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Il glicogeno è un carboidrato di riserva di animali, costituito da una grande quantità di residui di glucosio. La fornitura di glicogeno consente di riempire rapidamente la mancanza di glucosio nel sangue, non appena il suo livello diminuisce, il glicogeno si divide e il glucosio libero entra nel sangue. Nell'uomo il glucosio viene principalmente immagazzinato sotto forma di glicogeno. Non è redditizio per le cellule memorizzare singole molecole di glucosio, poiché ciò aumenterebbe significativamente la pressione osmotica all'interno della cellula. Nella sua struttura, il glicogeno assomiglia all'amido, cioè un polisaccaride, che è principalmente immagazzinato dalle piante. Anche l'amido è costituito da residui di glucosio collegati tra loro, tuttavia vi sono molti più rami nelle molecole di glicogeno. La reazione di alta qualità al glicogeno - la reazione con iodio - dà un colore marrone, a differenza della reazione di iodio con amido, che consente di ottenere un colore viola.

Regolazione della produzione di glicogeno

La formazione e la distruzione del glicogeno regolano diversi ormoni, e precisamente:

1) insulina
2) glucagone
3) adrenalina

La formazione di glicogeno si verifica dopo che la concentrazione di glucosio nel sangue sale: se c'è molto glucosio, deve essere conservato per il futuro. L'assorbimento di glucosio da parte delle cellule è regolato principalmente da due ormoni-antagonisti, cioè ormoni con l'effetto opposto: insulina e glucagone. Entrambi gli ormoni sono secreti dalle cellule pancreatiche.

Nota: le parole "glucagone" e "glicogeno" sono molto simili, ma il glucagone è un ormone e il glicogeno è un polisaccaride di riserva.

L'insulina viene sintetizzata se c'è molto glucosio nel sangue. Questo di solito accade dopo che una persona ha mangiato, specialmente se il cibo è ricco di carboidrati (ad esempio, se mangi farina o cibi dolci). Tutti i carboidrati contenuti nel cibo sono suddivisi in monosaccaridi e già in questa forma vengono assorbiti attraverso la parete intestinale nel sangue. Di conseguenza, il livello di glucosio aumenta.

Quando i recettori cellulari rispondono all'insulina, le cellule assorbono il glucosio dal sangue e il suo livello diminuisce di nuovo. A proposito, questo è il motivo per cui il diabete - la mancanza di insulina - è chiamato metaforicamente "fame nell'abbondanza", perché nel sangue dopo aver mangiato cibo ricco di carboidrati appare un sacco di zucchero, ma senza insulina le cellule non possono assorbirlo. Una parte delle cellule del glucosio viene utilizzata per l'energia e il rimanente viene convertito in grasso. Le cellule del fegato usano glucosio assorbito per sintetizzare il glicogeno. Se c'è poca glicemia nel sangue, avviene il processo inverso: il pancreas secerne l'ormone glucagone e le cellule epatiche iniziano a scindere il glicogeno, rilasciando glucosio nel sangue o sintetizzando nuovamente il glucosio da molecole più semplici, come l'acido lattico.

L'adrenalina porta anche alla rottura del glicogeno, perché l'intera azione di questo ormone ha lo scopo di mobilitare il corpo, preparandolo per il tipo di reazione "colpisci o scappa". E per questo è necessario che la concentrazione di glucosio diventi più alta. Quindi i muscoli possono usarlo per l'energia.

Pertanto, l'assorbimento del cibo porta al rilascio dell'insulina ormonale nel sangue e alla sintesi del glicogeno e l'inedia porta al rilascio dell'ormone glucagone e alla scomposizione del glicogeno. Il rilascio di adrenalina, che si verifica in situazioni di stress, porta anche alla rottura del glicogeno.

Da cosa viene sintetizzato il glicogeno?

Il glucosio-6-fosfato funge da substrato per la sintesi del glicogeno o della glicogenogenesi, come altrimenti viene chiamato. Questa è una molecola che si ottiene dal glucosio dopo aver collegato un residuo di acido fosforico al sesto atomo di carbonio. Il glucosio, che forma il glucosio-6-fosfato, entra nel fegato dal sangue e nel sangue dall'intestino.

Un'altra opzione è possibile: il glucosio può essere nuovamente sintetizzato da precursori più semplici (acido lattico). In questo caso, il glucosio dal sangue entra, per esempio, nei muscoli, dove viene diviso in acido lattico con rilascio di energia, e quindi l'acido lattico accumulato viene trasportato nel fegato e le cellule epatiche ri-sintetizzano il glucosio da esso. Quindi questo glucosio può essere convertito in glucosio-6-fosfot e più avanti sulla base di esso per sintetizzare il glicogeno.

Fasi di formazione di glicogeno

Quindi, cosa succede nel processo di sintesi del glicogeno dal glucosio?

1. Il glucosio dopo l'aggiunta del residuo dell'acido fosforico diventa glucosio-6-fosfato. Ciò è dovuto all'enzima esochinasi. Questo enzima ha diverse forme. L'esochinasi nei muscoli è leggermente diversa dall'esochinasi nel fegato. La forma di questo enzima, che è presente nel fegato, è peggiore associata al glucosio e il prodotto formato durante la reazione non inibisce la reazione. A causa di ciò, le cellule del fegato sono in grado di assorbire il glucosio solo quando ce n'è molta, e posso trasformare immediatamente un sacco di substrato in glucosio-6-fosfato, anche se non ho il tempo di elaborarlo.

2. L'enzima fosfoglucomutasi catalizza la conversione del glucosio-6-fosfato nel suo isomero, glucosio-1-fosfato.

3. Il glucosio-1-fosfato risultante si combina quindi con uridina trifosfato, formando UDP-glucosio. Questo processo è catalizzato dall'enzima pirofosforilasi UDP-glucosio. Questa reazione non può procedere nella direzione opposta, cioè è irreversibile in quelle condizioni che sono presenti nella cellula.

4. L'enzima glicogeno sintasi trasferisce il residuo di glucosio alla molecola di glicogeno emergente.

5. L'enzima di fermentazione del glicogeno aggiunge punti di ramificazione, creando nuovi "rami" sulla molecola di glicogeno. Successivamente alla fine di questo ramo vengono aggiunti nuovi residui di glucosio usando glicogeno sintasi.

Dove è conservato il glicogeno dopo la formazione?

Il glicogeno è un polisaccaride di riserva necessario per la vita e viene immagazzinato sotto forma di piccoli granuli situati nel citoplasma di alcune cellule.

Il glicogeno immagazzina i seguenti organi:

1. Fegato. Il glicogeno è piuttosto abbondante nel fegato ed è l'unico organo che utilizza la fornitura di glicogeno per regolare la concentrazione di zucchero nel sangue. Fino al 5-6% può essere glicogeno dalla massa del fegato, che corrisponde approssimativamente a 100-120 grammi.

2. Muscoli. Nei muscoli, le riserve di glicogeno sono meno in percentuale (fino all'1%), ma in totale, in termini di peso, possono superare tutto il glicogeno immagazzinato nel fegato. I muscoli non emettono il glucosio formatosi dopo la rottura del glicogeno nel sangue, ma lo usano solo per i propri bisogni.

3. Reni. Hanno trovato una piccola quantità di glicogeno. Neppure quantità più piccole sono state trovate nelle cellule gliali e nei leucociti, cioè globuli bianchi.

Quanto durano i depositi di glicogeno?

Nel processo di attività vitale di un organismo, il glicogeno è sintetizzato abbastanza spesso, quasi ogni volta dopo un pasto. Il corpo non ha senso immagazzinare grandi quantità di glicogeno, perché la sua funzione principale non è quella di servire da donatore di nutrienti il ​​più a lungo possibile, ma di regolare la quantità di zucchero nel sangue. I depositi di glicogeno durano circa 12 ore.

Per confronto, i grassi immagazzinati:

- In primo luogo, di solito hanno una massa molto più grande della massa di glicogeno immagazzinato,
- in secondo luogo, possono essere sufficienti per un mese di esistenza.

Inoltre, vale la pena notare che il corpo umano può convertire i carboidrati in grassi, ma non viceversa, cioè il grasso immagazzinato non può essere convertito in glicogeno, ma può essere usato direttamente solo per l'energia. Ma per scomporre il glicogeno in glucosio, quindi distruggere il glucosio stesso e utilizzare il prodotto risultante per la sintesi dei grassi, il corpo umano è abbastanza abile.

Il glicogeno è una riserva di energia facilmente utilizzabile.

Mobilizzazione del glicogeno (glicogenolisi)

Le riserve di glicogeno sono utilizzate in modo diverso a seconda delle caratteristiche funzionali della cellula.

Il glicogeno epatico viene metabolizzato riducendo la concentrazione di glucosio nel sangue, principalmente tra i pasti. Dopo 12-18 ore di digiuno, le riserve di glicogeno nel fegato sono completamente esaurite.

Nei muscoli, la quantità di glicogeno di solito diminuisce solo durante l'attività fisica - prolungata e / o intensa. Il glicogeno viene usato qui per garantire il funzionamento dei miociti mediante glucosio. Quindi, i muscoli, così come altri organi, usano il glicogeno solo per i propri bisogni.

La mobilizzazione (decomposizione) del glicogeno o della glicogenolisi si attiva quando c'è una carenza di glucosio libero nella cellula e quindi nel sangue (digiuno, lavoro muscolare). Il livello di glucosio nel sangue "volutamente" supporta solo il fegato, nel quale è presente la glucosio-6-fosfatasi, che idrolizza l'estere del fosfato di glucosio. Il glucosio libero formatosi nell'epatocita viene rilasciato attraverso la membrana plasmatica nel sangue.

Tre enzimi sono direttamente coinvolti nella glicogenolisi:

1. Il glicogeno fosforilasico (coenzima piridossale fosfato) - scinde i legami α-1,4-glicosidici per formare il glucosio-1-fosfato. L'enzima funziona fino a quando rimangono 4 residui di glucosio fino al punto di diramazione (legame α1,6).

Il ruolo della fosforilasi nella mobilizzazione del glicogeno

2. α (1,4) -α (1,4) -glucanthransferase è un enzima che trasferisce un frammento da tre residui di glucosio a un'altra catena con la formazione di un nuovo legame α1,4-glicosidico. Allo stesso tempo, un residuo di glucosio e un legame α1,6-glicosidico accessibile "aperto" rimangono nello stesso posto.

3. L'amilo-α1,6-glucosidasi (enzima "detituschy") - idrolizza il legame α1,6-glicosidico con il rilascio di glucosio libero (non fosforilato). Di conseguenza, si forma una catena senza rami, che funge ancora da substrato per la fosforilasi.

Il ruolo degli enzimi nella scomposizione del glicogeno

Sintesi del glicogeno

Il glicogeno può essere sintetizzato in quasi tutti i tessuti, ma le maggiori riserve di glicogeno sono nel fegato e nei muscoli scheletrici.

Nei muscoli, la quantità di glicogeno di solito diminuisce solo durante l'attività fisica - prolungata e / o intensa. L'accumulo di glicogeno qui è notato nel periodo di recupero, specialmente quando si assumono cibi ricchi di carboidrati.

Il glicogeno epatico viene suddiviso riducendo la concentrazione di glucosio nel sangue, principalmente tra i pasti (periodo post-adsorbimento). Dopo 12-18 ore di digiuno, le riserve di glicogeno nel fegato sono completamente esaurite. Il glicogeno si accumula nel fegato solo dopo aver mangiato, con iperglicemia. Ciò è dovuto alle peculiarità della chinasi epatica (glucochinasi), che ha una bassa affinità per il glucosio e può funzionare solo alle sue alte concentrazioni.

A normali concentrazioni di glucosio nel sangue non viene eseguita la sua cattura da parte del fegato.

I seguenti enzimi sintetizzano direttamente il glicogeno:

1. Phosphoglucomutase - converte il glucosio-6-fosfato in glucosio-1-fosfato;

2. Glucosio-1-fosfato-uridiltransferasi - un enzima che svolge la reazione di sintesi chiave. L'irreversibilità di questa reazione è fornita dall'idrolisi del difosfato risultante;

Reazioni della sintesi di UDP-glucosio

3. Glicogeno sintetasi - forma legami α1,4-glicosidici e estende la catena del glicogeno, attaccando il C 2 UDF-glucosio attivato al residuo terminale del glicogeno C 4;

Chimica di reazione di sintesi del glicogeno

4. L'amilo-α1,4-α1,6-glicosiltransferasi, "enzima ramificato dal glicogeno", trasferisce un frammento con una lunghezza minima di 6 residui di glucosio in una catena adiacente con la formazione di un legame α1,6-glicosidico.

Manuale di farmacista 21

Chimica e tecnologia chimica

Rottura del glicogeno per formare glucosio

Durante la fosforolisi, il glicogeno si decompone così con la formazione di estere fosforico di glucosio, senza prima suddividerlo in frammenti più grandi della molecola di polisaccaride. [C.251]

Le fosforilasi trasferiscono i polisaccaridi (in particolare il glicogeno) dalla forma di conservazione alla forma metabolicamente attiva in presenza di fosforilasi, e il glicogeno si rompe per formare l'etere di fosfato di glucosio (glucosio-1-fosfato) senza dividerlo in frammenti più grandi della molecola di polisaccaride. In termini generali, questa reazione può essere rappresentata come segue [p.325]

Più tardi risponderemo a questa importante domanda in modo più dettagliato (capitolo 25), ora diciamo solo che se il corpo è improvvisamente in una situazione critica, il midollo surrenale secerne l'adrenalina nel sangue, che funge da segnale molecolare per il fegato e i muscoli. Sotto l'influenza di questo segnale, il fegato accende la sua glicogeno fosforilasi, a seguito della quale il livello di glucosio nel sangue aumenta, vale a dire. i muscoli prendono carburante Lo stesso segnale include nel muscolo scheletrico la rottura del glicogeno con la formazione di lattato, migliorando così [p.464]

La digestione dei carboidrati nella dieta inizia nella cavità orale. Sotto l'azione dell'enzima saliva amilasi, l'amido e il glicogeno subiscono una scissione superficiale per formare polisaccaridi a basso peso molecolare - destrine. Un'ulteriore decomposizione di destrine, nonché amido non digerito e glissogeno si verifica nell'intestino tenue con la partecipazione di amilasi del succo pancreatico. Il risultato è un maltosio disaccaride, costituito da due residui di glucosio. La digestione dei carboidrati è completata dalla conversione del maltosio formato e di altri disaccaridi alimentari (saccarosio, lattosio) in monosaccaridi (glucosio, fruttosio, galattosio), il principale dei quali è il glucosio. [C.44]

I carboidrati complessi iniziano a subire trasformazioni già nella regione della bocca. La saliva, una secrezione prodotta dalle ghiandole salivari (parotide, sottomandibolare, sublinguale), contiene due enzimi che scompongono l'amilasi dei carboidrati (l'amilasi della saliva si chiamava ptyalin) e in una piccola quantità di maltasi. Questi enzimi, mediante successiva esposizione all'amido o al glicogeno, portano la rottura (idrolisi) di questi polisaccaridi alla formazione di glucosio. [C.241]

Affinché la glicogeno-fosforilasi si rompa sotto l'azione del glicogeno, un diverso enzima deve agire anche sul polisaccaride. (1 -> 6) -glucosidasi. Questo enzima catalizza due reazioni. Nel primo di questi, fende dalla catena tre residui di glucosio dei quattro citati e li trasferisce alla fine di qualche altra catena laterale esterna. Nella seconda reazione, catalizzata da una (1 - + -> 6) -glucosidasi, il quarto residuo di glucosio viene scisso, attaccato al punto di diramazione di un legame (1->> 6. L'idrolisi di un legame (1-> 6> al punto di diramazione porta a la formazione di una molecola di D-glucosio e da- [p.457]


Il glicogeno si scioglie in acqua calda per formare una soluzione opalescente. È dipinto con iodio in un colore rosso-marrone, vicino al colore dell'amilopectina iodio-colorata. Il glicogeno non ha proprietà riducenti. Durante l'idrolisi del glicogeno mediante acido minerale diluito, così come scindendolo con enzimi, si forma a-O-glucosio. I resti delle molecole di glucosio nelle molecole di glicogeno sono collegati tra loro da legami glucosidici 1,4 e 1,6. Quindi, come l'amilo-pectina, la molecola del glicogeno ha una struttura ramificata, con una quantità maggiore di 1,6 legami glucosidici (per 12 legami di 1,4, c'è un legame 1,6) rispetto alla molecola di amilopectina, e quindi più ramificato e più compatto (figura 5). [C.74]

La funzione del fegato nel metabolismo dei carboidrati è estremamente ampia e sfaccettata. È in grado di sintetizzare il glicogeno dal glucosio e dal materiale non contenente carboidrati. Tale materiale può essere acido lattico, glicerina, prodotti di clivaggio di glicocollo, alanina, tirosina, fenilalanina, serina, treonina, cisteina, valina, isoleucina, acido aspartico e glutammico, arginina e prolina. Questi sono i cosiddetti acidi glucogenici. Il fegato può ossidare l'acido piruvico per formare ATP, che viene utilizzato dal fegato per convertire l'acido lattico in glicogeno. [C.84]

Per la prima volta con fosforilazione delle proteine ​​AMP-dipendente è stato rilevato durante lo studio del metabolismo del glicogeno nelle cellule muscolari scheletriche. Il glicogeno è la principale forma di riserva di glucosio, come già accennato, la sua disintegrazione nelle cellule muscolari è regolata dall'adrenalina (infatti, l'adrenalina regola sia la scomposizione del glicogeno che la sua sintesi nei muscoli scheletrici). Se, per esempio, l'animale è sottoposto a stress (spavento, ecc.), Allora le ghiandole surrenali cominceranno a gettare l'adrenalina nel sangue, e questo porterà i vari tessuti del corpo in uno stato di prontezza. L'adrenalina che circola nel sangue causa, in particolare, la rottura del glicogeno nelle cellule muscolari a glucosio-1-fosfato e allo stesso tempo inibisce la sintesi del nuovo glicogeno. Il glucosio-1-fosfato viene convertito in glucosio-6-fosfato, che viene poi ossidato nelle reazioni di glicolisi con la formazione di ATP, fornendo energia per il lavoro muscolare intensivo. In questo modo, l'adrenalina prepara le cellule muscolari per un lavoro intenso. [C.372]

Negli esseri umani sono note un certo numero di malattie genetiche associate a alterata sintesi o rottura del glicogeno. Uno dei primi era un caso di ingrossamento cronico del fegato - in una bambina di 8 anni, che aveva anche vari tipi di disturbi metabolici. La ragazza è morta per l'influenza. L'autopsia ha rivelato che il suo fegato era 3 volte più rispetto alla norma conteneva una enorme quantità di glicogeno condividerlo ha rappresentato quasi il 40% del peso secco del corpo. Isolata dal glicogeno fegato chimicamente apparso abbastanza normale, tuttavia, quando un pezzo di tessuto epatico è stato omogeneizzato ed incubato in tampone, il glicogeno rimasta intatta audio-lattato o glucosio non viene formato. Quando una sospensione preparata dal tessuto di un fegato normale è stata aggiunta al glicogeno, è rapidamente collassata al glucosio. Sulla base di test biochimici, i ricercatori sono giunti alla conclusione che il paziente processo di scissione del glicogeno è stato rotto (Questa malattia è spesso chiamata la malattia Gierke descritto dal nome del medico). In primo luogo, si è ipotizzato che un enzima difettoso è in questo caso di glucosio-6-Phos-fataza come mal di fegato non forma glucosio ma nessuna produzione di lattato indicano che il difetto è toccata o glicogeno fosforilasi, o un enzima deramificante [a (: 1 - 6 a) -glucosidasi]. Successivamente, i ricercatori sono stati rafforzati nell'opinione che in questo caso classico era affetto da una (1 - 6) -glucosidasi. Di conseguenza, le molecole di glicogeno nel fegato potrebbero essere scomposte per formare glucosio o [c.616]


È necessario precisare che la scissione del glicogeno nel fegato con formazione di glucosio libero (glicogeno mobilitazione, p. 245) si verifica principalmente da fosforoliticheskim. Così glicogeno viene scisso sotto l'influenza di non amilasi e fosforilasi epatica di glucosio-1-monofosfato estere (p. 251). Quest'ultima viene quindi rapidamente sgretolata dalle fosfatasi epatiche in glucosio libero e acido fosforico. Così, in definitiva fosforilasi fosfatasi e glucosio-1-monofosfato estere presenti in glicogeno epatico viene scissa in singole particelle glucosio, senza la formazione intermedia di destrine e maltosio, caratteristici dei prodotti di scissione idrolitica di glicogeno (in presenza di amilasi). [C.245]

Il metabolismo nel cervello, nei muscoli, nel tessuto adiposo e nel fegato varia notevolmente. In una persona nutrita normalmente, il glucosio è praticamente l'unica fonte di energia per il cervello. Durante il digiuno, i corpi chetonici (acetoacetato e 3-idrossi-butirrato) acquisiscono il ruolo della principale fonte di energia per il cervello. I muscoli usano glucosio, acidi grassi e corpi chetonici come fonte di energia e sintetizzano il glicogeno come una riserva di energia per i propri bisogni. Il tessuto adiposo è specializzato nella sintesi, nella conservazione e nella mobilizzazione dei triacilgliceroli. Più processi metabolici del fegato supportano il lavoro di altri organi. Il fegato può mobilizzare rapidamente il glicogeno ed eseguire la gluconeogenesi per soddisfare i bisogni di altri organi. Il fegato svolge un ruolo importante nella regolazione del metabolismo dei lipidi. Quando le fonti di energia sono abbondanti, si verifica la sintesi e l'esterificazione degli acidi grassi. Quindi si spostano dal fegato al tessuto adiposo sotto forma di lipoproteine ​​a densità molto bassa (VLDL). Tuttavia, durante il digiuno, gli acidi grassi vengono convertiti nel fegato in corpi chetonici. L'integrazione dell'attività di tutti questi organi viene effettuata dagli ormoni. L'insulina segnala un'abbondanza di risorse alimentari, stimola la formazione di glicogeno e triacilgliceroli e la sintesi proteica. Il glucagone, al contrario, segnala un basso contenuto di glucosio nel sangue, stimola la rottura del glicogeno e della gluconeogenesi nel fegato e l'idrolisi dei triacilgliceroli nel tessuto adiposo. L'adrenalina e la norepinefrina agiscono su risorse energetiche come il glucagone, con la differenza che il loro obiettivo principale è il muscolo, non il fegato. [C.296]

Insulina. Un ruolo importante nel metabolismo dei carboidrati e nella regolazione della glicemia gioca l'insulina ormonale. In contrasto con l'azione di altri ormoni abbassa la concentrazione di zucchero nel sangue, aumentando la conversione del glucosio in glicogeno nel fegato e nei muscoli, promuovendo un'adeguata ossidazione del glucosio nei tessuti, così come sotto-soffiaggio del glicogeno epatico in glucosio. Insulina agisce sul processo di fosforilazione-zione di glucosio in glucosio-6-fosfato, che è il primo passo glyukogenezisa, o formazione di glicogeno. In assenza di un apporto sufficiente di insulina, la conversione del glucosio extracellulare in glucosio-6-fosfato intracellulare viene ritardata. [C.364]

Gibson, 1948 [1099]) (25080). In questo caso, l'enzima danneggiato è la metemoglobina riduttasi dipendente dalla MAVN. Il primo tentativo di studiare sistematicamente un gruppo di malattie umane associate a difetti metabolici è stato fatto nel 1951. Nella ricerca di glicogenosi [1044] sposi Corey hanno dimostrato che in otto dei dieci casi, la condizione patologica è diagnosticato come malattia Gierke (23220), glicogeno fegato è normale struttura rappresentata variante, ed era apparentemente spezzato in due casi. Era anche ovvio che il glicogeno epatico, accumulato in eccesso, non può essere convertito direttamente in zucchero, poiché i pazienti mostrano una tendenza all'ipoglicemia. Molti enzimi sono necessari per la scomposizione del glicogeno per formare il glucosio nel fegato. Due di loro, amilo-1,6-glucosidasi e glucosio-6-fosfatasi, sono stati scelti per lo studio come possibili elementi difettosi del sistema enzimatico. Negli omogenati del fegato a diversi valori di pH, è stato misurato il rilascio di fosfato dal glucosio-6-fosfato. I risultati sono presentati in Fig. [C.10]

Pertanto, un legame di fosfato ad alta energia viene consumato quando il glucosio-6-fosfato è incluso nel glicogeno. L'energia emessa durante la rottura del glicogeno è estremamente elevata. Circa il 90% dei residui sono scissione fosforescente con formazione di glucosio-1-fosfato, che si trasforma in glucosio-b-fosfato senza costi energetici. Il restante 10% dei residui appartiene ai rami e viene suddiviso idroliticamente. Una molecola di ATP viene utilizzata per fosforilare ciascuna di queste molecole di glucosio in glucosio-b-fosfato. L'ossidazione completa del glucosio-b-fosfato dà trentasette [c.122]

Sintesi e degradazione del glicogeno. Il glicogeno è una forma di accumulo di energia facilmente mobilitata. È un polimero ramificato di residui di glucosio. Un intermedio attivato di sintesi del glicogeno è UDP-glucosio, che è formato da glucosio-1-fosfato e UTP. La g alcogen synthase catalizza il trasferimento di un residuo di glucosio dal glucosio UDP al gruppo ossidrile terminale della catena in crescita. La scissione del glicogeno è un altro modo. La fosforilasi catalizza la scissione del glicogeno da parte dell'ortofosfato per formare il glucosio-1-fosfato. La sintesi e la scissione del glicogeno sono coordinate con- [p.285]

Il metabolismo dei carboidrati in ogni cellula vivente (sostanza vivente) è un singolo processo simultaneamente correlato alle reazioni interconnesse di decomposizione e sintesi di sostanze organiche. Nel centro del metabolismo dei carboidrati negli animali vi sono la glicogenesi e la glicogenolisi, cioè i processi di formazione e decomposizione del glicogeno. Si presentano principalmente nel fegato. Il glicogeno può essere formato sia da carboidrati che da fonti non di carboidrati, come ad esempio alcuni amminoacidi, glicerina, acido lattico, piruvico e propionico, nonché da molti altri composti semplici. Il termine glicogenolisi si riferisce alla reale scomposizione del glicogeno in glucosio. Ma ora questa parola è spesso intesa come l'intera somma dei processi che portano alla formazione glicolitica di acido lattico nel caso in cui il substrato di partenza non sia glucosio, ma glicogeno. La glicolisi è generalmente intesa come la rottura dei carboidrati fin dall'inizio, cioè da glucosio o glicogeno, non fa differenza con i prodotti finali. [C.376]

Durante la fermentazione alcolica, nel processo di scissione di una molecola di glucosio, si formano quattro molecole di ATP (50 kcal o 210 kJ). Di questi, due sono dedicati all'attività funzionale e alla sintesi. Secondo i calcoli di alcuni autori, durante la glicolisi e la glicogenolisi, il 35-40 / o di tutta l'energia libera rilasciata si accumula in legami di fosforo ricchi di energia, mentre il restante 60-65% viene disperso sotto forma di calore. L'efficienza di cellule, organi, lavorando in condizioni anaerobiche, non supera 0,4 (aerobico 0,5). Questi calcoli sono basati principalmente su dati ottenuti da estratti muscolari e succo di lievito. Sotto le condizioni di un organismo vivente, le cellule muscolari, gli organi e i tessuti utilizzano l'energia, probabilmente molto di più. Da un punto di vista fisiologico, il processo di glicogenolisi e glicolisi è estremamente importante, specialmente quando i processi vitali sono condotti in condizioni di mancanza di ossigeno. Ad esempio, con il vigoroso lavoro dei muscoli, specialmente nella prima fase di attività, c'è sempre uno spazio tra il rilascio di ossigeno ai muscoli e il suo bisogno. In questo caso, i costi energetici iniziali sono coperti in gran parte dalla glicogenolisi. Fenomeni simili sono osservati in vari stati patologici (ipossia del cervello, cuore, ecc.). Inoltre, l'energia potenziale contenuta nell'acido lattico, in definitiva non è persa per un organismo altamente organizzato. L'acido lattico risultante viene rapidamente trasferito dai muscoli al sangue e quindi trasportato nel fegato, dove viene nuovamente convertito in glicogeno. La decomposizione anaerobica dei carboidrati con la formazione di acido lattico è molto comune in natura: si osserva non solo nei muscoli, ma anche in altri tessuti dell'organismo animale. [C.334]

Per la prima volta, la sequenza degli eventi è stata chiarita nello studio del metabolismo del glicogeno nelle cellule del muscolo scheletrico. Il glicogeno è la principale forma di riserva di glucosio, la sua sintesi e decomposizione sono strettamente regolate da determinati ormoni. Se, per esempio, un animale è spaventato o sottoposto ad altro stress, le ghiandole surrenali secernono l'adrenalina nel flusso sanguigno, portando vari tessuti del corpo a uno stato di prontezza. L'adrenalina circolante causa, in particolare, la rottura del glicogeno nelle cellule epiconiche a glucosio-1-fosfato e allo stesso tempo interrompe la sintesi di nuovo glicogeno. Il glucosio-1-fosfato viene convertito in glucosio-6-fosfato, che viene poi ossidato in reazioni di glicolisi, che porta alla formazione di ATP, che è necessaria per il lavoro di mypps. In questo modo, l'adrenalina prepara le cellule muscolari per un lavoro intenso. [C.271]

Vedi le pagine in cui viene menzionato il termine "Scissione di glicogeno con la formazione di glucosio" [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]

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glicogeno

Il glicogeno (noto anche come "amido animale", nonostante l'inesattezza di questo nome) è un polisaccaride, omopolimero di α-glucosio, la principale forma di immagazzinamento nelle cellule animali, la maggior parte dei funghi, molti batteri e archaea. Nel corpo umano, i principali luoghi di accumulo di glicogeno sono il fegato e il muscolo scheletrico.

La capacità del fegato di aumentare la concentrazione di glucosio nel sangue e la presenza di una sostanza simile all'amido, chiamata glicogeno, fu scoperta nel 1875 da Claude Bernard.

Struttura chimica

Il glicogeno è un omopolimero α-glucosio, i cui residui sono interconnessi da legami (α1 → 4) -glucoside. Ogni 8-10 residui monomerici si diramano, i rami laterali sono attaccati (α1 → 6) da un fascio. Quindi, la molecola del glicogeno è molto più compatta e ramificata dell'amido. Il grado di polimerizzazione è vicino a quello dell'amilopectina.

Tutti i rami del glicogeno hanno una estremità non di frequenza, quindi se il numero di rami è uguale a n, la molecola avrà n-1 estremità non rare e solo una ne riduce. Quando si verifica l'idrolisi del glicogeno per utilizzarlo come fonte di energia, i residui di glucosio vengono separati uno per uno dalle estremità non riducibili. Il loro ampio numero consente di velocizzare significativamente il processo.

La conformazione più stabile dei rami con legamento (α1 → 4) è un'elica densa con sei residui di glucosio per rivoluzione (il piano di ogni molecola viene riportato a 60 ° rispetto al precedente).

Per svolgere la sua funzione biologica: garantendo la conservazione più compatta del glucosio e allo stesso tempo la possibilità della sua rapida mobilizzazione, il glicogeno deve avere una struttura ottimizzata per diversi parametri: 1) il numero di livelli (livelli) di ramificazione; 2) il numero di rami in ogni livello; 3) la quantità di residui di glucosio in ciascun ramo. Per una molecola di glicogeno con un numero costante di unità monomeriche, il numero di rami esterni dai quali il glucosio può essere mobilizzato al punto di diramazione diminuisce con l'aumentare della lunghezza media di ciascun ramo. La densità dei rami più esterni è stericamente limitata, quindi la dimensione massima della molecola di glicogeno diminuisce con l'aumentare del numero di rami allo stesso livello. Le molecole mature di glicogeno di diversa origine hanno una media di 12 livelli di ramo, ognuno dei quali ha una media di due rami, ognuno dei quali contiene circa 13 residui di glucosio. L'analisi matematica ha mostrato che una tale struttura è molto vicina a quella ottimale per mobilizzare la quantità massima di glucosio nel più breve tempo possibile.

Distribuzione e significato

Il glicogeno è una forma di accumulo di glucosio negli animali, funghi, alcuni batteri (in particolare, cianobatteri) e APEX. Nei microrganismi, il glicogeno è distribuito più o meno uniformemente in tutto il citoplasma di una cellula sotto forma di granuli con un diametro di 20-100 nm, di solito possono essere visti solo attraverso un microscopio elettronico. Se una cellula contiene molto glicogeno, diventa rosso-marrone quando si vernicia con una soluzione di iodio. Negli animali vertebrati, le quantità maggiori di glicogeno sono immagazzinate nel fegato, dove possono essere 7-10% della massa totale (100-120 g in un adulto) e muscoli scheletrici (1-2% della massa totale). Piccole quantità di glicogeno si trovano nei reni e ancor meno in alcune cellule del cervello gliale e dei globuli bianchi.

Lo stoccaggio del glucosio non è in forma libera, ma sotto forma di polisaccaridi è dettato da due motivi. Primo, se, per esempio, nell'epatocita, l'intera massa di glucosio, che è parte del glicogeno, era in uno stato libero, la sua concentrazione avrebbe raggiunto 0,4 mol / l. E questo a sua volta porterebbe ad un aumento significativo della pressione osmotica del citosol, un eccessivo afflusso di acqua nella cellula e la sua rottura. In secondo luogo, una concentrazione di glucosio così elevata farebbe il suo trasporto attivo dall'ambiente cellulare, nel caso di un epatocita dal sangue, dove il livello di glucosio è solo 5 mmol / l, praticamente impossibile. Conservare il glucosio sotto forma di glicogeno riduce la sua concentrazione nella cellula a 0,01 μmol / L.

Le riserve di glicogeno negli esseri umani sono significativamente inferiori alle riserve di grasso. Questi ultimi hanno una serie di vantaggi: in primo luogo, consentono di ottenere più del doppio dell'energia della stessa massa di carboidrati, in secondo luogo sono molecole idrofobe e, a differenza dei carboidrati, non richiedono idratazione, il che riduce la massa di riserve energetiche. Tuttavia, il glicogeno è una veloce fonte di energia, inoltre nel corpo animale non ci sono percorsi metabolici per la conversione degli acidi grassi in glucosio, e questo non può essere usato dal cervello nel metabolismo muscolare anaerobico.

Negli epatociti, il glicogeno viene immagazzinato come granuli citoplasmatici di grandi dimensioni. La cosiddetta β-particella elementare, è una molecola del glicogeno, ha un diametro di circa 21 nm e comprende 55000 residui di glucosio e ha 2000 estremità irregolari. 20-40 di tali particelle insieme formano α-rosette, che possono essere viste al microscopio nei tessuti di animali ben nutriti. Tuttavia, scompaiono dopo un digiuno di 24 ore. I granuli di glicogeno sono aggregati complessi, che oltre al glicogeno stesso includono enzimi, sintetizzano e analizzano, oltre a molecole regolatrici.

Il glicogeno muscolare serve come fonte di energia veloce per il metabolismo sia aerobico che anaerobico. Le sue riserve possono essere esaurite in un'ora di intensa attività fisica. L'allenamento regolare consente di aumentare le riserve di glicogeno muscolare, con il risultato che possono lavorare più a lungo senza affaticare. Nel fegato, il glicogeno è una riserva di glucosio per altri organi, nel caso in cui il suo apporto dietetico sia limitato. Questa riserva è particolarmente importante per i neuroni che non possono utilizzare gli acidi grassi come substrato energetico. La riserva epatica di glicogeno durante il digiuno si esaurisce in 12-24 ore.

Il glicogeno è anche contenuto nelle ghiandole segrete dell'utero, che secernono nella sua cavità durante il periodo post-ovulazione del ciclo mestruale dopo la fecondazione. Qui, il polisaccaride viene utilizzato come fonte di nutrimento per l'embrione per il suo impianto.

Anche il glicogeno entra nel corpo con il cibo ed è scomposto nell'intestino tenue degli enzimi idrolitici.

Metabolismo del glicogeno

Rottura del glicogeno

La scissione del glicogeno avviene in due modi principali: durante la digestione, viene idrolizzato al glucosio, che può essere assorbito dalle cellule epiteliali dell'intestino tenue. La scissione intracellulare delle riserve di glicogeno (glicogenolisi) passa attraverso la fosforolisi, il cui prodotto è il glucosio-1-fosfato, in questo modo è possibile risparmiare parte dell'energia dei legami glicosidici attraverso la formazione di estere fosfato. Pertanto, per incorporare il glucosio formato nella glicolisi o nella via del pentoso fosfato, non è necessario consumare ATP. Inoltre, la formazione di glucosio-1-fosfato è benefica per i muscoli, poiché per questo composto non ci sono portatori nella membrana plasmatica e non può "scappare" dalla cellula.

Idrolisi del glicogeno durante la digestione

Nell'uomo, la digestione del glicogeno (come l'amido) inizia nella cavità orale, dove agisce la sua α-amilasi della saliva. Questo enzima idrolizza i legami intramolecolari (α1 → 4) e scinde i polisaccaridi in oligosaccaridi. Nello stomaco, la saliva amilasi è inattivata attraverso l'elevata acidità del mezzo. Il succo gastrico non contiene enzimi per digerire i carboidrati. Nel duodeno, il legame (α1 → 4) del glicogeno viene attuato dall'α-amilasi pancreatica e dal legame (α1 → 6), da uno speciale enzima di rilascio del ferro amilo-1,6-glicosidasi. Questo completa l'idrolisi del glicogeno al maltosio, che, sotto l'influenza dell'enzima parietale della maltasi dell'intestino tenue (α-glucosidasi), viene convertito in glucosio e assorbito.

glicogenolisi

Il glicogeno intracellulare e il glicogeno epatico vengono scissi durante la glicogenolisi, a cui partecipano tre enzimi: glicogeno fosforilasi, enzima glicogendendoglozhuuyuyu e fosfoglucomutasi. Il primo catalizza una reazione in cui il fosfato inorganico attacca la connessione glicosidica (α1 → 4) tra gli ultimi due residui di glucosio dall'estremità non rara, determinando la scissione dell'ultimo residuo come glucosio-1-fosfato. Il cofattore in questa reazione è il fosfato piridossale.

La glicogeno fosforilasi taglia successivamente un monomero dall'estremità non rara fino a raggiungere il punto rimosso da quattro residui dal collegamento (α1 → 6) (punto di diramazione). È qui che entra in gioco un enzima bifunzionale (eukriot). Innanzitutto, catalizza la reazione della transferasi, che consiste nel trasferire un blocco di tre residui di glucosio da un ramo all'estremità non rara più vicina a cui è collegato (α1 → 4) -link. Dopo questo, l'enzima fissile esibisce (α1 → 6) l'attività -glucosidasica, che consiste nella scissione del legame (α1 → 6) e il rilascio di glucosio libero.

Il glucosio-1-fosfato si forma per convertire la fosfoglucomutasi in glucosio-6-fosfato, che nel muscolo scheletrico entra nel processo di glicolisi. Nel fegato, il glucosio-6-fosfato può anche essere trasportato nel reticolo endoplasmatico, lì sotto l'azione della glucosio-6-fosfatasi (i muscoli sono privati ​​di questo enzima), convertito in glucosio e rilasciato nel sangue.

Biosintesi del glicogeno

In piccola parte, la biosintesi del glicogeno (glicogenesi) si verifica in quasi tutti i tessuti del corpo, ma è più pronunciata nel fegato e nei muscoli. Questo processo inizia con glucosio-6-fosfato, è formato dal glucosio alla reazione esochinasi o glucochinasi. Una parte del glucosio che entra nel corpo con il cibo viene prima assorbito dai globuli rossi, che lo usano per produrre energia nel processo di fermentazione lattica. Il lattato formato negli epatociti viene convertito in glucosio-6-fosfato durante la gluconeogenesi.

Le vie metaboliche della biosintesi e la rottura di alcuni composti di solito differiscono almeno da alcune delle reazioni. Il metabolismo del glicogeno è stato il primo esempio aperto di questo importante principio. Nel 1957 Louis Leloir scoprì che nel processo della glicogenesi non si usa glucosio-1-fosfato, ma si usa glucidifosfato glucosio.

Il glucosio-6-fosfato viene prima convertito in glucosio-1-fosfato sotto l'influenza della fosfoglucomutasi. Il prodotto di questa reazione diventa il substrato dell'enzima UDP-glucosio fosforilasi, che catalizza la reazione:

Glucosio 1-fosfato + UTP → UDP-glucosio + FF n.

Poiché il pirofosfato viene immediatamente scisso dalla pirofosfatasi inorganica, l'equilibrio della reazione è fortemente spostato verso la formazione di glucosio UDP. Quest'ultimo è un substrato per la glicogeno sintasi, che trasferisce il residuo di glucosio all'estremità non rara della molecola di glicogeno.

La formazione di rami laterali fornisce gilkozil- (4 → 6) -transglycosylase (enzima ramificato). Si divide da un ramo, contiene più di 11 unità monomeriche da 6-7 l'ultima e le trasferisce al gruppo ossidrile C6 del residuo di glucosio in una posizione più interna sullo stesso o su un altro ramo. Quindi, si verifica la ramificazione, che è necessaria per una migliore solubilità del glicogeno, e l'accesso a un numero maggiore di enzimi di sintesi e scissione a fini non rari.

Il glicogeno sintasi può sintetizzare il glicogeno solo se contiene un primer - un polimero di glucosio pronto all'uso con meno di sei unità monomeriche. La formazione di molecole di glicogeno de novo è possibile solo grazie alla proteina della glicogenina, che funge anche da "seme", sul quale si formano nuovi rami di glicogeno e un enzima, che catalizza l'inizio della formazione della nostra ricerca.

La glicogenesi e la glicogenolisi hanno un complesso sistema di regolazione a diversi livelli. Molti degli enzimi coinvolti in questi processi sono allosterici e possono cambiare la loro attività adattandosi ai bisogni della cellula. La quantità di depositi di glicogeno è anche regolata a livello ormonale per mantenere l'omeostasi dell'intero organismo.

Significato clinico

La violazione del metabolismo del glicogeno si verifica in molte malattie umane, incluso il diabete mellito. Ci sono anche una serie di disturbi ereditari associati a un'eccessiva deposizione di glicogeno nel fegato, sono chiamati glicogenosi. Di solito sono accompagnati da grave ipoglicemia (basso livello di glucosio nel sangue) tra i pasti. La prima glicogenosi è stata descritta nel 1929 da Edgar von Gorky, Gerty Corey ha dato un grande contributo allo studio di queste malattie. Sono ora note 13 forme di glicogenosi, causate dal funzionamento anomalo di varie proteine.

Sintesi e degradazione del glicogeno

Quando la concentrazione di glucosio nel sangue aumenta, ad esempio, a seguito del suo assorbimento nell'intestino durante la digestione, il flusso di glucosio nelle cellule aumenta e almeno una parte di questo glucosio può essere utilizzata per sintetizzare il glicogeno. L'accumulo di riserve di carboidrati nelle cellule sotto forma di glicogeno presenta alcuni vantaggi rispetto all'accumulo di glucosio, poiché non è accompagnato da un aumento della pressione osmotica intracellulare. Tuttavia, con una carenza di glucosio, il glicogeno viene facilmente degradato a glucosio o ai suoi esteri di fosfato e le unità monomeriche risultanti vengono utilizzate da cellule con obiettivi energetici o plastici.

4.1. Sintesi del glicogeno

Il glucosio che entra nelle cellule subisce la fosforilazione con la partecipazione di enzimi esochinasi o glucochinasi:

Successivamente, il gl-6-f risultante viene isomerizzato in gl-1-f con la partecipazione dell'enzima fosfoglucomutasi [FGM]:

Quindi chl-1-f interagisce con uridina trifosfati per formare UDP-glucosio con la partecipazione dell'enzima UDP-glucosio pirofosforilasi [o glucosio-1-fosfaturidiltransferasi]:

Il pirofosfato viene immediatamente diviso in due residui di acido fosforico con la partecipazione dell'enzima pirofosfatasi. Questa reazione è accompagnata da una perdita di energia dell'ordine di 7 kcal / mol, a seguito della quale la reazione della formazione di UDP-glucosio diventa irreversibile - controllo termodinamico della direzione del processo.

Nella fase successiva, il residuo di glucosio proveniente dal glucosio UDP viene trasferito alla molecola di glicogeno sintetizzata con la partecipazione dell'enzima glicogeno sintetasi:

UDP-glucosio + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP

/ glicogeno / e la molecola di glicogeno viene prolungata di un residuo di glucosio. L'enzima glicogeno sintetasi è in grado di legare il residuo di glucosio da UDP-glucosio alla molecola di glicogeno in costruzione solo formando un legame -1,4-glicosidico. Di conseguenza, con la partecipazione di solo uno di questi enzimi, solo un polimero lineare può essere sintetizzato. Il glicogeno è un polimero ramificato e la ramificazione nella molecola è formata con la partecipazione di un altro enzima: amilo-1,4 -> 1,6 - glicosiltransferasi. Questo enzima, altrimenti noto come l'enzima ramificato, trasporta un frammento di 5-7 unità monomeriche dall'estremità della regione lineare del polisaccaride sintetizzato più vicino al suo centro, e questo frammento si unisce alla catena polimerica a causa della formazione di un legame a-1,6-glicosidico:

Si noti che, secondo altri dati, il frammento scindibile costituito da un minimo di 6 residui di glucosio viene trasferito alla catena adiacente del polisaccaride ramificato in costruzione. In ogni caso, in futuro, entrambe le catene sono estese a causa dell'azione della glicogeno sintetasi e nuovi rami si formano con la partecipazione dell'enzima del ramo.

La sintesi del glicogeno si verifica in tutti gli organi e tessuti, tuttavia, il più alto contenuto è osservato nel fegato [dal 2 al 5-6% della massa totale dell'organo] e nei muscoli [fino all'1% della loro massa]. L'inclusione di 1 residuo di glucosio nella molecola di glicogeno è accompagnata dall'uso di 2 equivalenti ad alta energia (1 ATP e 1 UTP), in modo che la sintesi del glicogeno nelle cellule possa avvenire solo con un sufficiente apporto energetico delle cellule.

4.2. Mobilizzazione del glicogeno

Il glicogeno, come riserva di glucosio, si accumula nelle cellule durante la digestione e viene consumato durante il periodo di post-assorbimento. La scissione del glicogeno nel fegato o la sua mobilizzazione viene effettuata con la partecipazione dell'enzima glicogeno fosforilasi, spesso chiamato semplicemente fosforilasi. Questo enzima catalizza la scissione fosforescente di legami a-1,4-glicosidici di residui terminali di glucosio del polimero:

(C6 H10O5) n + H3PO4> (C6 H10O5) n-1 + Gl-1-F Per dividere una molecola nella regione di ramificazione, sono necessari due enzimi aggiuntivi: il cosiddetto debranching (degenerante) - enzima e amilo-1,6-glucosidasi inoltre, a seguito dell'azione dell'ultimo enzima, si forma nelle cellule il glucosio libero, che può lasciare la cellula o subire la fosforilazione.

Gl-1-f nelle cellule è isomerizzato con la partecipazione di fosfoglucomutasi in gl-6-f. L'ulteriore destino del gl-6-fosfato è determinato dalla presenza o dall'assenza di glucosio-6-fosfatasi nelle cellule dell'enzima. Se l'enzima è presente nella cellula, catalizza la scissione idrolitica del residuo dell'acido fosforico dal gl-6-fosfato per formare il glucosio libero:

Gl-6-f + H2O D> Glucosio + H3PO4 che può penetrare nella membrana cellulare esterna ed entrare nel flusso sanguigno. Se la glucosio-6-fosfatasi non è presente nelle cellule, il glucosio non viene defosforilato e il residuo di glucosio può essere utilizzato solo da questa particolare cellula. Si noti che la scissione del glicogeno in glucosio non richiede un ulteriore afflusso di energia.

Nella maggior parte degli organi e dei tessuti umani è assente la glucosio-6-fosfatasi, pertanto il glicogeno immagazzinato in essi viene utilizzato solo per i propri bisogni. Un tipico rappresentante di tali tessuti è il tessuto muscolare. La glucosio-6-fosfatasi è presente solo nel fegato, nei reni e nell'intestino, ma la presenza di un enzima nel fegato (più precisamente negli epatociti) è più significativa, poiché questo organo svolge il ruolo di una specie di tampone che assorbe il glucosio quando il suo contenuto nel sangue sale e fornisce glucosio al sangue quando la concentrazione di glucosio nel sangue inizia a cadere.

4.3. Regolazione della sintesi e decomposizione del glicogeno

Confrontando le vie metaboliche di sintesi e mobilizzazione del glicotermico, vedremo che sono differenti:

Questa circostanza consente di regolare separatamente i processi in discussione. La regolazione viene eseguita a livello di due enzimi: la glicogeno sintetasi, che è coinvolta nella sintesi del glicogeno e della fosforilasi, che catalizza la rottura del glicogeno.

Il principale meccanismo di regolazione dell'attività di questi enzimi è la loro modifica covalente mediante fosforilazione / defosforilazione. La fosforilata o fosforilasi "a" è altamente attiva, mentre la glicogeno sintetasi o la sintetasi "b" fosforilata è inattiva. Quindi, se entrambi gli enzimi sono in forma fosforilata, il glicogeno viene scisso nella cellula per formare il glucosio. Nello stato defosforilato, al contrario, la fosforilasi è inattiva (nella forma di "b") e la glicogeno-sintetasi è attiva (nella forma di "a"), in questa situazione, il glicogeno dal glucosio viene sintetizzato nella cellula.

Poiché il glicogeno epatico svolge il ruolo di riserva di glucosio per l'intero organismo, la sua sintesi o disintegrazione dovrebbe essere controllata da meccanismi regolatori supercellulari, il cui lavoro dovrebbe mirare a mantenere una costante concentrazione di glucosio nel sangue. Questi meccanismi dovrebbero garantire l'incorporazione della sintesi dei glicotossici negli epatociti ad elevate concentrazioni di glucosio nel sangue e migliorare la degradazione del glicogeno quando il livello di glucosio nel sangue scende.

Quindi, il segnale primario che stimola la mobilitazione del glicotoma nel fegato è una diminuzione della concentrazione di glucosio nel sangue. In risposta, le cellule alfa pancreatiche rilasciano il loro ormone, il glucagone, nel flusso sanguigno. Il glucagone che circola nel sangue interagisce con la sua proteina recettore situata sul lato esterno della membrana cellulare esterna dell'epatocita. formando montagne - complesso mon-recettore. La formazione del complesso recettore ormonale porta all'attivazione dell'enzima adenilato ciclasi situato sulla superficie interna della membrana cellulare esterna mediante un meccanismo speciale. L'enzima catalizza la formazione di 3,5-AMP ciclico (cAMP) dall'ATP in una cellula.

A sua volta, il cAMP attiva la protein chinasi enzima cAMP-dipendente nella cellula. La forma inattiva della protein chinasi è un oligomero costituito da quattro subunità: 2 regolatorie e due catalitiche. All'aumentare della concentrazione di cAMP nella cellula, 2 molecole di cAMP vengono aggiunte a ciascuna delle subunità regolatorie della protein chinasi, la conformazione delle subunità regolatorie cambia e l'oligomero si disintegra in subunità regolative e catalitiche. Le subunità catalitiche libere catalizzano la fosforilazione di un numero di enzimi nella cellula, inclusa la fosforilazione della glicogeno sintetasi con il suo trasferimento in uno stato inattivo, disattivando così la sintesi del glicogeno. Allo stesso tempo, si verifica la fosforilazione della fosforilasi chinasi e questo enzima, attivato dalla sua fosforilazione, catalizza a sua volta la fosforilasi fosforilasi con la sua conversione nella forma attiva, vale a dire nella forma di "a". Come risultato dell'attivazione della fosforilasi, la scissione del glicogeno viene attivata e gli epatociti iniziano a rilasciare glucosio nel sangue.

Di passaggio, notiamo che quando si stimola la disgregazione del glicogeno nel fegato con le catecolamine, i principali mediatori sono i recettori b-epatociti che legano l'adrenalina. Allo stesso tempo, c'è un aumento del contenuto di ioni Ca nelle cellule, dove stimolano la chinasi Ca / calmodulina sensibile della fosforilasi, che a sua volta attiva la fosforilasi attraverso la sua fosforilazione.

Schema di attivazione della scissione del glicogeno negli epatociti

Un aumento della concentrazione di glucosio nel sangue è un segnale esterno per gli epatociti in termini di stimolazione della sintesi del glicogeno e quindi di legare il glucosio in eccesso dalla circolazione sanguigna.

Lo schema di attivazione della sintesi del glicogeno nel fegato

Il seguente meccanismo funziona: con un aumento della concentrazione di glucosio nel sangue, aumenta anche il suo contenuto negli epatociti. L'aumento della concentrazione di glucosio negli epatociti, a sua volta, in un modo piuttosto complicato attiva in essi l'enzima fosfoproteina fosfatasi, che catalizza la rimozione dei residui di acido fosforico dalle proteine ​​fosforilate. La defosforilazione della fosforilasi attiva la trasforma in una forma inattiva e la defosforilazione della glicogeno sintetasi inattiva attiva l'enzima. Di conseguenza, il sistema entra in uno stato che fornisce la sintesi di glicogeno dal glucosio.

In una diminuzione dell'attività fosforilasi negli epatociti, l'ormone delle cellule beta dell'insulina pancreatica gioca un ruolo determinante. È secreto dalle cellule B in risposta ad un aumento dei livelli di glucosio nel sangue. Il suo legame con i recettori dell'insulina sulla superficie degli epatociti porta all'attivazione nelle cellule epatiche dell'enzima fosfodiesterasi, che catalizza la conversione del cAMP in AMP normale, che non ha la capacità di stimolare la formazione della chinasi di proteina attiva. In questo modo, viene terminato l'accumulo di fosforilasi attiva negli epatociti, che è anche importante per l'inibizione della decomposizione del glicogeno.

È del tutto naturale che i meccanismi di regolazione della sintesi e della decomposizione del glicogeno nelle cellule di vari organi abbiano le loro caratteristiche. Ad esempio, possiamo sottolineare che nei miociti di muscoli o muscoli a riposo che eseguono una piccola quantità di lavoro, non esiste praticamente la fosforilasi "a", ma si verifica la scissione del glicogeno. Il fatto è che la fosforilasi muscolare, che si trova nello stato defosforilato o nella forma di "b", è un enzima allosterico ed è attivata da AMP e fosfato inorganico presente nei miociti. La fosforilasi "b" attivata in questo modo garantisce la velocità della mobilizzazione del glicogeno, che è sufficiente per svolgere un lavoro fisico moderato.

Tuttavia, quando si esegue un lavoro intensivo, specialmente se il carico aumenta drammaticamente, questo livello di mobilitazione del glicogeno diventa insufficiente. In questo caso, i meccanismi supercellulari della regolazione funzionano. In risposta ad un improvviso bisogno di un'intensa attività muscolare, l'ormone adrenalina entra nel sangue dalla midollare surrenale. L'adrenalina, legandosi ai recettori sulla superficie delle cellule muscolari, causa una risposta dei miociti, simile nel suo meccanismo alla risposta degli epatociti al glucagone, che è stata appena descritta. Nelle cellule muscolari, la fosforilasi "a" appare e la glicogeno sintetasi viene inattivata, e la forma ch-6-f è usata come "combustibile" di energia, la cui scissione ossidativa fornisce energia per la contrazione muscolare.

Va notato che alte concentrazioni di adrenalina, che si osservano nel sangue delle persone in condizioni di stress emotivo, accelerano la disgregazione del glicogeno nel fegato, aumentando così il contenuto di glucosio nel sangue - una reazione difensiva finalizzata alla mobilitazione di emergenza delle risorse energetiche.

O B M E N U GL O V O D O V

2.1. Scomposizione ossidativa dei carboidrati nei tessuti

Le funzioni più importanti dei monosaccaridi nel corpo sono energia e plastica; Entrambe queste funzioni sono realizzate durante la decomposizione ossidativa dei monosaccaridi nelle cellule. Durante l'ossidazione dei carboidrati viene rilasciata 4,1 kcal / g (circa 17 kJ / g) di energia libera e, a causa dell'ossidazione dei carboidrati, le persone coprono il 5560% del loro consumo totale di energia. Durante l'ossidazione dei carboidrati, si formano un gran numero di prodotti intermedi di decadimento, che sono usati per sintetizzare vari lipidi, amminoacidi essenziali e altri composti necessari per le cellule. Inoltre, durante l'ossidazione dei carboidrati nelle cellule, vengono generati potenziali di rigenerazione, che vengono ulteriormente utilizzati da loro nelle reazioni di riduzione della biosintesi, nei processi di detossificazione, per controllare il livello di perossidazione lipidica, ecc.

Il principale monosaccaride sottoposto a trasformazioni ossidative nelle cellule è il glucosio, poiché è in grandi quantità che proviene dall'intestino nell'ambiente interno del corpo, è sintetizzato durante la gluconeogenesi o è formato in forma libera o sotto forma di eteri fosforici durante la scissione del glicogeno. Il ruolo di altri monosaccaridi è meno significativo, poiché la loro quantità che entra nelle cellule in termini quantitativi varia notevolmente a seconda della composizione del cibo.

Esistono diverse vie metaboliche per l'ossidazione del glucosio, le principali delle quali sono:

a) digestione aerobica a biossido di carbonio e acqua;

b) ossidazione anaerobica al lattato;

c) ossidazione del pentoso;

g) ossidazione con formazione di acido glucuronico.

La profondità della scissione ossidativa della molecola di glucosio può

essere diversi: dall'ossidazione di uno dei gruppi terminali di molecole al gruppo carbossile, che si verifica durante la formazione dell'acido glucuronico, fino alla completa degradazione della molecola di glucosio durante la sua decomposizione aerobica.

2.1.1. Ossidazione del glucosio aerobico

Nelle cellule degli organismi aerobici, la decomposizione aerobica all'anidride carbonica e all'acqua è fondamentale, almeno in relazione alla quantità totale di glucosio fissile. Quando si scindono 1 M di glucosio (180 g) in condizioni aerobiche, vengono rilasciate 686 kcal di energia libera. Il processo di ossidazione del glucosio aerobico può essere suddiviso in 3 fasi:

1. La scissione del glucosio in piruvato.

2. Decarbossilazione ossidativa del piruvato in acetil CoA.

3. Ossidazione dell'acetile nel ciclo di Krebs (CTC), accoppiato con il lavoro della catena degli enzimi respiratori.

Queste fasi possono anche essere presentate come schema generale:

Glucosio> 2 piruvato D> 2 acetilico CoA D> 4CO2 + 10 H2O

2.1.1.1. Scissione di glucosio a piruvato

Secondo i concetti moderni, il primo stadio dell'ossidazione del glucosio procede nel citosol ed è catalizzato da un metabolone glicolitico complesso supramolecolare, che include fino a una dozzina di enzimi individuali.

Il primo stadio di ossidazione del glucosio può a sua volta essere diviso in 2 fasi. Nelle reazioni del primo stadio, fosforilazione del glucosio, isomerizzazione del residuo di glucosio nel residuo di fruttosio, fosforilazione aggiuntiva del residuo di fruttosio e, infine, si verificano. scissione del residuo esoso in due residui di fosfotriosi:

Questa reazione è catalizzata dall'enzima esochinasi. L'ATP è usato come agente fotogenico nella cellula. La reazione è accompagnata da una perdita di energia libera dell'ordine di 5,0 kcal / mol e, nelle condizioni della cellula, è irreversibile.

La seconda reazione catalizzata dalla fosfoesomerasi è facilmente reversibile.

La terza reazione è catalizzata dagli enzimi fosfofuctokinasi. In questa reazione si perde anche 3,4 kcal / mol di energia e, come la reazione eso-chinasi, in condizioni cellulari è irreversibile.

Questa reazione è catalizzata dall'enzima aldolasi, la reazione è reversibile. Come risultato della reazione, il fruttosio 1,6 bifosfato viene diviso in due triosofosfato.

In condizioni cellulari, il fosfodiidrossiacetone (FDA) è facilmente isomerizzato in 3-fosfogliceraldeide (PHA) con la partecipazione dell'enzima trioster fosfato isomerasi durante la quinta reazione. Pertanto, possiamo supporre che nel primo stadio di questo stadio 2 l'ATP sia esaurito, e dalla molecola di glucosio si formino due molecole di 3-fosfogliceraldeide.

Nella seconda fase del primo stadio dell'ossidazione del glucosio, il PHA viene convertito in piruvato. Poiché la decomposizione della molecola di glucosio forma 2 molecole di PHA, nell'ulteriore descrizione del processo dobbiamo tener conto di questa circostanza.

La seguente reazione del processo in esame è una reazione ossidativa:

Durante questa reazione, catalizzata dalla deidrogenasi 3-fosfoglicerina aldeide, il PHA viene ossidato a 1,3 acido difosfoglicerico. L'ossidazione procede per deidrogenazione e gli atomi di idrogeno staccati dal substrato vengono trasferiti al NAD + con la formazione della forma ridotta del coenzima. L'energia di ossidazione si accumula nella cellula, in primo luogo, sotto forma di energia ridotta di NADH + H +, e, in secondo luogo, sotto forma di legame macroergico tra il prodotto di ossidazione e l'acido fosforico coinvolto nella reazione, vale a dire nel legame macroergico di 1,3 acido difosfoglicerico.

Nella settima reazione, il residuo di acido fosforico da 1,3 difosfoglicerato unitamente all'energia immagazzinata nel legame macroergico viene trasferito ad ADP con la formazione di ATP:

Questa reazione reversibile è catalizzata dall'enzima fosfoglicerato chinasi.

Segue l'isomerizzazione reversibile dell'acido 3fosfoglicerico all'acido 2fosfoglicerico con la partecipazione dell'enzima fosfoglicerato rututasi:

Nella successiva, nona, reazione, l'acqua viene scissa dall'acido 2-fosfoglicerico:

Durante la scissione dell'acqua, la densità elettronica nella molecola si ridistribuisce con la formazione di un legame macroergico tra il secondo atomo di carbonio della forma enolica dell'acido piruvico e il resto dell'acido fosforico. La reazione è reversibile, è catalizzata dall'enzima enolasi.

L'energia accumulata nel legame macroergico di FEP insieme al residuo di acido fosforico durante la successiva reazione viene trasferita ad ADP con la formazione di ATP. La reazione è catalizzata dalla piruvato chinasi.

La reazione è accompagnata da una perdita di 7,5 kcal / mol di energia ed è praticamente irreversibile in condizioni cellulari.

L'equazione totale del primo stadio di ossidazione del glucosio aerobico:

Glucosio + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O

Durante questa fase, vengono rilasciate 140 kcal / mol di energia, la sua parte principale (circa 120 kcal / mol) si accumula nella cellula come 2 energia ATP e 2 ridotta energia NAD + ADSCH, da cui deriva che al primo stadio la molecola di glucosio si divide in due molecole acido piruvico, mentre la cellula per ogni molecola di glucosio digerito riceve 2 molecole di ATP e due molecole di NADH + H + ridotto.

La regolazione del primo stadio della scissione del glucosio aerobico viene effettuata utilizzando meccanismi termodinamici e meccanismi di modulazione allosterica degli enzimi regolatori coinvolti nel lavoro di questa via metabolica.

Con l'aiuto di meccanismi termodinamici, il flusso dei metaboliti viene controllato lungo questa via metabolica. tre reazioni durante il quale ha perso una grande quantità di energia compresa nel sistema di reazione descritto: esochinasi (G0 = 5,0 kcal / mol), fosfofruktokinaznaya (G0 = 3,4 kcal / mol) e piruvatkinaznaya (G0 = 7,5 kcal / mole ). Queste reazioni nella cellula non sono praticamente reversibili, specialmente la reazione alla piruvato-chinasi e, a causa della loro irreversibilità, il processo diventa irreversibile nel suo complesso.

L'intensità del flusso di metaboliti nella via metabolica considerata viene controllata nella cellula modificando l'attività degli enzimi allosterici inclusi nel sistema: esochinasi, fosfofuctokinasi e piruvato chinasi. Pertanto, i punti del controllo termodinamico della via metabolica sono allo stesso tempo i siti in cui viene regolata l'intensità dei metaboliti.

Il principale elemento regolatore del sistema è la fosfofruttocolasi. L'attività di questo enzima è inibita da alte concentrazioni di ATP nella cellula, il grado di inibizione allosterica dell'enzima ATP è potenziato ad alte concentrazioni di citrato nella cellula. L'AMP è un attivatore allosterico della fosfofuctokinasi.

L'esochinasi è inibita dal meccanismo allosterico da alte concentrazioni di Gl6f. In questo caso, ci occupiamo del lavoro del meccanismo di regolamentazione associato. Nella cella, dopo opprimere attività fosfofruttochinasi Nia a concentrazioni elevate di ATP kaplivaetsya Fr6f, e quindi accumula e Gl6f, poiché la reazione catalizzata fosfogeksoizomerazoy facilmente reversibile. In questo caso, un aumento della concentrazione di ATP nella cellula inibisce l'attività non solo della fosfofuctokinasi, ma anche dell'esocinasi.

La regolazione dell'attività della terza piruvato-chinasi chinasi sembra molto difficile. L'attività enzimatica viene stimolata da Gl6f, Fr1.6bf e PHA dal meccanismo allosterico, la cosiddetta attivazione da parte del precursore. A loro volta, alte concentrazioni intracellulari di ATP, NADH, citrato, succinil CoA e acidi grassi inibiscono l'attività enzimatica mediante un meccanismo allosterico.

In generale, la scissione del glucosio in piruvato viene inibita a livello delle 3 chinasi indicate con un'alta concentrazione di ATP nella cellula, vale a dire in condizioni di buona fornitura di energia della cella. Con la carenza di energia nella digestione glucosio attivazione delle cellule è realizzato in corsia O, rimuovendo l'inibizione allosterica di chinasi alte concentrazioni di ATP e AMP fosfofruttochinasi attivazione allosterica e in secondo luogo, a causa di attivazione allosterica di precursori piruvato: Gl6F, Fr1,6bf e PHA.

Qual è il punto di inibire la fosfofuctokinasi citrato e citrato e succinil CoA piruvato chinasi? Il fatto è che due molecole di acetil-CoA sono formate da una singola molecola di glucosio, che viene poi ossidata nel ciclo di Krebs. Quando le cellule si accumulano citrato e suktsinilKoA, quindi il ciclo di Krebs non possono far fronte con l'ossidazione di acetil già accumulato, e ha senso di rallentare la sua annuncio istruzione dizionale, e che è realizzato inibendo fosfof ruktokinazy e piruvato chinasi.

Infine, l'inibizione dell'ossidazione del glucosio a livello della piruvato chinasi con l'aumento della concentrazione di acidi grassi è finalizzata al risparmio di glucosio nella cellula in condizioni in cui la cellula è dotata di un'altra, più efficiente forma di combustibile energetico.

2.1.1.2. Decarbossilazione ossidativa del piruvato

In condizioni aerobiche, l'acido piruvico viene sottoposto a decarbossilazione ossidativa per formare acetil CoA. Questa trasformazione è catalizzata dal complesso supramolecolare piruvato deidrogenasi localizzato nella matrice mitocondriale. Il complesso vatdegidrogenaznogo composizione festa consiste di tre diversi enzimi: pi ruvatdekarboksilaza, digidrolipoatatsetiltransferaza degidroge Naz e acido diidrolipoico, e il loro rapporto quantitativo nel complesso dipende dalla sorgente di isolamento, di solito un rapporto di avvicinamento 30: 1: 10.

Il primo enzima di questo complesso è piruvato decarbossilasi (E1)