Glikogen adalah karbohidrat rizab haiwan, yang terdiri daripada sejumlah besar residu glukosa. Pembekalan glikogen membolehkan anda dengan cepat mengisi kekurangan glukosa dalam darah, sebaik sahaja parasnya berkurangan, glikogen berpecah, dan glukosa bebas memasuki darah. Pada manusia, glukosa terutamanya disimpan sebagai glikogen. Ia tidak menguntungkan bagi sel untuk menyimpan molekul glukosa individu, kerana ini akan meningkatkan tekanan osmosis di dalam sel. Dalam strukturnya, glikogen menyerupai kanji, iaitu polysaccharide, yang kebanyakannya disimpan oleh tumbuhan. Pati juga terdiri daripada sisa-sisa glukosa yang disambungkan kepada satu sama lain, namun terdapat lebih banyak cawangan dalam molekul glikogen. Reaksi yang berkualiti tinggi kepada glikogen - tindak balas dengan iodin - memberikan warna coklat, tidak seperti reaksi yodium dengan kanji, yang membolehkan anda mendapatkan warna ungu.
Peraturan pengeluaran glikogen
Pembentukan dan pecahan glikogen mengawal beberapa hormon, iaitu:
1) insulin
2) glukagon
3) adrenalin
Pembentukan glikogen berlaku selepas kepekatan glukosa dalam darah meningkat: jika terdapat banyak glukosa, ia mesti disimpan untuk masa depan. Pengambilan glukosa oleh sel-sel terutamanya dikawal oleh dua hormon-antagonis, iaitu, hormon dengan kesan yang bertentangan: insulin dan glukagon. Kedua-dua hormon ini disekat oleh sel pankreas.
Sila ambil perhatian: perkataan "glucagon" dan "glikogen" sangat serupa, tetapi glukagon adalah hormon, dan glikogen adalah polisakarida ganti.
Insulin disintesis jika terdapat banyak glukosa dalam darah. Ini biasanya berlaku selepas seseorang makan, terutamanya jika makanannya kaya makanan karbohidrat (contohnya, jika anda makan tepung atau makanan manis). Semua karbohidrat yang terkandung dalam makanan dipecah menjadi monosakarida, dan sudah dalam bentuk ini diserap melalui dinding usus ke dalam darah. Oleh itu, tahap glukosa meningkat.
Apabila reseptor sel bertindak balas kepada insulin, sel-sel menyerap glukosa dari darah, dan tahapnya berkurangan lagi. Dengan cara itu, itulah sebabnya diabetes - kekurangan insulin - secara kiasan disebut "kelaparan di kalangan kelimpahan", kerana dalam darah selepas makan makanan yang kaya dengan karbohidrat, banyak gula muncul, tetapi tanpa insulin, sel-sel tidak dapat menyerapnya. Sebahagian daripada sel glukosa digunakan untuk tenaga, dan selebihnya diubah menjadi lemak. Sel hati menggunakan glukosa yang diserap untuk mensintesis glikogen. Sekiranya terdapat sedikit glukosa dalam darah, proses pembalikan berlaku: pankreas menyembuhkan hormon glukagon, dan sel-sel hati mula memecahkan glikogen, melepaskan glukosa ke dalam darah, atau mensintesis glukosa sekali lagi dari molekul mudah, seperti asid laktik.
Adrenalin juga membawa kepada pecahan glikogen, kerana tindakan keseluruhan hormon ini bertujuan untuk menggerakkan badan, menyiapkannya untuk jenis reaksi "hit atau run". Dan untuk ini, kepekatan glukosa menjadi lebih tinggi. Kemudian otot boleh menggunakannya untuk tenaga.
Oleh itu, penyerapan makanan membawa kepada pembebasan insulin hormon ke dalam darah dan sintesis glikogen, dan kebuluran menyebabkan pelepasan glukagon hormon dan pecahan glikogen. Pembebasan adrenalin, yang berlaku dalam situasi yang tertekan, juga membawa kepada pecahan glikogen.
Apakah glycogen disintesis dari?
Glukosa-6-fosfat bertindak sebagai substrat untuk sintesis glikogen, atau glikogenogenesis, kerana ia sebaliknya dipanggil. Ini adalah molekul yang diperolehi daripada glukosa selepas melampirkan residu asid fosforik kepada atom karbon keenam. Glukosa, yang membentuk glukosa-6-fosfat, memasuki hati dari darah dan ke dalam darah dari usus.
Pilihan lain adalah mungkin: glukosa boleh disintesis semula daripada prekursor yang lebih mudah (asid laktik). Dalam kes ini, glukosa dari darah memasuki, sebagai contoh, di dalam otot, di mana ia dipecah menjadi asid laktik dengan pelepasan tenaga, dan kemudian asid laktik yang terkumpul diangkut ke hati, dan sel-sel hati mensintesis semula glukosa daripadanya. Kemudian glukosa ini boleh ditukar menjadi glukosa-6-phosphot dan seterusnya dengan asasnya untuk mensintesis glikogen.
Tahap pembentukan glikogen
Jadi, apa yang berlaku dalam proses sintesis glikogen daripada glukosa?
1. Glukosa selepas penambahan residu asid fosforik menjadi glukosa-6-fosfat. Ini disebabkan oleh enzim hexokinase. Enzim ini mempunyai beberapa bentuk yang berbeza. Hexokinase dalam otot adalah sedikit berbeza daripada hexokinase dalam hati. Bentuk enzim ini, yang terdapat di hati, lebih teruk daripada glukosa, dan produk yang terbentuk semasa reaksi tidak menghalang reaksi. Disebabkan ini, sel-sel hati dapat menyerap glukosa hanya apabila terdapat banyaknya, dan saya dapat segera mengubah banyak substrat menjadi glukosa-6-fosfat, walaupun saya tidak mempunyai masa untuk memprosesnya.
2. Enzim phosphoglucomutase mempelbagaikan penukaran glukosa-6-fosfat kepada isomernya, glukosa-1-fosfat.
3. Glukosa-1-fosfat yang dihasilkan kemudiannya menggabungkan dengan uridine triphosphate, membentuk UDP-glukosa. Proses ini dipangkin oleh enzim pyrophosphorylase UDP-glukosa. Tindak balas ini tidak dapat diteruskan ke arah yang bertentangan, iaitu, tidak dapat dipulihkan dalam keadaan yang terdapat di dalam sel.
4. Enzim glikogen sintetik memindahkan sisa glukosa ke molekul glikogen yang baru muncul.
5. Enzim penapaian glikogen menambah titik cawangan, mewujudkan "cawangan" baru pada molekul glikogen. Kemudian di akhir cawangan glukosa baru cawangan ini ditambahkan menggunakan sintetik glikogen.
Di manakah glikogen disimpan selepas pembentukan?
Glycogen adalah polysaccharide ganti yang diperlukan untuk kehidupan, dan ia disimpan dalam bentuk granul kecil yang terletak di sitoplasma beberapa sel.
Glycogen menyimpan organ-organ berikut:
1. Hati. Glikogen cukup banyak di hati, dan ia adalah satu-satunya organ yang menggunakan kedai glikogen untuk mengawal kepekatan gula dalam darah. Sehingga 5-6% mungkin glikogen dari jisim hati, yang kira-kira hampir 100-120 gram.
2. Otot. Dalam otot, kedai glikogen kurang dalam peratusan (sehingga 1%), tetapi secara keseluruhan, mengikut berat, mereka boleh melebihi semua glikogen yang tersimpan dalam hati. Otot tidak memancarkan glukosa yang terbentuk selepas pecahan glikogen ke dalam darah, mereka menggunakannya hanya untuk keperluan mereka sendiri.
3. Buah pinggang. Mereka mendapati sejumlah kecil glikogen. Jumlah kuantiti yang lebih kecil didapati dalam sel glial dan dalam leukosit, iaitu sel darah putih.
Berapa lama kedai glikogen terakhir?
Dalam proses aktiviti penting organisma, glikogen disintesis dengan kerap, hampir setiap kali selepas makan. Tubuh tidak masuk akal untuk menyimpan sejumlah besar glikogen, kerana fungsi utamanya tidak berfungsi sebagai penderma gizi selama mungkin, tetapi untuk mengatur jumlah gula dalam darah. Kedai Glycogen berlangsung selama 12 jam.
Sebagai perbandingan, lemak yang disimpan:
- Pertama, mereka biasanya mempunyai jisim yang jauh lebih besar daripada jisim glikogen yang tersimpan,
- Kedua, mereka dapat cukup untuk satu bulan kewujudan.
Juga diperhatikan adalah bahawa badan manusia boleh menukar karbohidrat menjadi lemak, tetapi tidak sebaliknya, yang disimpan lemak untuk menjadi glikogen tidak berfungsi, hanya boleh digunakan secara langsung untuk tenaga. Tetapi untuk memecahkan glikogen kepada glukosa, kemudian memusnahkan glukosa itu sendiri dan menggunakan produk yang dihasilkan untuk sintesis lemak tubuh manusia cukup mampu.
Glikogen adalah rizab tenaga yang mudah digunakan.
Penggabungan glikogen (glikogenolisis)
Rizab glikogen digunakan secara berbeza bergantung kepada ciri-ciri fungsian sel.
Glikogen hati dipecahkan dengan mengurangkan kepekatan glukosa dalam darah, terutamanya antara makanan. Selepas 12-18 jam berpuasa, kedai glikogen di hati sepenuhnya habis.
Dalam otot, jumlah glikogen biasanya menurun hanya semasa aktiviti fizikal - berpanjangan dan / atau sengit. Glikogen digunakan di sini untuk memastikan fungsi myocytes oleh glukosa. Oleh itu, otot, serta organ-organ lain, gunakan glikogen hanya untuk keperluan mereka sendiri.
Pengobosan (penguraian) glikogen atau glikogenolisis diaktifkan apabila terdapat kekurangan glukosa bebas dalam sel, dan oleh itu dalam darah (puasa, kerja otot). Tahap glukosa darah "sengaja" hanya menyokong hati, di mana terdapat glukosa-6-fosfatase, yang menghidrolisis ester fosfat glukosa. Glukosa bebas yang terbentuk dalam hepatosit dilepaskan melalui membran plasma ke dalam darah.
Tiga enzim terlibat secara langsung dalam glikogenolisis:
1. Glikogen fosforilase (coenzyme pyridoxal phosphate) - membuka ikatan α-1,4-glikosidik untuk membentuk glukosa-1-fosfat. Enzim berfungsi sehingga 4 residu glukosa kekal sehingga titik cawangan (α1,6-ikatan).
Peranan fosforilasi dalam penggerak glikogen
2. α (1,4) -α (1,4) -glucanthransferase adalah enzim yang memindahkan serpihan dari tiga residu glukosa ke rantaian lain dengan pembentukan ikatan α1,4-glikosidik baru. Pada masa yang sama, satu residu glukosa dan ikatan α1,6-glikosid yang "terbuka" kekal di tempat yang sama.
3. Amylo-α1,6-glucosidase, (enzim "detituschy") - menghidrolisis ikatan α1,6-glikosida dengan pelepasan glukosa bebas (bukan fosforilasi). Hasilnya, rantaian tanpa cabang dibentuk, sekali lagi berfungsi sebagai substrat untuk fosforilasi.
Peranan enzim dalam pecahan glikogen
Sintesis glikogen
Glikogen dapat disintesis dalam hampir semua tisu, tetapi kedai-kedai glikogen terbesar berada di hati dan otot rangka.
Dalam otot, jumlah glikogen biasanya menurun hanya semasa aktiviti fizikal - berpanjangan dan / atau sengit. Pengumpulan glikogen di sini dicatat dalam tempoh pemulihan, terutamanya apabila mengambil makanan berkarbohidrat tinggi.
Glikogen hati dipecahkan dengan mengurangkan kepekatan glukosa dalam darah, terutamanya antara makanan (tempoh selepas penjerapan). Selepas 12-18 jam berpuasa, kedai glikogen di hati sepenuhnya habis. Glikogen terkumpul di hati hanya selepas makan, dengan hiperglikemia. Ini disebabkan oleh keunikan hepatik kinase (glucokinase), yang mempunyai afinosa yang rendah untuk glukosa dan boleh berfungsi hanya pada kepekatan yang tinggi.
Pada kepekatan normal glukosa dalam darah penangkapannya oleh hati tidak dilakukan.
Enzim berikut secara langsung mensintesis glikogen:
1. Phosphoglucomutase - menukarkan glukosa-6-fosfat kepada glukosa-1-fosfat;
2. Glukosa-1-fosfat-uridyltransferase - enzim yang melakukan reaksi sintesis utama. Daya tahan semula tindak balas ini disediakan oleh hidrolisis daripada difhosphate yang terhasil;
Reaksi sintesis UDP-glukosa
3. Glycogen synthase - membentuk ikatan α1,4-glikosidik dan meluaskan rantai glikogen, melampirkan C 1 UDF-glukosa diaktifkan kepada residu glikogen terminal C 4;
Kimia Reaksi Sintetik Glikogen
4. Amylo-α1,4-α1,6-glycosyltransferase, enzim "glycogen-casting" - memindahkan serpihan dengan panjang minimum 6 residu glukosa ke rantaian bersebelahan dengan pembentukan ikatan α1,6-glikosid.
Buku Panduan Kimia 21
Kimia dan teknologi kimia
Kerosakan glikogen untuk membentuk glukosa
Semasa fosololisis, glikogen sedemikian terurai dengan pembentukan ester fosforus glukosa, tanpa terlebih dahulu membelahnya menjadi serpihan yang lebih besar daripada molekul polisakarida. [ms.251]
Pemindahan fosforilasi polisakarida (khususnya, glikogen) dari bentuk simpanan ke bentuk aktif metabolik dengan kehadiran fosforilase, dan glikogen memecah sehingga membentuk eter glukosa fosfat (glukosa-1-fosfat) tanpa memecah molekul polisakarida yang lebih besar ke dalam serpihan yang lebih besar. Secara umum, tindak balas ini boleh diwakili seperti berikut [p.325]
Kemudian kita akan menjawab soalan penting ini dengan lebih terperinci (bab 25), sekarang kita hanya mengatakan bahawa jika badan tiba-tiba dalam keadaan kritikal, medulla adrenal membuang hormon adrenalin ke dalam darah, yang berfungsi sebagai isyarat molekul untuk hati dan otot. Di bawah pengaruh isyarat ini, hati menghidupkan fosforilase glikogennya, sebagai hasilnya tahap glukosa darah meningkat, iaitu. Otot mendapat bahan api. Isyarat yang sama termasuk dalam otot rangka pemecahan glikogen dengan pembentukan laktat, dengan itu meningkatkan [p.464]
Pencernaan karbohidrat pemakanan bermula pada rongga mulut. Di bawah tindakan enzim amilase saliva, kanji dan glikogen menjalani pembelahan cetek untuk membentuk polysaccharides berat molekul rendah - dextrins. Penguraian lanjut dextrins, serta kanji dan glissogen yang tidak dicerai berlaku dalam usus kecil dengan penyertaan amilase jus pankreas. Hasilnya ialah maltosa disakarida, yang terdiri daripada dua residu glukosa. Pencernaan karbohidrat diselesaikan dengan penukaran maltosa dan makanan disakarida lain (sukrosa, laktosa) ke dalam monosakarida (glukosa, fruktosa, galaktosa), yang utama adalah glukosa. [c.44]
Karbohidrat kompleks mula menjalani transformasi yang sudah ada di kawasan mulut. Air liur, rembesan yang dihasilkan oleh kelenjar air liur (parotid, submandibular, sublingual), mengandungi dua enzim yang memecah karbohidrat amilase (amilase saliva yang dipanggil ptyalin) dan sedikit maltase. Enzim ini, melalui pendedahan berturut-turut kepada kanji atau glikogen, membawa pecahan (hidrolisis) polisakarida ini kepada pembentukan glukosa. [c.241]
Untuk glycogen-phosphorylase untuk merosakkan di bawah tindakan glikogen, enzim yang berlainan mesti bertindak pada polysaccharide juga. (1 -> 6) -glucosidase. Enzim ini mempelbagaikan dua reaksi. Pada mulanya, dia bersembunyi dari rantai tiga residu glukosa dari empat yang disebutkan dan memindahkan mereka ke akhir beberapa rantaian sisi luaran yang lain. Dalam tindak balas kedua, yang dikilangkan oleh (1 - + -> 6) -glucosidase, residu glukosa keempat dipotong, dilampirkan pada titik cabang ikatan (1- 1-> 6). pembentukan satu molekul D-glukosa dan dari- [h.457]
Glikogen larut dalam air panas untuk membentuk penyelesaian beracun. Ia dicat dengan iodin dalam warna merah-coklat, dekat dengan warna amilopektin berwarna iodin. Glikogen tidak mempunyai ciri-ciri yang mengurangkan. Semasa hidrolisis glikogen dengan mencairkan asid mineral, dan juga dengan membelahnya dengan enzim, a-O-glukosa terbentuk. Sisa molekul glukosa dalam molekul glikogen disambungkan oleh ikatan glucosidic 1,4 dan 1,6. Oleh itu, seperti amylo-pektin, molekul glikogen mempunyai struktur berebang, dengan jumlah lebih besar 1.6 ikatan glukosidik (untuk 12 ikatan 1,4, terdapat satu ikatan 1.6) daripada molekul amilopektin, dan oleh itu lebih bercabang dan lebih padat (Rajah 5). [c.74]
Fungsi hati dalam metabolisme karbohidrat sangat besar dan beragam. Ia mampu mensintesis glikogen dari bahan glukosa dan bukan karbohidrat. Bahan-bahan semacam itu boleh menjadi asid laktik, gliserin, produk belahan glikol, alanin, tyrosine, phenylalanine, serine, threineine, cysteine, valine, isoleucine, aspartic dan glutamic acid, arginine dan proline. Ini adalah asid glukogenik yang dipanggil. Hati dapat mengoksidasi asid piruvat untuk membentuk ATP, yang digunakan oleh hati untuk menukar asid laktik kepada glikogen. [c.84]
Buat pertama kalinya dengan fosforilasi protein AMP yang bergantung kepada AMP dikesan semasa mengkaji metabolisme glikogen dalam sel otot skeletal. Glikogen adalah bentuk utama glukosa, seperti yang telah disebutkan, disintegrasi dalam sel-sel otot dikawal oleh adrenalin (sebenarnya, adrenalin mengawal kedua-dua pecahan glikogen dan sintesisnya dalam otot rangka). Jika, sebagai contoh, haiwan itu tertekan dengan tekanan (menakutkan, dsb.), Maka kelenjar adrenal akan mula membuang adrenalin ke dalam darah, dan ini akan membawa pelbagai tisu badan menjadi kesediaan. Adrenalin yang beredar dalam darah menyebabkan, khususnya, pecahan glikogen dalam sel-sel otot kepada glukosa-1-fosfat dan pada masa yang sama menghalang sintesis glikogen baru. Glukosa-1-fosfat ditukar menjadi glukosa-6-fosfat, yang kemudiannya dioksidakan dalam tindak balas glikolisis dengan pembentukan ATP, memberikan tenaga untuk kerja-kerja otot intensif. Dengan cara ini, adrenalin menyediakan sel-sel otot untuk kerja intensif. [c.372]
Pada manusia, beberapa penyakit genetik yang berkaitan dengan sintesis atau pecahan glikogen diketahui. Salah satu yang pertama adalah kes pembesaran hati kronik - dalam seorang gadis berusia 8 tahun, yang juga mempunyai pelbagai jenis gangguan metabolik. Gadis itu mati akibat selesema. Autopsi mendedahkan bahawa hati beliau adalah 3 kali lebih tinggi daripada biasa. Ia mengandungi sejumlah besar glikogen, yang menyumbang hampir 40% daripada berat keringnya. Glikogen yang diasingkan dari hati adalah secara kimianya agak normal, bagaimanapun, apabila sekeping tisu hati diseragamkan dan diinkubasi dalam penimbal, glikogen ini tetap utuh - tidak laktat atau glukosa terbentuk. Apabila penggantungan yang disediakan dari tisu hati normal ditambahkan kepada glikogen, ia cepat runtuh kepada glukosa. Berdasarkan ujian biokimia ini, penyelidik menyimpulkan bahawa pesakit telah mengganggu proses pecahan glikogen (penyakit ini sering dipanggil penyakit Gyrke setelah nama doktor yang menggambarkannya). Pada mulanya, diandaikan bahawa glukosa-6-phosphatase adalah enzim yang rosak, kerana hati yang sakit tidak membentuk glukosa, tetapi ketiadaan pembentukan laktat menunjukkan bahawa kecacatan itu terjejas sama ada enzim glikogen atau fosforilasi glikogen [a (1 - 6 a) -glucosidase]. Kemudian, para penyelidik diperkuat pada pendapat bahawa dalam kes klasik ini ia terpengaruh oleh (1 - 6) -glucosidase. Hasilnya, molekul glikogen dalam hati boleh dipecah menjadi glukosa atau [c.616]
Di sini adalah perlu untuk menunjukkan bahawa pecahan glikogen dalam hati dengan pembentukan glukosa bebas (penggerak glikogen, ms 245) berlaku terutamanya oleh fosforikolik. Pada masa yang sama, glikogen dipecah di bawah pengaruh bukan amilase, tetapi fosforilasi hepatik dengan pembentukan glukosa-1-monophosphoric eter (ms 251). Ini kemudiannya dibuang dengan cepat oleh fosfatase hati menjadi asid glukosa dan asid fosforik. Oleh itu, akhirnya, phosphorylase dan glukosa-1-monophosphoric ether phosphatase hadir di dalam glikogen berpecah hati ke dalam zarah glukosa individu, tanpa pembentukan dextrins dan maltosa, yang merupakan ciri-ciri produk degradasi hidrolisis glikogen (di hadapan amilase). [ms.245]
Metabolisme di otak, otot, tisu adiposa dan hati sangat berbeza. Dalam orang yang biasanya diberi makan, glukosa adalah satu-satunya sumber tenaga untuk otak. Apabila berpuasa, badan ketone (acetoacetate dan 3-hydroxy-butyrate) memperoleh peranan sumber utama tenaga untuk otak. Otot menggunakan glukosa, asid lemak dan badan keton sebagai sumber tenaga dan mensintesis glikogen sebagai rizab tenaga untuk keperluan mereka sendiri. Tisu adipose mengkhususkan diri dalam sintesis, penyimpanan dan mobilisasi triacylglycerols. Proses metabolisme pelbagai hati menyokong kerja-kerja organ-organ lain. Hati dengan cepat boleh menggerakkan glikogen dan melakukan glukoneogenesis untuk memenuhi keperluan organ-organ lain. Hati memainkan peranan utama dalam pengawalseliaan metabolisme lipid. Apabila sumber tenaga berlimpah, sintesis asid lemak dan esterifikasi berlaku. Kemudian mereka bergerak dari hati ke tisu lemak dalam bentuk lipoprotein ketumpatan yang sangat rendah (VLDL). Walau bagaimanapun, apabila berpuasa, asid lemak ditukar dalam hati kepada badan keton. Penyepaduan aktiviti semua organ ini dilakukan oleh hormon. Insulin menandakan banyak sumber makanan, ia merangsang pembentukan glikogen dan triacylgliserol, serta sintesis protein. Glucagon, sebaliknya, memberi isyarat tentang kandungan glukosa yang rendah dalam darah, ia merangsang pemecahan glikogen dan glukoneogenesis dalam hati dan hidrolisis triacylgliserol dalam tisu adiposa. Adrenalin dan norepinefrin bertindak pada sumber tenaga seperti glukagon. Perbezaannya ialah sasaran utama mereka adalah otot, bukan hati. [c.296]
Insulin Peranan penting dalam metabolisme karbohidrat dan dalam peraturan gula darah memainkan insulin hormon. Berbeza dengan tindakan hormon lain, ia menurunkan kepekatan gula dalam darah, meningkatkan penukaran glukosa ke glikogen dalam hati dan otot, mempromosikan pengoksidaan glukosa yang betul dalam tisu, serta mencegah pemecahan glikogen hati dengan pembentukan glukosa. Insulin bertindak pada proses glukosa fosforilasi dengan pembentukan glukosa-6-fosfat, yang merupakan langkah pertama glukogenesis, atau pembentukan glikogen. Sekiranya tiada pengambilan insulin yang mencukupi, penukaran glukosa ekstraselular ke dalam glukosa-6-fosfat intraselular ditangguhkan. [c.364]
Gibson, 1948 [1099]) (25080). Dalam kes ini, enzim yang rosak adalah reduktase methemoglobin bergantung kepada MAVN. Percubaan pertama untuk mengkaji secara sistematik sekumpulan penyakit manusia yang berkaitan dengan kecacatan metabolik telah dibuat pada tahun 1951. Dalam satu kajian mengenai penyakit pengumpulan glikogen [1044], pasangan Cory menunjukkan bahawa dalam lapan daripada sepuluh kes keadaan patologi yang didiagnosis sebagai penyakit Gyrke (23220), struktur glikogen hati adalah variasi biasa, dan dalam dua kes itu jelas terjejas. Ia juga jelas bahawa glikogen hati, yang terkumpul berlebihan, tidak dapat dirubah terus menjadi gula, kerana pesakit menunjukkan kecenderungan untuk hipoglikemia. Banyak enzim diperlukan untuk pecahan glikogen untuk membentuk glukosa dalam hati. Dua daripada mereka, amylo-1,6-glucosidase dan glukosa-6-phosphatase, telah dipilih untuk mengkaji kemungkinan unsur-unsur yang rosak dalam sistem enzim. Dalam homogenat hati pada nilai pH yang berbeza, keluaran fosfat dari glukosa-6-fosfat diukur. Keputusan dibentangkan dalam Rajah. [c.10]
Oleh itu, satu ikatan fosfat tenaga tinggi digunakan apabila glukosa-6-fosfat dimasukkan ke dalam glikogen. Output tenaga semasa pecahan glikogen sangat tinggi. Sekitar 90% daripada sisa-sisa adalah pembelahan fosforikulat dengan pembentukan glukosa-1-fosfat, yang berubah menjadi glukosa-b-fosfat tanpa kos tenaga. Baki 10% daripada residu tergolong dalam cawangan dan dipecah hidrolisis. Molekul satu ATP digunakan untuk memfosforasikan setiap molekul glukosa ke glukosa-b-fosfat. Pengoksidaan lengkap glukosa-b-fosfat memberikan tiga puluh tujuh [c.122]
Sintesis dan pecahan glikogen. Glikogen adalah satu bentuk penyimpanan tenaga yang mudah digerakkan. Ia adalah polimer bercabang daripada residu glukosa. Sintesis sintesis glikogen diaktifkan adalah UDP-glukosa, yang terbentuk daripada glukosa-1-fosfat dan UTP. G lycogen synthase mempercepat pemindahan sisa glukosa dari glukosa UDP ke kumpulan hidroksil terminal rantaian yang semakin meningkat. Pemisahan glikogen adalah cara lain. Fosforilase memangkinkan pecahan glikogen oleh ortofosfat untuk membentuk glukosa-1-fosfat. Sintesis dan pembelahan glikogen diselaraskan dengan [p.285]
Metabolisme karbohidrat dalam setiap sel hidup (bahan hidup) adalah satu proses tunggal yang bersamaan berkaitan tindak balas penguraian penguraian dan sintesis bahan organik. Di pusat metabolisme karbohidrat pada haiwan adalah glikogenesis dan glikogenolisis, iaitu proses pembentukan dan penguraian glikogen. Ia berlaku terutamanya dalam hati. Glikogen boleh dibentuk dari kedua-dua karbohidrat dan sumber bukan karbohidrat, seperti misalnya asid amino, gliserin, laktik, pyruvik dan asid propionik, serta dari sebatian mudah lain. Istilah glikogenolisis merujuk kepada pecahan sebenar glikogen kepada glukosa. Tetapi kini perkataan ini sering difahami sebagai bermaksud keseluruhan jumlah proses yang membawa kepada pembentukan glikolitik asid laktik dalam kes apabila substrat permulaan bukan glukosa, tetapi glikogen. Glikolisis secara umumnya difahami bermaksud pecahan karbohidrat dari awal, iaitu, dari glukosa atau glikogen, ia tidak memberi perbezaan kepada produk akhir. [c.376]
Semasa penapaian alkohol, dalam proses membelah satu molekul glukosa, empat molekul ATP terbentuk (50 kcal, atau 210 kJ). Daripada jumlah ini, dua dibelanjakan untuk aktiviti fungsional dan sintesis. Menurut pengiraan beberapa penulis, semasa glikolisis dan glikogenolisis, 35-40 / o semua tenaga bebas yang dikeluarkan terkumpul dalam ikatan fosforus yang kaya tenaga, sementara baki 60-65% tersebar dalam bentuk panas. Kecekapan sel, organ, yang bekerja dalam keadaan anaerobik, tidak melebihi 0.4 (aerobik 0.5). Pengiraan ini berdasarkan terutamanya pada data yang diperoleh daripada ekstrak otot dan jus ragi. Di bawah keadaan organisma hidup, sel-sel otot, organ dan tisu menggunakan tenaga, mungkin lebih banyak lagi. Dari sudut pandang fisiologi, proses glikogenolisis dan glikolisis sangat penting, terutamanya apabila proses hidup dijalankan dalam keadaan kekurangan oksigen. Sebagai contoh, dengan kerja keras otot, terutamanya dalam fasa pertama aktiviti, selalu ada jurang antara penghantaran oksigen ke otot dan keperluannya. Dalam kes ini, kos tenaga awal dilindungi terutamanya oleh glikogenolisis. Fenomena serupa diperhatikan dalam pelbagai keadaan patologi (hipoksia otak, jantung, dan sebagainya). Di samping itu, tenaga berpotensi yang terkandung dalam asid laktik, akhirnya tidak hilang kepada organisma yang teratur. Asid laktik yang dihasilkan cepat dipindahkan dari otot ke darah dan kemudian diangkut ke hati, di mana ia sekali lagi ditukar menjadi glikogen. Penguraian karbohidrat anaerobik dengan pembentukan asid laktik adalah sangat umum, ia diperhatikan tidak hanya pada otot, tetapi juga pada tisu lain dari organisme haiwan. [c.334]
Untuk pertama kalinya, urutan peristiwa dijelaskan dalam kajian metabolisme glikogen dalam sel-sel otot rangka. Glikogen adalah bentuk rizab glukosa utama, sintesis dan penguraiannya dikawal ketat oleh hormon tertentu. Jika, sebagai contoh, haiwan terasa ketakutan atau tertekan dengan tekanan lain, kelenjar adrenal merembeskan adrenalin ke dalam aliran darah, membawa pelbagai tisu badan ke keadaan kesediaan. Penyebab adrenalin sirkulasi, khususnya, pecahan glikogen dalam sel epifu ke glukosa-1-fosfat dan pada masa yang sama menghentikan sintesis glikogen baru. Glukosa-1-fosfat ditukar kepada glukosa-6-fosfat, yang kemudiannya dioksidakan dalam tindak balas glikolisis, yang membawa kepada pembentukan ATP, yang diperlukan untuk kerja mypps. Dengan cara ini, adrenalin menyediakan sel-sel otot untuk kerja intensif. [c.271]
Lihat halaman di mana istilah Glycogen Splitting dengan pembentukan glukosa disebutkan: [c.158] [c.187] Genetik Manusia T.3 (1990) - [c.10]
Info-Farm.RU
Farmaseutikal, perubatan, biologi
Glikogen
Glikogen (juga dikenali sebagai "kanji haiwan", walaupun ketidaktepatan nama ini) adalah polysaccharide, homopolimer α-glukosa, bentuk utama penyimpanannya dalam sel-sel haiwan, kebanyakan kulat, banyak bakteria dan archaea. Dalam tubuh manusia, tempat utama pengumpulan glikogen adalah hati dan otot rangka.
Keupayaan hati meningkatkan kepekatan glukosa dalam darah dan kehadiran bahan seperti kanji di dalamnya, yang dipanggil glikogen, ditemui pada tahun 1875 oleh Claude Bernard.
Struktur kimia
Glikogen adalah homopolimer α-glukosa, sisa-sisa yang saling terhubung dengan (α1 → 4) -glucoside ikatan. Setiap 8-10 sisa monomerik cawangan, cawangan sampingan dilampirkan (α1 → 6) dengan satu ikatan. Oleh itu, molekul glikogen lebih padat dan bercabang daripada kanji. Tahap pempolimeran adalah hampir dengan amilopektin.
Semua cawangan glikogen mempunyai ujung bukan frekuensi, supaya jika bilangan cawangan adalah sama dengan n, maka molekul tersebut akan mempunyai n-1 bukan langka dan hanya satu mengurangkan satu. Apabila hidrolisis glikogen berlaku untuk menggunakannya sebagai sumber tenaga, residu glukosa dipisahkan satu demi satu dari hujung yang tidak dapat dipertahankan. Jumlah besar mereka membolehkan anda mempercepat prosesnya dengan ketara.
Konformasi yang paling stabil bagi cawangan dengan ligamen (α1 → 4) adalah helix padat dengan enam residu glukosa setiap revolusi (satah setiap molekul dikembalikan kepada 60 ° berbanding dengan yang sebelumnya).
Untuk melaksanakan fungsi biologinya: memastikan simpanan glukosa yang paling padat dan pada masa yang sama kemungkinan pengerahan yang cepat, glikogen perlu mempunyai struktur yang dioptimumkan untuk beberapa parameter: 1) bilangan peringkat (peringkat) cawangan; 2) bilangan cawangan di setiap peringkat; 3) jumlah residu glukosa dalam setiap cawangan. Untuk molekul glikogen dengan bilangan monomer yang tetap, bilangan cawangan luaran dari mana glukosa boleh digerakkan ke titik cawangan berkurangan dengan peningkatan purata panjang setiap cawangan. Ketumpatan cabang paling luar adalah terhad, jadi saiz maksimum molekul glikogen berkurangan dengan peningkatan bilangan cabang pada tahap yang sama. Molekul glikogen matang dari asal yang berbeza mempunyai purata 12 tier cawangan, masing-masing mempunyai purata dua cawangan, masing-masing mengandungi kira-kira 13 residu glukosa. Analisis matematik menunjukkan bahawa struktur sedemikian sangat dekat dengan optimum untuk menggerakkan jumlah glukosa maksimum dalam masa yang sesingkat mungkin.
Pengedaran dan makna
Glikogen adalah sejenis penyimpanan glukosa dalam haiwan, kulat, sesetengah bakteria (khususnya, cyanobacteria) dan APEX. Dalam mikroorganisma, glikogen adalah lebih kurang sama rata di seluruh sitoplasma sel dalam bentuk granul dengan diameter 20-100 nm, biasanya mereka boleh dilihat hanya melalui mikroskop elektron. Jika sel mengandungi banyak glikogen, ia menjadi berwarna coklat tua apabila melukis dengan larutan iodin. Dalam haiwan vertebrata, jumlah terbesar glikogen disimpan di dalam hati, di mana ia boleh menjadi 7-10% daripada jumlah jisim (100-120 g dalam dewasa), dan otot rangka (1-2% daripada jumlah jisim). Jumlah kecil glikogen yang terdapat dalam buah pinggang, dan juga kurang dalam sel-sel otak glial tertentu dan sel-sel darah putih.
Penyimpanan glukosa tidak dalam bentuk bebas, tetapi dalam bentuk polysaccharides ditentukan oleh dua sebab. Pertama, jika, misalnya, dalam hepatosit, seluruh jisim glukosa, yang merupakan sebahagian daripada glikogen, berada dalam keadaan bebas, kepekatannya akan mencapai 0.4 mol / l. Dan ini seterusnya akan membawa kepada tekanan yang ketara dalam tekanan osmosis cytosol, kemasukan air yang berlebihan ke dalam sel dan pecahnya. Kedua, kepekatan glukosa yang tinggi akan menjadikan pengangkutannya aktif dari persekitaran sel, dalam kes hepatosit dari darah, di mana paras glukosa hanya 5 mmol / l, boleh dikatakan mustahil. Menyimpan glukosa dalam bentuk glikogen mengurangkan kepekatannya dalam sel kepada 0.01 μmol / L.
Kedai glikogen pada manusia jauh lebih rendah daripada kedai lemak. Yang kedua mempunyai beberapa kelebihan: pertama, mereka memungkinkan untuk mendapatkan lebih daripada dua kali ganda tenaga sebagai jisim karbohidrat yang sama, kedua, mereka adalah molekul hidrofobik dan, tidak seperti karbohidrat, tidak memerlukan penghidratan, yang mengurangkan jisim rizab tenaga. Walau bagaimanapun, glikogen adalah sumber tenaga yang cepat, di samping badan haiwan tidak terdapat laluan metabolik untuk menukar asid lemak menjadi glukosa, dan itu tidak boleh digunakan oleh otak dalam metabolisme anaerobik otot.
Dalam hepatosit, glikogen disimpan sebagai granul sitoplasma yang besar. Unsur yang dipanggil β-zarah, adalah salah satu molekul gilkogen, mempunyai diameter kira-kira 21 nm dan termasuk 55000 residu glukosa dan mempunyai 2000 hujung tidak teratur. 20-40 zarah tersebut bersama-sama membentuk α-rosettes, yang dapat dilihat di bawah mikroskop dalam tisu haiwan yang diberi makan dengan baik. Walau bagaimanapun, mereka hilang setelah berpuasa 24 jam. Granul glikogen adalah agregat kompleks, yang di samping glikogen sendiri termasuk enzim, mensintesis dan memecahnya, serta molekul pengawalseliaan.
Glikogen otot berfungsi sebagai sumber tenaga cepat untuk kedua-dua metabolisme aerobik dan anaerob. Rizabnya boleh habis dalam satu jam aktiviti fizikal yang sengit. Latihan yang kerap membolehkan anda meningkatkan kedai glikogen otot, dengan hasilnya mereka dapat bekerja lebih lama tanpa keletihan. Di hati, glikogen adalah rizab glukosa untuk organ-organ lain, sekiranya pengambilan makanannya terhad. Rizab ini sangat penting untuk neuron yang tidak boleh menggunakan asid lemak sebagai substrat tenaga. Rizab helikopter glikogen semasa berpuasa sudah habis dalam 12-24 jam.
Glycogen juga terkandung dalam kelenjar rahsia rahim, yang mereka menjernihkan ke dalam rongga semasa tempoh selepas ovulasi kitaran haid selepas persenyawaan. Di sini, polysaccharide digunakan sebagai sumber nutrisi untuk embrio untuk implantasi.
Glikogen juga memasuki badan dengan makanan dan dipecah dalam usus kecil enzim hidrolitik.
Metabolisme Glikogen
Kerosakan glikogen
Pecahan glikogen terjadi dalam dua cara utama: semasa penghadaman, ia terhidrolisis menjadi glukosa, yang dapat diserap oleh sel epitelium usus kecil. Pemisahan glikogen dalam glikogen (glikogenolisis) berlaku oleh fosforolisis, produk yang mana adalah glukosa-1-fosfat, dengan cara ini membolehkan anda menjimatkan beberapa ikatan glikosidik melalui pembentukan ester fosfat. Oleh itu, untuk memasukkan glukosa yang terbentuk ke dalam glikolisis atau laluan pentos fosfat, tidak perlu mengeluarkan ATP. Di samping itu, pembentukan glukosa-1-fosfat bermanfaat untuk otot, kerana untuk kompaun ini terdapat NO pembawa dalam membran plasma, dan ia tidak boleh "melarikan diri" dari sel.
Glikogen hidrolisis semasa penghadaman
Pada manusia, pencernaan glikogen (seperti kanji) bermula di rongga mulut, di mana α-amilase air liur bertindak. Enzim ini menghidrolisis intramolecular (α1 → 4) ikatan dan simpan polisakarida kepada oligosakarida. Dalam perut, air liur amilase tidak diaktifkan melalui keasidan yang tinggi dalam medium. Jus gastrik tidak mengandungi enzim untuk mencerna karbohidrat. Dalam duodenum, pautan (α1 → 4) glikogen dipengaruhi oleh α-amilase pankreatik, dan pada pautan (α1 → 6), oleh enzim pelepasan besi khas amylo-1,6-glycosidase. Ini melengkapkan hidrolisis glikogen kepada maltosa, yang, di bawah pengaruh enzim parietal maltase usus kecil (α-glucosidase), ditukar menjadi glukosa dan diserap.
Glikogenolisis
Otot intraselular dan glikogen hati dipotong semasa glikogenolisis, di mana tiga enzim mengambil bahagian: glikogen fosforilase, enzim glycogendendoglozhuyuyu dan phosphoglucomutase. Yang pertama mempercepatkan tindak balas di mana fosfat anorganik menyerang glycosidic (α1 → 4) -konkonsi antara dua residu glukosa terakhir dari hujung tidak jarang, yang mengakibatkan pemisahan daripada residu terakhir sebagai glukosa-1-fosfat. Cofactor dalam tindak balas ini adalah pyridoxal fosfat.
Fosforilasi glikogen berturut-turut memecahkan satu monomer dari hujung tidak jarang sehingga ia mencapai tempat yang dikeluarkan oleh empat sisa dari pautan (α1 → 6) (titik cawangan). Di sinilah enzim pembuli (eukriot) bifunctional berfungsi. Pertama, ia memangkin tindak balas transferase, yang terdiri daripada memindahkan blok tiga residu glukosa dari cawangan ke hujung yang tidak jarang yang terdekat yang dilekatkannya (α1 → 4) -link. Selepas ini, pameran enzim fizil (α1 → 6) -glukosidase, yang terdiri daripada belahan (α1 → 6) -link dan pelepasan glukosa bebas.
Glukosa-1-fosfat terbentuk untuk menukarkan phosphoglucomutase kepada glukosa-6-fosfat, yang dalam otot rangka memasuki proses glikolisis. Di dalam hati, glukosa-6-fosfat juga boleh diangkut ke dalam retikulum endoplasma, di bawah tindakan glukosa-6-fosfatase (otot-otot yang dilucutkan enzim ini), ditukar menjadi glukosa dan dilepaskan ke dalam darah.
Biosintesis glikogen
Sejenisnya, biosintesis glikogen (glikogenesis) berlaku di hampir semua tisu badan, tetapi ia paling jelas di dalam hati dan otot. Proses ini bermula dengan glukosa-6-fosfat, terbentuk daripada glukosa kepada reaksi hexokinase atau glucokinase. Sebahagian daripada glukosa yang memasuki badan dengan makanan diserap pertama oleh sel darah merah, yang menggunakannya untuk tenaga dalam proses penapaian laktik. Pembentukan laktat dalam hepatosit ditukar kepada glukosa-6-fosfat semasa glukoneogenesis.
Laluan metabolik biosintesis dan pecahan sebatian tertentu biasanya berbeza dengan sekurang-kurangnya beberapa reaksi. Metabolisme glikogen adalah contoh terbuka pertama prinsip penting ini. 1957 Louis Leloir mendapati bahawa dalam proses glikogenesis, bukan glukosa-1-fosfat, tetapi glukosa uridin difosfat digunakan.
Glukosa-6-fosfat mula-mula ditukar kepada glukosa-1-fosfat di bawah pengaruh fosfoglucomutase. Produk tindak balas ini menjadi substrat untuk enzim UDP-glukosa fosforilase, yang memangkinkan reaksi:
Glukosa 1-fosfat + UTP → UDP-glukosa + FF n
Oleh kerana pyrophosphate segera dipotong oleh pyrophosphatase bukan organik, keseimbangan reaksi sangat beralih ke arah pembentukan UDP-glukosa. Yang terakhir adalah substrat untuk sintesis glikogen, yang memindahkan residu glukosa ke akhir nukleus molekul glikogen.
Pembentukan cawangan sisi memberikan gilkozil- (4 → 6) -transglycosylase (enzim bercabang). Ia berpisah daripada cawangan, mengandungi lebih daripada 11 unit monomer 6-7 terakhir dan memindahkannya ke kumpulan hidroksil C6 residu glukosa dalam kedudukan yang lebih dalam pada cabang yang sama atau yang lain. Oleh itu, cawangan berlaku, yang perlu untuk kelarutan yang lebih baik daripada glikogen, dan akses kepada sejumlah enzim sintesis dan perpecahan yang lebih besar kepada hujung tidak jarang.
Synthase glikogen boleh mensintesis glikogen hanya jika ia mengandungi primer - polimer glukosa yang siap dengan kurang daripada enam unit monomer. Pembentukan molekul de novo glikogen hanya mungkin disebabkan protein glikogenin, yang juga berfungsi sebagai "benih", di mana cabang-cabang glikogen baru dan enzim berkumpul, yang memangkin permulaan pembentukan penyelidikan kami.
Glikogenesis dan glikogenolisis mempunyai sistem peraturan yang kompleks di beberapa peringkat. Banyak enzim yang terlibat dalam proses ini adalah allosteric dan boleh mengubah aktiviti mereka dengan menyesuaikan diri dengan keperluan sel. Jumlah kedai glikogen juga dikawal selia di peringkat hormon untuk mengekalkan homeostasis seluruh organisma.
Kepentingan klinikal
Pelanggaran metabolisme glikogen berlaku di banyak penyakit manusia, termasuk diabetes mellitus. Terdapat juga beberapa masalah keturunan yang dikaitkan dengan penggantian glikogen dalam hati, mereka dipanggil glikogenosis. Mereka biasanya disertai dengan hypoglycemia teruk (glukosa darah rendah) antara makanan. Glikogenosis pertama dijelaskan pada tahun 1929 oleh Edgar von Gorky, Gerty Corey memberikan sumbangan besar kepada kajian penyakit-penyakit ini. Sekarang dikenali 13 bentuk glikogenosis, yang disebabkan oleh gangguan fungsi pelbagai protein.
Sintesis dan pecahan glikogen
Apabila kepekatan glukosa dalam darah meningkat, sebagai contoh, sebagai penyerapan dalam usus semasa penghadaman, aliran glukosa ke dalam sel meningkat dan sekurang-kurangnya sebahagian daripada glukosa ini dapat digunakan untuk mensintesis glikogen. Pengumpulan rizab karbohidrat dalam sel dalam bentuk glikogen mempunyai kelebihan tertentu terhadap pengumpulan glukosa, kerana ia tidak disertai dengan peningkatan tekanan osmotik intraselular. Walau bagaimanapun, dengan kekurangan glukosa, glikogen mudah dipecahkan kepada glukosa atau ester fosfatnya, dan unit monomer yang dihasilkan digunakan oleh sel-sel dengan sasaran tenaga atau plastik.
4.1. Sintesis glikogen
Glukosa memasuki sel-sel mengalami fosforilasi dengan penyertaan enzim hexokinase atau glucokinase:
Seterusnya, gl-6-f yang dihasilkan isomerized menjadi gl-1-f dengan penyertaan enzim phosphoglucomutase [FGM]:
Kemudian chl-1-f berinteraksi dengan trifosfat uridin untuk membentuk UDP-glukosa dengan penyertaan enzim UDP-glukosa pyrophosphorylase [atau glukosa-1-phosphaturidyltransferase]:
Pyrophosphate segera terbahagi kepada dua residu asid fosforik dengan penyertaan enzim pyrophosphatase. Tindak balas ini disertai dengan kehilangan tenaga susunan 7 kcal / mol, hasilnya tindak balas pembentukan UDP-glukosa menjadi tak dapat dipulihkan - kawalan termodinamik arah proses.
Pada peringkat seterusnya, residu glukosa dari UDP-glukosa dipindahkan ke molekul glikogen yang disintesis dengan penyertaan enzim glikogen synthetase:
UDP-glukosa + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ glikogen / dan molekul glikogen dilanjutkan dengan satu residu glukosa. Enzim sintetik glikogen mampu melampirkan residu glukosa dari UDP-glukosa ke molekul glikogen dalam pembinaan hanya dengan membentuk ikatan -1,4-glikosida. Akibatnya, dengan penyertaan hanya satu daripada enzim ini, hanya polimer linier dapat disintesis. Glycogen adalah polimer bercabang dan percabangan dalam molekul terbentuk dengan penyertaan enzim lain: amylo-1,4 -> 1,6 - glycosyltransferase. Enzim ini, yang dikenali sebagai enzim cawangan, mengangkut serpihan 5-7 unit monomer dari hujung rentang linear polysaccharide yang disintesis lebih dekat ke tengahnya, dan serpihan ini menyertai rantaian polimer kerana pembentukan ikatan a-1,6-glikosidik:
Perlu diingatkan bahawa menurut data lain, serpihan yang terkeluar yang terdiri daripada sekurang-kurangnya 6 residu glukosa dipindahkan ke rantai bersebelahan polysaccharide bercabang dalam pembinaan. Walau bagaimanapun, pada masa akan datang, kedua-dua rantaian dilanjutkan kerana tindakan sintetik glikogen, dan cabang-cabang baru dibentuk dengan penyertaan enzim cawangan.
Sintesis glikogen berlaku di semua organ dan tisu, tetapi kandungan tertinggi diamati di hati [dari 2 hingga 5-6% daripada jumlah jisim organ] dan dalam otot [sehingga 1% daripada massa mereka]. Kemasukan 1 residu glukosa dalam molekul glikogen disertai dengan penggunaan 2 kesamaan tenaga tinggi (1 ATP dan 1 UTP), supaya sintesis glikogen dalam sel dapat dilakukan hanya dengan bekalan tenaga yang mencukupi bagi sel-sel.
4.2. Penggerak glikogen
Glikogen, sebagai rizab glukosa, terkumpul di dalam sel semasa penghadaman dan dimakan semasa tempoh penyerapan. Pemisahan glikogen dalam hati atau penggeraknya dilakukan dengan penyertaan phosphorylase enzim glikogen, sering dipanggil hanya phosphorylase. Enzim ini mempercepat pemisahan phosphorolytic ikatan-ikatan 1,4-glikosidik residu glukosa terminal polimer:
(C6 H10O5) n + H3PO4> (C6 H10O5) n-1 + Gl-1-F Untuk membelah molekul di kawasan cawangan, diperlukan dua enzim tambahan: enzim yang dipanggil debu (degenerasi) - enzyme dan amylo-1,6-glycosidase dan, sebagai akibat daripada tindakan enzim terakhir, glukosa bebas terbentuk di dalam sel-sel, yang boleh meninggalkan sel atau menjalani fosforilasi.
Gl-1-f dalam sel adalah isomerized dengan penyertaan fosfoglucomutase dalam gl-6-f. Nasib lagi gl-6-fosfat ditentukan oleh kehadiran atau ketiadaan glukosa-6-phosphatase dalam sel-sel enzim. Sekiranya enzim itu terdapat di dalam sel, ia akan mempercepat pemisahan hidrolytik daripada residu asid fosforik dari gl-6-fosfat untuk membentuk glukosa bebas:
Gl-6-f + H2O D> Glukosa + H3PO4 yang boleh menembusi membran sel luar dan memasuki aliran darah. Sekiranya glukosa-6-phosphatase tidak terdapat dalam sel-sel, maka glukosa tidak dilepaskan dan residu glukosa hanya boleh digunakan oleh sel tertentu. Perhatikan bahawa pemisahan glikogen kepada glukosa tidak memerlukan kemasukan tambahan tenaga.
Dalam kebanyakan organ dan tisu manusia, glukosa-6-phosphatase tidak hadir, oleh itu, glikogen yang disimpan di dalamnya hanya digunakan untuk keperluan mereka sendiri. Perwakilan khas tisu tersebut adalah tisu otot. Glukosa-6-phosphatase hanya terdapat di hati, buah pinggang dan usus, tetapi kehadiran enzim di hati (lebih tepatnya, dalam hepatosit) adalah paling penting, kerana organ ini memainkan peranan sejenis penimbal yang menyerap glukosa apabila kandungannya dalam darah naik dan membekalkan glukosa kepada darah apabila kepekatan glukosa dalam darah mula jatuh.
4.3. Peraturan sintesis dan penguraian glikogen
Membandingkan jalur metabolik sintesis dan mobilisasi gen glyco, kita akan melihat bahawa ia adalah berbeza:
Keadaan ini memungkinkan untuk mengawal secara berasingan proses yang dibincangkan. Peraturan dijalankan pada tahap dua enzim: glycogen synthetase, yang terlibat dalam sintesis glikogen, dan fosforilasi, yang memangkinkan pemecahan glikogen.
Mekanisme utama pengawalan aktiviti enzim ini ialah pengubahsuaian kovalen mereka oleh fosforilasi-dephosphorylation. Phosphorylated atau phosphorylase "a" sangat aktif, manakala phosphorylated synthetase atau synthetase "b" tidak aktif. Oleh itu, jika kedua-dua enzim dalam bentuk phosphorylated, glikogen dibelah dalam sel untuk membentuk glukosa. Dalam keadaan dephosphorylated, sebaliknya, phosphorylase tidak aktif (dalam bentuk "b") dan glycogen-synthetase aktif (dalam bentuk "a"); dalam keadaan ini, glikogen dari glukosa disintesis dalam sel.
Oleh sebab glikogen hati memainkan peranan rizab glukosa untuk keseluruhan organisma, sintesis atau perpecahannya mesti dikawal oleh mekanisme pengawalseliaan supercellular, yang kerjanya bertujuan untuk mengekalkan kepekatan glukosa dalam darah. Mekanisme ini harus memastikan penggabungan sintesis glyco-gen dalam hepatosit pada konsentrasi glukosa tinggi dalam darah dan meningkatkan pemecahan glikogen ketika paras glukosa darah turun.
Oleh itu, isyarat utama yang merangsang penggerak glyco-gen dalam hati adalah penurunan kepekatan glukosa dalam darah. Sebagai tindak balas, sel-sel alpha pankreas melepaskan hormon mereka, glukagon, ke dalam aliran darah. Glukagon yang beredar dalam darah berinteraksi dengan protein reseptor yang terletak di bahagian luar sel membran sel luar hepatosit. membentuk gunung - kompleks mon-reseptor. Pembentukan kompleks reseptor hormon membawa kepada pengaktifan enzim silikase adenylate yang terletak di permukaan dalaman membran sel luar dengan menggunakan mekanisme khas. Enzim ini mempercepat pembentukan kitaran 3,5-AMP (cAMP) dari ATP dalam sel.
Sebaliknya, kAMP mengaktifkan enzim kinase protein yang bergantung kepada cAMP dalam sel. Bentuk protein kinase yang tidak aktif adalah oligomer yang terdiri daripada empat subunit: 2 peraturan dan dua katalitik. Oleh kerana kepekatan cAMP dalam sel meningkat, 2 molekul cAMP ditambah kepada setiap subunit pengawalseliaan kinase protein, pengesahan perubahan subunit pengawalseliaan dan oligomer disintegrates ke subunit pengawalseliaan dan pemangkin. Subunit pemangkin bebas memangkinkan fosforilasi beberapa enzim dalam sel, termasuk fosforilasi sintetik glikogen dengan pemindahannya ke keadaan yang tidak aktif, dengan itu mematikan sintesis glikogen. Pada masa yang sama, fosforilasi kinase fosforilasi berlaku, dan enzim ini, diaktifkan oleh fosforilasinya, seterusnya memangkinkan phosphorylase fosforilase dengan penukarannya ke dalam bentuk aktif, iaitu. dalam bentuk "a". Hasil daripada pengaktifan fosforilasi, kerosakan glikogen diaktifkan dan hepatosit mula menyampaikan glukosa ke dalam darah.
Dalam lulus, kita perhatikan bahawa apabila merangsang kerosakan glikogen dalam hati dengan katekolamin, perantara utama adalah reseptor b - hepatosit yang mengikat adrenalin. Pada masa yang sama, terdapat peningkatan kandungan ion Ca dalam sel-sel, di mana mereka merangsang kinase sensitif Ca / calmodulin fosforilase, yang seterusnya mengaktifkan phosphorylase oleh fosforilasinya.
Skim pengaktifan pembelahan glikogen dalam hepatosit
Peningkatan kepekatan glukosa darah adalah isyarat luaran untuk hepatosit dari segi merangsang sintesis glikogen dan dengan itu mengikat lebihan glukosa dari aliran darah.
Skim pengaktifan sintesis glikogen dalam hati
Mekanisme berikut berfungsi: dengan peningkatan kepekatan glukosa dalam darah, kandungannya dalam hepatosit juga meningkat. Meningkatkan kepekatan glukosa dalam hepatosit, sebaliknya, dengan cara yang agak rumit mengaktifkannya enzim phosphoprotein phosphatase, yang memangkinkan penghapusan residu asid fosforik daripada protein phosphorylated. Deposforilasi phosphorylase aktif mengubahnya menjadi bentuk tidak aktif, dan dephosphorylation sintetik glikogen tidak aktif mengaktifkan enzim. Akibatnya, sistem memasuki keadaan yang menyediakan sintesis glikogen daripada glukosa.
Dalam pengurangan aktiviti phosphorylase dalam hepatosit, hormon sel-sel insulin pankreas memainkan peranan yang pasti. Ia dirembes oleh sel-sel b sebagai tindak balas kepada peningkatan kadar glukosa darah. Mengikat kepada reseptor insulin pada permukaan hepatosit menyebabkan pengaktifan dalam sel-sel hati enzim fosfodiesterase, yang mengkatalisis penukaran cAMP ke AMP biasa, yang tidak mempunyai keupayaan untuk merangsang pembentukan kinase protein aktif. Dengan cara ini, pengumpulan fosforilasi aktif dalam hepatosit ditamatkan, yang juga penting untuk perencatan pecahan glikogen.
Adalah semulajadi bahawa mekanisme pengawalan sintesis dan penguraian glikogen dalam sel-sel dari pelbagai organ mempunyai ciri-ciri mereka sendiri. Sebagai contoh, kita boleh menyatakan bahawa dalam myocytes berehat otot atau otot yang melakukan sedikit kerja, tidak ada fosforilasi yang praktikal "a", tetapi pembelahan glikogen tidak berlaku. Fakta adalah bahawa fosforilasi otot, yang berada dalam keadaan dephosphorylated atau dalam bentuk "b", adalah enzim allosteric dan diaktifkan oleh AMP dan fosfat tak organik yang terdapat di myocytes. Fosforilasi "b" diaktifkan dengan cara ini memastikan kelajuan mobilisasi glikogen, yang mencukupi untuk melakukan kerja fizikal sederhana.
Walau bagaimanapun, apabila melakukan kerja intensif, terutamanya jika beban meningkat secara dramatik, tahap penggerak glikogen ini tidak mencukupi. Dalam kes ini, mekanisme supercellular peraturan berfungsi. Sebagai tindak balas kepada keperluan mendadak untuk aktiviti otot yang sengit, adrenalin hormon memasuki darah dari medulla adrenal. Adrenalin, dengan mengikat kepada reseptor pada permukaan sel-sel otot, menyebabkan tindak balas miosit, serupa dengan mekanismenya terhadap tindak balas hepatosit terhadap glukagon, yang baru saja digambarkan. Dalam sel-sel otot, fosforilasi "a" muncul dan synthetase glikogen tidak diaktifkan, dan terbentuk ch-6-f digunakan sebagai "bahan api" tenaga, pecahan oksidatif yang memberikan tenaga untuk penguncupan otot.
Perlu diperhatikan bahawa kepekatan adrenalin yang tinggi, yang diperhatikan dalam darah orang di bawah keadaan tekanan emosi, mempercepat pecahan glikogen di hati, sehingga meningkatkan kandungan glukosa dalam darah - reaksi pertahanan yang bertujuan untuk menggerakkan sumber tenaga darurat.
O B M E N U GL O V O D O V
2.1. Kerosakan oksidatif karbohidrat dalam tisu
Fungsi yang paling penting dalam monosakarida dalam tubuh adalah tenaga dan plastik; Kedua-dua fungsi ini direalisasikan semasa penguraian oksidatif monosakarida dalam sel. Semasa pengoksidaan karbohidrat, 4.1 kcal / g (kira-kira 17 kJ / g) tenaga bebas dikeluarkan, dan disebabkan oleh pengoksidaan karbohidrat, orang merangkumi 5560% daripada jumlah penggunaan tenaga mereka. Semasa pengoksidaan karbohidrat, sebilangan besar produk pereputan perantaraan terbentuk, yang digunakan untuk mensintesis pelbagai lipid, asid amino penting, dan sebatian lain yang diperlukan untuk sel-sel. Di samping itu, semasa pengoksidaan karbohidrat dalam sel, potensi penjanaan semula dihasilkan, yang selanjutnya digunakan oleh mereka dalam reaksi pengurangan biosintesis, dalam proses detoksifikasi, untuk mengawal tahap peroxidation lipid, dan lain-lain.
Monosakarida utama yang menjalani transformasi oksidatif dalam sel adalah glukosa, kerana ia adalah dalam jumlah besar yang berasal dari usus ke dalam persekitaran dalaman badan, ia disintesis semasa glukoneogenesis atau terbentuk dalam bentuk bebas atau dalam bentuk eter fosforik semasa belahan glikogen. Peranan monosakarida lain adalah kurang penting, kerana jumlah mereka memasuki sel dalam segi kuantitatif sangat berbeza bergantung kepada komposisi makanan.
Terdapat beberapa laluan metabolik untuk pengoksidaan glukosa, yang utama adalah:
a) pencernaan aerobik kepada karbon dioksida dan air;
b) pengoksidaan anaerobik untuk laktat;
c) pengoksidasi pentosa;
g) pengoksidaan dengan pembentukan asid glucuronic.
Kedalaman pembahagian oksidatif molekul glukosa boleh
berbeza: dari pengoksidaan salah satu kumpulan terminal molekul ke kumpulan karboksil, yang berlaku semasa pembentukan asid glucuronik, ke degradasi lengkap molekul glukosa semasa penguraian aerobiknya.
2.1.1. Pengoksidaan glukosa aerobik
Dalam sel-sel organisma aerobik, penguraian aerobik kepada karbon dioksida dan air adalah asas, sekurang-kurangnya berhubung dengan jumlah glukosa yang boleh dibuang. Apabila membelah 1 M glukosa (180 g) di bawah keadaan aerobik, 686 kcal tenaga bebas dikeluarkan. Proses pengoksidaan glukosa aerobik boleh dibahagikan kepada 3 peringkat:
1. Pemecahan glukosa kepada piruvat.
2. Decarboxylation oksidatif piruvat kepada asetil CoA.
3. Pengoksidaan asetil dalam kitaran Krebs (CTC), ditambah dengan kerja-kerja rantai enzim pernafasan.
Peringkat-peringkat ini juga boleh dibentangkan sebagai skim umum:
Glukosa> 2 piruvat D> 2 asetil CoA D> 4CO2 + 10 H2O
2.1.1.1. Pembelahan glukosa ke piruvat
Menurut konsep moden, peringkat pertama pengoksidaan glukosa diteruskan di sitosol dan dikatalisis oleh metabolol glikolisis kompleks protein supramolekul, yang merangkumi sedozen enzim individu.
Tahap pertama pengoksidaan glukosa dapat dibahagikan kepada 2 tahap. Dalam tindak balas tahap pertama, glukosa fosforilasi, isomerisasi residu glukosa ke dalam residu fruktosa, fosforilasi tambahan sisa fruktosa dan, akhirnya, berlaku. pemisahan sisa heksosa menjadi dua residu phosphotriosis:
Reaksi ini dipangkin oleh enzim hexokinase. ATP digunakan sebagai agen foto yang mengikat di dalam sel. Reaksi ini disertai oleh kehilangan tenaga bebas dari susunan 5.0 kcal / mol dan, di bawah keadaan sel, tidak dapat dipulihkan.
Tindak balas kedua yang dimangkinkan oleh phosphohexoisomerase mudah terbalik.
Reaksi ketiga dipangkin oleh enzim phosphofructokinase. Dalam tindak balas ini, 3.4 kcal / mol tenaga juga hilang dan, seperti reaksi hexo-kinase, di bawah keadaan sel tidak dapat dipulihkan.
Tindak balas ini dipangkin oleh enzim aldolase, tindak balas itu boleh diterbalikkan. Sebagai tindak balas reaksi, fruktosa1,6 bisfosfat terbahagi kepada dua triosofosfat.
Di bawah keadaan sel, phosphodihydroxyacetone (FDA) mudah diomerisasikan menjadi 3-phosphoglyceraldehyde (PHA) dengan penyertaan enzim isomerase triosfosfat triosa semasa reaksi kelima. Oleh itu, kita boleh mengandaikan bahawa dalam peringkat pertama tahap 2 ATP dibelanjakan, dan dua molekul 3-phosphoglyceraldehyde terbentuk daripada molekul glukosa.
Di peringkat kedua tahap pertama pengoksidaan glukosa, PHA ditukar menjadi piruvat. Oleh kerana penguraian molekul glukosa membentuk 2 molekul PHA, dalam penerangan lanjut mengenai proses ini, kita harus mengambil kira keadaan ini.
Reaksi berikut proses yang sedang dipertimbangkan adalah reaksi oksidatif:
Semasa tindak balas ini, melalui katalis dehidrogenase 3phosphoglycerinic aldehyde, PHA dioksidakan menjadi 1,3 asid difhogogliserik. Pengoksidaan yang dihasilkan oleh dehidrogenasi, dan atom hidrogen dipisahkan dari substrat dipindahkan ke NAD + dengan pembentukan bentuk koenzim yang dikurangkan. Tenaga pengoksidaan terkumpul di dalam sel, pertama, dalam bentuk tenaga NADH + H + yang dikurangkan, dan, kedua, dalam bentuk ikatan makroergik antara produk pengoksidaan dan asid fosforik yang terlibat dalam tindak balas, iaitu dalam ikatan makroergik 1,3 asid diphosphoglyceric.
Dalam reaksi ketujuh, residu asid fosforik dari 1,3 diphosphoglycerate bersama-sama dengan tenaga yang disimpan dalam ikatan makroergik dipindahkan ke ADP dengan pembentukan ATP:
Reaksi ini boleh dikalikan dengan enzim kinase fosfogliserat.
Seterusnya datang isomerisasi boleh balik asfin 3fosfogliserik menjadi asid 2fosfogliserik dengan penyertaan rutmutase fosfogliserat enzim:
Pada reaksi kesembilan yang seterusnya, air dibersihkan dari asid 2-phosphoglyceric:
Semasa pemisahan air, ketumpatan elektron dalam molekul mengedarkan semula dengan pembentukan ikatan makroergik di antara atom karbon kedua bentuk enol asid piruvat dan lain-lain asid fosforik. Reaksi itu boleh diterbalikkan, ia dikatalisis oleh enolase enolase.
Tenaga yang terkumpul dalam ikatan makroergik FEP bersama-sama dengan residu asid fosforik semasa tindak balas seterusnya dipindahkan ke ADP dengan pembentukan ATP. Reaksi ini dikelaskan dengan pyruvate kinase.
Reaksi ini disertai dengan kehilangan 7.5 kcal / mol tenaga dan boleh dikatakan tidak dapat dipulihkan di bawah keadaan sel.
Jumlah persamaan tahap pertama pengoksidaan glukosa aerobik:
Glukosa + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 piruvat + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O
Pada peringkat ini, 140 kcal / mol tenaga dilepaskan, bahagian utamanya (kira-kira 120 kcal / mol) berkumpul di dalam sel sebagai tenaga 2 ATP dan 2 tenaga NAD + ADSCH dikurangkan, di mana ia mengikuti bahawa pada peringkat pertama molekul glukosa terbahagi kepada dua molekul asid piruvat, manakala sel untuk setiap molekul glukosa yang dicerna menerima 2 molekul ATP dan dua molekul berkurang NADH + H +.
Peraturan tahap pertama pembelahan glukosa aerobik dilakukan menggunakan mekanisme termodinamik dan mekanisme modulasi allosterik enzim pengawalan yang terlibat dalam kerja jalur metabolik ini.
Dengan bantuan mekanisme termodinamik, aliran metabolit dikawal sepanjang laluan metabolik ini. Tiga tindak balas dimasukkan dalam sistem tindak balas tindak balas, di mana sejumlah besar tenaga hilang: hexokinase (G0 = 5.0 kcal / mol), phosphofructokinase (G0 = 3.4 kcal / mol) dan piruvat kinase (G0 = 7.5 kcal / ). Reaksi-reaksi dalam sel ini tidak dapat dibalikkan, terutama tindak balas kinase pyruvate, dan kerana ketidakpatuhannya, proses menjadi tidak dapat dipulihkan secara keseluruhan.
Keamatan fluks metabolit dalam jalur metabolik yang dianggap dikendalikan dalam sel dengan mengubah aktiviti enzim allosterik yang termasuk dalam sistem: hexokinase, phosphofructokinase, dan piruvat kinase. Oleh itu, titik kawalan termodinamik laluan metabolik adalah pada masa yang sama tapak di mana keamatan metabolit dikawal.
Elemen pengawalseliaan utama sistem adalah phosphofructocolase. Aktiviti enzim ini terhalang oleh kepekatan tinggi ATP dalam sel, tahap penghambatan allosteric enzim ATP dipertingkatkan pada kepekatan tinggi sitrat dalam sel. AMP adalah pengaktif fosfofruktokinase allosteric.
Hexokinase dihalang oleh mekanisme allosterik oleh kepekatan tinggi Gl6f. Dalam kes ini, kita berurusan dengan kerja mekanisme pengawalaturan yang berkaitan. Selepas perencatan aktiviti phosphofructokinase oleh kepekatan ATP yang tinggi, Fr6f terkumpul di dalam sel, yang bermaksud Gl6f berkumpul, kerana tindak balas yang dipangkinkan oleh fosfohexoisomerase mudah terbalik. Dalam kes ini, peningkatan kepekatan ATP dalam sel menghalang aktiviti tidak hanya phosphofructokinase, tetapi juga hexokinase.
Peraturan aktiviti piramida kinase kinase ketiga kelihatan sangat sukar. Aktiviti enzim dirangsang oleh Gl6f, Fr1.6bf dan PHA oleh mekanisme allosteric, yang dikenali sebagai pengaktifan oleh prekursor. Sebaliknya, kepekatan intraselular tinggi ATP, NADH, sitrat, succinyl CoA dan asid lemak menghalang aktiviti enzim oleh mekanisme allosterik.
Secara umum, pemisahan glukosa kepada pyruvate dihalang pada tahap 3 kinase yang ditunjukkan dengan kepekatan ATP yang tinggi dalam sel, iaitu. dalam keadaan bekalan tenaga yang baik di dalam sel. Dengan kekurangan tenaga di dalam sel, pengaktifan pemecahan glukosa dicapai terlebih dahulu dengan menghilangkan penghambatan allosteric kinase dengan kepekatan tinggi ATP dan pengaktifan allosteric AMP phosphofrucokokinase dan, kedua, disebabkan oleh pengaktifan allosteric pyruvate kinase oleh prekursor Gl6F, Fr1.6bf dan PHA.
Apakah titik menghalang phosphofructokinase sitrat dan sitrat dan succinyl CoA pyruvate kinase? Hakikatnya ialah dua molekul asetil-CoA terbentuk daripada molekul glukosa tunggal, yang kemudiannya teroksida dalam kitaran Krebs. Jika sitrat dan succinyl CoA terakumulasi dalam sel, kitaran Krebs tidak dapat mengatasi pengoksidaan asetil asetil yang sudah terkumpul dan ia masuk akal untuk melambatkan pembentukan tambahannya, yang dicapai dengan menghalang ructokinase fosfor dan piruvat kinase.
Akhirnya, perencatan pengoksidaan glukosa pada tahap pyruvate kinase dengan peningkatan kepekatan asid lemak bertujuan untuk menyelamatkan glukosa dalam sel di bawah keadaan apabila sel disediakan dengan bentuk, bahan bakar tenaga yang lebih efisien.
2.1.1.2. Decarboxylation Oxidative of Pyruvate
Di bawah keadaan aerobik, asid piruvat mengalami decarboxylation oksidatif untuk membentuk CoA asetil. Transformasi ini dikatalisis oleh kompleks dehidrogenase pyruvate supramolekul setempat dalam matriks mitokondria. Kompleks pyruvatdehydrogenase terdiri daripada tiga enzim berbeza: pyruvate decarboxylase, dihydrolipatoacetyltransferase dan dehydrogenase dihydrolipoic acid, nisbah kuantitatif mereka dalam kompleks bergantung kepada sumber perkumuhan, sebagai peraturan nisbah ini mendekati 30: 1: 10.
Enzim pertama kompleks ini adalah pyruvate decarboxylase (E1)