Розщеплення і синтез глікогену здійснюють різні ферменти.
Розщеплення глікогену з утворенням глюкозо-1-фосфату каталізує глікоген-фосфорилаза (рис. 5). А синтез глікогену відбувається за участю інших ферментів.
Основні етапи синтезу глікогену наступні.
1. На першому етапі з вільної глюкози утворюється глюкозо-6-фосфат:
АТФ + Глюкоза> Глюкозо-6-фосфат + АДФ
2. Потім з глюкозо-6-фосфату утворюється глюкозо-1-фосфат. Ця реакція оборотна.
3. Наступний етап є ключовим. В реакції каталізується глюкозо-1-фосфат-уріділтрансферази утворюється уріділдіфосфатглюкоза (UDP-глюкоза):
UТP + Глюкозо-1-фосфат> UDP-глюкоза + РРi.
4. Далі глікоген-синтаза каталізує перенесення глікозільних груп від UDP-глюкози на молекулу глікогену з утворенням альфа (1-4)-зв'язку.
5. Освіта бічного ланцюга глікогену каталізує «ветвящегося» фермент глікозіл- (4-6) -трансфераза.
В організмі людини, як і тварин, глікоген синтезується практично у всіх тканинах, але найбільше в печінці і скелетних м'язах.
Регуляція розщеплення і синтезу глікогену також взаємопов'язана
Також як гліколіз і глюконеогенез, розщеплення і синтез глікогену регулюються взаємопов'язане.
Якщо глікоген-фосфорилаза активується, то глікоген-синтаза відзначено зниження, і навпаки.
Регуляцію цих ферментів в печінці в кінцевому рахунку здійснюють гормони: інсулін і контрінсулярних гормони, наприклад, адреналін і глюкагон. Інсулін пригнічує розпад і стимулює синтез глікогену.
Контрінсулярних гормони стимулюють розщеплення глікогену. Деякі контрінсулярних гормони проявляють селективність по відношенню до різних органів і тканин. Наприклад, глюкагон стимулює розщеплення глікогену тільки в печінці, але не в скелетних м'язах.
Глікогенози. Ряд спадкових хвороб пов'язаний з порушенням обміну глікогену. Ці хвороби отримали назву гликогенозов. Вони виникають у зв'язку з дефіцитом або повною відсутністю ферментів. каталізують процеси розпаду або синтезу глікогену. і характеризуються надмірним його накопиченням в різних органах і тканинах (табл. 10.2).
Глікогеноз I типу (хвороба Гірке) зустрічається найбільш часто, обумовлений наследственнимдефектом синтезу ферменту глюкозо-6-фосфатази впечені і нирках. Хвороба успадковується по аутосомно-рецесивним типом. Патологічні симптоми з'являються вже на першому році життя дитини: збільшена печінка. нерідко збільшені нирки. В результаті гіпоглікемії з'являються судоми, затримка росту, можливий ацидоз. У крові - підвищена кількість лактату і пірувату. Введення адреналіну або Глюка-гону викликає значну гіперлактатацідемію, але негіперглікемію. так як глюкозо-6-фосфатаза в печінці відсутній і освіти вільної глюкози не відбувається.
57. Регуляція обміну вуглеводів і підтримки фізіологічного рівня глюкози в крові. Характеристика гормонів і механізм їх дії. Гіпо- та гіперглікемії.
Гормони. До гормонів, які впливають на вуглеводний обмін, належать пептиди інсулін іглюкагон. глюкокортикоид кортизол і катехоламін адреналін (див. сс. 362. 368). Інсулініндуцірует (див. С. 120) синтез de novo глікоген-синтази [1], а також деяких ферментів гліколізу [3, 5, 7]. Одночасно інсулін пригнічує синтез ключових ферментів глюконеогенезу (репресія, [4, 6, 8, 9]). Глюкагон як антагоніст інсуліну діє в протилежному напрямку: індукує ферменти глюконеогенезу [4, 6, 8, 9] і репресує піруваткіназа [7], ключовий фермент гліколізу. Інші афекти глюкагону засновані на взаимопревращении ферментів і опосередковані вторинним месенджером цАМФ (Самро, см. С. 114). За цим механізмом гальмується синтез глікогену [1] і активується розщеплення глікогену [2]. Подібним чином діє і адреналін. Гальмування піруваткінази [7] глюкагоном також обумовлено взаємоперетворення ферментів.
Глюкокортикоїди, перш за все кортизол (див. С. 362), індукують всі ключові ферменти глюконеогенезу [4, 6, 8, 9]. Одночасно вони індукують ферменти деградації амінокислот і забезпечують тим самим глюконеогенез вихідними сполуками.
Метаболіти. Високі концентрації АТФ (АТР) і цитрату гальмують гліколіз шляхом аллостерічеськой регуляції фосфофруктокинази. Крім того, АТФ гальмує піруваткіназа. Інгібітором піруваткінази є ацетил-КоА. Всі ці метаболіти утворюються при розпаді глюкози (гальмування кінцевим продуктом). АМФ (AMP), сигнал дефіциту АТФ, активує розщеплення глікогену і гальмує глюконеогенез.
Гіпоглікемія. Нерідко гіпоглікемія пов'язана зі зниженням функцій тих ендокринних залоз. підвищення функцій яких призводить, як зазначалося, до гіперглікемії. Зокрема, гіпоглікемію можна спостерігати при гіпофізарної кахексії, хворобі Аддісона, гіпотиреозі. Різке зниження рівня глюкози в крові відзначається при аденомах підшлункової залози внаслідок підвищеної продукції інсуліну β-клітинами панкреатичних острівців. Крім того, гіпоглікемія може бути викликана голодуванням, тривалої фізичної роботою, прийомом β-гангліоблока-торів. Низький рівень глюкози в крові іноді відзначається при вагітності. лактації.
Гіпоглікемія може виникнути при введенні хворим на цукровий діабет великих дозінсуліна. Як правило, вона супроводжує ниркову глюкозурию, що виникає внаслідок зниження «ниркового порогу» для глюкози.
58. Особливості обміну глюкози в різних тканинах (м'язи, еритроцити, мозок, жирова тканина, печінка). Залежність шляхів використання глюкоза від ритму і характеру харчування.
ОСОБЛИВОСТІ І ЗНАЧЕННЯ гліколізу в ЕРИТРОЦИТАХ 1. Генерація АТФ. АТФ використовується для 1) активного транспорту катіонів через мембрану, 2) збереження цілісності мембрани і форми еритроцитів. 2. У процесі гліколізу генерується НАДН2. який є: 1) кофактором метгемоглобінредуктази - ферменту, що каталізує перехід мет-Hb в Hb; цей процес запобігає накопиченню мет-Hb (кофактором може бути і НАДФН2); 2) кофактором ЛДГ (лактатдегідрогенази); 3) постачальником протонів для супероксіддісмутазной реакції. 3. У процесі гліколізу 1,3-дифосфоглицерата (1,3-ДФГ) перетворюється в 2,3-ДФГ. На цей процес витрачається 20-25% глюкози. 2,3-ДФГ - активна негативно заряджена молекула. В еритроцитах периферичної крові утворює сольову зв'язок з Hb, зменшує його спорідненість до кисню, що забезпечує перехід кисню в клітини тканин. У капілярах легенів Hb звільняється від 2,3-ДФГ і набуває здатності акцептувати кисень. ПФП - ГОЛОВНЕ ПРИЗНАЧЕННЯ - генерація відновленого кофактора НАДФН2. який використовується в еритроцитах для відновлення глутатіону за участю глутатіонредуктази, поставляє протони для супероксідодісмутазной реакції, хоча і слабо, але використовується мет-Hb-редуктазой для відновлення мет-Hb в Hb. Проміжний продукт ПФП - 3-ФГА (3-фосфогліцеріновий альдегід) використовується в процесі гліколізу, в тому числі і для синтезу 2,3-ДФГ.
Глюкоза вивільняється з печінки в проміжках між прийомами їжі. Якщо рівень глюкози в крові починає знижуватися до нижньої межі в проміжках між прийомами їжі, це приведений до ряду змін і послужить приводом для вивільнення глюкози з печінки в кровотік. 1. Зниження рівня глюкози призводить до зниження секреції інсуліну підшлунковою залозою.
2. Відсутність інсуліну призведе до зміни напрямку реакцій, націлених на створення запасу глікогену, головним чином до зупинки подальшого синтезу глікогену в печінці та попередження надходження глюкози в печінку з крові.
3. Відсутність інсуліну (паралельно зі збільшенням глюкагону, що буде розглянуто далі) активує фермент фосфорилазу, що розщеплює глікоген до глюкозофосфата.
4. Фермент глюкофосфатазу. інгібіруемая інсуліном, при відсутності інсуліну активується і призводить до відщеплення фосфатного радикала від глюкози, що дозволяє вільної глюкози повернутися в кров.
Таким чином, печінка забирає глюкозу з крові, коли в крові виникає її надлишок в зв'язку з прийомом їжі, і повертає її в кров, коли концентрація глюкози знижується в проміжках між прийомами їжі. Зазвичай близько 60% глюкози їжі запасається таким способом в печінці і в подальшому повертається в кров. Інсулін забезпечує перетворення надлишку глюкози в жирні кислоти і пригнічує глюконеогенез в печінці.
Мета м'язової клітини - найбільш ефективно використовувати інформацію, що надходить глюкозу для освіти АТФ, необхідного для здійснення механічної роботи - скорочення. У стані спокою значні кількості глюкози резервуються в формі глікогену. Цитоплазма м'язових клітин містить у високих концентраціях ферменти гліколізу, а достаток мітохондрій забезпечує ефективний розпад продуктів гліколізу через шлях лимонної кислоти і ланцюг перенесення електронів. Лише в умовах надзвичайної втоми ці аеробні процеси е справляються з накопиченням лактату.
У м'язах йде глікогенез, м'яз здійснює лише деякі синтетичні функції. Ключові ферменти глюконеогенезу в м'язах відсутні, і глюконеогенез не йде. Для відновлювальних синтезів в м'язі НАДФ. Н не потрібно, і фосфоглюконатний шлях майже не функціонує.
Обмін вуглеводів в м'язах забезпечує створення тканинних запасів глікогену в стані спокою і використання цих запасів, а також надходить глюкози при напруженій роботі; основні енергетичні потреби всіх типів м'язів задовольняються головним чином за рахунок окислення продуктів обміну жирів. Ні повільно скорочується гладка м'язова тканина, ні серцевий м'яз не споживають глюкозу в значній мірі. Під час напруженої роботи серце забезпечує себе лактатом для окислення.