Многие ткани в качестве резервной формы глюкозы синтезируют гликоген. Синтез и распад гликогена в печени поддерживают гомеостаз глюкозы в крови.
Гликоген— разветвлённый гомополисахарид глюкозы с массой >10 7 Да (50000 остатков глюкозы), в котором остатки глюкозы соединены в линейных участках α-1,4-гликозидной связью. В точках ветвления, примерно через каждые 10 остатков глюкозы, мономеры соединены α-1,6-гликозидными связями. Гликоген, водонерастворим, хранится в цитозоле клетки в форме гранул диаметром 10-40 нм. Гликоген депонируется главным образом в печени (до 5%) и скелетных мышцах (до 1%). В организме может содержаться от 0 до 450 г гликогена.
Разветвлённая структура гликогена способствует работе ферментов, отщепляющих или присоединяющих мономеры.
Синтез гликогена (гликогеногенез)
Гликоген синтезируется с затратой энергии в период пищеварения (через 1—2 ч после приёма углеводной пищи).
Синтез гликогена осуществляется путём удлинения уже имеющейся молекулы полисахарида, называемой «затравка», или «праймер». В состав праймера может входить белок гликогенин, в котором к Тир присоединен олигосахарид (примерно из 8 остатков глюкозы). Глюкозные остатки переносятся гликогенсинтазой на нередуцирующий конец олигосахарида и связываются α-1,4-гликозидными связями.
При удлинении линейного участка примерно до 11 глюкозных остатков, фермент ветвления переносит её концевой блок, содержащий 6—7 остатков, на внутренний остаток глюкозы этой или другой цепи с образованием α-1,6-гликозидной связи. Новая точка ветвления образуется на расстоянии не менее 4 остатков от любой уже существующей точки ветвления.
Распад гликогена (гликогенолиз)
Распад гликогена происходит путем последовательного отщепления глюкозо-1-ф в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Реакцию катализирует гликогенфосфорилаза:
Гликогенфосфорилазасостоит из 2 идентичных субъединиц (94500 Да). Неактивная форма обозначаетсяb, активная -a. Активируетсякиназой фосфорилазы b путем фосфорилирования каждой субъединицы по серину в 14 положении.
Гликогенфосфорилаза расщепляет фосфоролизом α-1,4-гликозидные связи, до тех пор, пока до точки ветвления не остается 4 остатка глюкозы.
Инактивация гликогенфосфорилазы происходит при дефосфорилировании с участием специфической фосфатазы фосфорилазы (фосфопротеинфосфотазы ФПФ).
Удаление ветвления осуществляет деветвящий фермент. Он обладает трансферазной и гликозидазной активностями. Трасферазная часть (олигосахаридтрансфераза) переносит три оставшихся до точки ветвления глюкозных остатка на нередуцирующий конец соседней цепи, удлиняя её для фосфорилазы.
Гликозидазная часть (α-1,6-глюкозидаза) гидролизует α-1,6-гликозидную связь, отщепляя глюкозу.
Читайте также: Роза из нажелатининой ткани
Глюкозо-1-ф изомеризуется в глюкозо-6-ф фосфоглюкомутазой.
Регуляция метаболизма гликогена в печени
Регуляция метаболизма гликогена в мышцах
Метаболизм гликогена контролируется гормонами (в печени — инсулином, глюкагоном, адреналином; в мышцах — инсулином и адреналином), которые регулируют фосфорилирование /дефосфорилирование 2 ключевых ферментов гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы.
При недостаточном уровне глюкозы в крови выделяется гормон глюкагон, в крайних случаях – адреналин. Они стимулируют фосфорилирование гликогенсинтазы (она инактивируется) и гликогенфосфорилазы (она активируется). При повышении уровня глюкозы в крови выделяется инсулин, он стимулирует дефосфорилирование гликогенсинтазы (она активируется) и гликогенфосфорилазы (она инактивируется). Кроме того, инсулин индуцирует синтез глюкокиназы, тем самым, ускоряя фосфорилирование глюкозы в клетке. Всё это приводит к тому, что инсулин стимулирует синтез гликогена, а адреналин и глюкагон – его распад.
В печени существует и аллостерическая регуляция гликогенфосфорилазы: ее ингибирует АТФ и глюкозо-6ф, а активирует АМФ.
Нарушения обмена гликогена
Гликогеновые болезни— группа наследственных нарушений, в основе которых лежит снижение или отсутствие активности ферментов, катализирующих реакции синтеза или распада гликогена, либо нарушение регуляции этих ферментов.
Гликогенозы— заболевания, обусловленные дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Они проявляются или необычной структурой гликогена, или его избыточным накоплением в печени, сердечной или скелетных мышцах, почках, лёгких и других органах.
В настоящее время гликогенозы делят на 2 группы: печёночные и мышечные.
Печёночные формы гликогенозовведут к нарушению использования гликогена для поддержания уровня глюкозы в крови. Поэтому общий симптом для этих форм — гипогликемии в постабсорбтивный период.
Болезнь Гирке(тип I) отмечают наиболее часто. Причина — наследственный дефект глюкозо-6-фосфатазы — фермента, обеспечивающего выход глюкозы в кровоток после её высвобождения из гликогена клеток печени и почек. Клетки печени и извитых канальцев почек заполнены гликогеном, печень и селезенка увеличены, у больных опухлое лицо — «лицо китайской куклы». Болезнь проявляется гипогликемией, гипертриацилглицеролемией, гиперурикемией, ацидоз.
1). В гепатоцитах: ↑глюкозо-6-ф → ↑ПВК, ↑лактат (ацидоз), ↑рибозо-5-ф. ↑рибозо-5-ф→ ↑пуринов→ ↑ мочевая кислота
2). В крови: ↓глюкоза →↓инсулин/глюкагон→: а) ↑липолиз жировой ткани → ↑ЖК в крови.
б). ↓ЛПЛ жировой ткани → ↑ТАГ в крови.
Лечение — диета по глюкозе, частое кормление.
Читайте также: Ткань спортивный трикотаж что это такое
Болезнь Кори(тип III) распространена, 1/4 всех печёночных гликогенозов. Накапливается разветвленный гликоген, так как дефектен деветвящий фермент. Гликогенолиз возможен, но в незначительном объёме. Лактоацидоз и гиперурикемия не отмечаются. Болезнь отличается более лёгким течением чем болезнь Гирке.
Мышечные формы гликогенозовхарактеризуются нарушением в энергоснабжении скелетных мышц. Эти болезни проявляются при физических нагрузках и сопровождаются болями и судорогами в мышцах, слабостью и быстрой утомляемостью.
Болезнь МакАрдла(тип V) — аутосомно-рецессивная патология, отсутствует в скелетных мышцах активность гликогенфосфорилазы. Накопление в мышцах гликогена аномальной структуры.
Агликогеноз(гликогеноз 0 по классификации) — заболевание, возникающее в результате дефекта гликогенсинтазы. В печени и других тканях больных наблюдают очень низкое содержание гликогена. Это проявляется резко выраженной гипогликемией в постабсорбтивном периоде. Характерный симптом — судороги, проявляющиеся особенно по утрам. Болезнь совместима с жизнью, но больные дети нуждаются в частом кормлении.
Глава 3. Обмен гликогена
3.1 Общая характеристика
Гликоген представляет собой внутриклеточную форму запасания и хранения глюкозы для её последующего использования в метаболизме. Молекула гликогена состоит из белкового ядра (белка-фермента гликогенина ) и двух отходящих от него цепей из остатков глюкозы. Эти цепи образуют множество ветвей и насчитывают до нескольких десятков тысяч глюкозных остатков.
Поддержание концентрации глюкозы в крови на одном и том же уровне (примерно 5 ммоль/л или 90 мг/дл) крайне важно для человека, поскольку глюкоза является основным источником энергии для нервной ткани и эритроцитов. Наиболее количество гликогена запасается в мышцах и печени. При этом лишь гликоген печени служит для поддержания глюкозы в крови, а мышечный обеспечивает энергией лишь сами миоциты.
Важность обмена гликогена можно проиллюстрировать последствиями недостаточности фермента, отвечающего за его распад (гликогенфосфорилазы). Болезнь МакАрдла — это наследственное нарушение, основным симптомом которого являются мышечные колики при физических нагрузках. В мышцах у таких пациентов отсутствует фермент, отщепляющий от гликогена остатки глюкозы — гликогенфосфорилаза (или миофосфорилаза). Синтезируемый гликоген при этом имеет нормальное строение, однако не расщепляется и потому не снабжает энергией мышечную ткань.
Обмен гликогена включает два взаимообратных процесса:
1. Гликогеногене́з — синтез гликогена.
2. Гликогено́лиз — распад гликогена.
Синтез и распад гликогена происходят в цитозоле клетки и регулируются реципрокно, подобно гликолизу и глюконеогенезу.
Читайте также: Остатки ткани швейное производство
3.2 Структура и функции гликогена
Основные запасы гликогена находятся в печени и скелетной мускулатуре. Однако и другие клетки способны синтезировать и запасать его для своих нужд. Функция мышечного гликогена заключается в запасании глюкозы для последующего её использования в качестве источника энергии для самих мышц. Печёночный гликоген служит для поддержания уровня глюкозы в крови (особенно на ранней стадии голодания).
Гликоген является аналогом крахмала, растительного полисахарида, и по структуре схож с с амилопектином , но более разветвлён и компактен, чем крахмал. Гликоген находится в цитозоле в виде гранул и играет важную роль в метаболизме глюкозы. Он является быстромобилизуемым депо глюкозы в организме. Гликоген более компактен, чем триацилглицеролы, запасающиеся в жировой ткани.
42 Глава 3 Обмен гликогена
А Количество гликогена в организме
В мышцах синтезируется и запасается до 400 г гликогена (1-2% мышечной массы). В печени депонируется в 4 раза меньше гликогена: у взрослого человека — до 100-120 г (8-10% массы печени). Небольшое количество синтезируется в почках, глиальных клетках нервной ткани и лейкоцитах.
Б Структура гликогена
Гликоген представляет собой разветвленный полисахарид, состоящий из остатков α — D -глюкозы, связанных между собой с помощью α(1 → 4)-гликозидных связей и образующих ветви с помощью α(1 →6 )-гликозидных связей. Гликоген образует внутриклеточные гранулы диаметром 100-400 Å и более. Одна гранула содержит до 120 000 остатков глюкозы (обычно — меньше). В состав гранул почти всегда входят ферменты синтеза и распада гликогена, а также регуляторные белки. Гранулы мышечного гликогена могут достигать в диаметре 40 нм (сопоставимы с рибосомами). Масса молекулы гликогена может достигать 100 МДа.
Важной особенностью гликогена является его разветвленная структура. В молекуле гликогена остатки глюкозы образуют цепь, ветвящуюся через каждые 8-10 остатков. Эта цепь имеет множество нередуцирующих концов и один редуцирующий , связанный с белковым ядром. Это ядро представлено белковым ферментом гликогенином , участвующим в синтезе гликогена на ранних стадиях (см. ниже). Биохимический смысл такой разветвленной структуры гликогена заключается в его компактности и быстрой мобилизуемости (т.е. способности к быстрому распаду при необходимости).
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом