È noto che il decadimento fosforico svolge un ruolo chiave nella mobilizzazione dei polisaccaridi.
Fig. 10.1. Regolazione ormonale della scissione fosforescente di glucosio dal glicogeno.
Le fosforilasi convertono i polisaccaridi (in particolare il glicogeno) dalla forma di conservazione alla forma metabolicamente attiva; in presenza di fosfo-glicogeno rilazy decompone per estere fosforico di glucosio (glucosio-1-fosfato) senza previa scissione di grandi frammenti della molecola polisaccaridica. In termini generali, questa reazione può essere rappresentata come segue:
dove (C6H10oh5)n significa la catena di polisaccaridi di glicogeno e (C6H10oh5)n-1,- la stessa catena, ma ridotta da un residuo di glucosio.
Nella fig. 10.1 descrive il processo di degradazione del glicogeno a glucosio-1-fosfato e la partecipazione di cAMP in questo processo. L'enzima fosforilasi esiste in due forme, una delle quali (fosforilasi a) è attiva, mentre l'altra (fosforilasi b) è solitamente inattiva. Entrambe le forme possono dissociarsi in subunità. La fosforilasi b consiste di due subunità e fosforilasi a - di quattro. La conversione della fosforilasi b alla fosforilasi a è effettuata dalla fosforilazione delle proteine:
2 Phosphorylase b + 4 ATP -> Phosphorylase a + 4 ADP.
Questa reazione è catalizzata da un enzima chiamato fosforilasi chinasi b. È stato stabilito che questa chinasi può esistere in entrambe le forme attive e inattive. La fosforilasi chinasi inattiva viene trasformata in una proteina attiva sotto l'influenza della chinasi della proteina enzima (chinasi della fosforilasi chinasi) e non solo della protein chinasi, ma della chinasi della proteina cAMP-dipendente.
La forma attiva di quest'ultimo è formata con la partecipazione di cAMP, che a sua volta è formata da ATP sotto l'azione dell'enzima adenilato ciclasi, stimolata, in particolare, da adrenalina e glucagone. Un aumento del contenuto di adrenalina nel sangue porta in questa complessa catena di reazioni alla conversione della fosforilasi b alla fosforilasi ae, di conseguenza, al rilascio di glucosio sotto forma di glucosio 1-fosfato dal glicogeno polisaccaride di riserva. La conversione inversa di fosforilasi a fosforilasi b è catalizzata dall'enzima fosfatasi (questa reazione è quasi irreversibile).
Il glucosio-1-fosfato formato come risultato della decomposizione fosforolica del glicogeno viene convertito dal glucosio-6-fosfato sotto l'azione della fosfoglucomutasi. Per effettuare questa reazione è necessaria una forma fosforilata di fosfoglucomutasi; la sua forma attiva, che si forma, come notato, in presenza di glucosio-1,6-bisfosfato.
La formazione di glucosio libero da glucosio-6-fosfato nel fegato avviene sotto l'influenza della glucosio-6-fosfatasi. Questo enzima catalizza la scissione idrolitica del fosfato:
Le frecce grasse indicano il percorso di decadimento, sottile - il percorso di sintesi. I numeri indicano gli enzimi: 1 - fosforilasi; 2 - fos-glyukomutase; 3 - glucosio-6-fosfatasi; 4 - esochinasi (glucochinasi); 5 - gluco-zo-1-fosfato uridiltransferasi; 6 - glico-sintasi.
Si noti che il glucosio fosforilato, al contrario del glucosio non valutato, non può diffondersi facilmente fuori dalle cellule. Il fegato contiene l'enzima idrolitico glucosio-6-fosfatasi, che fornisce la capacità di rilasciare rapidamente il glucosio da questo organo. Nel tessuto muscolare, la glucosio-6-fosfatasi è praticamente assente.
Nella fig. 10.2 riflettere idee sulle modalità di rottura e sintesi del glicogeno nel fegato.
Si può considerare che il mantenimento della costanza della concentrazione di glucosio nel sangue è il risultato del flusso simultaneo di due processi: l'ingresso di glucosio nel sangue dal fegato e il suo consumo dal sangue da parte dei tessuti, dove viene usato principalmente come materiale energetico.
Nei tessuti (incluso il fegato), la rottura del glucosio si verifica in due modi principali: anaerobico (in assenza di ossigeno) e aerobico, per la realizzazione di cui è necessario l'ossigeno.
Glicogenolisi (degradazione del glicogeno)
La glicogenolisi può essere effettuata mediante idrolisi (sotto l'azione degli enzimi amilasi) o mediante fosforolisi.
La fosforilazione è la via principale della disgregazione del glicogeno, è catalizzata dall'enzima glicogeno fosforilasi, appartenente alla classe delle transferasi. Le fosforilasi convertono i polisaccaridi dalla forma di stoccaggio a quella metabolicamente attiva. La glicogeno fosforilasi stacca i residui di glucosio dalla catena di poliglicosidi del glicogeno e li trasferisce a una molecola di acido fosforico per formare il glucosio-1-fosfato:
Il glucosio-fosfato viene rapidamente isomerizzato, trasformandosi in glucosio-6-fosfato sotto l'azione della fosfoglucomutasi:
In questa fase, la rottura del glicogeno nel tessuto muscolare.
Nel fegato, il glucosio-6-fosfato forma il glucosio libero sotto l'influenza della glucosio-6-fosfatasi. Questo enzima catalizza la scissione idrolitica del fosfato:
Il glucosio fosforilato, a differenza del libero, non può diffondersi facilmente dalle cellule. Pertanto, la funzione del glicogeno muscolare è che è una fonte di glucosio facilmente accessibile per il muscolo stesso. Il fegato contiene l'enzima idrolitico glucosio-6-fosfatasi, che fornisce la possibilità di un rapido rilascio di glucosio da questo organo nel sangue e l'utilizzo da parte di altri tessuti (compresi i muscoli). Il glicogeno epatico è usato per mantenere la costanza relativa della concentrazione di glucosio nel sangue.
Sintesi e dissoluzione del glicogeno.
Il glicogeno è il principale polisaccaride di riserva nelle cellule animali e umane, poiché è scarsamente solubile in acqua e non influenza la pressione osmotica nella cellula, pertanto il glicogeno si deposita nella cellula e non il glucosio libero.
La struttura ramificata del glicogeno crea un gran numero di monomeri terminali. Ciò contribuisce al lavoro degli enzimi che scindono o attaccano i monomeri durante la decomposizione o la sintesi del glicogeno, poiché questi enzimi possono simultaneamente lavorare su diversi rami della molecola di glicogeno.
Il glicogeno si deposita principalmente nel fegato e nei muscoli scheletrici. Il glicogeno è immagazzinato nel citosol delle cellule sotto forma di granuli. Alcuni enzimi coinvolti nel metabolismo del glicogeno sono anche associati ai granuli, che facilita la loro interazione con il substrato. La sintesi e la decomposizione del glicogeno procedono in diverse vie metaboliche (Figura 4).
Il glicogeno viene sintetizzato durante il periodo di digestione (1-2 ore dopo l'ingestione di alimenti a base di carboidrati). La sintesi del glicogeno richiede energia. Quando accendi un monomero in
si verificano reazioni della catena 2 del polisaccaride, associate alla spesa di ATP e UTP (reazioni 1 e 3).
Dopo la formazione di glucosio-6-fosfato (reazione esochinasi), si verifica il trasferimento intramolecolare del residuo di acido fosforico dalla sesta alla prima. Questo forma un glucosio-1-fosfato:
Dopo isomerizzazione del glucosio-6-fosfato in glucosio-1-fosfato, un'ulteriore attivazione dei proventi del frammento di glucosio. In questo caso, viene consumata 1 molecola UTP, che equivale al dispendio della 1a molecola di ATP. Di conseguenza, viene formata la forma attivata - UDP-glucosio (Figura 4).
Quindi, con l'UDP, il residuo di glucosio viene trasferito alla molecola di glicogeno. L'estensione della catena del glicogeno è catalizzata dall'enzima glicogeno sintetasi. Quindi, la catena del glicogeno diventa 1 frammento di glucosio più a lungo. Il glicogeno, a differenza dell'amido vegetale, è più ramificato. Per la formazione di rami c'è un enzima speciale, che è chiamato "enzima ramificato di glicogeno".
Una molecola di glicogeno non viene sintetizzata da "zero", ma si verifica un allungamento graduale di un frammento di catena già esistente: "seme" o primer. E con la rottura del glicogeno, la completa distruzione delle sue molecole non avviene mai.
Per incorporare un residuo di glucosio in una molecola di glicogeno, la cellula consuma 2 molecole di ATP. Con la rottura del glicogeno, questo ATP non si rigenera, ma viene rilasciato solo F.n (fosfato inorganico).
L'enzima chiave per la sintesi del glicogeno è il glicogeno sintetasi. Questo è un "punto di controllo secondario" (Fig. 5).
Regolazione della glicogeno sintasi: è attivato dall'eccesso di glucosio-6-fosfato. Pertanto, se il glucosio-6-fosfato viene utilizzato lentamente in altri modi, un aumento della sua concentrazione porta ad un aumento del tasso di sintesi del glicogeno. La reazione catalizzata dal glicogeno sintasi è irreversibile.
La mobilizzazione del glicogeno avviene principalmente tra i pasti e viene accelerata durante il lavoro fisico. Questo processo avviene tramite la rimozione sequenziale dei residui di glucosio sotto forma di glucosio-1-fosfato usando glicogeno fosforilasi (figura 4). Questo enzima non fende legami glicosidici da 1,6 a siti di ramificazione, quindi sono necessari altri 2 enzimi, dopo di che il residuo di glucosio nel punto di diramazione viene rilasciato sotto forma di glucosio libero (reazioni 2, 3). Il glicogeno si decompone in glucosio-6-fosfato senza il costo dell'ATP.
Regolazione della glicogeno fosforilasi: inibito dall'eccesso di ATP, attivato dall'eccesso di ADP.
La scomposizione del glicogeno nel fegato e nei muscoli ha una reazione distintiva dovuta alla presenza dell'enzima fosfatasi glucosio-6-fosfato nel fegato (Tabella 1).
Tabella 1.
La presenza di glucosio-6-fosfatasi nel fegato determina la funzione principale del glicogeno epatico - il rilascio di glucosio nel sangue tra i pasti e il suo utilizzo da parte di altri organi. Pertanto, la mobilizzazione del glicogeno del fegato fornisce il contenuto di glucosio nel sangue a un livello costante. Questa circostanza è un prerequisito per il lavoro di altri organi e specialmente del cervello. Dopo 10-18 ore dopo un pasto, le riserve di glicogeno nel fegato sono significativamente esaurite e il digiuno per 24 ore porta alla sua completa scomparsa. La glucosio-6-fosfatasi si trova anche nei reni e nelle cellule intestinali.
La funzione del glicogeno muscolare è quella di rilasciare il glucosio-6-fosfato, usato nel muscolo stesso per l'ossidazione e l'energia,
Il passaggio dei processi di sintesi e mobilizzazione del glicogeno nel fegato avviene quando lo stato di digestione nel periodo post-adsorbimento o lo stato di riposo sulla modalità del lavoro muscolare. L'insulina, il glucagone e l'adrenalina sono coinvolti nel passaggio di queste vie metaboliche nel fegato e l'insulina e l'adrenalina sono coinvolte nei muscoli.
L'effetto di questi ormoni sulla sintesi e sulla scomposizione del glicogeno viene effettuato cambiando nella direzione opposta l'attività di 2 enzimi chiave - glicogeno sintetasi e glicogeno fosforilasi - mediante la loro fosforilazione e defosforilazione.
Il segnale principale per la sintesi di insulina e glucagone è un cambiamento nella concentrazione di glucosio nel sangue. Insulina e glucagone sono costantemente presenti nel sangue, ma quando si passa dallo stato di assorbimento a quello di post-assorbimento, la loro concentrazione relativa, l'indice insulina-glucagone, cambia. Quindi, il principale fattore di cambiamento nel fegato è l'indice insulina-glucagone.
Nel periodo post-adsorbimento, l'indice insulin-glucagone diminuisce e l'influenza del glucagone, che stimola la scomposizione del glicogeno nel fegato, è un fattore decisivo. Il meccanismo d'azione del glucagone comporta una cascata di reazioni che portano all'attivazione della glicogeno fosforilasi.
Durante il periodo di digestione, l'effetto dell'insulina è predominante, poiché l'indice insulina-glucagone in questo caso aumenta. Sotto l'influenza dell'insulina si verifica:
a) stimolazione del trasporto del glucosio nelle cellule muscolari;
b) modificare l'attività degli enzimi mediante fosforilazione e defosforilazione. Ad esempio, l'insulina attiva la fosfodiesterasi e riduce la concentrazione di cAMP nella cellula. Inoltre, l'insulina attiva la fosfatasi del glicogeno sintasi, quest'ultima viene defosforilata e diventa attiva;
c) modifica della quantità di determinati enzimi mediante induzione e repressione della loro sintesi. Ad esempio, l'insulina induce la sintesi della glucochinasi, accelerando così la fosforilazione del glucosio nel fegato.
L'adrenalina ha un meccanismo di azione simile sulle cellule del fegato con glucagone, ma è possibile includere un altro sistema di trasduzione del segnale effettrico nella cellula epatica. Il tipo di recettori con cui interagisce l'adrenalina determina quale sistema verrà utilizzato. Pertanto, l'interazione dell'adrenalina con i recettori b delle cellule epatiche attiva il sistema adenilato ciclasi. L'interazione dell'adrenalina con un recettore include il meccanismo di inositolo fosfato del trasferimento transmembrana del segnale ormonale. Il risultato dell'azione di entrambi i sistemi è la fosforilazione degli enzimi chiave e il passaggio della sintesi del glicogeno alla sua decomposizione (Fig.6, 7).
L'attivazione dell'adrenalina del muscolo glicogeno fosforilasi si verifica in modo diverso, poiché la rottura del glicogeno nel muscolo scheletrico viene stimolata dalle contrazioni muscolari. La fosforilasi chinasi (Ca 2+ -dipendente) viene attivata durante il lavoro muscolare sotto l'influenza degli impulsi nervosi, poiché la concentrazione di ioni calcio nel sarcoplasma aumenta in questo caso. Questo è un altro meccanismo per accelerare la rottura del glicogeno nel muscolo. L'effetto dell'adrenalina nei muscoli determina anche l'attivazione delle protein chinasi cAMP-dipendenti e l'attivazione della fosforilasi mediante la sua fosforilazione (Fig. 8).
Quando un segnale viene trasmesso dall'ormone attraverso i mediatori intracellulari, si verifica la sua notevole amplificazione, pertanto l'attivazione della glicogeno fosforilasi con la partecipazione di qualsiasi sistema di trasduzione del segnale nella cellula consente di formare rapidamente una grande quantità di glucosio dal glicogeno. Nei muscoli, questo è di grande importanza per svolgere lavori intensivi in condizioni di stress, ad esempio quando ci si allontana dal pericolo.
Con un carico moderato nei muscoli, un altro meccanismo di regolazione dell'attività del glicogeno fosforilasi agisce - regolazione allosterica dai prodotti di decadimento di ATP (AMP).
Quando si passa da uno stato post-assorbimento a uno stato di assorbimento o alla fine del lavoro muscolare, la secrezione di ormoni si arresta e l'intero sistema ritorna allo stato inattivo originale. L'adenilato ciclasi e la fosfolipasi C sono inattivati. il cAMP viene distrutto dalla fosfodiesterasi, che causa il trasferimento di tutti gli enzimi intracellulari della cascata in una forma inattiva.
Il significato della regolazione dei tassi di sintesi e di rottura del glicogeno nel fegato sta nel garantire la costanza della concentrazione di glucosio nel sangue. La regolazione del metabolismo del glicogeno nei muscoli fornisce il materiale energetico sia con il lavoro muscolare intensivo sia con il consumo di energia a riposo.
Rottura del glicogeno muscolare
La fosforilasi è l'enzima chiave (cioè limitante e regolatorio) per la disgregazione del glicogeno.
Regolazione della glicogeno fosforilasi: inibito dall'eccesso di ATP, attivato dall'eccesso di ADP.
G b f - p u t b. (via eso-bifosfato di decomposizione di carboidrati)
SIGNIFICATO BIOLOGICO DI HBF-PATH.
1. Questa è la via principale della ripartizione dei carboidrati nei prodotti finali. In molte celle, questo è l'unico modo. Quindi il 70-75% del glucosio che arriva a una cellula si rompe.
2. Solo l'HBP-pathway fornisce l'energia cellulare sotto forma di ATP. Questa è la principale fonte di energia nella cellula.
3. Questo è il più lungo percorso di rottura dei carboidrati.
Percorso GBF diviso in 3 fasi.
Il 1o stadio ha luogo nel citoplasma, fornisce 8 molecole di ATP durante la scomposizione di 1 molecola di glucosio o 9ATP durante la scomposizione di un frammento di glucosio di glicogeno. Termina con la formazione di 2 molecole di piruvato (PVK).
Il 2 ° e 3 ° stadio - (esclusivamente aerobico!) Nei mitocondri con la partecipazione obbligatoria di ossigeno, somministrare 30 ATP per molecola di glucosio.
Lo stadio 2 del percorso GBF è chiamato "decarbossilazione ossidativa del piruvato" ed è catalizzato dal complesso piruvato deidrogenasi (vedere le lezioni "Ossidazione biologica" - una catena estesa di ossidazione mitocondriale). Al 2 ° stadio, due atomi di idrogeno vengono portati via dalla molecola di PVC, e il piruvato viene convertito in acetil-coenzima A (AcCoA), il CO viene scisso simultaneamente.2. Due atomi di idrogeno vanno a NAD, e quindi lungo la catena di ossidazione mitocondriale vengono trasferiti a O2 formare H2O e 3 molecole di ATP. Pertanto, sulla base di una molecola del glucosio iniziale, il 2o stadio dà 6 ATP.
Il terzo stadio è inserito dalla molecola AcetylKoA, che si forma come risultato del 2 ° stadio. Questo terzo stadio è chiamato ciclo dell'acido tricarbossilico (TCA) (vedi le lezioni "Ossidazione mitocondriale"). In questo ciclo, l'AccoA è completamente tagliato a CO2 e H2A. Allo stesso tempo, si formano 12 ATP per molecola di accoAA, che è entrata nel ciclo. Se contate 1 molecola di glucosio, allora al 3o stadio si forma 24 ATP.
Il 1 ° stadio passa attraverso 10 fasi intermedie. Durante la prima parte di questo stadio, la molecola di glucosio viene divisa in mezzo a 2 molecole di fosfogliceraldeide (PHA).
CARATTERISTICHE DELLA PRIMA PARTE DELLA PRIMA TAPPA:
L'esochinasi (GC) agisce per indebolire una forte molecola di glucosio:
2a reazione - isomerizzazione:
Al 3o stadio, il fruttosio-6-fosfato è ulteriormente indebolito dalla fosfofto-pentocinasi (PFK) e si forma il fruttosio-1,6-bisfosfato:
La fosfofuctokinasi è l'enzima chiave per la via dell'HBP. È un "punto di controllo secondario". Vmax FFK più di Vmax CC. Pertanto, quando la glicemia entra molto, il GC limita la velocità dell'intero percorso GBF.
Un eccesso di ATP e un eccesso di citrato inibiscono fortemente la FPC. In queste condizioni, invece di esochinasi, l'FFK diventa l'enzima limitante della via HBP. A causa dell'inibizione di PFC si accumulano glucosio-6-fosfato (G-6-F) e fruttosio-6-fosfato (P-6-F). G-6-F inibisce l'esochinasi, riducendo l'utilizzo del glucosio da parte della cellula e contemporaneamente attiva la glicogeno sintasi.
Se non c'è eccesso di ATP e citrato, ma c'è un eccesso di ADP, quindi ADP attiva PFC, e quindi la velocità dell'intero percorso del PIL è limitata nuovamente da esochinasi.
Come risultato della reazione fosfofuctokinase, la molecola di fruttosio-1,6-bisfosfato viene destabilizzata (indebolita) in modo che si decomponga immediatamente in 2 triosi con la partecipazione dell'enzima aldolasi (4a reazione):
Solo il PHA immette la successiva (sesta) reazione del percorso HBP. Di conseguenza, la sua concentrazione diminuisce e l'equilibrio della 5a reazione si sposta verso la formazione di PHA. A poco a poco, l'intera FDA entra nel PHA, e quindi la quantità di ATP sintetizzata nelle successive reazioni del percorso dell'HBP, prendiamo in considerazione il calcolo di 2 molecole di PHA e altri metaboliti intermedi, che ne derivano.
Nella prima parte del primo stadio (dal glucosio al PHA) si consumano 2 molecole di ATP: una nella reazione esochinasi, l'altra in fosfofuctokinasi (la terza reazione nel primo stadio della via HBP). La 2a parte del 1o stadio inizia con l'ossidazione di PHA in FGK (acido fosfoglicerico) nella sesta reazione.
Questa reazione è catalizzata dall'enzima gliceraldeide fosfato deidrogenasi. L'idrogeno scindibile viene trasferito al NAD con la formazione di NADH2. L'energia che viene rilasciata durante questa ossidazione è anche sufficiente a garantire l'aggiunta di fosfato al gruppo aldeidico. Il fosfato è aggiunto da un legame macroergico. Come risultato, si forma l'acido 1,3-difosfoglicerico (1,3-bisfosfoglicerato).
7a reazione: fosforilazione del substrato.
Il fosfato legato ad alta energia viene trasferito ad ADP per formare ATP. Come risultato del 7 ° stadio, 1 residuo di acido fosforico rimane nella molecola di acido fosfoglicerico.
8a reazione: il fosfato viene trasferito dalla terza alla seconda posizione e si forma l'acido 2-fosfoglicerico.
H viene rimosso dall'acido 2-fosfoglicerico2A. Questo porta a una ridistribuzione dell'energia molecolare. Di conseguenza, l'energia si accumula sul fosfato nella seconda posizione e il legame diventa macroergico. Si scopre fosfoenolpiruvato (PEP).
10a reazione: fosforilazione del substrato. Il fosfato viene trasferito ad ADP per formare ATP. La FEP viene convertita in PVK (acido piruvico).
A questo punto 1 del percorso GDF termina, il PEC lascia i mitocondri ed entra nella seconda fase del percorso GDF.
I risultati del 1 ° stadio: 10 reazioni, di cui la prima, la terza e la decima reazione sono irreversibili. Innanzitutto, 2 ATP vengono consumati per 1 molecola di glucosio. Quindi il PHA è ossidato. L'energia si realizza durante 2 reazioni di fosforilazione del substrato: 2 ATP è formato in ciascuna di esse. Di conseguenza, per ogni molecola di glucosio (per 2 molecole di PHA) 4 ATP viene ottenuta mediante fosforilazione del substrato.
In totale, tutti i 10 stadi possono essere descritti dalla seguente equazione:
NADH2 il sistema di ossidazione mitocondriale (MTO) trasferisce l'idrogeno in ossigeno nell'aria per formare H2O e 3 ATP, ma la fase 1 procede nel citoplasma e nel NADH2 non può passare attraverso la membrana mitocondriale. Ci sono meccanismi di navetta per garantire questa transizione NADH2 attraverso la membrana mitocondriale - navetta malato-aspartato e glicerofosfato (vedere le lezioni "Ossidazione biologica".
Basato su una molecola di forme di glucosio 2 NADN2.
Oltre a 2 ATP, ottenuti al primo stadio dalla fosforilazione del substrato, si formano altri 6 ATP con la partecipazione di ossigeno, per un totale di 8 molecole di ATP. Si forma così tanta ATP per ogni molecola di glucosio scissa prima del PVC durante la prima fase della via HBP.
Se questi 8 ATP vengono aggiunti a 30 molecole di ATP, che si formano al 2 ° e 3 ° stadio, allora il risultato energetico totale dell'intera via HBP sarà di 38 ATP per molecola di glucosio, diviso in CO2 e H2A. In questi 38 ATP, il 65% dell'energia che verrebbe rilasciata quando il glucosio viene bruciato nell'aria è contenuta. Ciò dimostra l'altissima efficienza del percorso GBF.
Dei 38 ATP, la maggior parte di questi sono formati al 2 ° e 3 ° stadio. Ciascuno di questi stadi è assolutamente irreversibile e richiede la partecipazione obbligatoria dell'ossigeno, poiché gli stadi ossidativi di questi stadi sono associati all'ossidazione mitocondriale (senza che sia impossibile). L'intera via dell'HBP da glucosio o glicogeno a CO2 e H2A proposito di chiamata: DECOMPOSIZIONE AEROBICA DI CARBOIDRATI.
Enzimi chiave del primo stadio della via HBP: HEXOKINASE e proteina chinasi fosforosa.
Un altro collegamento chiave si trova sul TsTK (percorso GBF di 3 ° stadio). Il collegamento chiave al terzo stadio è necessario perché ACCoA che entra nel ciclo TCA è formato non solo da carboidrati, ma anche da grassi e amminoacidi. Pertanto, un TCA è la "caldaia" finale per bruciare i residui di acetile da carboidrati, grassi e proteine. TsTK unisce tutti i metaboliti che si formano a disintegrazione di carboidrati, grassi e proteine.
Enzimi chiave del TCA: citrato sintetasi e isocitrato deidrogenasi. Entrambi gli enzimi sono inibiti dall'eccesso di ATP e eccesso di NADH.2. Isocitrato deidrogenasi è attivato dall'eccesso di ADP. L'ATP inibisce questi enzimi in diversi modi: l'isocitrato deidrogenasi è inibito dall'ATP molto più fortemente rispetto alla citrato sintasi. Pertanto, con un eccesso di ATP, i prodotti intermedi si accumulano: citrato e isocitrato. In queste condizioni, il citrato può entrare nel citoplasma in un gradiente di concentrazione.
Il 2 ° e 3 ° stadio del pathway HBP si verificano nei mitocondri e il 1 ° nel citoplasma.
Il 1o stadio è separato dal 2 ° e 3 ° stadio dalla membrana mitocondriale.
Pertanto, il 1 ° stadio può eseguire le sue funzioni speciali. Queste funzioni
La rottura del glicogeno.
La rottura del glicogeno con la formazione di glucosio si verifica nel periodo tra i pasti, il lavoro fisico e lo stress.
Modi di mobilizzazione del glicogeno:
2. La via amilolitica della degradazione del glicogeno si verifica con la partecipazione dell'enzima amilasi.
Percorso fosforetico: la via principale della decomposizione del glicogeno con la formazione del glucosio:
Nel tessuto muscolare non c'è enzima glucosio-6-fosfatasi, quindi il glicogeno muscolare non si rompe con
la formazione di glucosio, ed è ossidata o aerobica o anaerobica con il rilascio di energia. attraverso
10-18 ore dopo un pasto, le riserve di glicogeno nel fegato sono significativamente esaurite.
Regolazione dei livelli di glucosio nel sangue. Il ruolo del sistema nervoso centrale, il meccanismo d'azione dell'insulina, l'adrenalina, il glucagone,
Ormone della crescita, glucocorticoidi, tiroxina e loro effetto sullo stato del metabolismo dei carboidrati.
Il ruolo principale nella regolazione del metabolismo dei carboidrati appartiene al sistema nervoso centrale. La diminuzione della glicemia porta ad un aumento della secrezione di adrenalina, il glucagone, che, entrando nell'organo bersaglio di questi ormoni (fegato), viene riconosciuto dai recettori delle membrane delle cellule epatiche e attiva la membrana enzimatica adenilato ciclasi, innescando il meccanismo che porta alla scissione del glicogeno per formare glucosio.
Schema del meccanismo di interazione di adrenalina e glucagone con la cellula:
Adrenalina - aumenta il livello di glucosio attivando l'enzima fosforilasi (sistema adenilato ciclasi), che porta alla rottura del glicogeno con la formazione di glucosio, blocca l'enzima glicogeno sintasi, cioè sintesi di glicogeno.
Glucagone - agisce come l'adrenalina, ma in più attiva gli enzimi della gluconeogenesi.
Glucocorticoidi: aumentano i livelli di glucosio nel sangue, come induttori della sintesi degli enzimi gluconeogenesi.
Il GH attiva la gluconeogenesi, la tiroxina attiva l'insulina, che scompone l'insulina, influenza l'assorbimento del glucosio nell'intestino.
La glicogenosi (una malattia dell'accumulo di glicogeno) è causata da un difetto negli enzimi coinvolti nella scissione del glicogeno. Ad esempio, la malattia di Gyrke è associata ad una mancanza dell'enzima glucosio-6-fosfatasi, con un eccessivo accumulo di glicogeno nel fegato, l'ipoglicemia e le sue conseguenze. Morbo di Mac-Ardla: la causa è l'assenza di fosforilasi nel tessuto muscolare. Allo stesso tempo, il livello di glucosio nel sangue è normale, ma si osserva debolezza del tessuto muscolare e la capacità di eseguire il lavoro fisico è ridotta. La malattia di Andersen è associata a un difetto di un enzima ramificato, che porta all'accumulo di glicogeno nel fegato con punti di ramificazione esterni e rari molto lunghi, a seguito dei quali ittero, cirrosi epatica, insufficienza epatica e morte (glicogeno non ramificato distrugge gli epatociti).
2.5 La concentrazione di glucosio nel sangue viene mantenuta per tutto il giorno a un livello costante di 3,5-6,0 mmol / l. Dopo aver mangiato, il livello di glucosio sale tra un'ora e 8 mmol / l, per poi tornare alla normalità. Nel corpo, un livello costante di glucosio nel sangue viene mantenuto a causa dell'esistenza di meccanismi neuroumorali. L'indicatore principale dello stato del metabolismo dei carboidrati è il contenuto di glucosio nel sangue e nelle urine.
IPERGLICEMIA è una condizione in cui i livelli di glucosio sono superiori alla norma. motivi:
1. Fisiologico - alimentare, emotivo.
2. Patologico - diabete; diabete steroideo (Itsenko-Cushing) - iperproduzione di glucocorticoidi della corteccia surrenale; iperproduzione di adrenalina, glucagone, tiroxina ormone tiroideo.
IPOGLICEMIA - una condizione in cui i livelli di glucosio sono inferiori alla norma. motivi:
1. Rendimento ridotto di glucosio: malattie del fegato, malattie endocrine (deficit dell'ormone della crescita, cortisolo), disordini metabolici ereditari (carenza di glicogeno sintetasi, galattosemia, intolleranza al fruttosio, forme epatiche di glicogenosi).
2. Aumento dell'utilizzo del glucosio: diminuzione delle riserve di grasso (malnutrizione), riduzione dell'ossidazione degli acidi grassi, iperplasia delle cellule beta. Podge. ghiandole, sovradosaggio di insulina, morbo di Addison - ipoprodotti di glucocorticoidi.
GLUCOSURIA: l'aspetto dello zucchero nelle urine. Se il livello di glucosio nel sangue è 8-10 mmol / l, è rotto
la soglia del rene per il glucosio e appare nelle urine. motivi:
- neurogenico sulla base di condizioni stressanti
- malattie infettive acute
2.6. Diabete mellito, caratteristiche biochimiche della patogenesi.
Questa è una malattia derivante da una carenza di insulina assoluta o relativa.
L'insulina è l'unico ormone che riduce la glicemia. movimento:
-aumenta la permeabilità delle membrane cellulari per il glucosio nelle cellule del tessuto adiposo e muscolare, sotto la sua influenza, le proteine del trasportatore GLUT-4 sono mescolate dal citoplasma alla membrana cellulare, dove si combinano con il glucosio e lo trasportano all'interno della cellula;
-attiva esochinasi, fructokinase, piruvato chinasi (stimola la glicolisi);
-attiva la glicogeno sintetasi (stimola la sintesi del glicogeno);
-attiva la via pentoso-fosfato deidrogenasi;
-secondo il meccanismo della regolazione cronica, è un induttore della sintesi di esochinasi e un repressore della sintesi di enzimi gluconeogenesi (blocca la gluconeogenesi);
-30% di carboidrati in lipidi;
-stimola il ciclo TCA attivando l'enzima sintetasi, che catalizza la reazione dell'interazione dell'acetile CoA con SchUK;
Il diabete mellito (DM) è classificato in base alle differenze dei fattori genetici e del decorso clinico in due forme principali: diabete di tipo I - insulino-dipendente (IDDM) e diabete di tipo II - non insulino dipendente (NIDDM).
IDDM - una malattia causata dalla distruzione delle cellule beta delle isole dei Langerhans del pancreas, a causa di reazioni autoimmuni, infezioni virali (virus del vaiolo, rosolia, morbillo, parotite, adenovirus). Quando il diabete riduce il rapporto insulina / glucagone. Allo stesso tempo, la stimolazione dei processi di deposizione di glicogeno e grasso si indebolisce e la mobilitazione dei vettori energetici si sta intensificando. Anche dopo un pasto, il fegato, i muscoli e il tessuto adiposo funzionano in uno stato di riassorbimento.
Iperglicemia - aumento conc. glicemia.
È causato da una diminuzione del tasso di utilizzo del glucosio da parte dei tessuti a causa della mancanza di insulina o di una diminuzione dell'effetto biologico dell'insulina nei tessuti bersaglio. Con il deficit di insulina, il numero di proteine di trasferimento del glucosio (GLUT-4) sulle membrane delle cellule insulino-dipendenti (tessuto adiposo muscolare) diminuisce. Nei muscoli e nel fegato, il glucosio non si deposita sotto forma di glicogeno. Nel tessuto adiposo diminuisce la velocità di sintesi e la deposizione di grasso. La gluconeogenesi viene attivata da aminoacidi, glicerolo e lattato.
Glucosuria: l'escrezione di glucosio nelle urine.
Normalmente, i tubuli prossimali dei reni riassorbono tutto il glucosio se il suo livello non supera 8,9 mmol / l. L'aumento della concentrazione di glucosio nel sangue supera la concentrazione della soglia renale, che la fa apparire nelle urine.
Ketonemia: aumento della concentrazione di corpi chetonici nel sangue.
I grassi non vengono depositati, ma il loro catabolismo accelera. Aumenta la concentrazione di acidi grassi non esterificati, che cattura il fegato e li ossida ad acetil CoA. L'acetil-CoA viene convertito in acido p-idrossibutirrico e acetoacetico. La decarbossilazione dell'acetoacetato all'acetone si verifica nei tessuti, pertanto il suo odore emana dai pazienti. L'aumento della concentrazione di corpi chetonici nel sangue (superiore a 20 mg / l) porta alla chetonuria. L'accumulo di corpi chetonici riduce la capacità tampone del taglio e causa l'acidosi.
La carenza di insulina porta ad una diminuzione del tasso di sintesi proteica e aumenta la loro rottura. Ciò provoca un aumento della concentrazione di aminoacidi nel sangue, che sono deaminati nel fegato. L'ammoniaca risultante entra nel ciclo di ornitina, che porta ad un aumento della concentrazione di urea nel sangue e nelle urine - azotemia.
Poliuria: aumento della minzione (3-4 l al giorno e oltre), perché il glucosio aumenta la pressione osmotica.
Polidipsia: sete costante, secchezza delle fauci, a causa della perdita d'acqua.
Polifagia: sperimentare la fame, mangiare spesso, ma perdere peso, perché Il glucosio non è una fonte di energia - "la fame in mezzo all'abbondanza".
NIDDM: si verifica a causa di una relativa insulino-carenza dovuta a:
- disturbi della secrezione di insulina
- conversione alterata di proinsulina in insulina
- aumentare il catabolismo dell'insulina
-difetto del recettore dell'insulina, danno ai mediatori del segnale dell'insulina intracellulare.
Colpisce le persone di età superiore a 40 anni, caratterizzato da un'alta frequenza di forme familiari. La principale causa delle complicazioni tardive del diabete è l'iperglicemia, che causa danni ai vasi sanguigni e disfunzione di vari tessuti e organi. Uno dei principali meccanismi di danno tissutale nel diabete mellito è la glicosilazione delle proteine, che porta a un cambiamento nella loro conformazione e funzioni. Le macroangiopatie si manifestano nella sconfitta di vasi grandi e medi del cuore, del cervello, delle estremità inferiori (cancrena). La microangiopatia è il risultato del danno ai capillari e ai piccoli vasi e si manifesta sotto forma di nefro, neuro e retinopatia. Nel caso della microangiopatia, la glicosilazione delle proteine svolge un certo ruolo, che porta alla comparsa di nefropatia (compromissione della funzionalità renale) e retinopatia (fino alla perdita della vista).
Il collagene costituisce la base delle membrane capillari dello scantinato. L'aumento del contenuto di collagene glicosilato porta ad una diminuzione della sua elasticità, solubilità, all'invecchiamento precoce, allo sviluppo di contratture. Nei reni tali cambiamenti portano alla desolazione dei glomeruli e dell'insufficienza renale cronica.
Le lipoproteine glicosilate, che si accumulano nella parete vascolare, portano allo sviluppo di ipercolesterolemia e infiltrazione lipidica. Servono come base per gli ateromi, si verifica una violazione del tono vascolare, che porta all'aterosclerosi.
2.5 Test per la tolleranza al glucosio.
Dopo l'ingestione, la concentrazione di glucosio può raggiungere i 300-500 mg / dL e rimane elevata nel periodo post-adsorbimento, vale a dire la tolleranza al glucosio diminuisce ed è osservata nei casi di forma latente di diabete mellito. In questi casi, le persone non presentano sintomi clinici caratteristici del diabete e la concentrazione di glucosio a digiuno è normale.
Viene eseguito un test orale di tolleranza al glucosio per identificare una forma nascosta di diabete. Per fare ciò, determinare il livello di glucosio a digiuno nel sangue. Successivamente, il paziente riceve un carico di glucosio al ritmo di 1 g per kg di peso, quindi ogni 30 minuti per 3 ore viene determinato il livello di glucosio nel sangue. I risultati sono presentati come una curva.
3. Laboratorio e lavoro pratico:
3.1. Determinazione della glicemia utilizzando l'ultra glucometro One Touch.
Determina il glucosio a digiuno in uno studente. Condurre analisi. Portare una goccia di sangue sul dito nell'area di test sulla parte superiore della striscia reattiva e tenerlo in questa posizione fino a riempire completamente il capillare. Un report appare sullo schermo per 5 secondi, dopodiché viene indicato il valore del livello di glucosio in mmol / l. Dopo aver rimosso la striscia reattiva, l'immagine sullo schermo del dispositivo si spegne ed è pronta per la successiva analisi.
Progresso del lavoro: lavarsi le mani con acqua tiepida e sapone e asciugare accuratamente. Trattare il dito con un batuffolo di cotone inumidito con alcool etilico e asciugarlo. Scarificatore sterile perforare la pelle del dito e spremere una goccia di sangue da esso, che si entra nel capillare della striscia reattiva. Quindi trattare il sito di puntura con un batuffolo di cotone inumidito con alcool etilico.
2. Regalati un tè dolce.
3. Determinare il contenuto di glucosio dopo 30 minuti dal momento in cui si prende il carico.
4. Determinare il contenuto di glucosio dopo 2,5 ore dal momento in cui si prende il carico.
Rottura del glicogeno
Il contenuto
Il fegato è la principale fonte di riserve di glicogeno. Durante il digiuno, il glucagone viene secreto, il che stimola la degradazione del glicogeno epatico in glucosio. Il glucosio entra nel flusso sanguigno e viene trasferito con il flusso sanguigno al cervello, dove agisce come fonte di energia per questo organo. Con la rottura del glicogeno nel fegato, la conversione del glucosio-6-fosfato in glucosio è catalizzata dalla glucosio-6-fosfatasi
La rottura del glicogeno è normale
Il glicogeno è immagazzinato nei muscoli e nel fegato. Durante il digiuno si consuma glicogeno epatico e durante l'aumento dell'attività fisica si consuma glicogeno muscolare.
Modifica di glicogenosi
Quando la glicogenosi osservava violazioni dello stoccaggio del glicogeno; 4 di 12 tipi di glycogenoses sono presentati in fico. 26.3- 26.6.
I muscoli usano il glicogeno immagazzinato esclusivamente per i propri bisogni come fonte di energia. Con carichi intensi in condizioni anaerobiche, ad esempio, con l'azione dell'adrenalina (la reazione "salva te stesso o combatti"). La glicolisi anaerobica particolarmente intensa si verifica nei muscoli bianchi. Non c'è glucosio-6-fosfatasi nei muscoli.
Glicogenosi di tipo I (malattia di Girke). Ereditato da tipo autosomico recessivo. La malattia è causata da una carenza di glucosio-6-fosfatasi nel fegato. Per questo motivo, il fegato non può regolare il livello di glucosio nel sangue e nei neonati si sviluppa una grave ipoglicemia. L'eccesso di glicogeno viene immagazzinato nel fegato e nei reni. A causa dell'accumulo di glucosio-6-fosfato, si sviluppano iperlattatemia, iperlipidemia, iperuricemia e gotta.
Glicogenosi di tipo II (malattia di Pompe). La glicogenosi di tipo II è ereditata in modo autosomico recessivo. La causa della malattia è una carenza acida di a- (1-> 4) glucosidasi, un enzima lisosoma. A causa dell'accumulo di glicogeno, la cardiometria si sviluppa dopo 2-3 mesi dalla nascita. Inoltre, colpisce il fegato e i muscoli, che porta alla debolezza muscolare generale. Si presume che nel trattamento della glicogenosi di tipo II la terapia sostitutiva con enzimi sarà efficace.
La glicogenosi di tipo III (malattia di Cory) è causata da carenza dell'enzima, in cui sia il fegato che altri organi accumulano una forma anormale di glicogeno - destrina residua. Questa è una molecola ramificata, in cui invece di rami a pieno titolo, nei luoghi di a- (1-6 legami, si trovano rami accorciati. La malattia è caratterizzata da ipoglicemia ed epatomegalia
La glicogenosi di tipo V (malattia di Mac-Ardla) è ereditata in modo autosomico recessivo. È causato da una mancanza di fosforilasi muscolare (miofosforilasi). Nella glicogenosi di tipo V, i muscoli non possono distruggere il glicogeno muscolare per produrre energia. Durante lo sforzo fisico, tali pazienti soffrono di affaticamento rapido e spasmi muscolari, si osserva mioglobinuria
Fig. 26.6. Glicogenosi di tipo I (malattia di Girke).
Dissoluzione del glicogeno (glicogenolisi)
Per il normale metabolismo del corpo è solitamente sufficiente glucosio nel mangime della dieta dell'animale. Altrimenti, le riserve di glicogeno del fegato e del tessuto muscolare possono essere mobilizzate.
La decomposizione del glicogeno si basa sulla rimozione sequenziale dei residui di glucosio sotto forma di glucosio-1-fosfato. La prima reazione di decomposizione del glicogeno è catalizzata dall'enzima glicogeno fosforilasi. Il fosfato è coinvolto in esso, e quindi è chiamato fosforilazione. La reazione porta alla rottura del legame glicosidico di a-1,4 glicogeno per produrre glucosio-1-fosfato:
Nella seguente reazione, l'isomerizzazione del glucosio-1-fosfato si verifica sotto l'influenza dell'enzima fosfolucomutasi con la formazione di glucosio-6-fosfato:
Nel fegato (ma non nei muscoli), il glucosio-6-fosfato, prodotto durante la scissione del glicogeno, viene idrolizzato dal glucosio-6-fosfato con il rilascio di glucosio libero:
Il bilancio complessivo della separazione di un residuo di glucosio da una molecola di glicogeno nel fegato mediante glicogenolisi può essere rappresentato dalla seguente equazione:
Va notato che l'energia sotto forma di ATP nel processo di glicogenolisi non viene utilizzata e non si forma. Nei tessuti periferici, il glucosio-6-fosfato, ottenuto durante la glicolisi, si decompone in acido lattico nel tessuto muscolare bianco ed è completamente ossidato in C02 e H20 nei muscoli rossi.
Il fegato ha un'enorme capacità di immagazzinare il glicogeno. Nel fegato umano, il contenuto di glicogeno può raggiungere il 10% della massa umida della ghiandola. Il livello di glicogeno nei muscoli è molto inferiore - 1-2% della loro massa totale, ma quantitativamente il glicogeno è significativamente più alto nel tessuto muscolare dell'animale, dato il rapporto tra massa muscolare e massa del fegato.
Il glicogeno dei muscoli e del fegato svolge diversi ruoli. Il glicogeno muscolare serve come riserva per la sintesi dell'ATP per questo tessuto, mentre la funzione del glicogeno epatico è quella di riservare il glucosio per mantenere la concentrazione di glucosio libero nel sangue. Il contenuto di glicogeno nel fegato varia molto a seconda del livello di carboidrati nella dieta dell'animale.
I processi di glicogenesi e glicogenolisi nel fegato funzionano come un "tampone" dei livelli di glucosio nel sangue. Tuttavia, questa funzione di questi processi è insignificante in relazione al tessuto muscolare. Il lavoro meccanico è un prerequisito per la mobilizzazione del glicogeno muscolare al fine di ottenere ulteriori quantità di ATP. Il livello di utilizzo del glicogeno dipende dal tipo (bianco o rosso) della fibra muscolare. Le fibre muscolari rosse hanno una ricca rete di vasi sanguigni, contengono grandi quantità di mioglobina e mitocondri. All'interno di queste cellule, il glicogeno viene trasformato in acido piruvico, che, in presenza di ossigeno, può essere ossidato a C02 e H20.
I processi di glicogenolisi e glicogenesi sono associati al bisogno di glucosio nel corpo - la fonte di ATP. La regolazione di questi processi è difficile. Coinvolge gli enzimi allosterici glicogeno sintasi e glicogeno fosforilasi. La loro attività è svolta da ormoni - i primi messaggeri extracellulari (glucagone e adrenalina) e AMP ciclico (cAMP), il messaggero intracellulare secondario.
Il glucagone fornisce glicogenolisi nel fegato a causa dell'attivazione della glicogeno fosforilasi. Il glucagone causa anche l'inibizione dell'attività del glicogeno sintetasi. Pertanto, il glucagone nel fegato fornisce la scomposizione del glicogeno per normalizzare i livelli di glucosio nel sangue. L'adrenalina, attivando la glicogeno fosforilasi, stimola l'escrezione di glucosio libero dal fegato nel sangue per i bisogni di tutti gli organi periferici del corpo.
Rottura del glicogeno muscolare
È noto che la fosforolisi svolge un ruolo chiave nella mobilizzazione dei polisaccaridi. (Nei tessuti umani e animali, i biochimici sovietici E. L. Rosenfeld e I. A. Popova hanno anche scoperto l'enzima γ-amilasi che catalizza la scissione dei residui di glucosio dalla molecola di glicogeno con legami α-1,4. Tuttavia, il ruolo principale nella scomposizione del glicogeno nelle cellule appartiene alle fosforilasi). Le fosforilasi convertono i polisaccaridi (in particolare il glicogeno) dalla forma di conservazione alla forma metabolicamente attiva; in presenza di fosforilasi, il glicogeno si disintegra per formare l'estere di glucosio fosfato (glucosio-1-fosfato) senza prima romperlo in frammenti più grandi della molecola di polisaccaride.
La reazione catalizzata dalla fosforilasi, in forma generale, si presenta così:
In questa reazione (C6H10O5)n significa la catena di polisaccaridi di glicogeno, a (C6H10O5)n-1 la stessa catena, ma ridotta da un residuo di glucosio.
Nella fig. 82 descrive il decorso della disgregazione del glicogeno al glucosio-1-fosfato e la partecipazione del cAMP in questo processo. L'enzima fosforilasi esiste in due forme, una delle quali (fosforilasi "a") è attiva, mentre l'altra (fosforilasi "c") è solitamente inattiva. Entrambe le forme possono dissociarsi in subunità. La fosforilasi "b" consiste di due subunità e fosforilasi "a" - di quattro. La trasformazione della fosforilasi "in" nella fosforilasi "a" è effettuata dalla fosforilazione delle proteine secondo l'equazione:
2 mol. fosforilasi "in" + 4 ATP ->
1 mol. fosforilasi "a" + 4 ADP
Questa reazione è catalizzata da un enzima chiamato fosforilasi chinasi. È stato scoperto che questa chinasi può esistere in entrambe le forme attive e inattive, con la chinasi fosforilasi inattiva che diventa attiva sotto l'influenza dell'enzima protein chinasi (fosforilasi chinasi). La forma attiva di quest'ultimo è formata con la partecipazione di cAMP. Come già notato, il cAMP a sua volta è formato dall'ATP dall'azione dell'enzima adenilato ciclasi. Questa reazione è stimolata, in particolare, da adrenalina e glucagone. Un aumento del contenuto di adrenalina conduce lungo questa complessa catena di reazioni alla conversione della fosforilasi "a" nella fosforilasi "a" e, di conseguenza, al rilascio di glucosio sotto forma di glucosio-1-fosfato dal polisaccaride di stoccaggio del glicogeno. La trasformazione inversa della fosforilasi "a" in fosforilasi "in" è catalizzata dall'enzima fosfatasi (questa reazione è quasi irreversibile).
Va notato che la fosforilasi "a" scinde i residui di glucosio, a partire dall'estremità periferica dei rami esterni della molecola di glicogeno, e quando si avvicina alle connessioni α (1 -> 6), la sua azione si ferma. In altre parole, la fosforolisi continua solo fino ai punti di ramificazione nella molecola del glicogeno. L'enzima amilo-1,6-glucosidasi è in grado di fendere (1-> 6) -connessione nel punto di diramazione, dopo di che la fosforilasi "a" ha di nuovo l'opportunità di agire fino a raggiungere il punto di diramazione successivo, ecc.
Il glucosio-1-fosfato formato come risultato della fosforolisi viene ulteriormente trasformato dalla fosfoglucomutasi in glucosio-6-fosfato:
Affinché questa reazione possa procedere, è necessaria una forma fosforilata di fosfoglucomutasi, cioè la sua forma attiva, che si forma in presenza di glucosio-1,6-difosfato. Pertanto, il glucosio-1,6-difosfato nella reazione fosfoglucomutasi svolge il ruolo di un coenzima. (Glucosio-1,6-difosfato è il prodotto della seguente reazione: glucosio-1-fosfato + ATP glucosio-1,6-difosfato + ADP).
La formazione di glucosio libero da glucosio-6-fosfato nel fegato avviene sotto l'influenza della glucosio-6-fosfatasi. (A differenza del fegato, non c'è glucosio-6-fosfatasi nel tessuto muscolare).Questo enzima catalizza la scissione idrolitica del fosfato:
Nella fig. 83 descrive i percorsi per la rottura e la sintesi del glicogeno.
Si può considerare che il mantenimento della costanza della concentrazione zuccherina nel sangue è principalmente il risultato del flusso simultaneo di due processi: l'ingresso del glucosio nel sangue dal fegato e il suo consumo dal sangue dai tessuti, dove viene usato principalmente come materiale energetico.
Nei tessuti (incluso il fegato), esistono due vie principali per la degradazione del glucosio: la via anaerobica che va in assenza di ossigeno e la via aerobica, che richiede ossigeno.
Rottura del glicogeno
La via della decomposizione del glicogeno nel glucosio libero differisce dalla sua sintesi. Include una serie di altri enzimi. La glicogeno fosforilasi catalizza la prima reazione di catabolismo del glicogeno - rompendo il legame alfa-1,4-glicosidico tra i residui di glucosio alle estremità delle catene mediante fosforolisi, cioè l'interazione con il fosfato inorganico. Gli ultimi residui di glucosio vengono scissi sotto forma di glucosio-1-fosfato. Pertanto, il metodo di rottura dei legami alfa-1,4-glicosidici del glicogeno nei tessuti differisce dalla loro rottura idrolitica sotto l'azione dell'amilasi nel tratto gastrointestinale. La reazione alla fosforilasi viene ripetuta fino a quando 4 residui di glucosio rimangono fino al punto di diramazione. Quindi l'enzima alfa (1®6) -glucosidasi trasferisce l'enzima triglucosio all'estremità della catena adiacente, e il quarto residuo di glucosio, che è legato dal legame alfa-1,6-glicosidico, scinde nel modo idrolitico come glucosio libero. Successivamente, la glicogeno fosforilasi catalizza la scissione dei residui di glucosio in un nuovo punto di diramazione.
Le molecole di glucosio-1-fosfato vengono convertite in glucosio-6-fosfato sotto l'influenza della fosfoglucomutasi, che catalizza la stessa reazione nella direzione opposta durante la biosintesi del glicogeno. La transizione del glucosio-6-fosfato al glucosio libero non può essere effettuata dalla reazione esochinasi, poiché è irreversibile. Nel fegato e nel rene si trova l'enzima glucosio-6-fosfatasi, che catalizza la reazione di idrolisi del glucosio-6-fosfato in glucosio. Il glucosio libero entra nel sangue e entra in altri organi. Nei muscoli, nel cervello e in altri tessuti, la glucosio-6-fosfatasi è assente. Quindi, il glicogeno del fegato funge da fonte di glucosio per l'intero organismo, e il glicogeno dei muscoli e del cervello si scompone in glucosio-6-fosfato, che viene utilizzato in questi tessuti.
La rottura del glicogeno in acido lattico (glicogenolisi)
Il glucosio, che proviene dal sangue, e i residui di glucosio del glicogeno depositato fungono da substrato di glicolisi muscolare. A causa dell'azione sequenziale di glicogeno fosforilasi e fosfoglucomutasi, i residui di glucosio del glicogeno vengono convertiti in glucosio-6-fosfato, che viene quindi incluso nel processo di glicolisi:
In termini di glicogenolisi, l'ATP viene consumato una sola volta per la formazione di fruttosio-1,6-difosfato. Se consideriamo i costi dell'ATP per la biosintesi del glicogeno (due molecole di ATP per l'inclusione di un residuo di glucosio), allora la resa netta è di solo 1 molecola di ATP per 1 residuo di glucosio. Il consumo di ATP per la sintesi del glicogeno nei muscoli avviene a riposo, quando la deposizione di glicogeno è sufficientemente fornita di ossigeno ed energia. E durante l'esercizio intenso, la rottura anaerobica del glicogeno in acido lattico causa una maggiore produzione di ATP rispetto alla rottura del glucosio.