Wiadomo, że rozpad fosforolityczny odgrywa kluczową rolę w mobilizacji polisacharydów.
Rys. 10.1. Hormonalna regulacja fosfolitycznego rozkładu glukozy z glikogenu.
Fosforylazy przekształcają polisacharydy (w szczególności glikogen) z postaci magazynowej w formę metabolicznie aktywną; w obecności fosforylazy glikogen rozpada się, tworząc fosforan glukozy (glukozo-1-fosforan) bez uprzedniego rozbicia na większe fragmenty cząsteczki polisacharydu. Ogólnie rzecz biorąc, reakcję tę można przedstawić w następujący sposób:
gdzie (C6H10Oh5)n oznacza łańcuch polisacharydowy glikogenu i (C6H10Oh5)n-1,- ten sam łańcuch, ale skrócony przez jedną resztę glukozy.
Na rys. 10.1 przedstawia proces rozkładu glikogenu do glukozo-1-fosforanu i udział cAMP w tym procesie. Enzym fosforylaza występuje w dwóch postaciach, z których jedna (fosforylaza a) jest aktywna, podczas gdy druga (fosforylaza b) jest zwykle nieaktywna. Obie formy mogą dysocjować na podjednostki. Fosforylaza b składa się z dwóch podjednostek i fosforylazy a - z czterech. Konwersję fosforyrylazy b do fosforylazy a przeprowadza się przez fosforylację białka:
2 Fosforylaza b + 4 ATP -> Fosforylaza a + 4 ADP.
Reakcja ta jest katalizowana przez enzym zwany kinazą fosforylazy b. Ustalono, że ta kinaza może występować zarówno w postaci aktywnej, jak i nieaktywnej. Nieaktywna kinaza fosforylazy jest przekształcana w aktywne białko pod wpływem enzymu kinazy białkowej (kinazy kinazy fosforylazy), a nie tylko kinazy białkowej, ale kinazy białkowej zależnej od cAMP.
Aktywna postać tego ostatniego powstaje z udziałem cAMP, który z kolei powstaje z ATP pod wpływem enzymu cyklazy adenylanowej, stymulowanej w szczególności przez adrenalinę i glukagon. Wzrost zawartości adrenaliny we krwi prowadzi w tym złożonym łańcuchu reakcji do konwersji fosforylazy b do fosforylazy a, a w konsekwencji do uwalniania glukozy w postaci 1-fosforanu glukozy z rezerwowego polisacharydu glikogenu. Odwrotna konwersja fosforylazy a do fosforylazy b jest katalizowana przez enzym fosfatazę (ta reakcja jest prawie nieodwracalna).
Glukozo-1-fosforan powstały w wyniku fosfolitycznego rozkładu glikogenu jest przekształcany przez glukozo-6-fosforan pod działaniem fosfoglukomutazy. Aby przeprowadzić tę reakcję, konieczna jest fosforylowana postać fosfoglukomutazy, tj. jego aktywna postać, która powstaje, jak zauważono, w obecności glukozy-1,6-bisfosforanu.
Tworzenie wolnej glukozy z glukozo-6-fosforanu w wątrobie zachodzi pod wpływem glukozo-6-fosfatazy. Enzym ten katalizuje rozkład hydrolitycznego fosforanu:
Grube strzałki wskazują ścieżkę rozpadu, cienką - ścieżkę syntezy. Liczby wskazują enzymy: 1 - fosforylaza; 2-fos-gliukomutaza; 3-glukozo-6-fosfataza; 4 - heksokinaza (glukokinaza); 5 - uridyltransferaza gluko-zo-1-fosforanowa; 6 - gliko-syntaza.
Należy zauważyć, że fosforylowana glukoza, w przeciwieństwie do niesklasyfikowanej glukozy, nie może łatwo dyfundować z komórek. Wątroba zawiera enzym hydrolityczny glukozo-6-fosfatazę, który zapewnia zdolność do szybkiego uwalniania glukozy z tego narządu. W tkance mięśniowej praktycznie nie ma glukozo-6-fosfatazy.
Na rys. 10.2 odzwierciedlają pomysły na sposoby rozkładu i syntezy glikogenu w wątrobie.
Można uznać, że utrzymanie stałości stężenia glukozy we krwi jest wynikiem jednoczesnego przepływu dwóch procesów: wejścia glukozy do krwi z wątroby i jej zużycia z krwi przez tkanki, gdzie jest ona używana głównie jako materiał energetyczny.
W tkankach (w tym w wątrobie) rozkład glukozy zachodzi na dwa główne sposoby: beztlenowy (przy braku tlenu) i tlenowy, do realizacji których potrzebny jest tlen.
Glikogenoliza (rozkład glikogenu)
Glikogenolizę można przeprowadzić albo przez hydrolizę (pod działaniem enzymów amylazowych) albo przez fosfolizę.
Fosforoliza jest główną drogą rozkładu glikogenu, jest katalizowana przez enzym fosforylazę glikogenu, należącą do klasy transferaz. Fosforylazy przekształcają polisacharydy z postaci magazynowej w metabolicznie aktywną. Fosforylaza glikogenu oddziela reszty glukozy od łańcucha poliglikozydowego glikogenu i przenosi je do cząsteczki kwasu fosforowego, tworząc glukozo-1-fosforan:
Glukozo-1-fosforan jest szybko izomeryzowany, zmieniając się w glukozo-6-fosforan pod działaniem fosfoglukomutazy:
Na tym etapie rozkład glikogenu w tkance mięśniowej.
W wątrobie glukozo-6-fosforan tworzy wolną glukozę pod wpływem glukozo-6-fosfatazy. Enzym ten katalizuje rozkład hydrolitycznego fosforanu:
Fosforylowana glukoza, w przeciwieństwie do wolnej, nie może łatwo rozpraszać się z komórek. Dlatego funkcją glikogenu mięśniowego jest to, że jest łatwo dostępnym źródłem glukozy dla samego mięśnia. Wątroba zawiera enzym hydrolityczny glukozo-6-fosfatazę, który zapewnia możliwość szybkiego uwalniania glukozy z tego narządu do krwi i wykorzystania przez inne tkanki (w tym mięśnie). W celu utrzymania względnej stałości stężenia glukozy we krwi stosuje się glikogen wątrobowy.
Synteza i rozpuszczanie glikogenu.
Glikogen jest głównym rezerwowym polisacharydem w komórkach zwierzęcych i ludzkich, ponieważ jest słabo rozpuszczalny w wodzie i nie wpływa na ciśnienie osmotyczne w komórce, dlatego glikogen jest odkładany w komórce, a nie wolna glukoza.
Rozgałęziona struktura glikogenu tworzy dużą liczbę końcowych monomerów. Przyczynia się to do pracy enzymów, które rozszczepiają lub przyłączają monomery podczas rozkładu lub syntezy glikogenu, ponieważ enzymy te mogą jednocześnie pracować na kilku gałęziach cząsteczki glikogenu.
Glikogen odkłada się głównie w wątrobie i mięśniach szkieletowych. Glikogen jest przechowywany w cytozolu komórek w postaci granulek. Niektóre enzymy zaangażowane w metabolizm glikogenu są również związane z granulkami, co ułatwia ich oddziaływanie z substratem. Synteza i rozkład glikogenu przebiega w różnych szlakach metabolicznych (Figura 4).
Glikogen jest syntetyzowany w okresie trawienia (1-2 godziny po spożyciu pokarmów węglowodanowych). Synteza glikogenu wymaga energii. Po włączeniu jednego monomeru
występują łańcuchy polisacharydowe 2, związane z wydatkiem ATP i UTP (reakcje 1 i 3).
Po utworzeniu glukozo-6-fosforanu (reakcja heksokinazy) następuje wewnątrzcząsteczkowe przeniesienie reszty kwasu fosforowego z pozycji 6 na pierwszą. Tworzy to glukozo-1-fosforan:
Po izomeryzacji glukozo-6-fosforanu do glukozo-1-fosforanu zachodzi dodatkowa aktywacja fragmentu glukozy. W tym przypadku zużywana jest 1 cząsteczka UTP, co odpowiada wydatkowi pierwszej cząsteczki ATP. W rezultacie powstaje aktywowana forma - UDP-glukoza (ryc. 4).
Następnie z UDP reszta glukozy jest przenoszona do cząsteczki glikogenu. Rozszerzenie łańcucha glikogenu jest katalizowane przez enzym syntetazę glikogenu. Tak więc łańcuch glikogenu staje się 1 fragmentem glukozy dłużej. Glikogen, w przeciwieństwie do skrobi roślinnej, jest bardziej rozgałęziony. W celu utworzenia gałęzi istnieje specjalny enzym, zwany „enzymem rozgałęzionym glikogenem”.
Cząsteczka glikogenu nie jest syntetyzowana z „zera”, ale następuje stopniowe wydłużenie już istniejącego fragmentu łańcucha: „nasiono” lub starter. A wraz z rozpadem glikogenu nigdy nie dochodzi do całkowitego zniszczenia jego cząsteczek.
Aby włączyć jedną resztę glukozy do cząsteczki glikogenu, komórka zużywa 2 cząsteczki ATP. Wraz z rozpadem glikogenu, ATP nie regeneruje się, ale uwalniane jest tylko F.n (fosforan nieorganiczny).
Kluczowym enzymem do syntezy glikogenu jest syntaza glikogenu. To „drugi punkt kontrolny” (rys. 5).
Regulacja syntazy glikogenu: jest aktywowany przez nadmiar glukozo-6-fosforanu. Dlatego, jeśli glukozo-6-fosforan jest wykorzystywany powoli w inny sposób, wzrost jego stężenia prowadzi do zwiększenia szybkości syntezy glikogenu. Reakcja katalizowana przez syntazę glikogenu jest nieodwracalna.
Mobilizacja glikogenu występuje głównie między posiłkami i jest przyspieszana podczas pracy fizycznej. Proces ten polega na sekwencyjnym usuwaniu reszt glukozy w postaci glukozo-1-fosforanu przy użyciu fosforylazy glikogenu (ryc. 4). Enzym ten nie rozszczepia wiązań a1,6-glikozydowych w miejscach rozgałęzień, dlatego potrzebne są 2 kolejne enzymy, po czym reszta glukozy w punkcie rozgałęzienia jest uwalniana w postaci wolnej glukozy (reakcje 2, 3). Glikogen rozkłada się na glukozo-6-fosforan bez kosztów ATP.
Regulacja fosforylazy glikogenu: hamowany przez nadmiar ATP, aktywowany przez nadmiar ADP.
Rozpad glikogenu w wątrobie i mięśniach ma jedną wyróżniającą reakcję ze względu na obecność enzymu fosfatazy glukozo-6-fosforanu w wątrobie (Tabela 1).
Tabela 1.
Obecność glukozo-6-fosfatazy w wątrobie determinuje główną funkcję glikogenu wątrobowego - uwalnianie glukozy do krwi między posiłkami i jej stosowanie przez inne narządy. Zatem mobilizacja glikogenu w wątrobie zapewnia zawartość glukozy we krwi na stałym poziomie. Ta okoliczność jest warunkiem pracy innych organów, a zwłaszcza mózgu. Po 10-18 godzinach po posiłku zapasy glikogenu w wątrobie ulegają znacznemu wyczerpaniu, a poszczenie przez 24 godziny prowadzi do całkowitego zaniku. Glukozo-6-fosfataza występuje również w nerkach i komórkach jelitowych.
Funkcją glikogenu mięśniowego jest uwalnianie glukozo-6-fosforanu, wykorzystywanego w samym mięśniu do utleniania i energii,
Przełączanie procesów syntezy i mobilizacji glikogenu w wątrobie następuje, gdy stan trawienia przechodzi w okres po adsorpcji lub stan spoczynku w tryb pracy mięśniowej. Insulina, glukagon i adrenalina biorą udział w zmianie tych szlaków metabolicznych w wątrobie, a insulina i adrenalina biorą udział w mięśniach.
Działanie tych hormonów na syntezę i rozpad glikogenu odbywa się poprzez zmianę w przeciwnym kierunku aktywności 2 kluczowych enzymów - syntazy glikogenu i fosforylazy glikogenu - poprzez ich fosforylację i defosforylację.
Podstawowym sygnałem do syntezy insuliny i glukagonu jest zmiana stężenia glukozy we krwi. Insulina i glukagon są stale obecne we krwi, ale przy zmianie ze stanu absorpcyjnego na stan poabsorpcyjny zmienia się ich względne stężenie, wskaźnik insuliny i glukagonu. Zatem głównym czynnikiem przełączającym w wątrobie jest wskaźnik insulina-glukagon.
W okresie po adsorpcji wskaźnik insuliny i glukagonu zmniejsza się, a decydującym czynnikiem jest wpływ glukagonu, który stymuluje rozpad glikogenu w wątrobie. Mechanizm działania glukagonu obejmuje kaskadę reakcji prowadzących do aktywacji fosforylazy glikogenu.
W okresie trawienia dominuje efekt insuliny, ponieważ wskaźnik insuliny i glukagonu w tym przypadku wzrasta. Pod wpływem insuliny występuje:
a) stymulacja transportu glukozy do komórek mięśniowych;
b) zmiana aktywności enzymów przez fosforylację i defosforylację. Na przykład insulina aktywuje fosfodiesterazę i zmniejsza stężenie cAMP w komórce. Ponadto insulina aktywuje fosfatazę syntazy glikogenu, ta ostatnia jest defosforylowana i staje się aktywna;
c) zmiana ilości niektórych enzymów przez indukcję i represję ich syntezy. Na przykład insulina indukuje syntezę glukokinazy, przyspieszając tym samym fosforylację glukozy w wątrobie.
Adrenalina ma podobny mechanizm działania na komórki wątroby z glukagonem, ale możliwe jest włączenie innego systemu transdukcji sygnału efektorowego do komórki wątroby. Rodzaj receptorów, z którymi oddziałuje adrenalina, określa, który system zostanie użyty. Zatem interakcja adrenaliny z receptorami b komórek wątroby aktywuje układ cyklazy adenylanowej. Interakcja adrenaliny z receptorami a, obejmuje mechanizm fosforanu inozytolu transbłonowego transferu sygnału hormonalnego. Wynikiem działania obu systemów jest fosforylacja kluczowych enzymów i przełączenie syntezy glikogenu na jego rozkład (ryc. 6, 7).
Aktywacja adrenaliny fosforylazy glikogenu mięśniowego zachodzi inaczej, ponieważ rozpad glikogenu w mięśniach szkieletowych jest stymulowany przez skurcze mięśni. Kinaza fosforylazy (zależna od Ca2 +) jest aktywowana podczas pracy mięśni pod wpływem impulsów nerwowych, ponieważ stężenie jonów wapnia w sarkoplazmie w tym przypadku wzrasta. Jest to kolejny mechanizm przyspieszający rozpad glikogenu w mięśniach. Wpływ adrenaliny w mięśniach powoduje również aktywację kinaz białkowych zależnych od cAMP i aktywację fosforylazy przez jej fosforylację (ryc. 8).
Gdy sygnał jest przekazywany z hormonu przez mediatory wewnątrzkomórkowe, następuje jego znaczna amplifikacja, dlatego aktywacja fosforylazy glikogenu z udziałem dowolnego systemu transdukcji sygnału w komórce pozwala szybko utworzyć dużą ilość glukozy z glikogenu. W mięśniach ma to ogromne znaczenie dla wykonywania intensywnej pracy pod wpływem stresu, na przykład podczas ucieczki od niebezpieczeństwa.
Przy umiarkowanym obciążeniu mięśni inny mechanizm regulacji aktywności fosforylazy glikogenu - regulacja allosteryczna przez produkty rozpadu ATP (AMP).
Przechodząc ze stanu poabsorbującego do stanu absorpcyjnego lub pod koniec pracy mięśniowej, wydzielanie hormonów zatrzymuje się i cały system powraca do pierwotnego stanu nieaktywnego. Cyklaza adenylanowa i fosfolipaza C są inaktywowane. cAMP jest niszczony przez fosfodiesterazę, co powoduje przeniesienie wszystkich wewnątrzkomórkowych enzymów kaskady do postaci nieaktywnej.
Znaczenie regulacji szybkości syntezy i rozkładu glikogenu w wątrobie polega na zapewnieniu stałości stężenia glukozy we krwi. Regulacja metabolizmu glikogenu w mięśniach zapewnia materiałowi energetycznemu zarówno intensywną pracę mięśni, jak i zużycie energii w spoczynku.
Rozkład glikogenu mięśniowego
Fosforylaza jest kluczowym (tj. Ograniczającym i regulującym) enzymem do rozkładu glikogenu.
Regulacja fosforylazy glikogenu: hamowany przez nadmiar ATP, aktywowany przez nadmiar ADP.
G b f - p u t b. (szlak heksofosforanowy rozkładu węglowodanów)
BIOLOGICZNE ZNACZENIE ŚCIEŻKI HBF.
1. Jest to główny sposób rozkładu węglowodanów na produkty końcowe. W wielu komórkach jest to jedyny sposób. Zatem 70-75% glukozy, która dociera do komórki, rozpada się.
2. Tylko szlak HBP daje energię komórkową w postaci ATP. To jest główne źródło energii w komórce.
3. Jest to najdłuższa ścieżka rozkładu węglowodanów.
Ścieżka GBF podzielona na 3 etapy.
Pierwszy etap ma miejsce w cytoplazmie, daje 8 cząsteczek ATP podczas rozpadu 1 cząsteczki glukozy lub 9ATP podczas rozpadu jednego fragmentu glukozy glikogenu. Kończy się tworzeniem 2 cząsteczek pirogronianu (PVK).
Drugi i trzeci etap - (wyłącznie tlenowy!) W mitochondriach z obowiązkowym udziałem tlenu, daj 30 ATP na cząsteczkę glukozy.
Etap 2 szlaku GBF nazywany jest „oksydacyjną dekarboksylacją pirogronianu” i jest katalizowany przez kompleks dehydrogenazy pirogronianowej (patrz wykłady „Utlenianie biologiczne” - rozszerzony łańcuch utleniania mitochondriów). W drugim etapie dwa cząsteczki wodoru są usuwane z cząsteczki PVC, a pirogronian jest przekształcany w acetylokoenzym A (AcCoA), CO jest jednocześnie odszczepiany.2. Dwa atomy wodoru trafiają do NAD, a następnie wzdłuż łańcucha utleniania mitochondrialnego są przenoszone do O2 utworzyć H2Cząsteczki O i 3 ATP. W związku z tym, w oparciu o jedną cząsteczkę początkowej glukozy, drugi etap daje 6 ATP.
Trzeci etap to cząsteczka AcetylKoA, która powstaje w wyniku drugiego etapu. Trzeci etap nazywany jest cyklem kwasu trikarboksylowego (TCA) (patrz wykład „Utlenianie mitochondrialne”). W tym cyklu AccoA jest całkowicie odcięty od CO2 i H2A. W tym samym czasie powstaje 12 ATP na cząsteczkę accoAA, która weszła w cykl. Jeśli liczysz na 1 cząsteczkę glukozy, to na trzecim etapie powstaje 24 ATP.
Pierwszy etap przechodzi przez 10 etapów pośrednich. W pierwszej części tego etapu cząsteczka glukozy jest dzielona na połowę na dwie cząsteczki aldehydu fosfoglicerynowego (PHA).
CECHY PIERWSZEJ CZĘŚCI I ETAPU:
Heksokinaza (GC) działa w celu osłabienia silnej cząsteczki glukozy:
Druga reakcja - izomeryzacja:
W trzecim etapie fruktozo-6-fosforan jest dalej osłabiany przez fosfofruktokinazę (PFK) i powstaje fruktozo-1,6-bisfosforan:
Fosfofruktokinaza jest kluczowym enzymem dla szlaku HBP. To „dodatkowy punkt kontrolny”. Vmax FFK więcej niż Vmax GK. Dlatego, gdy glukoza wchodzi dużo, GC ogranicza prędkość całej ścieżki GBF.
Nadmiar ATP i nadmiar cytrynianu silnie hamują FPC. W tych warunkach zamiast heksokinazy FFK staje się enzymem ograniczającym szlak HBP. Z powodu hamowania PFK gromadzi się glukozo-6-fosforan (G-6-F) i fruktozo-6-fosforan (P-6-F). G-6-F hamuje heksokinazę, zmniejszając wykorzystanie glukozy przez komórkę i jednocześnie aktywuje syntazę glikogenu.
Jeśli nie ma nadmiaru ATP i cytrynianu, ale istnieje nadmiar ADP, wówczas ADP aktywuje PFC, a następnie prędkość całej ścieżki PKB jest ponownie ograniczona przez heksokinazę.
W wyniku reakcji fosfofruktokinazy cząsteczka fruktozy-1,6-bisfosforanu ulega destabilizacji (osłabieniu) tak, że natychmiast rozkłada się na 2 triozy z udziałem enzymu aldolazy (4-ta reakcja):
Tylko PHA wchodzi w kolejną (szóstą) reakcję ścieżki HBP. W rezultacie jego stężenie zmniejsza się, a równowaga piątej reakcji przesuwa się w kierunku tworzenia PHA. Stopniowo cała FDA wchodzi do PHA, a zatem ilość ATP syntetyzowanego w następnych reakcjach szlaku HBP, uwzględniamy obliczenie 2 cząsteczek PHA i innych metabolitów pośrednich, które z niego powstają.
W pierwszej części pierwszego etapu (od glukozy do PHA) zużywane są 2 cząsteczki ATP: jedna w reakcji heksokinazy, druga w fosfofruktokinazie (trzecia reakcja w pierwszym etapie szlaku HBP). Druga część pierwszego etapu rozpoczyna się od utlenienia PHA do FGK (kwasu fosfoglicerycznego) w szóstej reakcji.
Reakcja ta jest katalizowana przez enzym dehydrogenazę fosforanową gliceraldehydu. Rozszczepialny wodór jest przenoszony do NAD z utworzeniem NADH2. Energia uwalniana podczas tego utleniania jest również wystarczająca, aby zapewnić dodanie fosforanu do grupy aldehydowej. Fosforan dodaje się przez wiązanie makroergiczne. W wyniku tego powstaje kwas 1,3-difosfoglicerydowy (1,3-bisfosfoglicerynian).
7. reakcja: fosforylacja substratu.
Związany z energią fosforan jest przenoszony do ADP w celu utworzenia ATP. W wyniku etapu 7, 1 reszta kwasu fosforowego pozostaje w cząsteczce kwasu fosfoglicerynowego.
8. Reakcja: Fosforan jest przenoszony z pozycji trzeciej do drugiej i powstaje kwas 2-fosfoglicerynowy.
H usuwa się z kwasu 2-fosfoglicerynowego2A. Prowadzi to do redystrybucji energii molekularnej. W rezultacie energia gromadzi się na fosforanie w drugiej pozycji, a wiązanie staje się makroergiczne. Okazuje się, że fosfoenolopirogronian (PEP).
10. reakcja: fosforylacja substratu. Fosforan jest przenoszony do ADP w celu utworzenia ATP. FEP jest przekształcany w PVK (kwas pirogronowy).
Na tym etapie 1 ścieżki GDF kończy się, PEC opuszcza mitochondria i wchodzi w drugi etap ścieżki GDF.
Wyniki pierwszego etapu: 10 reakcji, z których pierwsza, trzecia i dziesiąta reakcja są nieodwracalne. Najpierw zużywa się 2 ATP na 1 cząsteczkę glukozy. Następnie PHA jest utleniany. Energia jest realizowana podczas 2 reakcji fosforylacji substratu: 2 ATP powstaje w każdym z nich. W konsekwencji dla każdej cząsteczki glukozy (dla 2 cząsteczek PHA) 4 ATP uzyskuje się przez fosforylację substratu.
W sumie wszystkie 10 etapów można opisać następującym równaniem:
NADH2 układ utleniania mitochondrialnego (MTO) przenosi wodór do tlenu w powietrzu, tworząc H2O i 3 ATP, ale etap 1 przebiega w cytoplazmie i NADH2 nie może przejść przez błonę mitochondrialną. Istnieją mechanizmy wahadłowe zapewniające przejście NADH2 przez błonę mitochondrialną - wahadło jabłczan-asparaginian i wahadłowiec glicerofosforanowy (patrz wykłady „Utlenianie biologiczne”.
Na podstawie jednej cząsteczki glukozy tworzy 2 NADN2.
Oprócz 2 ATP, otrzymanego w pierwszym etapie przez fosforylację substratu, powstaje 6 kolejnych ATP z udziałem tlenu, w sumie 8 cząsteczek ATP. Tak wiele ATP powstaje na każdą cząsteczkę glukozy rozszczepioną przed PVC w pierwszym etapie szlaku HBP.
Jeśli te 8 ATP zostanie dodanych do 30 cząsteczek ATP, które powstają na 2. i 3. etapie, wówczas całkowity wynik energii całego szlaku HBP będzie wynosił 38 ATP na cząsteczkę glukozy, podzieloną na CO2 i H2O. W tych 38 ATP zawarta jest 65 procent energii, która zostałaby uwolniona podczas spalania glukozy w powietrzu. Dowodzi to bardzo wysokiej wydajności ścieżki GBF.
Z 38 ATP większość z nich powstaje na 2. i 3. etapie. Każdy z tych etapów jest całkowicie nieodwracalny i wymaga obowiązkowego udziału tlenu, ponieważ etapy oksydacyjne tych etapów są związane z utlenianiem mitochondrialnym (bez tego niemożliwe). Cały szlak HBP od glukozy lub glikogenu do CO2 i H2O nazwie: AEROBOWE ROZKŁAD WĘGLOWODANÓW.
Kluczowe enzymy pierwszego etapu szlaku HBP: HEXOKINASE i kinaza białkowa fosforu.
Kolejny kluczowy link znajduje się na TsTK (ścieżka trzeciego etapu GBF). Kluczowe ogniwo na trzecim etapie jest konieczne, ponieważ ACCoA wchodzący w cykl TCA powstaje nie tylko z węglowodanów, ale także z tłuszczów i aminokwasów. Dlatego TCA jest ostatnim „kotłem” do spalania reszt acetylowych z węglowodanów, tłuszczów i białek. TsTK łączy wszystkie metabolity, które powstają przy rozpadzie węglowodanów, tłuszczów i białek.
Kluczowe enzymy syntetazy TCA: cytrynianu i dehydrogenazy izocytrynianowej. Oba enzymy są hamowane przez nadmiar ATP i nadmiar NADH.2. Dehydrogenaza izocytrynianowa jest aktywowana przez nadmiar ADP. ATP hamuje te enzymy na różne sposoby: dehydrogenaza izocytryniowa jest hamowana przez ATP znacznie silniej niż syntaza cytrynianowa. Dlatego też, z nadmiarem ATP, produkty pośrednie gromadzą się: cytrynian i izocytrynian. W tych warunkach cytrynian może dostać się do cytoplazmy w gradiencie stężenia.
Drugi i trzeci etap szlaku HBP występują w mitochondriach, a pierwszy w cytoplazmie.
Pierwszy etap jest oddzielany od drugiego i trzeciego etapu przez błonę mitochondrialną.
Dlatego pierwszy etap może wykonywać swoje specjalne funkcje. Te funkcje
Rozkład glikogenu.
Rozkład glikogenu wraz z tworzeniem się glukozy występuje w okresie między posiłkami, pracą fizyczną i stresem.
Sposoby mobilizacji glikogenu:
2. Szlak amylolityczny rozkładu glikogenu następuje z udziałem enzymu amylazy.
Ścieżka fosfolityczna - główny szlak rozkładu glikogenu z tworzeniem się glukozy:
W tkance mięśniowej nie ma enzymu glukozo-6-fosfatazy, dlatego glikogen mięśniowy nie ulega rozkładowi
powstawanie glukozy i jest utlenione lub tlenowe lub beztlenowe z uwolnieniem energii. Przez
10-18 godzin po posiłku zapasy glikogenu w wątrobie są znacznie zmniejszone.
Regulacja poziomu glukozy we krwi. Rola centralnego układu nerwowego, mechanizm działania insuliny, adrenaliny, glukagonu,
Hormon wzrostu, glukokortykoidy, tyroksyna i ich wpływ na stan metabolizmu węglowodanów.
Wiodąca rola w regulacji metabolizmu węglowodanów należy do centralnego układu nerwowego. Zmniejszenie stężenia glukozy we krwi prowadzi do zwiększonego wydzielania adrenaliny, glukagonu, który wchodząc do narządu docelowego dla tych hormonów (wątroby), jest rozpoznawany przez receptory błon komórek wątroby i aktywuje enzymatyczną cyklazę adenylanową błony, uruchamiając mechanizm prowadzący do rozpadu glikogenu z wytworzeniem glukozy.
Schemat mechanizmu interakcji adrenaliny i glukagonu z komórką:
Adrenalina - zwiększa poziom glukozy poprzez aktywację enzymu fosforylazy (układu cyklazy adenylanowej), co prowadzi do rozpadu glikogenu z utworzeniem glukozy, blokuje enzym syntazę glikogenu, tj. synteza glikogenu.
Glukagon - działa jak adrenalina, ale dodatkowo aktywuje enzymy glukoneogenezy.
Glukokortykoidy - zwiększają poziom glukozy we krwi, jako induktory syntezy enzymów glukoneogenezy.
GH aktywuje glukoneogenezę, aktywuje tyroksynę insulinazę, która rozkłada insulinę, wpływa na wchłanianie glukozy w jelicie.
Glikogenoza (choroba akumulacji glikogenu) jest spowodowana defektem enzymów biorących udział w rozkładzie glikogenu. Na przykład choroba Gyrke jest związana z brakiem enzymu glukozo-6-fosfatazy, z nadmiernym nagromadzeniem glikogenu w wątrobie, hipoglikemią i jej konsekwencjami. Choroba Mac-Ardla: przyczyną jest brak fosforylazy w tkance mięśniowej. Jednocześnie poziom glukozy we krwi jest normalny, ale obserwuje się osłabienie tkanki mięśniowej i zmniejsza się zdolność do wykonywania pracy fizycznej. Choroba Andersena jest związana z defektem rozgałęziającego się enzymu, który prowadzi do akumulacji glikogenu w wątrobie z bardzo długimi zewnętrznymi i rzadkimi punktami rozgałęzienia, w wyniku których żółtaczka, marskość wątroby, niewydolność wątroby i śmierć (nierozgałęziony glikogen niszczy hepatocyty).
2.5 Stężenie glukozy we krwi utrzymuje się przez cały dzień na stałym poziomie 3,5-6,0 mmol / l. Po jedzeniu poziom glukozy wzrasta w ciągu godziny do 8 mmol / l, a następnie wraca do normy. W organizmie utrzymuje się stały poziom glukozy we krwi dzięki istnieniu mechanizmów neurohumoralnych. Głównym wskaźnikiem stanu metabolizmu węglowodanów jest zawartość glukozy we krwi i moczu.
HIPERGLICEMIA jest stanem, w którym poziom glukozy jest powyżej normy. Przyczyny:
1. Fizjologiczne - pokarmowe, emocjonalne.
2. Patologiczne - cukrzyca; cukrzyca steroidowa (Itsenko-Cushing) - hiperprodukcja glukokortykoidów kory nadnerczy; hiperprodukcja adrenaliny, glukagonu, tyroksyny hormonu tarczycy.
HIPOGLIKACJA - stan, w którym poziom glukozy jest poniżej normy. Przyczyny:
1. Zmniejszona produkcja glukozy: choroby wątroby, choroby endokrynologiczne (niedobór hormonu wzrostu, kortyzol), dziedziczne zaburzenia metaboliczne (niedobór syntetazy glikogenu, galaktozemia, nietolerancja fruktozy, wątrobowe formy glikogenozy).
2. Zwiększone wykorzystanie glukozy: zmniejszenie rezerw tłuszczu (niedożywienie), utlenianie kwasów tłuszczowych, rozrost komórek β. podzh gruczoły, przedawkowanie insuliny, choroba Addisona - hipoprodukty glukokortykoidów.
GLUCOSURIA - pojawienie się cukru w moczu. Jeśli poziom glukozy we krwi wynosi 8-10 mmol / l, jest zepsuty
próg nerkowy dla glukozy i pojawia się w moczu. Przyczyny:
- neurogenne na podstawie stresujących warunków
- ostre choroby zakaźne
2.6. Cukrzyca, biochemiczne cechy patogenezy.
Jest to choroba wynikająca z bezwzględnego lub względnego niedoboru insuliny.
Insulina jest jedynym hormonem, który obniża poziom glukozy we krwi. Mechanizm:
-zwiększa przepuszczalność błon komórkowych dla glukozy w komórkach tkanki tłuszczowej i mięśniowej; pod jej wpływem białka transportera GLUT-4 są mieszane z cytoplazmy do błony komórkowej, gdzie łączą się z glukozą i transportują ją do wnętrza komórki;
-aktywuje heksokinazę, fruktokinazę, kinazę pirogronianową (stymuluje glikolizę);
-aktywuje syntetazę glikogenu (stymuluje syntezę glikogenu);
-aktywuje szlak dehydrogenazy pentozowo-fosforanowej;
-dzięki mechanizmowi przewlekłej regulacji jest induktorem syntezy heksokinazy i represora syntezy enzymów glukoneogenezy (blokuje glukoneogenezę);
-30% węglowodanów w lipidy;
-stymuluje cykl TCA poprzez aktywację syntetazy enzymatycznej, która katalizuje reakcję interakcji acetylo-CoA z SchUK;
Cukrzyca (DM) jest klasyfikowana według różnic w czynnikach genetycznych i przebiegu klinicznym na dwie główne formy: cukrzyca typu I - zależna od insuliny (IDDM) i cukrzyca typu II - nieinsulinozależna (NIDDM).
IDDM - choroba spowodowana zniszczeniem komórek β wysepek Langerhansa trzustki, spowodowana reakcjami autoimmunologicznymi, infekcjami wirusowymi (wirus ospy, różyczka, odra, świnka, adenowirus). Gdy cukrzyca ma obniżony stosunek insuliny / glukagonu. Jednocześnie stymulacja procesów odkładania glikogenu i tłuszczu jest osłabiona, a mobilizacja nośników energii nasila się. Nawet po posiłku wątroba, mięśnie i tkanka tłuszczowa działają w stanie poabsorbującym.
Hiperglikemia - zwiększenie stężenia. glukoza we krwi.
Jest to spowodowane zmniejszeniem szybkości stosowania glukozy przez tkanki z powodu braku insuliny lub zmniejszeniem biologicznego działania insuliny w tkankach docelowych. W przypadku niedoboru insuliny zmniejsza się liczba białek przenoszących glukozę (GLUT-4) na błonach komórek zależnych od insuliny (mięśniowej tkanki tłuszczowej). W mięśniach i wątrobie glukoza nie jest odkładana jako glikogen. W tkance tłuszczowej zmniejsza się szybkość syntezy i odkładania się tłuszczu. Glukoneogeneza jest aktywowana z aminokwasów, glicerolu i mleczanu.
Glukozuria - wydalanie glukozy z moczem.
Zwykle kanaliki proksymalne nerek wchłaniają całą glukozę, jeśli jej poziom nie przekracza 8,9 mmol / l. Zwiększenie stężenia glukozy we krwi przekracza stężenie progu nerkowego, co powoduje, że pojawia się w moczu.
Ketonemia - zwiększone stężenie ciał ketonowych we krwi.
Tłuszcze nie są deponowane, ale ich katabolizm przyspiesza. Wzrasta stężenie nieestryfikowanych kwasów tłuszczowych, które wychwytują wątrobę i utleniają je do acetylo-CoA. Acetylo-CoA jest przekształcany w β-hydroksymasłowy i kwas acetooctowy. Dekarboksylacja acetooctanu do acetonu zachodzi w tkankach, dlatego jego zapach pochodzi od pacjentów. Zwiększenie stężenia ciał ketonowych we krwi (powyżej 20 mg / l) prowadzi do ketonurii. Nagromadzenie ciał ketonowych zmniejsza pojemność buforową cięcia i powoduje kwasicę.
Niedobór insuliny prowadzi do zmniejszenia szybkości syntezy białek i zwiększa ich rozpad. Powoduje to wzrost stężenia aminokwasów we krwi, które są deaminowane w wątrobie. Powstały amoniak wchodzi w cykl ornityny, co prowadzi do wzrostu stężenia mocznika we krwi i moczu - azotemii.
Polyuria - zwiększone oddawanie moczu (3-4l na dzień i powyżej), ponieważ glukoza zwiększa ciśnienie osmotyczne.
Polidypsja - stałe pragnienie, suchość w ustach, z powodu utraty wody.
Polyphagy - doświadcza głodu, często je, ale traci na wadze, bo Glukoza nie jest źródłem energii - „głód wśród obfitości”.
NIDDM - występuje w wyniku względnego niedoboru insuliny z powodu:
- zaburzenia wydzielania insuliny
- upośledzona konwersja proinsuliny do insuliny
- zwiększyć katabolizm insuliny
-defekt receptora insuliny, uszkodzenie wewnątrzkomórkowych mediatorów sygnału insuliny.
Dotyczy osób w wieku powyżej 40 lat, charakteryzujących się wysoką częstotliwością form rodzinnych. Główną przyczyną późnych powikłań cukrzycy jest hiperglikemia, która prowadzi do uszkodzenia naczyń krwionośnych i dysfunkcji różnych tkanek i narządów. Jednym z głównych mechanizmów uszkodzenia tkanek w cukrzycy jest glikozylacja białek, prowadząca do zmiany ich konformacji i funkcji. Makroangiopatie manifestują się porażką dużych i średnich naczyń serca, mózgu, kończyn dolnych (zgorzel). Mikroangiopatia jest wynikiem uszkodzenia naczyń włosowatych i małych naczyń i objawia się w postaci nefro, neuro- i retinopatii. W występowaniu mikroangiopatii, glikozylacja białek odgrywa pewną rolę, co prowadzi do występowania nefropatii (upośledzonej czynności nerek) i retinopatii (do utraty wzroku).
Kolagen stanowi podstawę kapilarnych błon podstawnych. Zwiększona zawartość glikozylowanego kolagenu prowadzi do zmniejszenia jego elastyczności, rozpuszczalności, przedwczesnego starzenia się, rozwoju przykurczów. W nerkach takie zmiany prowadzą do spustoszenia kłębuszków i przewlekłej niewydolności nerek.
Glikozylowane lipoproteiny gromadzące się w ścianie naczyniowej prowadzą do rozwoju hipercholesterolemii i nacieku lipidów. Służą jako podstawa miażdżycy, dochodzi do naruszenia napięcia naczyniowego, co prowadzi do miażdżycy.
2.5 Test tolerancji glukozy.
Po spożyciu stężenie glukozy może osiągnąć 300-500 mg / dl i pozostaje wysokie w okresie po adsorpcji, tj. tolerancja glukozy zmniejsza się i jest obserwowana w przypadkach utajonej postaci cukrzycy. W takich przypadkach ludzie nie mają objawów klinicznych charakterystycznych dla cukrzycy, a stężenie glukozy na czczo jest normalne.
W celu zidentyfikowania ukrytej postaci cukrzycy przeprowadza się doustny test tolerancji glukozy. Aby to zrobić, określ poziom glukozy we krwi na czczo. Następnie pacjent otrzymuje obciążenie glukozą z szybkością 1 g na kg masy ciała, a następnie co 30 minut przez 3 godziny określa się poziom glukozy we krwi. Wyniki przedstawiono w postaci krzywej.
3. Laboratorium i praca praktyczna:
3.1. Oznaczanie stężenia glukozy we krwi za pomocą glukometru One Touch.
Określ poziom glukozy na czczo u ucznia. Przeprowadzaj analizy. Przynieś kroplę krwi na palec do obszaru testowego w górnej części paska testowego i przytrzymaj go w tej pozycji, aż kapilara zostanie całkowicie wypełniona. Raport pojawia się na ekranie przez 5 sekund, po czym wskazywana jest wartość poziomu glukozy w mmol / l. Po wyjęciu paska testowego obraz na ekranie urządzenia gaśnie i jest gotowy do następnej analizy.
Postęp pracy: Umyj ręce ciepłą wodą i mydłem i dokładnie wysusz. Traktować palec bawełnianym wacikiem zwilżonym alkoholem etylowym i wysuszyć. Sterylny wertykulator przebija skórę palca i wyciska z niej kroplę krwi, która wchodzi do kapilary paska testowego. Następnie potraktuj miejsce nakłucia bawełnianym wacikiem zwilżonym alkoholem etylowym.
2. Podaj napój słodkiej herbaty.
3. Określ zawartość glukozy po 30 minutach od momentu pobrania ładunku.
4. Określ zawartość glukozy po 2,5 godzinach od momentu pobrania ładunku.
Podział glikogenu
Treść
Wątroba jest głównym źródłem rezerw glikogenu. Podczas postu glukagon jest wydzielany, co stymuluje rozkład glikogenu wątrobowego do glukozy. Glukoza dostaje się do krwiobiegu i jest przenoszona z krwiobiegiem do mózgu, gdzie działa jako źródło energii dla tego narządu. Z rozpadem glikogenu w wątrobie, konwersja glukozo-6-fosforanu do glukozy jest katalizowana przez glukozo-6-fosfatazę
Rozpad glikogenu jest normalny
Glikogen jest przechowywany w mięśniach i wątrobie. Podczas postu spożywany jest glikogen wątrobowy, a podczas zwiększonej aktywności fizycznej zużywany jest glikogen mięśniowy.
Glikogenoza Edytuj
Gdy glikogenoza obserwowała naruszenia przechowywania glikogenu; 4 z 12 rodzajów glikogenoz przedstawiono na ryc. 26,3–26,6.
Mięśnie wykorzystują zmagazynowany glikogen wyłącznie na własne potrzeby jako źródło energii. Z intensywnymi obciążeniami w warunkach beztlenowych, na przykład z działaniem adrenaliny (reakcja „ocal siebie lub walcz”). Szczególnie intensywna glikoliza beztlenowa występuje w białych mięśniach. W mięśniach nie ma glukozo-6-fosfatazy.
Glikogenoza typu I (choroba Girke). Dziedziczony przez autosomalny typ recesywny. Choroba jest spowodowana niedoborem glukozo-6-fosfatazy w wątrobie. Z tego powodu wątroba nie może regulować poziomu glukozy we krwi, a u noworodków występuje ciężka hipoglikemia. Nadmiar glikogenu jest przechowywany w wątrobie i nerkach. Ze względu na gromadzenie się glukozo-6-fosforanu, rozwija się nadmiar mleczanów, hiperlipidemia, hiperurykemia i dna moczanowa.
Glikogenoza typu II (choroba Pompego). Glikogenoza typu II jest dziedziczona w sposób autosomalny recesywny. Przyczyną choroby jest niedobór kwasu a- (1-> 4) glukozydazy, enzymu lizosomalnego. Z powodu nagromadzenia glikogenu, kardiometria rozwija się po 2-3 miesiącach po urodzeniu. Ponadto wpływa na wątrobę i mięśnie, co prowadzi do ogólnego osłabienia mięśni. Zakłada się, że w leczeniu glikogenozy terapia zastępcza enzymem typu II będzie skuteczna.
Glikogenoza typu III (choroba Cory) jest spowodowana niedoborem enzymu, w którym zarówno wątroba, jak i inne narządy gromadzą nieprawidłową formę glikogenu - resztkową dekstrynę. Jest to rozgałęziona cząsteczka, w której zamiast pełnoprawnych gałęzi, w miejscach a- (1-6 wiązań znajdują się skrócone gałęzie. Choroba charakteryzuje się hipoglikemią i hepatomegalią
Glikogenoza typu V (choroba Mac-Ardla) jest dziedziczona w sposób autosomalny recesywny. Jest to spowodowane brakiem fosforylazy mięśniowej (myofosforylazy). W glikogenozie typu V mięśnie nie mogą rozkładać glikogenu mięśniowego na energię. Podczas wysiłku fizycznego tacy pacjenci cierpią na szybkie zmęczenie i skurcze mięśni, obserwuje się mioglobinurię
Rys. 26,6. Glikogenoza typu I (choroba Girke).
Rozpuszczanie glikogenu (glikogenoliza)
W normalnym metabolizmie organizmu zazwyczaj wystarczająca ilość glukozy w paszy dla zwierząt. W przeciwnym razie można zmobilizować rezerwy glikogenu w wątrobie i tkance mięśniowej.
Rozkład glikogenu opiera się na sekwencyjnym usuwaniu reszt glukozy w postaci glukozo-1-fosforanu. Pierwsza reakcja rozkładu glikogenu jest katalizowana przez enzym fosforylazę glikogenu. Fosforan jest w to zaangażowany i dlatego nazywa się go fosforolizą. Reakcja prowadzi do rozpadu wiązania glikozydowego a-1,4 glikogenu w celu wytworzenia glukozo-1-fosforanu:
W następującej reakcji izomeryzacja glukozo-1-fosforanu zachodzi pod wpływem enzymu fosfolukomutazy z utworzeniem glukozo-6-fosforanu:
W wątrobie (ale nie w mięśniach), glukozo-6-fosforan, wytwarzany podczas rozkładu glikogenu, jest hydrolizowany przez glukozo-6-fosforan z uwolnieniem wolnej glukozy:
Ogólny bilans oddzielenia jednej reszty glukozy od cząsteczki glikogenu w wątrobie przez glikogenolizę można przedstawić za pomocą następującego równania:
Należy zauważyć, że energia w postaci ATP w procesie glikogenolizy nie jest wykorzystywana i nie powstaje. W tkankach obwodowych glukozo-6-fosforan, otrzymywany podczas glikolizy, rozkłada się do kwasu mlekowego w białej tkance mięśniowej i jest w pełni utleniony do C02 i H20 w czerwonych mięśniach.
Wątroba ma ogromną zdolność do przechowywania glikogenu. W wątrobie ludzkiej zawartość glikogenu może osiągnąć 10% mokrej masy gruczołu. Poziom glikogenu w mięśniach jest znacznie mniejszy - 1-2% ich całkowitej masy, ale ilościowo glikogen jest znacznie wyższy w tkance mięśniowej zwierzęcia, biorąc pod uwagę stosunek masy mięśniowej do masy wątroby.
Glikogen mięśni i wątroby pełni różne role. Glikogen mięśniowy służy jako rezerwa dla syntezy ATP dla tej tkanki, podczas gdy funkcją glikogenu wątrobowego jest rezerwowanie glukozy w celu utrzymania stężenia wolnej glukozy we krwi. Zawartość glikogenu w wątrobie różni się znacznie w zależności od poziomu węglowodanów w diecie zwierzęcia.
Procesy glikogenezy i glikogenolizy w wątrobie działają jako „bufor” poziomu glukozy we krwi. Jednak ta funkcja tych procesów jest nieznaczna w stosunku do tkanki mięśniowej. Praca mechaniczna jest warunkiem mobilizacji glikogenu mięśniowego w celu uzyskania dodatkowych ilości ATP. Poziom wykorzystania glikogenu zależy od rodzaju (białego lub czerwonego) włókna mięśniowego. Włókna czerwonych mięśni mają bogatą sieć naczyń krwionośnych, zawierają duże ilości mioglobiny i mitochondriów. Wewnątrz tych komórek glikogen przekształca się w kwas pirogronowy, który w obecności tlenu może zostać utleniony do C02 i H20
Procesy glikogenolizy i glikogenezy są związane z zapotrzebowaniem organizmu na glukozę - źródłem ATP. Regulacja tych procesów jest trudna. Obejmuje enzymy allosteryczne syntazy glikogenu i fosforylazy glikogenu. Ich aktywność jest realizowana przez hormony - pierwsze pozakomórkowe przekaźniki (glukagon i adrenalina) i cykliczne AMP (cAMP), wtórny przekaźnik wewnątrzkomórkowy.
Glukagon zapewnia glikogenolizę w wątrobie dzięki aktywacji fosforylazy glikogenu. Glukagon powoduje również hamowanie aktywności syntazy glikogenu. Tak więc glukagon w wątrobie zapewnia rozkład glikogenu w celu normalizacji poziomu glukozy we krwi. Adrenalina, aktywująca fosforylazę glikogenu, stymuluje wydalanie wolnej glukozy z wątroby do krwiobiegu na potrzeby wszystkich narządów obwodowych organizmu.
Rozkład glikogenu mięśniowego
Wiadomo, że fosfoliza odgrywa kluczową rolę w mobilizacji polisacharydów. (W tkankach ludzi i zwierząt radzieccy biochemicy E. L. Rosenfeld i I. A. Popova odkryli również enzym γ-amylazy katalizujący rozszczepienie reszt glukozy z cząsteczki glikogenu przez wiązania α-1,4. Jednak wiodącą rolę w rozkładzie glikogenu w komórkach należy do fosforylaz.) Fosforylazy przekształcają polisacharydy (w szczególności glikogen) z formy magazynowej w formę metabolicznie aktywną; w obecności fosforylazy glikogen rozpada się, tworząc ester fosforanu glukozy (glukozo-1-fosforan) bez uprzedniego rozbicia na większe fragmenty cząsteczki polisacharydu.
Reakcja katalizowana przez fosforylazę w formie ogólnej wygląda następująco:
W tej reakcji (C6H10O5)n oznacza łańcuch polisacharydowy glikogenu, a (C6H10O5)n-1 ten sam łańcuch, ale skrócony przez jedną resztę glukozy.
Na rys. 82 przedstawia przebieg rozkładu glikogenu do glukozo-1-fosforanu i udział cAMP w tym procesie. Enzym fosforylaza istnieje w dwóch postaciach, z których jedna (fosforylaza „a”) jest aktywna, podczas gdy druga (fosforylaza „c”) jest zwykle nieaktywna. Obie formy mogą dysocjować na podjednostki. Fosforylaza „b” składa się z dwóch podjednostek i fosforylazy „a” - czterech. Transformacja fosforylazy „in” w fosforylazie „a” jest przeprowadzana przez fosforylację białka zgodnie z równaniem:
2 mol. fosforylaza „in” + 4 ATP ->
1 mol. fosforylaza „a” + 4 ADP
Reakcja ta jest katalizowana przez enzym zwany kinazą fosforylazową. Stwierdzono, że ta kinaza może występować zarówno w postaci aktywnej, jak i nieaktywnej, przy czym nieaktywna kinaza fosforylazy staje się aktywna pod wpływem enzymu kinazy białkowej (kinazy fosforylazy). Aktywna forma tego ostatniego powstaje przy udziale cAMP. Jak już wspomniano, cAMP z kolei powstaje z ATP przez działanie enzymu cyklazy adenylanowej. Reakcja ta jest stymulowana w szczególności przez adrenalinę i glukagon. Wzrost zawartości adrenaliny prowadzi w tym złożonym łańcuchu reakcji do przekształcenia fosforylazy „do” w fosforylazę „a”, aw konsekwencji do uwalniania glukozy w postaci glukozo-1-fosforanu z glikogenowego polisacharydu magazynującego. Odwrotna transformacja fosforylazy „a” w fosforylazę „in” jest katalizowana przez enzym fosfatazę (ta reakcja jest prawie nieodwracalna).
Należy zauważyć, że fosforylaza „a” rozszczepia reszty glukozy, zaczynając od obwodowego końca zewnętrznych rozgałęzień cząsteczki glikogenu, a gdy zbliża się do połączeń α (1 -> 6), jego działanie zatrzymuje się. Innymi słowy, fosfoliza trwa tylko do punktów rozgałęzienia w cząsteczce glikogenu. Enzym amylo-1,6-glukozydaza jest zdolny do rozszczepiania (1-> 6) -połączenia w punkcie rozgałęzienia, po czym fosforylaza „a” ponownie ma możliwość działania, aż osiągnie następny punkt rozgałęzienia itp.
Utworzony w wyniku fosforolizy glukozo-1-fosforan jest następnie przekształcany przez fosfoglukutazę w glukozo-6-fosforan:
Aby ta reakcja zachodziła, konieczna jest fosforylowana postać fosfoglukomutazy, to znaczy jej aktywna postać, która powstaje w obecności 1,6-difosforanu glukozy. Tak więc, 1,6-difosforan glukozy w reakcji fosfoglukomutazy pełni rolę koenzymu. (1,6-difosforan glukozy jest produktem następującej reakcji: glukozo-1-fosforan + ATP glukoza-1,6-difosforan + ADP).
Tworzenie wolnej glukozy z glukozo-6-fosforanu w wątrobie zachodzi pod wpływem glukozo-6-fosfatazy. (W przeciwieństwie do wątroby, w tkance mięśniowej nie ma glukozo-6-fosfatazy.) Enzym ten katalizuje hydrolityczne rozszczepienie fosforanu:
Na rys. 83 przedstawia szlaki rozkładu i syntezy glikogenu.
Można uznać, że utrzymanie stałości stężenia cukru we krwi jest przede wszystkim wynikiem jednoczesnego przepływu dwóch procesów: wejścia glukozy do krwi z wątroby i jej zużycia z krwi przez tkanki, gdzie jest ona używana głównie jako materiał energetyczny.
W tkankach (w tym w wątrobie) istnieją dwa główne szlaki rozkładu glukozy: szlak beztlenowy, który przebiega pod nieobecność tlenu, oraz szlak tlenowy, który wymaga tlenu.
Podział glikogenu
Droga rozkładu glikogenu w wolnej glukozie różni się od jego syntezy. Zawiera szereg innych enzymów. Fosforylaza glikogenowa katalizuje pierwszą reakcję katabolizmu glikogenu - przerywając wiązanie alfa-1,4-glikozydowe między resztami glukozy na końcach łańcuchów przez fosfolizę, to znaczy oddziaływanie z fosforanem nieorganicznym. Ostatnie reszty glukozy odszczepia się w postaci glukozo-1-fosforanu. Zatem sposób rozbijania wiązań alfa-1,4-glikozydowych glikogenu w tkankach różni się od ich zerwania hydrolitycznego pod działaniem amylazy w przewodzie pokarmowym. Reakcję fosforylazy powtarza się, aż 4 reszty glukozy pozostaną do punktu rozgałęzienia. Następnie enzym alfa (1? 6) -glukozydaza przenosi enzym triglukozowy na koniec sąsiedniego łańcucha, a czwarta reszta glukozy, związana wiązaniem alfa-1,6-glikozydowym, rozszczepia się w sposób hydrolityczny w postaci wolnej glukozy. Następnie fosforylaza glikogenowa katalizuje rozszczepienie reszt glukozy do nowego punktu rozgałęzienia.
Cząsteczki glukozo-1-fosforanu są przekształcane w glukozo-6-fosforan pod wpływem fosfoglukomutazy, która katalizuje tę samą reakcję w przeciwnym kierunku podczas biosyntezy glikogenu. Przejście glukozo-6-fosforanu do wolnej glukozy nie może być przeprowadzone przez reakcję heksokinazy, ponieważ jest nieodwracalna. W wątrobie i nerkach znajduje się enzym glukozo-6-fosfataza, który katalizuje reakcję hydrolizy glukozo-6-fosforanu do glukozy. Wolna glukoza przenika do krwi i wchodzi do innych narządów. W mięśniach, mózgu i innych tkankach nie ma glukozo-6-fosfatazy. Tak więc glikogen wątroby służy jako źródło glukozy dla całego organizmu, a glikogen mięśni i mózgu rozkłada się na glukozo-6-fosforan, który jest wykorzystywany w tych tkankach.
Rozkład glikogenu na kwas mlekowy (glikogenoliza)
Glukoza pochodząca z krwi i pozostałości glukozy z osadzonego glikogenu służą jako substrat glikolizy mięśniowej. Z powodu sekwencyjnego działania fosforylazy glikogenu i fosfoglucomutazy, reszty glikogenu glikogenu są przekształcane w glukozo-6-fosforan, który jest następnie włączany do procesu glikolizy:
Jeśli chodzi o glikogenolizę, ATP jest zużywany tylko raz w celu utworzenia 1,6-difosforanu fruktozy. Jeśli weźmiemy pod uwagę koszty ATP dla biosyntezy glikogenu (dwie cząsteczki ATP do włączenia jednej reszty glukozy), to wydajność netto wynosi tylko 1 cząsteczka ATP na 1 resztę glukozy. Zużycie ATP w syntezie glikogenu w mięśniach odbywa się w spoczynku, gdy odkładanie glikogenu jest wystarczająco zaopatrzone w tlen i energię. A podczas intensywnych ćwiczeń beztlenowy rozkład glikogenu do kwasu mlekowego powoduje większą wydajność ATP niż rozkład glukozy.