Tiedetään, että fosforolyyttisellä hajoamisella on keskeinen rooli polysakkaridien mobilisoinnissa.
Kuva 10.1. Glukoosin fosforolyyttisen katkaisun hormonaalinen säätely glykogeenistä.
Fosforylaatit muuttavat polysakkarideja (erityisesti glykogeeniä) varastomuodosta metabolisesti aktiiviseen muotoon; fosforirilylaasin läsnä ollessa glykogeeni hajoaa muodostaen glukoosifosfaatin (glukoosi-1-fosfaatti) hajottamatta sitä ensin polysakkaridimolekyylin suuremmiksi fragmenteiksi. Yleisesti ottaen tämä reaktio voidaan esittää seuraavasti:
missä (C6H10oi5)n tarkoittaa glykogeenipolysakkaridiketjua ja (C6H10oi5)n-1,- sama ketju, mutta lyhennetty yhdellä glukoosijäännöksellä.
Kuviossa 1 10.1 kuvaa glykogeenin hajoamisen prosessia glukoosi-1-fosfaatiksi ja cAMP: n osallistumista tähän prosessiin. Fosforylaasientsyymi esiintyy kahdessa muodossa, joista yksi (fosforylaasi a) on aktiivinen, kun taas toinen (fosforylaasi b) on yleensä inaktiivinen. Molemmat muodot voivat hajota alayksiköiksi. Fosforylaasi b koostuu kahdesta alayksiköstä ja fosforylaasista a - neljästä. Fosforylaasin b konversio fosforylaasiksi a suoritetaan proteiinifosforylaatiolla:
2 Fosforylaasi b + 4 ATP -> Fosforylaasi a + 4 ADP.
Tätä reaktiota katalysoi entsyymi, jota kutsutaan fosforylaasikinaasiksi b. On todettu, että tämä kinaasi voi esiintyä sekä aktiivisissa että inaktiivisissa muodoissa. Inaktiivinen fosforylaasikinaasi muunnetaan aktiiviseksi proteiiniksi entsyymiproteiinikinaasin (fosforylaasikinaasi-kinaasi), eikä vain proteiinikinaasin, vaan cAMP-riippuvaisen proteiinikinaasin vaikutuksesta.
Jälkimmäisen aktiivinen muoto muodostuu osallistumalla cAMP: iin, joka puolestaan muodostuu ATP: stä adenylaattisyklaasin vaikutuksesta, jota stimuloi erityisesti adrenaliini ja glukagoni. Adrenaliinipitoisuuden lisääntyminen veressä johtaa tähän monimutkaiseen reaktioketjuun fosforylaasin b muuntumiseen fosforylaasiksi a ja siten glukoosin vapautumiseksi glukoosi-1-fosfaatin muodossa vara-glykogeenipolysakkaridista. Fosforylaasin a käänteinen konversio fosforylaasiksi b katalysoituu fosfataasientsyymillä (tämä reaktio on lähes peruuttamaton).
Glykogeenin fosforolyyttisen hajoamisen tuloksena muodostunut glukoosi-1-fosfaatti muunnetaan glukoosi-6-fosfaatilla fosfoglukomutaasin vaikutuksesta. Tämän reaktion suorittamiseksi tarvitaan fosforyloitua fosfoglukomutaasin muotoa, so. sen aktiivinen muoto, joka muodostuu, kuten on todettu, glukoosi-1,6-bisfosfaatin läsnä ollessa.
Vapaan glukoosin muodostuminen glukoosi-6-fosfaatista maksassa tapahtuu glukoosi-6-fosfataasin vaikutuksesta. Tämä entsyymi katalysoi hydrolyyttistä fosfaatin pilkkoutumista:
Rasva-nuolet osoittavat rappeutumisreittiä, ohutta - synteesireittiä. Numerot osoittavat entsyymejä: 1 - fosforylaasi; 2 - fos-glyukomutaasi; 3 - glukoosi-6-fosfataasi; 4 - heksokinaasi (glukokinaasi); 5 - gluko-zo-1-fosfaatti-uridyylitransferaasi; 6 - glyko-syntaasi.
Huomaa, että fosforyloidun glukoosin, ei-luokiteltua glukoosia, ei voida helposti levittää soluista. Maksassa on glukoosi-6-fosfataasin hydrolyyttinen entsyymi, joka antaa mahdollisuuden vapauttaa glukoosia nopeasti tästä elimistöstä. Lihaskudoksessa glukoosi-6-fosfataasi on käytännössä poissa.
Kuviossa 1 10.2 heijastavat ajatuksia glykogeenin hajoamisesta ja synteesistä maksassa.
Voidaan katsoa, että glukoosipitoisuuden pysyvyyden säilyttäminen veressä on seurausta kahden prosessin samanaikaisesta virtauksesta: glukoosin pääsy verestä maksasta ja sen kulutus verestä kudoksissa, jossa sitä käytetään pääasiassa energisenä materiaalina.
Kudoksissa (mukaan lukien maksassa) glukoosin hajoaminen tapahtuu kahdella tavalla: anaerobinen (hapen puuttuessa) ja aerobinen, joiden käyttöön tarvitaan happea.
Glykogenolyysi (glykogeenin jakautuminen)
Glykogenolyysi voidaan suorittaa joko hydrolyysillä (amylaasientsyymien vaikutuksen alaisena) tai fosforolyysillä.
Fosforolyysi on glykogeenin hajoamisen pääreitti, jota katalysoi glykosogeenifosforylaasientsyymi, joka kuuluu transferaasiluokkaan. Fosforylaatit muuntavat polysakkarideja varastomuodosta metabolisesti aktiiviseksi. Glykogeenifosforylaasi irrottaa glukoosijäännökset glykogeenipolyglykosidiketjusta ja siirtää ne fosforihappomolekyyliin glukoosi-1-fosfaatin muodostamiseksi:
Glukoosi-1-fosfaatti isomeroidaan nopeasti ja muuttuu glukoosi-6-fosfaatiksi fosfoglukomutaasin vaikutuksesta:
Tässä vaiheessa glykogeenin hajoaminen lihaskudoksessa.
Maksassa glukoosi-6-fosfaatti muodostaa vapaan glukoosin glukoosi-6-fosfataasin vaikutuksesta. Tämä entsyymi katalysoi hydrolyyttistä fosfaatin pilkkoutumista:
Fosforyloitu glukoosi, toisin kuin vapaa, ei voi helposti diffundoitua soluista. Siksi lihasglykogeenin tehtävä on, että se on helposti saatavilla oleva glukoosilähde itse lihakselle. Maksa sisältää glukoosi-6-fosfataasin hydrolyyttistä entsyymiä, joka mahdollistaa glukoosin nopean vapautumisen tästä elimistöstä veriin ja muiden kudosten (mukaan lukien lihas) käyttöä. Maksa glykogeeniä käytetään säilyttämään veren glukoosipitoisuuden suhteellinen pysyvyys.
Glyogeenin synteesi ja liukeneminen.
Glykogeeni on eläinten ja ihmisten solujen pääasiallinen polysakkaridi, koska se liukenee huonosti veteen eikä vaikuta solun osmoottiseen paineeseen, joten glykogeeni kerrostuu soluun eikä vapaaseen glukoosiin.
Glykogeenin haarautunut rakenne luo suuren määrän terminaaleja. Tämä edistää sellaisten entsyymien työtä, jotka pilkkovat tai kiinnittävät monomeerejä glykogeenin hajoamisen tai synteesin aikana, koska nämä entsyymit voivat samanaikaisesti toimia useilla glykogeenimolekyylin haaroilla.
Glykogeeni kerrostuu pääasiassa maksassa ja luustolihaksessa. Glykogeeni varastoidaan solujen sytosoliin rakeiden muodossa. Jotkin glykogeenin metaboliaan liittyvät entsyymit liittyvät myös rakeisiin, mikä helpottaa niiden vuorovaikutusta substraatin kanssa. Glykogeenin synteesi ja hajoaminen etenee eri metabolisilla reiteillä (kuva 4).
Glykogeeni syntetisoidaan ruoansulatuksen aikana (1-2 tuntia hiilihydraatti- elintarvikkeiden nauttimisen jälkeen). Glyogeenin synteesi vaatii energiaa. Kun kytket yhden monomeerin sisään
esiintyy polysakkaridiketjun 2 reaktioita, jotka liittyvät ATP: n ja UTP: n menoihin (reaktiot 1 ja 3).
Glukoosi-6-fosfaatin (heksokinaasireaktio) muodostumisen jälkeen fosforihappotähteen intramolekyylinen siirto kuudennesta sijainnista ensimmäiseen tapahtuu. Tämä muodostaa glukoosi-1-fosfaatin:
Glukoosi-6-fosfaatin isomeroinnin jälkeen glukoosi-1-fosfaatiksi glukoosifragmentin lisäaktivointi etenee. Tässä tapauksessa kuluu 1 UTP-molekyyli, joka vastaa ensimmäisen ATP-molekyylin menoja. Tämän tuloksena muodostuu aktivoitu muoto - UDP-glukoosi (kuvio 4).
Sitten UDP: n avulla glukoosijäännös siirretään glykogeenimolekyyliin. Glykogeeniketjun laajentamista katalysoi glykogeenisyntaasientsyymi. Siten glykogeeniketju muuttuu 1 glukoosifragmentiksi pidemmäksi. Glykogeeni, toisin kuin kasvitärkkelys, on haaroittuneempi. Haarojen muodostamiseksi on erityinen entsyymi, jota kutsutaan "glykogeenin haaroittuneeksi entsyymiksi".
Glyogeenimolekyyliä ei syntetisoida "nollasta", vaan jo olemassa olevan ketjun fragmentin asteittainen pidentyminen tapahtuu: "siemen" tai alukkeen. Ja glykogeenin hajoamisen myötä sen molekyylien täydellinen tuhoutuminen ei tapahdu koskaan.
Yhden glukoosijäännöksen sisällyttämiseksi glykogeenimolekyyliin solu kuluttaa 2 ATP-molekyyliä. Kun glykogeeni hajoaa, tämä ATP ei regeneroi, mutta vain F vapautuu.n (epäorgaaninen fosfaatti).
Tärkein glykogeenisynteesin entsyymi on glykogeenisyntaasi. Tämä on ”toissijainen ohjauspiste” (kuva 5).
Glykogeenisyntaasin säätely: se aktivoituu ylimääräisellä glukoosi-6-fosfaatilla. Siksi, jos glukoosi-6-fosfaattia käytetään hitaasti muilla tavoilla, sen pitoisuuden nousu johtaa glykogeenisynteesin nopeuden kasvuun. Glykogeenisyntaasin katalysoima reaktio on peruuttamaton.
Glykogeenin mobilisointi tapahtuu pääasiassa aterioiden välillä ja kiihtyy fyysisen työn aikana. Tämä prosessi tapahtuu poistamalla peräkkäin glukoositähteet glukoosi-1-fosfaatin muodossa käyttäen glykogeenifosforylaasia (kuvio 4). Tämä entsyymi ei pilkkoa a-2,6-glykosidisidoksia haaroituspaikoilla, joten tarvitaan vielä kaksi entsyymiä, minkä jälkeen haaroituspisteessä oleva glukoosijäännös vapautuu vapaan glukoosin muodossa (reaktiot 2, 3). Glykogeeni hajoaa glukoosi-6-fosfaatiksi ilman ATP: n kustannuksia.
Glykogeenifosforylaasin säätely: ylimääräisen ATP: n inhiboima ylimääräinen ADP.
Glyogeenin hajoamisella maksassa ja lihaksissa on yksi erottava reaktio, joka johtuu fosfataasi-glukoosi-6-fosfaatin entsyymin esiintymisestä maksassa (taulukko 1).
Taulukko 1.
Glukoosi-6-fosfataasin esiintyminen maksassa määrää maksan glykogeenin pääfunktion - glukoosin vapautumisen veriin aterioiden välillä ja sen käytön muissa elimissä. Siten maksan glykogeenin mobilisointi tuottaa veren glukoositason vakiotasolla. Tämä seikka on muiden elinten ja erityisesti aivojen työn edellytys. 10–18 tunnin kuluttua aterian jälkeen maksassa olevat glykogeenivarastot ovat merkittävästi tyhjentyneet, ja paasto 24 tuntia johtaa sen täydelliseen häviämiseen. Glukoosi-6-fosfataasia löytyy myös munuaisista ja suoliston soluista.
Lihas glykogeenin tehtävänä on vapauttaa glukoosi-6-fosfaatti, jota käytetään itse lihaksessa hapettumista ja energiaa varten,
Glyogeenin synteesimenetelmien vaihtaminen ja maksan mobilisointi tapahtuu silloin, kun ruuansulatuksen tila adsorboitumisen jälkeisenä ajanjaksona tai lepotila lihas-työtilassa. Insuliini, glukagoni ja adrenaliini ovat mukana näiden metabolisten reittien vaihtamisessa maksassa, ja lihaksissa on mukana insuliini ja adrenaliini.
Näiden hormonien vaikutus glykogeenin synteesiin ja hajoamiseen suoritetaan muuttamalla vastakkaiseen suuntaan kahden avainentsyymin - glykogeenisyntaasin ja glykogeenifosforylaasin - aktiivisuutta niiden fosforylaation ja defosforylaation avulla.
Insuliinin ja glukagonin synteesin ensisijainen signaali on veressä olevan glukoosipitoisuuden muutos. Insuliini ja glukagonit ovat jatkuvasti läsnä veressä, mutta kun ne muuttuvat imukykyisestä tilasta imeytymistilaan, niiden suhteellinen pitoisuus, insuliini-glukagoni -indeksi, muuttuu. Täten maksan pääasiallinen vaihtokerroin on insuliini-glukagoni -indeksi.
Adsorptiovaiheessa insuliini- glukagoni-indeksi laskee ja glukagonin vaikutus, joka stimuloi glykogeenin hajoamista maksassa, on ratkaiseva tekijä. Glukagonin vaikutusmekanismi käsittää reaktioiden kaskadin, joka johtaa glykogeenifosforylaasin aktivoitumiseen.
Ruuansulatusjakson aikana insuliinin vaikutus on vallitseva, koska insuliinin ja glukagonin indeksi tässä tapauksessa nousee. Insuliinin vaikutuksen alaisena:
a) glukoosin kuljetuksen stimulointi lihassoluiksi;
b) entsyymien aktiivisuuden muuttaminen fosforylaation ja defosforylaation avulla. Esimerkiksi insuliini aktivoi fosfodiesteraasia ja vähentää cAMP: n pitoisuutta solussa. Lisäksi insuliini aktivoi glykogeenisyntaasifosfataasia, jälkimmäinen defosforyloituu ja aktivoituu;
c) muuttamalla tiettyjen entsyymien määrää indusoimalla ja tukahduttamalla niiden synteesi. Esimerkiksi insuliini indusoi glukokinaasisynteesiä, mikä nopeuttaa glukoosifosforylaatiota maksassa.
Adrenaliinilla on samanlainen vaikutusmekanismi maksan soluihin glukagonilla, mutta on mahdollista sisällyttää toinen efektorisignaalinsiirtojärjestelmä maksasoluun. Reseptorityyppi, jolla adrenaliini vuorovaikutuksessa määrittää, mikä järjestelmä on käytössä. Siten adrenaliinin vuorovaikutus maksa-solujen b-reseptoreiden kanssa aktivoi adenylaattisyklaasijärjestelmän. Adrenaliinin ja a-reseptorien vuorovaikutus sisältää hormonaalisen signaalin transmembraanisen siirron inositolifosfaatin mekanismin. Molempien järjestelmien toiminnan tuloksena on avainentsyymien fosforylaatio ja glykogeenisynteesin vaihtaminen sen hajoamiseen (kuvio 6, 7).
Lihaksen glykogeenifosforylaasin adrenaliinin aktivoituminen tapahtuu eri tavalla, koska lihassupistukset stimuloivat glykogeenin hajoamista luuston lihaksissa. Fosforylaasikinaasi (Ca 2+ -eristävä) aktivoituu lihaksen työn aikana hermoimpulssien vaikutuksen alaisena, koska kalsiumionien pitoisuus sarkoplasmassa tässä tapauksessa kasvaa. Tämä on toinen mekanismi, jolla nopeutetaan glykogeenin hajoamista lihassa. Adrenaliinin vaikutus lihaksiin johtaa myös cAMP-riippuvaisen proteiinikinaasien aktivoitumiseen ja fosforylaasin aktivoitumiseen sen fosforylaation avulla (kuvio 8).
Kun signaali lähetetään hormonista solunsisäisten välittäjien kautta, sen huomattava monistuminen tapahtuu, joten glykogeenifosforylaasin aktivointi minkä tahansa signaalinsiirtojärjestelmän osallistuessa soluun mahdollistaa nopean glukoosimäärän muodostamisen nopeasti glykogeenistä. Lihaksissa tämä on erittäin tärkeää, kun suoritetaan intensiivistä työtä stres- sissä, esimerkiksi kun vaara on poistumassa.
Kun lihakset ovat kohtalaisen suuria, toinen mekanismi glykogeenifosforylaasiaktiivisuuden säätelyyn - allosteerinen säätely ATP: n (AMP) hajoamistuotteilla.
Siirryttäessä imeytyvästä tilasta absorboivaan tilaan tai lihaksen työn päätyttyä hormonien eritys pysähtyy ja koko järjestelmä palaa alkuperäiseen inaktiiviseen tilaansa. Adenylaattisyklaasi ja fosfolipaasi C inaktivoidaan. fosfodiesteraasi tuhoaa cAMP: n, joka aiheuttaa kaikkien kaskadin solunsisäisten entsyymien siirtymisen inaktiiviseen muotoon.
Glykogeenin synteesinopeuden ja hajoamisen säätelyn merkitys maksassa on varmistaa glukoosipitoisuuden pysyvyys veressä. Glikogeenin aineenvaihdunnan säätely lihaksissa tarjoaa energisen materiaalin, jolla on sekä voimakasta lihastyötä että energiankulutusta levossa.
Lihas glykogeenin hajoaminen
Fosforylaasi on avain (eli rajoittava ja säätelevä) entsyymi glykogeenin hajoamiselle.
Glykogeenifosforylaasin säätely: ylimääräisen ATP: n inhiboima ylimääräinen ADP.
G b f - p u t b. (hiilihydraattien hajoamisen heksa-bisfosfaattireitti)
HBF-PATH: N BIOLOGINEN MERKITYS.
1. Tämä on tärkein tapa hajottaa hiilihydraatit lopputuotteiksi. Monissa soluissa tämä on ainoa tapa. Joten 70-75% soluun tulevasta glukoosista hajoaa.
2. Vain HBP-reitti antaa solun energialle ATP: n. Tämä on solun tärkein energialähde.
3. Tämä on pisin hiilihydraattien hajoamistie.
GBF-polku, joka on jaettu kolmeen vaiheeseen.
Ensimmäinen vaihe tapahtuu sytoplasmassa, antaa 8 ATP-molekyyliä yhden glukoosimolekyylin tai 9ATP: n hajoamisen aikana glykogeenin yhden glukoosifragmentin hajoamisen aikana. Päätyy 2 pyruvaattimolekyylin (PVK) muodostumiseen.
2. ja 3. vaihe - (yksinomaan aerobinen!) Mitokondrioissa, joissa on pakollinen hapen osallistuminen, anna 30 ATP glukoosimolekyyliä kohti.
GBF-reitin 2. vaihetta kutsutaan "pyruvaatin oksidatiiviseksi dekarboksyloinniksi", ja pyruvaatti dehydrogenaasikompleksi katalysoi (ks. Luentoja "Biologinen hapetus" - laajennettu ketju mitokondrioiden hapetuksesta). Toisessa vaiheessa kaksi vetyatomia otetaan PVC-molekyylistä pois ja pyruvaatti muunnetaan asetyyli-koentsyymiksi A (AcCoA), CO hajotetaan samanaikaisesti.2. Kaksi vetyatomia siirtyy NAD: iin, ja sitten mitokondriaalisen hapettumisen ketju siirretään O: han2 muotoon H2O ja 3 ATP-molekyyliä. Siksi perustuen toisen alkupe- räisen glukoosin molekyyliin toinen vaihe antaa 6 ATP: tä.
Kolmannen vaiheen syöttää molekyyli AcetylKoA, joka muodostuu toisen vaiheen tuloksena. Tätä kolmatta vaihetta kutsutaan trikarboksyylihapposykliksi (TCA) (ks. Luennot "Mitokondrioiden hapetus"). Tässä jaksossa AccoA lohkeaa täysin CO: ksi2 ja H2A. Samanaikaisesti muodostuu 12 ATP: tä per akumolekyyli, joka on tullut sykliin. Jos olet laskenut yhden glukoosimolekyylin, niin kolmannessa vaiheessa 24 muodostuu ATP.
Ensimmäinen vaihe kulkee 10 välivaiheessa. Tämän vaiheen ensimmäisen osan aikana glukoosimolekyyli jaetaan kahteen tai kahteen fosfoglyseraldehydimolekyyliin (PHA).
VAIHEEN ENSIMMÄISEN OSAN OMINAISUUDET:
Heksokinaasi (GC) toimii heikentääkseen vahvaa glukoosimolekyyliä:
Toinen reaktio - isomerointi:
Kolmannessa vaiheessa fosfofruktokinaasi (PFK) heikentää edelleen fruktoosi-6-fosfaattia ja muodostuu fruktoosi-1,6-bisfosfaatti:
Fosfofrukokinaasi on HBP-reitin keskeinen entsyymi. Se on ”toissijainen ohjauspiste”. Vmax FFK yli Vmax CC. Siksi, kun glukoosi tulee paljon, GC rajoittaa koko GBF-reitin nopeutta.
Ylimäärä ATP: tä ja ylimäärä sitraattia inhiboivat voimakkaasti FPC: tä. Näissä olosuhteissa FFK tulee heksokinaasin sijasta HBP-reitin rajoittavaksi entsyymiksi. PFK: n estymisen vuoksi kumuloituvat glukoosi-6-fosfaatti (G-6-F) ja fruktoosi-6-fosfaatti (P-6-F). G-6-F inhiboi heksokinaasia, vähentää solun glukoosin käyttöä ja samanaikaisesti aktivoi glykogeenisyntaasia.
Jos ATP: tä ja sitraattia ei ole ylimäärin, mutta ADP: tä on ylimäärin, ADP aktivoi PFC: n ja sitten koko BKT-reitin nopeus rajoitetaan jälleen heksokinaasilla.
Fosfofrukokinaasireaktion tuloksena fruktoosi-1,6-bisfosfaatin molekyyli destabiloituu (heikkenee) siten, että se hajoaa välittömästi 2 trioosiksi aldolaasin entsyymin (neljäs reaktio) kanssa:
Vain PHA siirtyy HBP-polun seuraavaan (kuuteen) reaktioon. Tämän seurauksena sen pitoisuus pienenee ja viidennen reaktion tasapaino siirtyy kohti PHA: n muodostumista. Vähitellen koko FDA siirtyy PHA: han, ja sen vuoksi ATP: n, joka on syntetisoitu HBP-reitin myöhemmissä reaktioissa, määrä otetaan huomioon laskemalla kaksi PHA-molekyyliä ja muita siitä muodostuvia välituotemateriaaleja.
Ensimmäisen vaiheen ensimmäisessä osassa (glukoosista PHA: een) kulutetaan 2 ATP-molekyyliä: yksi heksokinaasireaktiossa, toinen fosfofrukokinaasissa (kolmas reaktio HBP-reitin ensimmäisessä vaiheessa). Ensimmäisen vaiheen toinen osa alkaa PHA: n hapetuksesta FGK: ksi (fosfoglyserihappo) kuudennessa reaktiossa.
Tätä reaktiota katalysoi glyseraldehydifosfaattihydrogenaasientsyymi. Hajotettava vety siirretään NAD: iin NADH: n muodostumisen myötä2. Tämän hapettumisen aikana vapautuva energia riittää myös varmistamaan fosfaatin lisäämisen aldehydiryhmään. Fosfaatti lisätään makroergisella sidoksella. Tämän tuloksena muodostuu 1,3-difosflylyseriinihappo (1,3-bisfosflylyseraatti).
7. reaktio: substraatin fosforylaatio.
Suuri energiaan sitoutunut fosfaatti siirretään ADP: hen ATP: n muodostamiseksi. Seitsemännen vaiheen tuloksena fosforiglysiinihappomolekyyliin jää 1 fosforihappotähde.
8. reaktio: Fosfaatti siirretään 3. sijasta toiseen ja muodostuu 2-fosfoglyserihappo.
H poistetaan 2-fosfoglyseriinihaposta2A. Tämä johtaa molekyylienergian jakautumiseen uudelleen. Tämän seurauksena energia kerääntyy toisessa asennossa olevaan fosfaattiin ja sidos muuttuu makro- gergiseksi. Se osoittautuu fosfoenolipyruvaatista (PEP).
10. reaktio: Substraatin fosforylaatio. Fosfaatti siirretään ADP: hen ATP: n muodostamiseksi. FEP muunnetaan PVK: ksi (pyruvihappo).
Tässä GDF-polun tässä vaiheessa 1 PEC jättää mitokondriot ja siirtyy GDF-polun toiseen vaiheeseen.
Ensimmäisen vaiheen tulokset: 10 reaktiota, joista ensimmäinen, kolmas ja kymmenes reaktio ovat peruuttamattomia. Ensinnäkin 2 ATP: tä kulutetaan 1 glukoosimolekyyliä kohti. Sitten PHA hapetetaan. Energia syntyy kahden substraattifosforylaatioreaktion aikana: 2 ATP muodostuu kussakin niistä. Näin ollen kullekin glukoosimolekyylille (2 PHA-molekyylille) 4 ATP saadaan substraattifosforylaatiolla.
Kaikkiaan kaikki 10 vaihetta voidaan kuvata seuraavalla yhtälöllä:
NADH2 mitokondriaalisen hapetuksen (MTO) järjestelmä siirtää vetyä ilmaan happeen muodostaen H: n2O ja 3 ATP, mutta vaihe 1 etenee sytoplasmassa ja NADH: ssa2 ei voi kulkea mitokondriaalisen kalvon läpi. Siirtymämekanismit takaavat tämän siirtymisen NADH2 mitokondriaalisen kalvon kautta - malaatti-aspartaatti-shuttle ja glyserofosfaatti shuttle (ks. luennot "Biologinen hapetus").
Yhden glukoosimolekyylin perusteella 2 NADN2.
2 ATP: n lisäksi, joka on saatu ensimmäisessä vaiheessa substraattifosforylaatiolla, muodostuu vielä 6 ATP: tä, johon osallistuu happea, yhteensä 8 ATP-molekyylille. Niin paljon ATP: tä muodostuu kutakin glukoosimolekyyliä kohti, joka on pilkottu ennen PVC: tä HBP-reitin ensimmäisessä vaiheessa.
Jos nämä 8 ATP: tä lisätään 30 ATP-molekyyliin, jotka muodostuvat 2. ja 3. vaiheeseen, koko HBP-reitin kokonaisenergian tulos on 38 ATP glukoosimolekyyliä kohti, jaettu CO: ksi2 ja H2A. Näissä 38 ATP: ssä on 65 prosenttia energiasta, joka vapautuisi, kun glukoosia poltetaan ilmassa. Tämä osoittaa GBF-reitin erittäin korkean tehokkuuden.
38: sta ATP: stä suurin osa niistä on muodostettu toisessa ja kolmannessa vaiheessa. Jokainen näistä vaiheista on täysin peruuttamaton ja vaatii hapen pakollista osallistumista, koska näiden vaiheiden hapettumisvaiheet liittyvät mitokondrioiden hapettumiseen (ilman sitä on mahdotonta). Koko HBP-reitti glukoosista tai glykogeenistä CO: iin2 ja H2Tietoa kutsusta: AUROBINEN HÄVITTÄMINEN CARBOHYDRATE.
HBP-reitin ensimmäisen vaiheen keskeiset entsyymit: HEXOKINASE ja fosforiproteiinikinaasi.
Toinen keskeinen linkki sijaitsee TsTK: ssa (3. vaiheen GBF-polku). Kolmannen vaiheen avainkytkentä on välttämätön, koska TCA-sykliin menevä ACCoA muodostuu paitsi hiilihydraateista myös rasvoista ja aminohapoista. Täten TCA on lopullinen "kattilan", joka polttaa hiilihydraattien, rasvojen ja proteiinien asetyylijäännöksiä. TsTK yhdistää kaikki metaboliitit, jotka muodostuvat hiilihydraattien, rasvojen ja proteiinien hajoamisessa.
TCA: n tärkeimmät entsyymit: sitraattisyntetaasi ja isositraattidehydrogenaasi. Molemmat entsyymit inhiboituvat ylimääräisellä ATP: llä ja ylimääräisellä NADH: lla.2. Isocitrate dehydrogenase aktivoidaan ylimääräisellä ADP: llä. ATP estää näitä entsyymejä eri tavoin: ATP inhiboi isositraattidehydrogenaasia paljon voimakkaammin kuin sitraattisyntaasi. Siksi ATP: n ylimäärällä kumuloituvat välituotteet: sitraatti ja isositraatti. Näissä olosuhteissa sitraatti voi päästä sytoplasmaan pitoisuusgradientissa.
HBP-reitin toinen ja kolmas vaihe esiintyvät mitokondrioissa ja ensimmäinen sytoplasmassa.
Ensimmäinen vaihe erotetaan toisesta ja kolmannesta vaiheesta mitokondriaalisella kalvolla.
Siksi ensimmäinen vaihe voi suorittaa erityistoimintojaan. Nämä toiminnot
Glykogeenin hajoaminen.
Glykogeenin hajoaminen glukoosin muodostuessa tapahtuu aterioiden, fyysisen työn ja stressin välisenä aikana.
Glukogeenin mobilisoinnin keinot:
2. Glyogeenin hajoamisen amylolyyttinen reitti tapahtuu entsyymin amylaasin osallistumisen yhteydessä.
Fosforolyyttinen polku - glykogeenin hajoamisen pääreitti glukoosin muodostuessa:
Lihaskudoksessa ei ole glukoosi-6-fosfataasin entsyymiä, joten lihaksen glykogeeni ei hajoa
glukoosin muodostuminen, ja se hapetetaan tai aerobinen tai anaerobinen energian vapauttamisen myötä. kautta
10-18 tuntia aterian jälkeen maksassa olevat glykogeenivarastot ovat huomattavasti heikentyneet.
Verensokeritasojen säätäminen. Keskushermoston rooli, insuliinin, adrenaliinin, glukagonin, t
Kasvuhormoni, glukokortikoidit, tyroksiinit ja niiden vaikutus hiilihydraatin metabolian tilaan.
Hiilihydraatin aineenvaihdunnan säätelyssä johtava asema kuuluu keskushermostoon. Veren glukoosipitoisuuden väheneminen johtaa lisääntyneeseen adrenaliinin, glukagonin, erittymiseen, joka näiden hormonien (maksan) kohde- elimeen pääsemiseksi tunnistetaan maksasolukalvojen reseptorit ja aktivoi entsyymimembraanin adenylaattisyklaasia, joka käynnistää glykogeenin hajoamiseen johtavan mekanismin glukoosin muodostamiseksi.
Kaavio adrenaliinin ja glukagonin vuorovaikutusmekanismista solun kanssa:
Adrenaliini - lisää glukoosin tasoa aktivoimalla fosforylaasientsyymiä (adenylaattisyklaasijärjestelmä), joka johtaa glykogeenin hajoamiseen glukoosin muodostuessa, estää glykogeenisyntaasin entsyymin, ts. glykogeenisynteesi.
Glukagoni - toimii kuten adrenaliini, mutta se aktivoi myös glukoneogeneesin entsyymit.
Glukokortikoidit - lisäävät veren glukoosipitoisuuksia glukooneenien entsyymien synteesin indusoijina.
GH aktivoi glukoogeneesiä, tyroksiini aktivoi insuliinia, joka hajottaa insuliinin, vaikuttaa glukoosin imeytymiseen suolistossa.
Glykogenoosi (glykogeenikertymän tauti) johtuu glykogeenin hajoamiseen osallistuvien entsyymien puutteesta. Esimerkiksi Gyrke-tauti liittyy glukoosi-6-fosfataasin entsyymin puuttumiseen, jolloin glykogeenin kertyminen maksaan, hypoglykemiaan ja sen seurauksiin on liiallinen. Mac-Ardlan tauti: syy on fosforylaasin puuttuminen lihaskudoksessa. Samalla veren glukoosipitoisuus on normaali, mutta lihaskudoksen heikkous havaitaan ja kyky suorittaa fyysistä työtä vähenee. Andersenin tauti liittyy haaroittavan entsyymin puutteeseen, joka johtaa glykogeenin kertymiseen maksassa hyvin pitkillä ulkoisilla ja harvinaisilla haarapisteillä, minkä seurauksena keltaisuus, maksakirroosi, maksan vajaatoiminta ja kuolema (haaroittumaton glykogeeni tuhoaa hepatosyytit).
2.5 Veren glukoosipitoisuus pidetään koko päivän ajan tasaisena 3,5 - 6,0 mmol / l. Syömisen jälkeen glukoositaso nousee tunnin sisällä 8 mmol / l: iin ja palautuu sitten normaaliksi. Elimistössä ylläpidetään vakio glukoositaso veressä neurohumoraalisten mekanismien olemassaolon vuoksi. Hiilihydraatin metabolian tilan pääindikaattori on veren ja virtsan glukoosipitoisuus.
HYPERGLICEMIA on tila, jossa glukoositasot ovat normaalia korkeampia. syistä:
1. Fysiologinen - ruokavalio, emotionaalinen.
2. Patologinen - diabetes; steroidi-diabetes (Itsenko-Cushing) - lisämunuaisen kuoren glukokortikoidien hyperproduktio; adrenaliinin, glukagonin, kilpirauhashormonin tyroksiinin hyperproduktio.
HYPOGLIKEMIA - tila, jossa glukoositasot ovat alle normaalin. syistä:
1. Vähentynyt glukoosituotanto: maksan sairaudet, endokriiniset sairaudet (kasvuhormonin puutos, kortisoli), perinnölliset aineenvaihduntahäiriöt (glykogeenisyntetaasin puutos, galaktosemia, fruktoosi-intoleranssi, glykogenoosin maksan muodot).
2. Lisääntynyt glukoosin käyttö: rasvareservin väheneminen (aliravitsemus), rasvahappojen hapettumisen heikentyminen, β-solujen hyperplasia. Podge. rauhaset, insuliinin yliannostus, Addisonin tauti - glukokortikoidien hypoproduktit.
GLUCOSURIA - sokerin esiintyminen virtsassa. Jos glukoosipitoisuus veressä on 8-10 mmol / l, se rikkoutuu
glukoosin kynnysarvo ja se näkyy virtsassa. syistä:
- neurogeeninen stressaavien olosuhteiden perusteella
- akuutit tartuntataudit
2.6. Diabetes mellitus, patogeneesin biokemialliset ominaisuudet.
Tämä on sairaus, joka johtuu absoluuttisesta tai suhteellisesta insuliinin puutteesta.
Insuliini on ainoa hormoni, joka alentaa verensokeria. Movement:
-lisää solukalvojen läpäisevyyttä glukoosille rasvakudoksen ja lihaskudoksen soluissa, sen vaikutuksesta GLUT-4-transporteriproteiinit sekoitetaan sytoplasmasta solukalvoon, jossa ne yhdistyvät glukoosin kanssa ja kuljettavat sen solun sisällä;
-aktivoi heksokinaasi, frukokinaasi, pyruvaattikinaasi (stimuloi glykolyysiä);
-aktivoi glykogeenisyntetaasin (stimuloi glykogeenisynteesiä);
-aktivoi pentoosifosfaattidehydrogenaasireitin;
-kroonisen säätelyn mekanismilla se on heksokinaasin synteesin ja glukoneogeneesientsyymien synteesin repressorin indusoija (se estää gluko- geneesin);
-30% hiilihydraatteja lipideiksi;
-stimuloi TCA-sykliä aktivoimalla entsyymisyntetaasi, joka katalysoi asetyyliryhmän vuorovaikutuksen reaktion SchUK: n kanssa;
Diabetes mellitus (DM) luokitellaan geneettisten tekijöiden ja kliinisen kurssin erojen mukaan kahteen päämuodoon: tyypin I diabetes - insuliiniriippuvainen (IDDM) ja tyypin II diabetes - ei-insuliiniriippuva (NIDDM).
IDDM - haima, joka aiheutuu haiman Langerhansin saarekkeiden β-solujen tuhoamisesta autoimmuunireaktioiden, virusinfektioiden (isorokovirus, vihurirokko, tuhkarokko, sikotauti, adenovirus) vuoksi. Kun diabetes on pienentynyt insuliini- / glukagonisuhde. Samanaikaisesti glykogeeni- ja rasvapitoisuusprosessien stimulaatio heikkenee ja energiakantojen mobilisointi tehostuu. Jopa aterian jälkeen maksan, lihaksen ja rasvakudoksen toiminta postabsorboivassa tilassa.
Hyperglykemia - lisäys conc. verensokeri.
Se johtuu glukoosin käytön vähenemisestä kudoksissa insuliinin puutteen tai insuliinin biologisen vaikutuksen vähenemisen vuoksi kohdekudoksissa. Insuliinin puutteen vuoksi glukoosinsiirtoproteiinien (GLUT-4) lukumäärä insuliiniriippuvaisen solun (lihasten rasvakudos) kalvoissa vähenee. Lihaksissa ja maksassa glukoosia ei kerrosteta glykogeeninä. Rasvakudoksessa vähenee rasvan synteesin ja kerrostumisen nopeus. Glukonogeneesi aktivoituu aminohapoista, glyserolista ja laktaatista.
Glukosuria - glukoosin erittyminen virtsaan.
Normaalisti munuaisten proksimaaliset tubulot imevät takaisin kaikki glukoosit, jos sen taso ei ylitä 8,9 mmol / l. Glukoosipitoisuuden lisääminen veressä ylittää munuaisten kynnyksen pitoisuuden, joka aiheuttaa sen esiintyvän virtsassa.
Ketonemia - ketonirunkojen lisääntynyt pitoisuus veressä.
Rasvoja ei talleteta, mutta niiden katabolia kiihtyy. Esteröimättömien rasvahappojen pitoisuus kasvaa, mikä tarttuu maksaan ja hapettaa ne asetyyli-CoA: ksi. Asetyyli-CoA muunnetaan β-hydroksibutyyri- ja asetoetikkahapoksi. Acetoasetaatin dekarboksylointi asetoniksi tapahtuu kudoksissa, joten sen haju syntyy potilaista. Ketonikappaleiden pitoisuuden lisääminen veressä (yli 20 mg / l) johtaa ketonuriaan. Ketonikappaleiden kertyminen vähentää leikkauksen puskurikapasiteettia ja aiheuttaa happoosiota.
Insuliinipuutos johtaa proteiinisynteesin vähenemiseen ja lisäsi niiden hajoamista. Tämä aiheuttaa aminohappojen pitoisuuden lisääntymisen veressä, jotka deaminoituvat maksassa. Tuloksena oleva ammoniakki tulee ornitiinisykliin, mikä johtaa urean pitoisuuden lisääntymiseen veressä ja virtsassa - atsotemiassa.
Polyuria - lisääntynyt virtsaaminen (3-4l päivässä ja enemmän), koska glukoosi lisää osmoottista painetta.
Polydipsia - jatkuva jano, suun kuivuminen johtuen veden häviämisestä.
Polyphagy - nälkä, usein syöminen, mutta laihtuminen, koska Glukoosi ei ole energialähde - "nälän keskellä runsautta".
NIDDM - esiintyy suhteellisen insuliinin puutteen seurauksena:
- insuliinin erityshäiriöt
- proinsuliinin muuttuminen insuliiniksi
- insuliinin kataboliaa
-insuliinireseptorin vika, solunsisäisen insuliinisignaalin välittäjien vaurioituminen.
Se koskee yli 40-vuotiaita ihmisiä, joille on ominaista suuri perhemuoto. Suurin syy diabeteksen myöhäisiin komplikaatioihin on hyperglykemia, joka johtaa verisuonten vaurioitumiseen ja eri kudosten ja elinten toimintahäiriöihin. Yksi tärkeimmistä kudosvaurioiden mekanismeista diabetes mellituksessa on proteiinien glykosylaatio, joka johtaa niiden konformaation ja toimintojen muutokseen. Makroangiopatiat ilmentyvät sydämen, aivojen, alaraajojen (gangreeni) suurten ja keskisuurten alusten tappiossa. Mikroangiopatia on seurausta kapillaarien ja pienten astioiden vaurioitumisesta ja ilmenee nefron, neuron ja retinopatian muodossa. Mikroangiopatian esiintymisessä proteiinien glykosylaatiolla on tietty rooli, mikä johtaa nefropatian (munuaisten vajaatoiminnan) ja retinopatian (jopa näköhäviön) esiintymiseen.
Kollageeni muodostaa perustan kapillaaristen pohjakalvojen pohjalle. Glykosyloidun kollageenin lisääntynyt pitoisuus johtaa sen elastisuuden, liukoisuuden, ennenaikaiseen vanhenemiseen, supistusten kehittymiseen. Munuaisissa tällaiset muutokset johtavat glomerulien häviämiseen ja krooniseen munuaisten vajaatoimintaan.
Vaskulaariseen seinään kertyvät glykosyloituneet lipoproteiinit johtavat hyperkolesterolemian ja lipidien tunkeutumisen kehittymiseen. Ne toimivat ateromien perustana, verisuonten sävyjen rikkominen, joka johtaa ateroskleroosiin.
2.5 Glukoositoleranssin testaus.
Nielemisen jälkeen glukoosipitoisuus voi nousta 300-500 mg / dl ja pysyy korkeana adsorptioaikana, ts. glukoositoleranssi pienenee ja sitä havaitaan diabeteksen piilevän muodon tapauksessa. Näissä tapauksissa ihmisillä ei ole diabetekselle ominaisia kliinisiä oireita, ja glukoosipitoisuus paastossa on normaalia.
Suullinen glukoositoleranssitesti suoritetaan diabeteksen piilotetun muodon tunnistamiseksi. Voit tehdä tämän määrittämällä veren glukoosipitoisuuden. Tämän jälkeen potilas saa glukoosikuormituksen nopeudella 1 g painokiloa kohti, sitten 30 minuutin välein 3 tunnin ajan veren glukoosipitoisuus määritetään. Tulokset esitetään käyränä.
3. Laboratorio- ja käytännön työ:
3.1. Veren glukoosin määrittäminen käyttämällä One Touch ultra glukometriä.
Määrittele paasto-glukoosi opiskelijalla. Suorita analyysi. Tuo veripisara sormelle testiliuskaan testiliuskan yläosassa ja pidä sitä tässä asennossa, kunnes kapillaari on täysin täytetty. Raportti ilmestyy näyttöön 5 sekunnin ajan, minkä jälkeen näytetään glukoosipitoisuuden arvo mmol / l. Kun testiliuska on poistettu, laitteen näytöllä oleva kuva sammuu ja se on valmis seuraavaan analyysiin.
Työn eteneminen: Pese kätesi lämpimällä vedellä ja saippualla ja kuivaa huolellisesti. Käsittele sormea etyylialkoholilla kostutetulla puuvillapyyhkeellä ja kuivaa se. Steriili scarifier puhkaisee sormen ihon ja purkaa siitä tippa verta, jonka syötät testiliuskan kapillaariin. Käsittele sitten pistoskohta puuvillapyyhkeellä, joka on kostutettu etyylialkoholilla.
2. Anna juoman makeaa teetä.
3. Määritä glukoosipitoisuus 30 minuutin kuluttua kuorman ottamisesta.
4. Määritä glukoosipitoisuus 2,5 tunnin kuluttua kuorman ottamisesta.
Glykogeenin hajoaminen
Sisältö
Maksa on tärkein glykogeenireservin lähde. Paastoessaan erittyy glukagoni, joka stimuloi maksan glykogeenin hajoamista glukoosiksi. Glukoosi tulee verenkiertoon ja siirretään verenkiertoon aivoihin, missä se toimii energianlähteenä kyseiselle elimelle. Kun glykogeeni hajoaa maksassa, glukoosi-6-fosfataasi katalysoi glukoosi-6-fosfaatin konversiota glukoosiksi
Glykogeenin jakautuminen on normaalia
Glykogeeniä säilytetään lihaksissa ja maksassa. Paastoamisen aikana maksan glykogeeni kuluu ja lisääntyneen fyysisen aktiivisuuden aikana lihasglykogeeni kuluu.
Glykogenoosi Muokkaa
Kun glykogenoosi havaitsi glykogeenin varastoinnin rikkomuksia; Kuvassa 2 on esitetty neljä 12: sta 12: sta glykogeeni-tyypistä. 26.3- 26.6.
Lihakset käyttävät varastoitua glykogeeniä yksinomaan omiin tarpeisiinsa energialähteenä. Anaerobisissa olosuhteissa voimakkaita kuormituksia, esimerkiksi adrenaliinin vaikutuksesta (reaktio "pelasta itsesi tai taistele"). Erityisen voimakas anaerobinen glykolyysi tapahtuu valkoisissa lihaksissa. Lihaksissa ei ole glukoosia-6-fosfataasia.
Glykogenoosi tyyppi I (Girke-tauti). Perintöautomaattinen resessiivinen tyyppi. Sairaus johtuu glukoosi-6-fosfataasin puutoksesta maksassa. Tämän vuoksi maksa ei voi säätää glukoosipitoisuutta veressä, ja vastasyntyneillä kehittyy vakava hypoglykemia. Ylimääräinen glykogeeni varastoidaan maksassa ja munuaisissa. Glukoosi-6-fosfaatin kertymisen vuoksi kehittyy hyperlaktatiemia, hyperlipidemia, hyperurikemia ja kihti.
Tyypin II glykosoosi (Pompen tauti). Tyypin II glykogenoosi periytyy autosomaalisesti resessiivisesti. Taudin syy on a- (1-> 4) glukosidaasin, lysosomin entsyymin, happo. Glykogeenin kertymisen vuoksi kardiometria kehittyy 2-3 kuukauden kuluttua syntymästä. Lisäksi se vaikuttaa maksaan ja lihaksiin, mikä johtaa yleiseen lihasheikkouteen. Oletetaan, että glykogenoosin hoidossa tyypin II entsyymikorvaushoito on tehokas.
Tyypin III glykogenoosi (Cory-tauti) johtuu entsyymin puutteesta, jossa sekä maksa että muut elimet keräävät epänormaalin muodon glykogeenin jäännösdekstriinistä. Tämä on haarautunut molekyyli, jossa täysimittaisten haarojen sijasta a- (1-6 joukkovelkakirjojen kohdalla sijaitsevat lyhennetyt oksat. Taudille on ominaista hypoglykemia ja hepatomegalia)
Tyypin V glykogenoosi (Mac-Ardlan tauti) on periytynyt autosomaalisesti resessiivisesti. Syynä on lihasfosforylaasin (myofosforylaasi) puute. Tyypin V glykopoosituksessa lihakset eivät voi hajottaa lihaksen glykogeeniä energiaksi. Fyysisen rasituksen aikana tällaiset potilaat kärsivät nopeasta väsymyksestä ja lihaskrampista, havaitaan myoglobinuriaa
Kuva 26.6. Glykogenoosi tyyppi I (Girke-tauti).
Glykogeenin liukeneminen (glykogenolyysi)
Tavallisen elimistön aineenvaihduntaa varten eläimen ruokavaliossa on yleensä riittävästi glukoosia. Muuten maksan ja lihaskudoksen glykogeenivarastot voidaan mobilisoida.
Glykogeenin hajoaminen perustuu glukoositähteiden peräkkäiseen poistoon glukoosi-1-fosfaatin muodossa. Entsyymi glykogeenifosforylaasi katalysoi ensimmäisen glykogeenin hajoamisreaktion. Fosfaatti on mukana siinä, ja siksi sitä kutsutaan fosforolyysi. Reaktio johtaa a-1,4-glykogeenin glykosidisidoksen hajoamiseen glukoosi-1-fosfaatin tuottamiseksi:
Seuraavassa reaktiossa glukoosi-1-fosfaatin isomerointi tapahtuu entsyymin fosfolukomutaasin vaikutuksesta glukoosi-6-fosfaatin muodostumisen myötä:
Maksa (mutta ei lihaksissa) glukoosi-6-fosfaatti hydrolysoi glukoosin 6-fosfaatin, joka syntyy glykogeenin hajoamisen aikana, vapauttamalla vapaa glukoosi:
Yhden glukoosijäämän erottamisen glykogeenimolekyylistä maksassa olevan gluko- genolyysin perusteella voidaan esittää seuraava yhtälö:
On huomattava, että energiaa ATP: n muodossa glykogenolyysin prosessissa ei käytetä eikä sitä muodosteta. Perifeerisissä kudoksissa glukoosi-6-fosfaatti, joka on saatu glykolyysin aikana, hajoaa maitohapoksi valkoisessa lihaskudoksessa ja hapettuu täysin C0: ksi.2 ja H20 punaisissa lihaksissa.
Maksassa on valtava kyky säilyttää glykogeeniä. Ihmisen maksassa glykogeenipitoisuus voi saavuttaa 10% rauhasen märästä massasta Glyogeenin taso lihaksissa on paljon vähemmän - 1-2% niiden kokonaismassasta, mutta kvantitatiivisesti glykogeeni on merkittävästi suurempi eläimen lihaskudoksessa, kun otetaan huomioon lihasmassaa suhteessa maksan massaan.
Lihasten ja maksan glykogeeni suorittaa erilaisia rooleja. Lihasglykogeeni toimii varauksena tämän kudoksen ATP: n synteesille, kun taas maksan glykogeenin tehtävänä on varata glukoosi pitämään vapaan glukoosin pitoisuus veressä. Glykogeenin pitoisuus maksassa vaihtelee suuresti riippuen eläimen ruokavalion hiilihydraattien tasosta.
Glyogeneesin ja glykogenolyysin prosessit maksassa toimivat verensokeriarvojen "puskurina". Näiden prosessien tämä funktio on kuitenkin vähäinen suhteessa lihaskudokseen. Mekaaninen työ on lihasglykogeenin mobilisoinnin edellytys, jotta saadaan lisää ATP-määriä. Glykogeenin käyttöaste riippuu lihaskuidun tyypistä (valkoinen tai punainen). Punaisilla lihaskuiduilla on runsas verisuonten verkko, joka sisältää suuria määriä myoglobiinia ja mitokondrioita. Näiden solujen sisällä glykogeeni muunnetaan pyruviinihapoksi, joka hapen läsnä ollessa voidaan hapettaa C0: ksi.2 ja H20.
Glukogenolyysin ja glykogeneesin prosessit liittyvät kehon glukoosin tarpeeseen - ATP: n lähde. Näiden prosessien sääntely on vaikeaa. Se sisältää allosteeristen entsyymien glykogeenisyntaasin ja glykogeenifosforylaasin. Heidän aktiivisuutensa ovat hormonit - ensimmäiset solunulkoiset sanansaattajat (glukagoni ja adrenaliini) ja syklinen AMP (cAMP), toissijainen solunsisäinen sanansaattaja.
Glukagoni tuottaa glykololyysin maksassa glykogeenifosforylaasin aktivoitumisen vuoksi. Glukagoni aiheuttaa myös glykogeenisyntaasiaktiivisuuden inhibition. Siten maksassa oleva glukagoni tarjoaa glykogeenin hajoamisen veren glukoositasojen normalisoimiseksi. Adrenaliini, joka aktivoi glykogeenifosforylaasia, stimuloi vapaan glukoosin erittymistä maksasta verenkiertoon kehon kaikkien perifeeristen elinten tarpeisiin.
Lihas glykogeenin hajoaminen
Tiedetään, että fosforolyysi on avainasemassa polysakkaridien mobilisoinnissa. (Ihmis- ja eläinkudoksissa Neuvostoliiton biokemistit E. L. Rosenfeld ja I. A. Popova havaitsivat myös y-amylaasientsyymin, joka katalysoi glukoosin jäämien lohkeamista glykogeenimolekyylistä a-1,4-sidoksilla. Fosforylaatit muuntavat polysakkarideja (erityisesti glykogeeniä) varastomuodosta metabolisesti aktiiviseen muotoon; fosforylaasin läsnä ollessa glykogeeni hajoaa muodostaen glukoosifosfaattiesteriä (glukoosi-1-fosfaatti) hajottamatta sitä ensin polysakkaridimolekyylin suuremmiksi fragmenteiksi.
Fosforylaasin katalysoiman reaktion yleinen muoto näyttää näin:
Tässä reaktiossa (C6H10O5)n tarkoittaa glykogeenipolysakkaridiketjua, a (C6H10O5)n-1 samaan ketjuun, mutta lyhennetään yhdellä glukoosijäännöksellä.
Kuviossa 1 82 kuvaa glykogeenin hajoamisen kulkua glukoosi-1-fosfaatiksi ja cAMP: n osallistumista tähän prosessiin. Entsyymi fosforylaasi on olemassa kahdessa muodossa, joista yksi (fosforylaasi "a") on aktiivinen, kun taas toinen (fosforylaasi "c") on yleensä inaktiivinen. Molemmat muodot voivat hajota alayksiköiksi. Fosforylaasi "b" koostuu kahdesta alayksiköstä ja fosforylaasista "a" - neljästä. Fosforylaasin "in" muuttuminen fosforylaasissa "a" suoritetaan proteiinifosforylaation avulla yhtälön mukaisesti:
2 mol. fosforylaasi "in" + 4 ATP ->
1 mol. fosforylaasi "a" + 4 ADP
Tätä reaktiota katalysoi fosforylaasikinaasi nimeltä entsyymi. Todettiin, että tämä kinaasi voi esiintyä sekä aktiivisissa että inaktiivisissa muodoissa, jolloin inaktiivinen fosforylaasikinaasi on aktiivinen entsyymiproteiinikinaasin (fosforylaasikinaasi) vaikutuksen alaisena. Jälkimmäisen aktiivinen muoto muodostuu cAMP: n osallistuessa. Kuten jo todettiin, cAMP puolestaan muodostuu ATP: stä adenylaattisyklaasin entsyymin vaikutuksesta. Tätä reaktiota stimuloi erityisesti adrenaliini ja glukagoni. Adrenaliinipitoisuuden lisääntyminen johtaa tähän monimutkaiseen reaktioketjuun fosforylaasin "muuttumiseen" fosforylaasiksi "a" ja siten glukoosin vapautumiseksi glukoosi-1-fosfaatin muodossa glykogeenin varastopolysakkaridista. Fosforylaasin "a" käänteistransformaatio fosforylaasiksi "in" katalysoituu fosfataasientsyymillä (tämä reaktio on lähes peruuttamaton).
On huomattava, että fosforylaasi "a" pilkkoo glukoosijäännökset alkaen glykogeenimolekyylin ulompien haarojen ääripäästä ja kun se lähestyy a (1 - 6) -liitoksia, sen toiminta pysähtyy. Toisin sanoen fosforolyysi jatkuu vain glykogeenimolekyylin haarapisteisiin asti. Entsyymi-1,6-glukosidaasi kykenee katkaisemaan (1-> 6) -yhteyden haarapisteessä, minkä jälkeen fosforylaasilla "a" on jälleen mahdollisuus toimia kunnes se saavuttaa seuraavan haarapisteen jne.
Fosforolyysin tuloksena muodostunut glukoosi-1-fosfaatti muunnetaan fosfoglukomutaasista edelleen glukoosi-6-fosfaatiksi:
Jotta tämä reaktio jatkuisi, fosforyloidun muodon fosfoglukomutaasi on tarpeen, eli sen aktiivinen muoto, joka muodostuu glukoosi-1,6-difosfaatin läsnä ollessa. Siten glukoosi-1,6-difosfaatti fosfoglukomutaasireaktiossa on koentsyymin rooli. (Glukoosi-1,6-difosfaatti on seuraavan reaktion tuote: glukoosi-1-fosfaatti + ATP-glukoosi-1,6-difosfaatti + ADP).
Vapaan glukoosin muodostuminen glukoosi-6-fosfaatista maksassa tapahtuu glukoosi-6-fosfataasin vaikutuksesta. (Toisin kuin maksa, lihaskudoksessa ei ole glukoosi-6-fosfataasia.) Tämä entsyymi katalysoi fosfaatin hydrolyyttistä hajoamista:
Kuviossa 1 Kuviossa 83 kuvataan glykogeenin hajoamis- ja synteesireittejä.
Voidaan katsoa, että sokeripitoisuuden pysyvyyden säilyttäminen veressä johtuu pääasiassa kahden prosessin samanaikaisesta virtauksesta: glukoosin siirtymisestä verestä maksasta ja sen kulutuksesta verestä kudoksissa, joissa sitä käytetään ensisijaisesti energiamateriaalina.
Kudoksissa (mukaan lukien maksa) on kaksi pääreittiä glukoosin hajoamiselle: anaerobinen reitti, joka menee hapen puuttuessa, ja aerobinen reitti, joka vaatii happea.
Glykogeenin hajoaminen
Glykogeenin hajoamisreitti vapaassa glukoosissa eroaa sen synteesistä. Se sisältää useita muita entsyymejä. Glykogeenifosforylaasi katalysoi glykogeenin ensimmäisen katabolismireaktion - hajottaa alfa-1,4-glykosidisen sidoksen glukoositähteiden välillä ketjujen päissä fosforolyysillä eli vuorovaikutuksessa epäorgaanisen fosfaatin kanssa. Viimeiset glukoosijäännökset pilkotaan glukoosi-1-fosfaatin muodossa. Siten menetelmä glykogeenin alfa-1,4-glykosidisten sidosten rikkomiseksi kudoksissa eroaa niiden hydrolyyttisestä repeämästä amylaasin vaikutuksesta maha-suolikanavassa. Fosforylaasireaktio toistetaan, kunnes 4 glukoositähdettä jää haarautumispisteeseen. Sitten alfa (1®6) -glukosidaasientsyymi siirtää triglukoosientsyymin viereisen ketjun päähän, ja neljäs glukoosijäännös, joka on sitoutunut alfa-1,6-glykosidisidokseen, katkaisee hydrolyyttisesti vapaan glukoosin muodossa. Seuraavaksi glykogeenifosforylaasi katalysoi glukoositähteiden katkaisun uudeksi haarapisteeksi.
Glukoosi-1-fosfaattimolekyylit muunnetaan glukoosi-6-fosfaatiksi fosfoglukomutaasin vaikutuksen alaisena, mikä katalysoi saman reaktion vastakkaiseen suuntaan glykogeenibiosynteesin aikana. Glukoosi-6-fosfaatin siirtymistä vapaaseen glukoosiin ei voida suorittaa heksokinaasireaktiolla, koska se on peruuttamaton. Maksa ja munuainen on glukoosi-6-fosfataasin entsyymi, joka katalysoi glukoosi-6-fosfaatin hydrolyysireaktiota glukoosiksi. Vapaa glukoosi menee veriin ja menee muihin elimiin. Lihaksissa, aivoissa ja muissa kudoksissa ei ole glukoosi-6-fosfataasia. Siten maksan glykogeeni toimii glukoosin lähteenä koko organismille, ja lihasten ja aivojen glykogeeni hajoaa glukoosi-6-fosfaatiksi, jota käytetään näissä kudoksissa.
Glykogeenin hajoaminen maitohapoksi (glykogenolyysi)
Glukoosi, joka tulee verestä, ja talletetun glykogeenin glukoosijäännökset toimivat lihaksen glykolyysisubstraattina. Glykogeenifosforylaasin ja fosfoglukomutaasin peräkkäisen vaikutuksen vuoksi glykogeenin glukoosijäännökset muunnetaan glukoosi-6-fosfaatiksi, joka sitten sisällytetään glykolyysimenetelmään:
Glykogenolyysin suhteen ATP: tä kulutetaan vain kerran fruktoosi-1,6-difosfaatin muodostamiseksi. Jos otamme huomioon ATP: n kustannukset glykogeenibiosynteesille (kaksi ATP-molekyyliä yhden glukoosijäämän sisällyttämiseksi), niin nettotuotto on vain 1 ATP-molekyyli per 1 glukoosijäännös. ATP: n kulutus glykogeenin synteesiin lihaksissa tapahtuu levossa, kun glykogeenin laskeuma on riittävästi varustettu hapella ja energialla. Voimakkaan harjoituksen aikana glykogeenin anaerobinen hajoaminen maitohappoon aiheuttaa suurempaa ATP-tuottoa kuin glukoosin hajoaminen.