reakcija koja se javlja uglavnom u jetri i mišićima tijekom kojih se glikogen razgrađuje u glukozu i glukoza-6-fosfatu.

Glycogenolysis je stimuliran hormonima glukagona i adrenalina.

Fosforilaze pretvaraju polisaharide (posebno glikogene) iz oblika skladištenja u metabolički aktivan oblik; u prisutnosti fosfo-rililaze, glikogen se raspada da se formira glukoza-fosfat (glukoza-1-fosfat), bez da se najprije razgrađuje u veće fragmente polisaharidne molekule. Općenito govoreći, ova se reakcija može prikazati na sljedeći način:

(C6H10O5) n + H3P04- (C6H10O5) n-1 + glukoza-1-fosfat,

gdje (C6H10O5) n označava polisaharidni lanac glikogena i (C6H10O5) n je isti lanac, ali skraćen za jedan ostatak glukoze.

2 fosforilaza b + 4 ATP -> fosforilaza a + 4 ADP.

Ova reakcija je katalizirana enzimom zvanom fosforilaza kinaza b. Utvrđeno je da ova kinaza može postojati u aktivnim i neaktivnim oblicima. Neaktivna fosforilaza kinaza transformirana je u aktivni protein pod utjecajem enzimske protein kinaze (fosforilaza kinazne kinaze), a ne samo protein kinaze, ali protein-kinazu ovisnu o cAMP.

Aktivni oblik potonjeg formiran je uz sudjelovanje cAMP, koji je pak nastao iz ATP-a pod djelovanjem enzima adenilat ciklaze, posebno stimuliranim adrenalinom i glukagonom. Povećanje sadržaja adrenalina u krvi vodi u ovom kompleksnom lancu reakcija na pretvorbu fosforilaze b u fosforilazu a, dakle, i na oslobađanje glukoze u obliku glukoza-1-fosfata iz polisaharida za pohranu glikogena. Reverzna konverzija fosforilaze a u fosforilazu b katalizirana je enzim fosfatazom (ova reakcija je skoro nepovratna).

Glukoza-1-fosfat formiran kao rezultat fosforolitičkog razgrađivanja glikogena preveden je glukoza-6-fosfatom pod djelovanjem fosfoglukutataze. Da bi se izvršila ova reakcija, potrebno je fosforilirani oblik fosfoglukutataze, tj. njegov aktivni oblik, koji se formira, kao što je navedeno, u prisustvu glukoza-1,6-bisfosfata.

Formiranje slobodne glukoze iz glukoza-6-fosfata u jetri javlja se pod utjecajem glukoza-6-fosfataze. Ovaj enzim katalizira cijepanje hidrolitičkog fosfata:

Raspadanje i sinteza glikogena (shema).

Masne strelice pokazuju put propadanja, tanki - put sinteze. Brojevi pokazuju enzime: 1 - fosforilaza; 2-fos-mioglucomutaza; 3 - glukoza-6-fosfataza; 4-heksokinaza (glukokinaza); 5-gluko-1-fosfat uridiltransferaza; 6 - glikosintetaza.

Imajte na umu da fosforilirana glukoza, za razliku od nestandardizirane glukoze, ne može se lako difundirati iz stanica. Jetra sadrži hidrolitički enzim glukoza-6-fosfataza, koji omogućuje sposobnost brzog oslobađanja glukoze iz ovog organa. U mišićnom tkivu, glukoza-6-fosfataza je praktički odsutna.

Može se smatrati da je održavanje konstanta koncentracije glukoze u krvi rezultat istodobnog protoka dva procesa: unos glukoze u krv iz jetre i njegovu potrošnju iz krvi kod tkiva, gdje se primarno upotrebljava kao energetski materijal.

U tkivu (uključujući i jetru), razgradnja glukoze javlja se na dva glavna načina: anaerobni (u odsustvu kisika) i aerobni, za provedbu kojih je potreban kisik.


Više Članaka O Jetri

Hepatitis

Pšenica i jetra

Ostavite komentar 13.270Ružica je biljka obična za nas. Ovo je skladište vitamina i hranjivih tvari. Ali nisu sve mogućnosti poznate. Na primjer, čišćenje jetre sa divljom ružom djelotvoran je i siguran lijek.
Hepatitis

Može li rajčica za cirozu?

Ostavite komentar 7,072Ako je ciroza oštećena u jetri, treba slijediti strogu prehranu s uravnoteženim sadržajem bjelančevina, masti, ugljikohidrata, vitamina i minerala, no izbornik treba uključivati ​​povrće i voće.