1.4. Glikogenoliza in glikogenogeneza

Glikogen se lahko sintetizira v skoraj vseh tkivih, največje rezerve pa so v jetrih in skeletnih mišicah.

Akumulacija tega polisaharida v miocitih se zabeleži med obdobjem njihovega okrevanja po delu, zlasti kadar jemljejo živila z visoko vsebnostjo ogljikovih hidratov. V hepatocitih je pospeševanje sinteze glikogena značilno le po obroku in hiperglikemiji. Take razlike v metabolizmu so posledica prisotnosti izoencimske heksokinaze, ki fosforilira glukozo v glukozo-6-fosfat. V jetrih je izoform, glukokinaza, nizka afiniteta za glukozo, kar povzroči zajetje monosaharida s hepatocitom le pri visoki koncentraciji v krvi (po jedi), ki ga nato presnavlja v kateri koli smeri. Kadar normoglikemija preprečuje prehajanje glukoze s citolemične celice.

Naslednji encimi zagotavljajo neposredno sintezo glikogena.

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

Fosfoglukomutaza reverzibilno izomerizira glukozo-6-fosfat v glukozo-1-fosfat. Glukoza-1-fosfat-uridiltransferaza je encim, ki izvaja ključno sintezno reakcijo. Njegova nepovratnost je posledica hidrolize difosfata, sproščenega v procesu (slika 9).

Glikogen sintaza tvori α-1,4-glikozidne vezi in razširja verigo glikogena z dodajanjem prvega ogljikovega atoma UDP-glukoze v četrti ogljikov atom terminala glikogenskega ostanka (slika 10).

Sl. 10. Kemija reakcije glikogen sintaze

Amil-α-1,4-α-1,6-glikoziltransferaza ("razvejan glikogen") prenese fragment (6 ostankov glukoze) v sosednjo verigo, ki tvori α-1,6-glikozidno vez (slika 11).

Sl. 11. Vloga glikogen sintaze in glikozil transferaze pri sintezi glikogena

Glikogenoliza

Glikogen jeter se razdeli z zmanjšanjem koncentracije glukoze v krvi, predvsem med obroki. Po 12-18 urah posta so njene zaloge v telesu povsem izčrpanosti.

V mišicah se količina glikogena običajno zmanjša le med vadbo - dolga in / ali intenzivna, ker Ta polisaharid je bistven za to, da glukoza dela samega miocita. Zaradi pomanjkanja glukoze-6-fosfataze v njih negativno nabit monosaharidni ester v celicah ne more premagati citoleme in vstopiti v krvni obtok, kar omogoča uporabo glikogena samo za svoje potrebe.

Trije encimi so neposredno vpleteni v glikogenolizo (slika 12):

Glikogen fosforilaza razgrajuje α-1,4-glikozidne vezi s cepitvijo glukoze-1-fosfata. Enzim deluje, dokler ostanejo 4 ostanki glukoze do točke veje (α-1,6 vez).

α (1,4) -α (1,6) -glikantransferaza je encim, ki prenaša trisaharidni fragment v drugo verigo, da se tvori nova α-1,4-glikozidna vez. Hkrati je ena α-1,6-glikozidna veza na istem mestu enega ostanka glukoze in "odprtega" katalizatorja.

Amylo-α-1,6-glukozidaza, ("detituschy" encim) jo hidrolizira z ločevanjem proste (nefosforilirane) glukoze. Posledično se pojavi veriga brez vej, ki spet služi kot substrat za fosforilazo.

Slika 12. Delovni ključni encimi glikogenoliza

Obenem sinteza in razkroj glikogena ne moreta potekati istočasno v isti celici - to so nasprotni procesi s povsem različnimi nalogami. Katabolizem in anabolizem homopolisaharida se medsebojno izključujeta ali sta na drugačen način vzajemni.

Glycogen je energetsko rezervo, ki ga je enostavno uporabljati.

Mobilizacija glikogena (glikogenoliza)

Rezerve glikogena se različno uporabljajo glede na funkcionalne lastnosti celice.

Glikogen jeter se razdeli z zmanjšanjem koncentracije glukoze v krvi, predvsem med obroki. Po 12-18 urah postanja so zaloge glikogena v jetrih popolnoma izčrpane.

V mišicah se količina glikogena običajno zmanjša samo med fizičnim naporom - dolgotrajno in / ali intenzivno. Glycogen se tukaj uporablja za zagotovitev delovanja miocitov z glukozo. Tako mišice kot tudi drugi organi uporabljajo glikogen le za svoje potrebe.

Mobilizacija (razkroj) glikogena ali glikogenolize se aktivira, kadar v celici ni pomanjkanja proste glukoze in zato v krvi (postenje, mišično delo). Hkrati pa raven glukoze v krvi "namenoma" podpira samo jetra, v katerih je glukoza-6-fosfataza, ki hidrolizira fosfatni eter glukoze. Brezplačna glukoza, ki se tvori v hepatocitu, se sprosti skozi plazemsko membrano v kri.

Trije encimi so neposredno vključeni v glikogenolizo:

1. Fosforilazni glikogen (koencim piridoksal fosfat) - razdeli α-1,4-glikozidne vezi s tvorbo glukoza-1-fosfata. Enzim deluje, dokler ostanejo 4 ostanki glukoze do točke veje (α1,6-vezi).

Vloga fosforilaze pri mobilizaciji glikogena

2. α (1,4) -α (1,4) -glikantransferaza je encim, ki prenese fragment iz treh ostankov glukoze v drugo verigo s tvorbo nove α1,4-glikozidne vezi. Hkrati ostanejo en ostanek glukoze in "odprta" razpoložljiva α1,6-glikozidna vez na istem mestu.

3. Amylo-α1,6-glukozidaza, ("detituschy" encim) - hidrolizira α1,6-glikozidno vez s sproščanjem proste (nefosforilirane) glukoze. Posledično se oblikuje veriga brez vej, ki služi kot substrat za fosforilazo.

Vloga encimov pri razgradnji glikogena

Sinteza glikogena

Glikogen se lahko sintetizira v skoraj vseh tkivih, največje zaloge glikogena pa najdemo v jetrih in skeletnih mišicah.

V mišicah se količina glikogena običajno zmanjša samo med fizičnim naporom - dolgotrajno in / ali intenzivno. Akumulacija glikogena se tukaj opazi v obdobju okrevanja, zlasti pri jemanju hrane z visoko vsebnostjo ogljikovih hidratov.

Glikogen jeter se razdeli z zmanjšanjem koncentracije glukoze v krvi, zlasti med obroki (post adsorpcijsko obdobje). Po 12-18 urah postanja so zaloge glikogena v jetrih popolnoma izčrpane. Glikogen se kopiči v jetri šele po jedi s hiperglikemijo. To je posledica posebnosti jetrne kinokaze (glukokinaze), ki ima nizko afiniteto za glukozo in lahko deluje samo pri visokih koncentracijah.

Pri normalnih koncentracijah glukoze v krvi se ne ujame ujetje jeter.

Naslednji encimi neposredno sintetizirajo glikogen:

1. Fosfoglukomutaza - pretvori glukozo-6-fosfat v glukozo-1-fosfat;

2. Glukoza-1-fosfat-uridiltransferaza - encim, ki izvaja ključno sintezno reakcijo. Nepovratnost te reakcije je zagotovljena s hidrolizo nastalega difosfata;

Reakcije sinteze UDP-glukoze

3. Glikogen sintaza - tvori α1,4-glikozidne vezi in razširja verigo glikogena, pri čemer aktivira C 1 UDF-glukozo na terminalni glikogen ostanek C 4;

Kemijska reakcija s sintezo glikogena

4. Amylo-α1,4-α1,6-glikoziltransferaza, encim "glikogen-razvejitev" - prenese fragment z najmanjšo dolžino 6 glukoznih ostankov v sosednjo verigo s tvorbo α1,6-glikozidne vezi.

Glikogenoliza

Glikogenoliza je celični proces razgradnje glikogena v glukozo (glukozo-6-fosfat), ki se pojavi v jetrih in mišicah, da bi se v procesih izmenjave energije še naprej uporabljali izdelki za cepljenje telesa.

Glikogeneza (glikogenogeneza) je reverzna reakcija, za katero je značilna sinteza glukoze v glikogen, s čimer se v primeru porabe energije ustvari rezerva glavnega vira energije v citoplazmi celic.

Glikogeneza in glikonenoliza delata sočasno v skladu z načelom prehoda iz stanja počitka v telesno aktivnost in obratno. Glavna naloga glikogenolize je ustvarjanje in vzdrževanje stabilne ravni glukoze v krvi. Proces v mišicah nastane s pomočjo hormonov insulina in adrenalina ter v jetrih - insulinu, adrenalinu in glukagonu.

Besede, kot sta glikoliza in glikogenoliza, so pogosto zmedeni, kot tudi glikogeneza. Glikoliza je proces razgradnje glukoze v mlečno kislino in adenozin trifosfata (ATP), to so tri različne reakcije.

Mehanizem delovanja

Po obroku ogljikovih hidratov prejete v telo, deljiva uporabo amilaze na manjše molekule, nato pod vplivom pankreasa amilazo, saharozo in druge majhne črevesne encimskih molekul cepimo na glukozo (monosaharid), ki sega v jetrih in drugih tkivih. Polimerizacija glukoze se pojavi v celicah jeter, to je sintezi glikogena - glikogenezi. Ta proces je posledica potrebe telesa, da naredi energijo za obdobje lakote. V mišičnem tkivu se tudi sintetizira glukoza, vendar se v manjših količinah - del glukoze porabi kot energija, drugi del pa se deponira kot glikogen. V drugih tkivih se glukoza razgradi, da sprosti energijo - glikolizo. Insulin, ki ga proizvaja trebušna slinavka, nadzoruje raven glukoze, potem ko je vsa tkiva nasičena z zadostno energijo, da ji pošlje prekomerno glukozo v jetra za nadaljnjo polimerizacijo v glikogen.

Ko se obdobje posta (nočni čas, čas spanja, dnevne razmere med obroki), glikogen, ki se kopiči v jetrih, razpade v glukozo - pride do glikogenolize - celice telesa zagotavljajo z energijo.

Glikogenoliza jeter

Jetra je eden najpomembnejših organov človeškega telesa. Funkcije možganov so podprte zaradi nemotenega in pravočasnega dela. Jetra nabira zaloge energije za normalno delovanje vseh sistemov v primeru strjevanja ogljikovih hidratov. Glavno gorivo za skladen proces v možganih je glukoza. V primeru pomanjkanja je aktiviran encim jetrne fosforilaze, ki je odgovoren za razgradnjo glikogena. Inzulin je nato odgovoren za uravnavanje zmerne nasičenosti glukoze v krvi.

Naloga glikogenolize v jetrih je nasičenost glukoze v krvi.

Regulacija glikogenolize

Regulacija glikogenolize

VII. UREDBA GLOBENSKEGA METABOLIZMA

Procesi akumulacije glukoze v obliki glikogena in njegove razgradnje morajo biti v skladu s potrebami telesa za glukozo kot vir energije. Hkratna pojavitev teh presnovnih poti je nemogoča, saj se v tem primeru oblikuje cikel idle, katerega obstoj vodi le do izgube ATP.

Kazalo vsebine:

Spreminjanje smeri procesov v metabolizmu glikogena zagotavljajo regulativni mehanizmi, v katerih so vpleteni hormoni. Preklop procesov sinteze in mobilizacije glikogona se pojavi, ko se absorpcijsko obdobje spremeni v postabsorptivno obdobje ali stanje počitka telesa v način fizičnega dela. Hormoni insulin, glukagon in adrenalin sodelujejo pri preklapljanju teh metabolnih poti v jetrih in insulinu in adrenalinu v mišicah.

A. Karakterizacija hormonov, ki uravnavajo metabolizem glikogena

Primarni signal za sintezo in izločanje insulina in glukagona je sprememba ravni glukoze v krvi. Običajno koncentracija glukoze v krvi ustreza 3,3-5,5 mmol / l (mg / dl).

Insulin je beljakovinski hormon, ki je sintetiziran in izločen v krvi s p-celicami otočkov Langerhansov trebušne slinavke, β-celice so občutljive na spremembe glukoze v krvi in ​​izločajo insulin kot odziv na povečanje njegove vsebine po jedi. Transportni protein (GLUT-2), ki zagotavlja glukozo v β-celicah, ima nizko afiniteto za to. Zato ta protein prevaža glukozo v celico trebušne slinaste celice le, ko je njegova vsebnost v krvi nad normalno ravnjo (več kot 5,5 mmol / l).

V β-celicah se glukoza fosforilira z glukokinazo, ki ima tudi visoko Km za glukozo - 12 mmol / l. Stopnja glukozne fosforilacije z glukokinazo v β-celicah je neposredno sorazmerna z njegovo koncentracijo v krvi.

Glukagon je "gladinski hormon", ki ga proizvajajo α-celice trebušne slinavke kot odziv na znižanje ravni glukoze v krvi. S kemično naravo je glukagon peptid.

Adrenalin se sprosti iz celic nadledvične žleze v odziv na kalcilarje živčnega sistema, ki prihajajo iz možganov, ko pride do ekstremnih situacij (kot sta let ali boj), ki zahtevajo nenadne mišične aktivnosti. Adrenalin je alarm. Moral bi takoj zagotoviti mišice in možgane z virom energije.

Sl. 7-26. Sinteza in razkroj glikogena. 1 - heksokinaza ali glukokinaza (jetra); 2 - UDP-glukopirofosforilaza; 3 - glikogen sintaza; 4 - amilo-1,4 → 1,6-glukoziltransferaza (razvejalni encim); 5 - glikogen fosforilaza; 6 - enceti "devetias"; 7 - glukoza-6-fosfataza (jetra); 8 - transportni sistemi GLUT.

B. regulacija glikogen fosforilaze in glygogen sintaze

Ker sinteza in razkroj glikogena poteka po različnih metabolnih poteh, se ti procesi lahko medsebojno nadzirajo. Učinek hormonov na sintezo in razkroj glikogena poteka s spreminjanjem v nasprotnih smereh aktivnosti dveh ključnih encimov: glikogen sintaze in glikogen fosforilaze s fosforilacijo in deposforilacijo (slika 7-27).

Glikogen fosforilaza obstaja v dveh oblikah:

1) fosforilirano - aktivno (oblika a);

2) dephosoriliran - neaktiven (oblika c).

Fosforilacijo dosežemo s prenosom fosfatnega ostanka iz ATP v hidroksilno skupino enega od serinskih ostankov encima. Posledica tega so konformacijske spremembe encimske molekule in njena aktivacija.

Interkonverzije dveh oblik glikogen fosforilaze zagotavljajo delovanje encimov fosforilaze kinaze in fosfoprotein fosfataze (encima, strukturno povezana z molekulami glikogena). Po drugi strani pa aktivnost fosforilaze kinaze in fosfoprotein fosfataze ureja tudi fosforilacija in deposforilacija.

Aktiviranje fosforilaze kinaze se pojavi pod vplivom proteinske kinaze A - PKA (odvisno od cAMP). cAMP najprej aktivira protein kinazo A, ki fosforilira fosforilazno kinazo, jo dovaja v aktivno stanje in s tem fosforilira glikogen fosforilazo. Sintezo cAMP stimulirajo adrenalin in glukagon (glejte poglavje 5).

Aktiviranje fosfoproteinske fosfataze nastane kot posledica reakcije fosforilacije, katalizirane s specifično proteinsko kinazo, ki se nato aktivira z insulinom skozi kaskado reakcij, ki vključujejo

Sl. 7-27. Spremembe aktivnosti glikogen fosforilaze in glikogen sintaze. Krogi označujejo encimske molekule: aktivno - črno, neaktivno - belo. OP-fosfataza (GR) - fosfoproteinska fosfataza glikogenih granul.

Ras protein kot tudi druge beljakovine in encime (signal Ras-put, glejte poglavje 11). Inzulinsko aktivira protein kinazo fosforilat in s tem aktivira fosfoprotein fosfatazo. Aktivna fosfoproteinska fosfataza dephosphorylates in zato inaktivira fosforilazno kinazo in glikogenfosforilazo (slika 7-28).

Aktivnost glikogen sintaze se spreminja tudi zaradi fosforilacije in deposforilacije (glejte zgoraj, slika 7-27). Vendar pa obstajajo pomembne razlike pri urejanju glikogen fosforilaze in glikogen sintaze:

  • glikogen sintaza fosforilacija katalizira PK A in povzroči njegovo inaktivacijo;
  • defosforilacija glikogen sintaze pod vplivom fosfoproteinske fosfataze, nasprotno, jo aktivira.

B. Uravnavanje presnove glikogena v jetrih

Kot smo že opozorili, je primarni signal za sintezo insulina in glukagona sprememba koncentracije glukoze v krvi. Insulin in glukagon sta v krvi nenehno prisotna, toda ko se absorpcijsko obdobje spremeni v posabsorpcijsko, se spreminja njihova relativna koncentracija, kar je glavni dejavnik, ki preusmerja presnovo glikogena v jetrih. Razmerje med koncentracijo insulina v krvi in ​​koncentracijo glukagona se imenuje indeks "insulin-glukagon". V obdobju po adsorpciji se indeks insulina-glukagona zmanjša in koncentracija glukagona postane odločilna pri uravnavanju koncentracije glukoze v krvi.

Glukagon za hepatocite služi kot zunanji signal o potrebi po sproščanju glukoze v krv zaradi razgradnje glikogena (glikogenoliza) ali sinteze glukoze iz drugih snovi - glukoneogeneze (ta postopek bo opisan pozneje). Hormon se veže na receptor na plazemski membrani in preko posredovanja proteina G aktivira adenilat ciklazo, ki katalizira tvorbo cAMP iz ATP (glejte poglavje 5). Temu sledi kaskada reakcij, ki vodijo v jetrih, za aktiviranje glikogen fosforilaze in zaviranje glikogen sintaze (Slika 7-29). Ta mehanizem povzroči sproščanje glikogen-1-fosfata iz glikogena, ki se pretvori v glukozo-6-fosfat. Nato se pod vplivom glukoze-6-fosfataze oblikuje prosta glukoza, ki lahko uide iz celice v kri. Tako glukagon v jetrih, ki spodbuja razgradnjo glikogena, pomaga ohranjati koncentracijo glukoze v krvi na konstantni ravni.

Adrenalin stimulira izločanje glukoze iz jeter v kri, da tkivu (predvsem možganom in mišicam) zagotovi "gorivo" v ekstremnih razmerah. Učinek adrenalina v jet je posledica fosforilacije (in aktivacije) glikogen fosforilaze. Adrenalin ima podoben mehanizem delovanja z glukagonom (slika 7-29). Vendar je mogoče vključiti še en sistem za prenos signalov efektorja v jetrno celico (slika 7-30).

Kateri sistem prenosa signala v celico bo uporabljen, odvisno od vrste receptorjev, z

Sl. 7-28. Učinek insulina na aktivnost glikogen sintaze in fosforilaze kinaze. OP-fosfataza (GH) - fosfoprote-infekataza glikogenih granul. PC (pp90S6) - beljakovinska kinaza, aktivirana z insulinom.

ki medsebojno delujejo adrenalin. Torej, interakcija adrenalina z β2-receptorji jetrnih celic aktivirajo adenilat ciklazni sistem. Enaka adrenalinska interakcija z α1-receptorji "vključujejo" mehanizem inositol-fosfata transmembranskega hormonskega prenosa signala. Rezultat delovanja obeh sistemov je fosforilacija ključnih encimov in preklop procesov iz sinteze glikogena v njegovo razgradnjo. Treba je opozoriti, da je vrsta receptorjev, ki je najbolj vpleten v odziv celic na adrenalin, odvisna od njegove koncentracije v krvi.

Med obdobjem prebave prevlada učinek insulina, saj se indeks insulina-ljukagona v tem primeru poveča. Na splošno insulin vpliva na metabolizem glikogena v nasprotju z glukagonom. Insulin zmanjša koncentracijo glukoze v krvi v času prebave, ki deluje na presnovo jeter, kot sledi:

  • zmanjša raven cAMP v celicah, fosforilira (posredno prek poti Ras) in s tem aktivira protein kinazo B (neodvisno od cAMP). Protein kinaza B pa fosforilira in aktivira pAMP fosfodiesterazo cAMP, encim, ki hidrolizira cAMP, da tvori AMP. Mehanizem vpliva insulina na raven cAMP v celici bo podrobneje opisan v poglavju 11;
  • aktivira (prek poti Ras) fosfoproteinsko fosfatazo z glikogen granulami, ki depoforira glikogen sintazo in jo tako aktivira. Poleg tega fosfoprotein fosfataza dephosphorylates in zato inaktivira fosforilazno kinazo in glikogen fosforilazo;
  • inducira sintezo glukokinaze, s čimer pospešuje fosforilacijo glukoze v celici. Treba je opozoriti, da je vrednost K prav tako regulatorni dejavnik pri metabolizmu glikogena.m glukokinaze, ki je veliko višja od Km heksokinaza. Pomen teh razlik je jasen: jetra ne smejo uživati ​​glukoze za sintezo glikogena, če je njegova količina v krvi znotraj običajnega območja.

Vse to skupaj vodi k dejstvu, da insulin hkrati aktivira glikogen sintazo in zavira glikogen fosforilazo, s čimer se proces sinteze glikogena preklopi na njegovo sintezo.

Sl. 7-29. Ureditev sinteze in razgradnje glikogena v jetrih s pomočjo glukagona in adrenalina. 1 - glukagon in adrenalin medsebojno delujejo s specifičnimi membranskimi receptorji. Kompleks hormonskega receptorja vpliva na konformacijo G-proteina, ki povzroča njegovo disociacijo v protomere in zamenjavo v a-podenoti BDP v GTP; 2 - α-podenota, povezana z GTP, aktivira adenilat ciklazo, katalizira sintezo cAMP iz ATP; 3 - v prisotnosti cAMP se proteinska kinaza A (odvisna od cAMP) reverzibilno ponovno disociira, sprošča C-podenote, ki imajo katalitično aktivnost; 4 - protein kinaza A fosforilira in aktivira fosforilazno kinazo; 5 - fosforilaza kinaza fosforilira glikogen fosforilazo, jo pretvori v aktivno obliko; 6-proteinska kinaza A tudi fosforilira glikogen sintazo, s čimer je v neaktivnem stanju; 7 - kot posledica zaviranja glikogen sintaze in aktivacije glikogen fosforilaze, v proces razgradnje sodeluje glikogen; 8 - fosfodieste-čas katalizira razgradnjo cAMP in s tem prekinja delovanje hormonskega signala. Kompleks os-podenota-GTP se potem razgrajuje, a-, β- in γ-podenote G-proteina ponovno delijo.

Slika 7-30. Ureditev sinteze in razgradnje glikogena v jetrih z adrenalinom in Ca 2+. FIF2- fosfatidil-inozitol bisfosfat; Če3- inositol-1,4,5-trifosfat; DAH - diacilglicerol; ER - endoplazemski retikulum; FS - fosfatildilserin. 1 - interakcija adrenalina z receptorjem α1 transformira signal z aktivacijo proteina G na fosfolipazo C, ki ga damo v aktivno stanje; 2 - hidrolize fosfolipaze C FIF2 na IF3 in DAG; 3 - IF3 aktivira mobilizacijo Ca 2+ iz ER; 4 - Ca 2+, DAG in fosfodiltilserin aktivirajo protein kinazo C. Beljakovinska kinaza C fosforilira glikogen sintazo, s čimer je v neaktivnem stanju; 5 - 4Ca 2+ -kalodulinski kompleks aktivira fosforilazno kinazo in kalcodin-odvisne protein kinaze; 6 - fosforilaza kinaza fosforilira glikogen fosforilazo in s tem aktivira; 7 - aktivne oblike treh encimov (fosforilatna glikogen sintaza, odvisna od kalcodulina, proteina kinaza, fosforilaza kinaza in protein kinaza C) v različnih centrih, tako da je v neaktivnem stanju.

V jetrih obstaja alosterijska regulacija glikogen fosforilaze, ki zagotavlja intracelularne zahteve glukoze, hormonski signali pa imajo prednost pred intracelularnimi in si prizadevajo za druge fiziološke cilje. V preteklosti (glej poglavje 6) je bila vrednost sprememb v celičnih nivojih ATP, ADP in AMP upoštevana kot indikator, ki odraža potrebe po energiji celice. Upočasnitvi uporabe ATP spremlja zmanjšanje aktivnosti glikogen fosforilaze in zmanjšanje stopnje razgradnje glikogena. Nasprotno, povečanje porabe ATP povzroči zvišanje ravni AMP, aktivacijo glikogen fosforilaze in pospešek razkroja glikogena. ATP in AMP so alosterični učinki v zvezi z glikogen fosforilazo. Obstaja tudi metabolni nadzor aktivnosti glikogen fosforilaze. Tako se s povečanjem koncentracije glukoza-6-fosfata aktivnost tega encima v celicah jeter zmanjša.

G. Regulacija mišičnega metabolizma gliogen

Urejanje metabolizma glikogena v mišicah zagotavlja energijski material kot intenzivno delo mišic (tek ali boj) in energijo v mirovanju.

V ekstremnih razmerah v mišičnih celicah mobilizacijo glikogena pospešuje adrenalin. Vezava adrenalina na β receptorje, povezane z adenilatnim ciklaznim sistemom, vodi do tvorbe cAMP v celici, nato pa do fosforilacije in aktivacije fosforilaze kinaze in glikogen fosforilaze (Slika 7-31).

Tvorba cAMP, ki jo stimulira adrenalin, služi kot signal za povečanje proizvodnje energije zaradi pospešenega razpada glikogena. Med razpadom, ki ga sestavljajo glikogen glukoza-6-fosfat, se ATP sintetizira.

Inaktivacija glikogen sintaze pod vplivom adrenalina v mišičnih celicah je enaka kot v jetrih.

V mirovanju pri nizkih koncentracijah adrenalina v krvi je mišični glikogen fosforilaza v dehosforiranem neaktivnem stanju (oblika B), vendar se pojavi razgradnja glikogena. To je posledica dejstva, da se glikogen fosforilaza aktivira z metodo, ki ni povezana s fosforilacijo, ker je raven cAMP v celici nizka. V tem primeru pride do alosterske aktivacije glikogen fosforilaze B. Aktivatorji encima so AMP in H.3Ro4, nastala v celici med razpadom ATP (Slika 7-31, pot 1).

Zmerne kontrakcije mišic, npr. v situaciji, ki ne zahteva sodelovanja pri regulaciji cAMP, se kinaza fosforilaze aktivira z alosterijsko metodo (Slika 7-31, pot 2). V tem primeru so alosterijski efektorji Ca 2+ ioni, katerih koncentracija se dramatično povečuje z zmanjšanjem mišic kot odgovor na signal iz motornega živca. Aktivnost encimov se takoj zmanjša takoj, ko se koncentracija Ca 2+ v celici zmanjša po signalu za sprostitev mišic. Zato vloga Ca 2+ ionov ne zajema le začetka krčenja mišic, temveč tudi pri zagotavljanju njegove porabe energije.

Aktiviranje fosforilaze kinaze s Ca 2+ ioni je posredovano s kalmodulinom. V tem primeru je Kahl-Modulin trdno vezana encimska podenota (slika 7-32). Fosforilazna mišična kinaza je sestavljena iz 4 vrst podenot: α, β, γ in δ združena v kompleks. Encim vključuje 4 taka kompleksa. Γ-podenota ima katalitično aktivnost. Podenoti AIR izvajajo regulatorno funkcijo. Vsebujejo serinske ostanke, fosforilirane s PC A. Področje δ-Subunit veže 4 kalcijeve ione; je identičen s proteini kamilodulina. Vezava kalcijevih ionov povzroča konformacijske spremembe, kar vodi k aktiviranju katalitskega središča γ-podenote, čeprav molekula ostane v deposforiliranem stanju.

V mišicah med prebavo, če sovpada s stanjem počitka, pride do stimulacije sinteze glikogena. Mišično delo med prebavo upočasni proces sinteze glikogena, saj uporablja mišice za oksidacijo glukoze v krvi iz črevesja.

Insulin sodeluje pri premeščanju mobilizacije glikogena v shranjevanje glukoze. Kot smo že omenili, glukoza vstopa v mišične in maščobne celice, ki uporabljajo glukozo transportne celice GLUT-4. Prevozniki v odsotnosti insulina se nahajajo v citoplazmi celic in glukoze ne uporabljajo celice, kot v membrani

Sl. 7-31. Aktiviranje mišičnega glikogen fosforilaze. 1 - alosterična aktivacija glikogen fosforilaze B. V procesu krčenja mišic se ATP uniči s tvorbo AMP, ki je alosterični aktivator glikogen fosforilaze B; 2 - živčni impulz sproži sproščanje Ca2 + iz sarkoplazmatičnega retikuluma. Ca 2+ tvori kompleks s kalmodulinom, ki lahko aktivira fosforilazno kinazo; 3 - aktiviranje glikogen fosforilaze z adrenalinom skozi sistem adenilat ciklaze.

brez proteinov nosilca. Insulin spodbuja gibanje GLUT-4 in njihovo vključitev v celično membrano. Mehanizem tega učinka insulina ni bil dovolj raziskan, vendar so bile določene glavne faze. Veriga dogodkov med stimulacijo insulina za porabo glukoze v mišicah in maščobnih celicah je naslednja:

  • inzulinski receptor (IR) - insulin-stimulirana tirozinska protein kinaza - obvezen posrednik vseh aktivnosti insulina (glejte poglavje 5);
  • insulin-aktivirani IR fosforilirajo specifične citoplazemske proteine ​​- substrate za insulin (IRS);
  • fosforiliran substrat (predvsem IRS-1) se veže na fosfatidilinositol-3-kinazo (FI-3-kinaza) in aktivira ta encim;
  • aktivna FI-3-kinaza katalizira fosforilacijo na položaju 3 serije komponent sistema signalizacije inozitol-fosfata, kar vodi do stimulacije translociranja GLoc iz citosola v plazemsko membrano;
  • glukoza preko GLUT-4 vstopa v mišične celice in je vključena v sintezo glikogena.

Učinek insulina na hitrost sinteze glikogena v mišicah se izvaja s spreminjanjem aktivnosti glikogen sintaze in glikogen fosforilaze, ključnih encimov, kot je razloženo v razpravi o vplivu insulina na metabolizem glikogena v jetrih.

Sl. 7-32. Regulacija aktivnosti fosforilaze kinaze. Encim sestoji iz 4 identičnih beljakovinskih kompleksov. Vsak kompleks vsebuje 4 različne podenote α, β, γ, δ. Slika prikazuje enega od tetramov. Γ-podenota ima katalitično aktivnost. α- in β-protomeri izvajajo regulativno funkcijo, so fosforilirajo s sodelovanjem PC A. Kahl-Modulin - δ-podenota, ki je trdno vezana na encim. In - aktiviranje fosforilaze kinaze kot posledica fosforilacije; B - aktivacija fosforilaze kinaze po pritrditvi Ca 2+ v kalmodulin.

Glikogenske bolezni so skupina dednih motenj, ki temeljijo na zmanjšanju ali pomanjkanju aktivnosti encimov, ki katalizirajo reakcijo sinteze glikogena ali razgradnje ali disregulacijo teh encimov.

1. Glikogenoza - bolezni, ki jih povzroča okvara encimov, vključenih v razgradnjo glikogena. Izražajo jih neobičajna struktura glikogena ali njena prevelika akumulacija v jetrih, srcu ali skeletnih mišicah, ledvicah, pljučih in drugih organih. Tabela 7-3 opisuje nekatere vrste glikogenoze, ki se razlikujejo po naravi in ​​lokaciji encimske pomanjkljivosti.

Treba je opozoriti, da je izraz "glikogenoza" najprej predlagal KF Cory in G.T. Corey Predlagali so tudi sistem številčenja za te bolezni. Vendar pa prevladuje delitev glikogenoze v 2 skupini: jetrno in mišično.

  • Jetrne oblike glikogenoze povzročijo kršitev uporabe glikogena za vzdrževanje ravni glukoze v krvi. Zato je pogost simptom za te oblike hipoglikemija v obdobju po absorpciji.
  • Girke (tip I) najpogosteje opazimo. Opis glavnih simptomov te vrste glikogenoze in njihovih vzrokov lahko služi kot osnova za razumevanje simptomov vseh drugih vrst. Vzrok te bolezni je dedna napaka glukoze-6-fosfataze, encima, ki zagotavlja sproščanje glukoze v krvni obtok po sproščanju iz glikogena jetrnih celic. Girke bolezen se kaže s hipoglikemijo, hipertriacilglicerolijo (zvišana vsebnost triacilglicerolov), hiperurikemijo (zvišana vsebnost sečne kisline).
  • Hipoglikemija je posledica poslabšanja reakcije tvorbe prostega glukoze iz glukoze-6-fosfata. Poleg tega zaradi okvare glukoze-6-fosfataze

Tabela 7-3. Značilnosti nekaterih glikogenskih bolezni

Forbes-Corey bolezen, mejna dextrinoza

kopičenje v jetrnih celicah substrata - glukoza-6-fosfat, ki je vključen v proces katabolizma, kjer se spremeni v piruvat in laktat. Količina laktata v krvi se poveča, zato je mogoče acidoza. V hudih primerih je lahko rezultat hipoglikemije krče. Hipoglikemiji spremlja zmanjšanje vsebnosti insulina in zmanjšanje razmerja med insulinom in glukoagonom, kar posledično povzroči pospešek lipolize maščobnega tkiva zaradi glukagona in sproščanje maščobnih kislin v kri (glejte poglavje 8).

  • Hipertriacilgliceremija se pojavi kot posledica zmanjšanja aktivnosti LP-lipaze maščobnega tkiva - encima, ki ga aktivira inzulin, in zagotavljanja absorpcije TAG maščob v maščobnih tkivih (glejte poglavje 8).
  • Hiperurikemija se pojavi kot posledica naslednjih dogodkov:
    • vsebnost glukoza-6-fosfata v celicah in njegova uporaba v pentozah-fosfatni poti s tvorbo riboze-5-fosfata - substrat za sintezo purinskih nukleotidov;
    • nastajanje sečne kisline se poveča zaradi prekomerne sinteze in posledično katabolizma purinskih nukleotidov, katerega končni produkt je sečna kislina.
    • izločanje sečne kisline se zmanjša zaradi povečane proizvodnje laktata in spremembe pH urina na kislinsko stran, zaradi česar je težko izločiti urat, netopne soli sečne kisline.
  • Pri diagnozi te patologije se določi aktivnost glukoze-6-fosfataze v biopsiji jeter. Poleg tega uporabljajo test z stimulacijo glukagona ali adrenalina, kar ima negativen rezultat v primeru bolezni, to je, po injiciranju hormona se raven glukoze v krvi rahlo spremeni.
  • Zdravljenje je omejiti uporabo živil, ki vsebujejo glukozo. Priporočljivo je, da iz prehrane izključite izdelke, ki vsebujejo saharozo in laktozo, saj je njihova galaktoza in fruktoza po pretvorbi v glukozo-6-fosfat vodita k nadaljnjemu kopičenju glikogena. Preprečiti hipoglikemijo z uporabo metode pogostega hranjenja. To lahko prepreči simptome hipoglikemije.
  • Glikogenoza tipa I je podedovana avtosomno recesivno. Že v zgodnjem obdobju je najbolj opazen simptom hepatomegalija. Bolni otroci imajo kratko telo, velik trebuh in ledvice so povečane. Bolni otroci v fizičnem razvoju zaostajajo.
  • Opisana bolezen se včasih omenja kot glikogenoza tipa Ia, saj obstaja vrsta - vrsta Ib. Glikogenoza Ib je redka patologija, za katero je značilno, da je encim glukoza-6-fosfatna translocaza pomanjkljiv, kar zagotavlja transport fosforilirane glukoze v ER. Zato je kljub zadostni aktivnosti glukoza-6-fosfataze moteno izločanje anorganskega fosfata in sproščanje glukoze v kri. Klinična slika glikogenoze tipa Ib je enaka kot pri glikogenozi Ia.
  • Cory bolezen (tip III) je precej pogosta. To je 1/4 vseh primerov jetrne glikogenoze. Akumuliran glikogen je po strukturi anomalen, saj je encim amil-1,6-glukozidaza, ki hidrolizira glikozidne vezi na krajih, okvarjen ("encim", iz angleščine, debomirajoči encim). Pomanjkanje glukoze v krvi se hitro manifestira, saj je glikogenoliza možna, vendar v neznatni količini. Za razliko od glikogenoze tipa I, laktacidoze in hiperurikemije niso opazili. Bolezen ima blažji tečaj.
  • Andersenova bolezen (tip IV) je izredno redka avtosomna recesivna motnja, ki nastane kot posledica razgradnje encima, amilo-1,4-1,6-glukozil transferaze. Vsebnost glikogena v jetrih ni močno povečana, vendar se njegova struktura spremeni in to preprečuje, da se razpade. Molekula glikogena ima nekaj krakov, kot tudi zelo dolge in redke bočne veje. Hkrati je hipoglikemija izražena zmerno. Bolezen se hitro razvija, se poslabša z zgodnjo cirozo jeter in praktično ni primerna za zdravljenje. Okvara podružnega encima najdemo ne le v jetrih, pač pa tudi v levkocitih, mišicah, fibroblastih in zgodnjih ter prevladujočih manifestacijah bolezni, so posledica poslabšanja delovanja jeter.
  • Njena bolezen (tip VI) se kaže tudi zaradi simptomov zaradi poškodb jeter. Ta glikogenoza je posledica pomanjkanja glikogen fosforilaze. V hepatocitih se glikogen kopiči v normalni strukturi. Potek bolezni je podoben glikogenozi tipa I, vendar so simptomi manj izraziti. Zmanjšana aktivnost glikogen fosforilaze je tudi v levkocitih. Njena bolezen je redka vrsta glikogenoze; ki ga podeduje avtosomna recesivna vrsta.
  • Defekt kinaza fosforilaza (tip IX) najdemo samo pri dečkih, saj je ta funkcija povezana s kromosomom X.
  • Okvara beljakovinske kinaze A (tip X), kot tudi pomanjkanje fosforilaze kinaze, kaže simptome, podobne bolezni Hers.
  • Za mišične oblike glikogenoze je značilna motnja v oskrbi z energijo skeletnih mišic. Te bolezni se manifestirajo med fizičnim naporom in jih spremljajo bolečine in krči v mišicah, šibkost in utrujenost.
  • MacArdla bolezen (tip V) je avtosomna recesivna patologija, pri kateri je aktivnost glikogen fosforilaze povsem odsotna v skeletnih mišicah. Ker je aktivnost tega encima v hepatocitih normalna, hipoglikemija ni opazna (struktura encima v jetrih in mišicah je kodirana z različnimi geni). Težka fizična napetost se slabo prenaša in jo lahko spremljajo krči, vendar med vadbo ni opaziti hiperprodukcije laktata, kar poudarja pomen dodatnih mišičnih virov energije za kontrakcijo mišic, kot so maščobne kisline, na primer, s tem, da nadomestijo glukozo s to patologijo (glejte poglavje 8). Čeprav bolezen ni povezana s spolom, je visoka incidenca bolezni značilna za moške.
  • Pomanjkljivost fosfofruktokinaze je značilna za glikogenozo tipa VII. Bolniki lahko izvajajo zmerno vadbo. Potek bolezni je podoben glikogenozi tipa V, vendar so glavne manifestacije manj izrazite.
  • Napaka fosfoglcheromogaze in okvara LDH M-podenota (brez števila po klasifikaciji Corey, glej tabelo 7-3) sta značilna za mišične oblike glikogenoze. Manifestacije teh patologij so podobne MacArdlejevi bolezni. Napaka fosfogliceromataze v mišicah je opisana pri samo enem bolniku.

Glikogenoza (glikogenoza 0 po klasifikaciji) je bolezen, ki nastane zaradi pomanjkanja glikogen sintaze. V jetrih in drugih tkivih bolnikov opazujemo zelo nizko vsebnost glikogena. To se kaže v izraziti hipoglikemiji v obdobju po absorpciji. Značilen simptom so konvulzije, ki se kažejo zlasti zjutraj. Bolezen je združljiva z življenjem, bolni otroci pa pogosto hranijo.

Regulacija glikogeneze in glikogenolize

Glavne encime, ki uravnavajo metabolizem glikogena, glikogen fosforilazo in glikogen sintazo, se uravnavajo z alostersko in kovalentno modifikacijo s fosforilacijo in deposforilacijo encima.

1. V jetri je fosforilaza v aktivni in neaktivni obliki. Aktivna fosforilaza (fosforilaza a) je fosforiliran tetramer. Pod delovanjem specifične fosfataze fosforilaza a preide v neaktivno fosforilazo b (dimer) zaradi hidrolitske cepitve fosfata iz serinskega ostanka. Prehod neaktivne fosforilaze b v fosforilazo se pojavi s fosforilacijo pod delovanjem fosforilaze kinaze.

Razmerje med neaktivnim T-stanju fosforilaze b in aktivnim R-stanju fosforilaze a se določi z energijskim polnjenjem mišične celice. Glukoza-6-fosfat in ATP stabilizirajo neaktivno T-stanje encima (fosforilaza b). Fosforilaza a je vedno aktivna, ne glede na koncentracijo AMP, ATP in glukoza-6-fosfat. V mirovanju prevladuje fosforilaza b in ko je AMP aktiven, pretvarja encim v aktivno obliko a.

2. Fosforilaza kinaza obstaja v dveh oblikah - aktivna - fosforilirana in neaktivna - deposforrirana. Prehod aktivne oblike v neaktivne se izvede med odstranjevanjem fosforne kisline. Aktiviranje fosforilaze kinaze se pojavlja s sodelovanjem encima protein kinaze.

3. Glikogen sintaza je lahko v fosforiliranem in nefosforiliranem stanju. Aktivna dephosorilirana oblika encima je glikogen sintaza a, ki se pretvori v neaktivno glikogen sintazo b (odvisno od koncentracije glukoze-6-fosfata) s fosforilacijo hidroksilnih skupin serinskih ostankov pod delovanjem proteinske kinaze. Pretvorba glikogen sintaze b v aktivno obliko a se pojavi pri delovanju proteinske fosfataze s cepitvijo fosfatnih skupin iz serinskih ostankov.

4. Protein kinaza je sestavljena iz 4 podenot (tetramer) - 2 regulatorna (R) in 2 katalitska (C). V kompleksu R2C2 encim je neaktiven in se aktivira s cikličnim AMP (cAMP). 2 molekule cAMP so pritrjene na vsako regulatorno podenoto protein kinaze, kar povzroča njeno disociacijo s sproščanjem katalitskih podenot.

Aktivna protein kinaza prenese ostanek fosforne kisline iz ATP v specifične beljakovine (encime), kar vodi k spremembi njihove aktivnosti.

5. Formiranje cAMP (3'5'-AMP) izhaja iz ATP z delovanjem encimske adenilat ciklaze, ki se nahaja na notranji površini membrane in je povezana z receptorjem za hormone na zunanji strani membrane.

6. Encim fosfodiesteraza uničuje cAMP z zlomom obroča, da tvori AMP.

Kadar se v stiski ali v stresnih situacijah poveča potreba po glukozi.

1. V mišici pod delovanjem adrenalina in v jetrih, glukagona in adrenalina se aktivira adenilatna ciklaza, kar vodi k nastanku cAMP, ki ga povezuje z R-podenoto protein kinaze. Protein kinaza fosforilira kinazo fosforilazo b in jo pretvori v aktivno obliko (fosforilaza kinaza). Kinaza fosforilaza A fosforilira fosforilazo b in jo pretvori v fosforilazo A, ki aktivira razgradnjo glikogena. Insulin zavira adenilat ciklazo in aktivira fosfodiesterazo, kar zmanjša koncentracijo cAMP. Protein kinaza, fosforilaza kinaza in fosforilaza ostanejo v neaktivni obliki, kar zavira razgradnjo glikogena. Tako se pojavi kaskada encimskih reakcij, kar ustvarja visoko stopnjo ojačitve. Med razgradnjo encimskih encimov glikogen - 3 med sintezo - 2.

2. V mišicah se lahko fosforilaza b aktivira alosterično z delovanjem AMP, medtem ko ostane deposforilirana. ATP deluje kot negativni alosterični efektor.

3. V mišicah takoj po kontrakciji mišic se glikogenoliza poveča več sto krat. Postopek vključuje hitro aktiviranje fosforilaze skozi kalcijeve ione. Ca 2+ ioni aktivirajo fosforilazno kinazo tako, da se vežejo na podenoto fosforilaze b kinaze, ki je identična Ca 2+ vezavnemu proteinu, kalcodulinu.

4. Glycogen sintaza b se lahko aktivira alosterično z delovanjem glukoza-6-fosfata. Insulin stimulira sintezo glikogena v mišicah, kar prispeva k dephosphorylation in aktivaciji glikogen sintaze.

Sl. 4. Urejanje sinteze glikogena in razgradnje

Regulacija razgradnje glikogena je kaskadna značilnost.

Regulacija glikogenolize

Glavne encime, ki uravnavajo metabolizem glikogena, glikogen fosforilazo in glikogen sintazo, ureja kompleksna vrsta reakcij, ki uporabljajo oba alosterne mehanizme (glej stran 104) in kovalentno modifikacijo s fosforilacijo in deposforilacijo encima (glej stran 108).

Aktiviranje in inaktivacija fosforilaze (slika 19.5)

V jetrih se fosforilaza nahaja v aktivnih in neaktivnih oblikah. V aktivni fosforilazi (fosforilaza a) je hidroksilna skupina enega od serinskih ostankov fosforilirana. Pod delovanjem specifične fosfataze (proteinska fosfataza-1) se encim pretvori v neaktivne fosforilaze b zaradi hidrolitske cepitve fosfata iz serinskega ostanka. Reaktivacija poteka z refraktorilacijo zaradi ATP pod delovanjem specifičnega encimskega fosforilaza kinaze.

Mišična fosforilaza je imunološko in genetsko drugačna od ustreznega jetrnega encima. Lahko je v dveh oblikah: v obliki fosforilaze-fosforiliranega encima, ki je aktiven v prisotnosti in v odsotnosti AMP (njegov alosterični modulator) in v obliki fosforilaze b, deposforiliran in aktiven samo v prisotnosti AMP. Fosforilaza a je normalna fiziološko aktivna oblika encima. To je dimer, katerega vsak monomer vsebuje eno molekulo piridoksal fosfata.

Aktiviranje s cAMP

V mišici fosforilaza aktivira adrenalin (slika 19.5). Vendar pa nima neposrednega učinka, temveč deluje posredno preko cAMP (3,5-cikloadenilna kislina, ciklični AMP) (slika 19.6 in poglavje 44). cAMP je intracelularni intermediat, ki deluje kot drugi posrednik pod vplivom številnih hormonov. Nastane je iz ATP pod delovanjem encima adenilat ciklaze, ki se nahaja na notranji površini celične membrane. Adenilat ciklazo (posredno) aktivira hormonski adrenalin in noradrenalin-ligandi β-adrenergičnih receptorjev, ki so lokalizirani v celični membrani; v jetrih se aktivira z delovanjem glukagona

Sl. 19.5. Urejanje aktivnosti fosforilaze v mišicah (n - število ostankov glukoze). Zaporedje reakcij tvori kaskado; To vam omogoča, da povečate hormonski signal na vsaki stopnji.

Sl. 19.6. 3,5-Adenilna kislina (ciklični AMP. CAMP).

s sodelovanjem posebnega glukagonskega receptorja. cAMP uniči delovanje fosfodiesteraze; ta encim, ki običajno vzdržuje nizko koncentracijo cAMP. Obstajajo dokazi, da je insulin povečal aktivnost fosfodiesteraze v jetrih; to ima za posledico nižjo koncentracijo cAMP.

Povečanje koncentracije cAMP aktivira encim z zelo široko specifičnostjo - cAMP-odvisno protein kinazo. Ta kinaza katalizira fosforilacijo s sodelovanjem ATP neaktivne kinaze fosforilaze, da se tvori aktivna kinaza fosforilaza, ki pa s pomočjo fosforilacije aktivira fosforilazo b, ki prehaja v fosforilazo a (slika 19.5).

Neaktivna cAMP-odvisna protein kinaza je sestavljena iz dveh parov podenot; vsak par vsebuje regulatorno podenoto (R), ki je sposobno vezati dve molekuli cAMP in katalitično podenoto (C), katere struktura vključuje aktivno središče. Vezava cAMP na kompleks povzroči, da se slednja disociira, kar povzroči sproščanje aktivnih C-monomerov (glej poglavje 44):

Aktivacija s pomočjo ionov in sinhronizacija s krčenjem mišic

Glikogenoliza jeter

Ugotovljeno je bilo, da so pri spodbujanju glikogenolize s kateholamini v jetri glavni receptorji receptorji. Ko se to zgodi, je neodvisna mobilizacija ionov in njihov prenos iz mitohondrije v citosol, kjer stimulirajo fosforilazin kinazo, občutljivo na kokodulinu. Skeletna fosforilaza, za razliko od jetrne fosforilaze, ne aktivira glukagon. Upoštevajte, da ta hormon aktivira fosforilazo srčne mišice. Druga pomembna razlika je inhibicija jetrne proteinske fosfataze-1 z aktivno obliko fosforilaze.

Inaktivacija fosforilaze

Fosforilaza a in kinaza fosforilaza a sta deposforilirana in inaktivirana s proteinsko fosfatazo-1. Proteinski fosfatazni-1 inhibitor je protein, imenovan inhibitor-1; slednja postane aktivna šele po fosforilaciji odvisne beljakovinske kinaze. Tako nadzira aktiviranje in inaktivacijo fosforilaze (slika 19.5).

Aktivacija in inaktivacija glikogen sintaze (slika 19.7)

Tako kot fosforilaza, je glikogen sintaza lahko bodisi v fosforiliranem ali v nefosforiliranem stanju. Vendar pa je za razliko od fosforilaze v tem primeru aktivna deposforilirana oblika (glikogen sintaza a), ki se lahko inaktivira, da se tvori glikogen sintaza b s fosforilacijo sedmih ostankov

Sl. 19.7. Uravnavanje aktivnosti mišičnega glikogen sintaze (število ostankov glukoze). Zaporedje reakcij tvori kaskado, ki vam omogoča, da signal povežete na vsaki stopnji; Nanomolarne količine hormona lahko povzročijo znatne spremembe koncentracije glikogena. GSK - glinkosensintaz-3, -4 in -5 kinaz. Valovita puščica označuje alosterično aktivacijo.

serin, ki ga izvajajo vsaj pet različnih protein kinaz. Vseh sedem mest fosforilacije se nahajajo na vsaki od štirih identičnih podenot. Dve od protein kinaz so odvisni od kalcodulina. Ena izmed njih je fosforilaza kinaza, druga pa cAMP-odvisna protein kinaza; Ta proteinska kinaza zagotavlja hormonske učinke, posredovane s cAMP, ki sinhrono zavirajo sintezo glikogena in aktivacijo glikogenolize. Preostale kinaze so znane kot glikogen sintaze kinaze-3, -4 in -5.

Glkzoso-6-fosfat je alosterijski aktivator glikogen sintaze b, kar povzroči zmanjšanje za UDP-glukozo in s tem zagotavlja možnost sinteze glikogena s fosforilirano obliko encima. Glycogen ima zaviralni učinek na lastno sintezo; Insulin spodbuja sintezo glikogena v mišici, kar prispeva k dephosorilaciji in aktivaciji glikogen sintaze b. Običajno je deposforilacija glikogen sintaze b izvedena s proteinsko fosfatazo-1, ki je pod nadzorom cAMP-odvisne protein kinaze (slika 19.7).

Drugi vidiki ureditve metabolizma glikogena bodo obravnavani na str. 219.

Oddelek I. Struktura in delovanje beljakovin in encimov

Oddelek II. Bioenergija in metabolizem ogljikovih hidratov in lipidov

Oddelek III. Presnova beljakovin in aminokislin

Kopiranje podatkov s strani je dovoljeno le s sklicevanjem na to spletno mesto.

Regulacija glikogenolize

Molekule glukoze-1-fosfata se lahko pod vplivom fosfoglukomutaze pretvorijo nazaj v glukozo-6-fosfat, ki služi kot neposreden vir energije v jetrih med reakcijami poti glikolitika ali fosoglukonata. Pri uporabi te metode pridobivanja znotrajcelične energije je udobje, povezano s prisotnostjo glikogena kot rezervo za ogljikove hidrate v tkivu, stalo celico en makroergijski ekvivalent na molekulo glukoze-6-fosfata, ki poteka skozi cikel:

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

UDP-glukoza -> glikogen + UDP

UDF + ATP -> UTP + ADP

Glikogen + Fn -> Glukoza 1-fosfat

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

Da bi zagotovili energijo in druga tkiva, se glukoza-6-fosfat hidrolizira v prosti glukozo (ki se lahko difundira v krvni obtok) z disperzijo dodatnega makroergijskega ekvivalenta:

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

Tako je cikel: glukoza v krvi -> jetrni glikogen -> glukoza v krvi, ki zagotavlja ekstrahepatična tkiva z energijo, primerno za kopičenje, zahteva dva makroergijska ekvivalenta na 1 mol glukoze.

Regulacija glikogeneze in glikogenolize

Kot v primeru glikolize - glukoneogeneznega sistema, sinteza in razkroj glikogena v jetrih ne potekajo kot neodvisni procesi. Glikogeneza in glikogenoliza delata skupaj kot integriran, visoko reguliran sistem, na katerega vplivajo intra- in zunajcelični razmerji med vnosom in porabo glukoze. Vendar pa v tem primeru regulacija ni povezana z g s počasno indukcijo sinteze encimov; alosterijski učinki metabolitov so prepleteni na primarne konformacijske spremembe, ki jih povzroča ciklični AMP.

Ti učinki cikličnega AMP omogočajo hitro spremembo presnove glikogena v jetrih kot odziv na ekstracelularne poizvedbe, vendar na tak način, da sinteza in razpad glikogena ne nastanejo hkrati in da cikel ni ustvarjen brezpredmetno:

Glukoza + 2ATP -> Glikogen

V stanju "počitek" običajna jetrna celica vsebuje zanemarljive količine cikličnega AMP in encimov presnove ogljikovih hidratov obstajajo v njihovih spremenjenih oblikah, imenovane fosforilaza b in glikogen sintaza I.

To obliko I ali neobčutljiva oblika te sintetaze je dobila to ime, ker njeno delovanje ni predmet alosterske regulacije z metaboliti. V mirovanju je ta sintetaza maksimalno aktivna, in če obstaja zadostna količina UDP-glukoze kot substrata, je sinteza glikogena "vklopljena". Vendar b-oblika fosforilaze ni aktivna; le kot rezultat alosterske interakcije z AMP se konformacija fosforilaze b pretvori v značilno katalitsko aktivno obliko encima.

Ker ATP zavira vezavo AMP, fosforilaza b postane aktivna le s takim zmanjšanjem zalog energije v celici, kar zahteva mobilizacijo glikogena. Ko razvijajoča se koncentracija glukoze zagotavlja, da se raven ATP vrne na prvotne vrednosti, se koncentracija AMP zmanjša in proces glikogenolize "izklopi". Tako se v odsotnosti zunanjih dražljajev stopnja degradacije glikogena v jetri spreminja le kot posledica sprememb v intracelularnih zalogah energije.

Tudi pri delu z največjo intenziteto lahko glikogen sintetaza proizvede glikogen s hitrostjo, ki je le sto odstotkov največje hitrosti glikogenolize; zato ni nujno, da izklopite sintetazo za tiste kratek časovni intervali, ko je AMP aktiviral fosforilazo, da bi odpravili kratkotrajne prekinitve pri oskrbi z energijo samo v jetrih.

Kazalo vsebine "Ureditev metabolizma ogljikovih hidratov":

Glikoliza in glikogenoliza. Vloga hormonov pri urejanju teh procesov

Glikoliza je vrsta reakcij, v katerih se glukoza razgrajuje v dve molekuli piruvata (aerobna oksidacija glukoze) ali dve molekuli laktata (anaerobna oksidacija). Vse reakcije glikolize potekajo v citosolu (citoplazem) in so značilne za vse organe in tkiva.

Pri vsaki glikolizi lahko razdelimo na dve stopnji:

Pripravljalna faza 1 porabi 2 ATP. Glukoza je fosforilirana in razdeljena na 2 fosfotrioza;

Faza 2, skupaj s sintezo ATP. Na tej stopnji se fosforije transformirajo v PVC. Energija te faze se uporablja za sintezo 4 ATP in zmanjšanje 2 NADH2, ki se v aerobnih pogojih uporabljajo za sintetiziranje 6 ATP in v anaerobnih pogojih zmanjšajo PVC do laktata.

Aerobna oksidacija glukoze vključuje reakcije glikolize in naknadno oksidacijo piruvata v ciklu Krebs in dihalne verige za CO2 in H2O.

V aerobnih razmerah piruvat prodre v mitohondrijo, kjer je popolnoma oksidiran v CO.2 in H2A. Če je vsebnost kisika nezadostna, kot je to v primeru aktivne mišice, se piruvat spremeni v laktat.

Torej, glikoliza ni samo glavni način uporabe glukoze v celicah, ampak tudi edinstven način, saj lahko uporablja kisik, če

slednje so na voljo (aerobne razmere), lahko pa se pojavijo tudi v odsotnosti kisika (anaerobni pogoji).

Anaerobna glikoliza je kompleksen encimatski proces razgradnje glukoze, ki se pojavi v tkivih ljudi in živali brez porabe kisika. Končni produkt glikolize je mlečna kislina. Med glikolizo se tvori ATP. Celotno enačbo glikolize lahko predstavimo na naslednji način:

Obstajajo lokalne in splošne uredbe.

Lokalna regulacija se izvaja s spreminjanjem aktivnosti encimov pod delovanjem različnih metabolitov znotraj celice.

Ureditev glikolize kot celote, takoj za celoten organizem, se pojavi pod delovanjem hormonov, ki vplivajo preko molekul sekundarnih mediatorjev, spreminjajo znotrajcelično presnovo.

Pomembnost stimulacije glikolize pripada insulinu. Glukagon in adrenalin sta najpomembnejši hormonski inhibitorji glikolize.

Insulin stimulira glikolizo skozi:

aktiviranje reakcije s heksokinazo;

Drugi hormoni vplivajo tudi na glikolizo. Na primer, somatotropin zavira encime glikolize in ščitnični hormoni so stimulansi.

Regulacija glikolize poteka v več ključnih fazah. Reakcije, ki jih heksokinaza kataliziranih (1), fofruktokinazo (3) in piruvat kinaze (10) razlikujeta v znatnega zmanjšanja proste energije in je praktično ireverzibilni, ki jim omogoča, da učinkovito ureditev točk glikoliza.

Glikogenoliza (angleška glikogenoliza) je biokemična reakcija, ki se pojavi predvsem v jetrih in mišicah, med katerimi se glikogen razdeli na glukozo in glukozo-6-fosfat.

Glycogenolysis spodbujajo hormoni glukagon in adrenalin.

Fosforilaze spremenijo polisaharide (zlasti glikogen) iz shranjevalne oblike v presnovno aktivno obliko; v prisotnosti fosfo-rililaze glikogen dezintegrira, da se tvori glukozni fosfat (glukoza-1-fosfat), ne da bi ga najprej prekrili v večje fragmente molekule polisaharida. Na splošno je ta reakcija lahko predstavljena takole:

(C6H10O5) n + H3PO4-> (C6H10O5) n-1 + glukoza-1-fosfat,

kjer (C6H10O5) n pomeni glikogen polisaharidno verigo in (C6H10O5) n, je enaka veriga, vendar je skrajšana z enim glukoznim ostankom.

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

To reakcijo katalizira encim, imenovani fosforilaza kinaza b. Ugotovljeno je bilo, da ta kinaza obstaja tako v aktivnih kot neaktivnih oblikah. Neaktivna fosforilaza kinaza se pretvori v aktivni protein pod vplivom encima proteinske kinaze (fosforilaza kinaze kinaze), in ne samo proteinske kinaze, temveč cAMP-odvisna protein kinaza.

Aktivna oblika slednjega nastane s sodelovanjem cAMP, ki se nato tvori iz ATP pod delovanjem encimske adenilat ciklaze, ki ga stimulira zlasti adrenalin in glukagon. Povečanje vsebnosti adrenalina v krvi vodi v tej kompleksni verigi reakcij na pretvorbo fosforilaze b v fosforilazo a in posledično na sproščanje glukoze v obliki glukoze-1-fosfata iz polisaharida za shranjevanje glikogena. Pretvorbo fosforilaze a v fosforilazo b katalizira encimska fosfataza (ta reakcija je skoraj nepovratna).

Glukoza-1-fosfat, ki nastane kot posledica fosforitičnega razkroja glikogena, se pretvori s pomočjo glukoze-6-fosfata pod delovanjem fosfoglukomutaze. Za izvedbo te reakcije je potrebna fosforilirana oblika fosfoglukomutaze, t.j. kot je navedeno, v prisotnosti glukoze-1,6-bisfosfata.

Tvorba proste glukoze iz glukoze-6-fosfata v jetrih se pojavi pod vplivom glukoza-6-fosfataze. Ta encim katalizira hidrolitsko cepitev fosfata:

Razpad in sinteza glikogena (shema).

Mastne puščice kažejo razpadajočo pot, tanko - pot sinteze. Številke označujejo encime: 1 - fosforilaza; 2 - fos-mioglukomutaza; 3 - glukoza-6-fosfataza; 4 - heksokinaza (glukokinaza); 5 - gluko-zo-1-fosfat uridiltransferaza; 6 - glikozintaza.

Upoštevajte, da fosforilirana glukoza v nasprotju z nestandardizirano glukozo ne more zlahka difuzirati iz celic. Jetra vsebuje hidrolitsko encimsko glukozo-6-fosfatazo, ki zagotavlja sposobnost hitrega sproščanja glukoze iz tega organa. V mišičnem tkivu je glukoza-6-fosfataza praktično odsotna.

Lahko se šteje, da je vzdrževanje konstantnosti koncentracije glukoze v krvi rezultat hkratnega pretoka dveh procesov: vnos glukoze v krv iz jeter in njegovo porabo iz krvi s tkivi, kjer se uporablja predvsem kot energijski material.

Razdelitev glukoze v tkivih (vključno z jetri) poteka na dva načina: anaerobna (brez kisika) in aerobna, za izvedbo katerih je potreben kisik.


Več Člankov O Jetrih

Hepatitis

Zdravljenje z alkoholizmom

Najboljši zdravniki in klinike, pokličite zdaj!Zdravljenje in splošna priporočila za cirozo jeterCiroza jeter je kronična bolezen, ki jo lahko povzroči prekomerna poraba alkoholnih pijač, toksični učinki zdravil (metotreksat, izoniazid) in industrijski strupi, ki se kopičijo v krvi, jetrih in drugih notranjih organih.
Hepatitis

Nizke sorte sirov za prehrano

Tudi snov z nizko vsebnostjo maščob ima majhen odstotek maščobe, odstotek maščobe pa je drugačen.Obstaja veliko vrst sira, več kot 400. Izdelujejo se ne samo iz kravjega mleka, ampak tudi iz koze, konj, ovac, kamele.