Rozpad glykogénu (glykogenolýza)

Je známe, že fosforolytický rozklad hrá kľúčovú úlohu pri mobilizácii polysacharidov.

Obr. 10.1. Hormonálna regulácia fosforolytického štiepenia glukózy z glykogénu.

Fosforylázy konvertujú polysacharidy (najmä glykogén) zo skladovacej formy na metabolicky aktívnu formu; v prítomnosti fosfo-rilylázy sa glykogén rozpadá na glukózový fosfát (glukóza-1-fosfát) bez toho, aby ho najprv rozpadol na väčšie fragmenty molekuly polysacharidu. Vo všeobecnosti možno túto reakciu reprezentovať nasledovne:

kde (C6H10ach5)n "Glykogénový reťazec" znamená glykogénový polysacharidový reťazec a (C6H10ach5)n-1,- rovnaký reťazec, ale skrátený o jeden zvyšok glukózy.

Na obr. 10.1 znázorňuje proces rozkladu glykogénu na glukóza-1-fosfát a účasť cAMP v tomto procese. Enzým fosforyláza existuje v dvoch formách, z ktorých jedna (fosforyláza a) je aktívna, zatiaľ čo druhá (fosforyláza b) je zvyčajne inaktívna. Obe formy sa môžu disociovať na podjednotky. Fosforyláza b pozostáva z dvoch podjednotiek a fosforylázy a - štyroch. Konverzia fosforylázy b na fosforylázu a sa uskutočňuje fosforyláciou proteínu:

2 Fosforyláza b + 4 ATP -> Fosforyláza a + 4 ADP.

Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom nazývaným fosforylázová kináza b. Bolo zistené, že táto kináza môže existovať v aktívnych aj inaktívnych formách. Neaktívna kináza fosforylázy sa transformuje na aktívny proteín pod vplyvom enzýmu proteínkinázy (kinázy kinázy fosforylázy), a nie len proteínkinázy, ale proteínkinázy závislej od cAMP.

Aktívna forma tejto formy je vytvorená za účasti cAMP, ktorý je vytvorený z ATP pôsobením enzýmu adenylát cyklázy, stimulovaného najmä adrenalínom a glukagónom. Zvýšenie obsahu adrenalínu v krvi vedie v tomto komplexnom reťazci reakcií ku konverzii fosforylázy b na fosforylázu a následne k uvoľneniu glukózy vo forme glukózového 1-fosfátu z rezervného glykogénového polysacharidu. Reverzná konverzia fosforylázy a na fosforylázu b je katalyzovaná enzýmom fosfatázou (táto reakcia je takmer ireverzibilná).

Glukóza-1-fosfát vytvorený ako výsledok fosforolytického rozkladu glykogénu je konvertovaný glukózo-6-fosfátom pôsobením fosfoglukomutázy. Na uskutočnenie tejto reakcie je potrebná fosforylovaná forma fosfoglukomutázy, t.j. jeho aktívna forma, ktorá sa tvorí, ako je uvedené, v prítomnosti glukóza-1,6-bisfosfátu.

Tvorba voľnej glukózy z glukóza-6-fosfátu v pečeni sa uskutočňuje pod vplyvom glukóza-6-fosfatázy. Tento enzým katalyzuje hydrolytické štiepenie fosfátov:

Tukové šípky označujú cestu rozpadu, tenkú - cestu syntézy. Čísla označujú enzýmy: 1 - fosforylázu; 2 - fos-glyukomutáza; 3 - glukóza-6-fosfatáza; 4-hexokináza (glukokináza); 5-gluko-zo-1-fosfát uridyltransferázu; 6 - glykosyntáza.

Všimnite si, že fosforylovaná glukóza, na rozdiel od glukózy bez menovitého množstva, nemôže ľahko difundovať z buniek. Pečeň obsahuje hydrolytický enzým glukóza-6-fosfatáza, ktorý poskytuje schopnosť rýchlo uvoľňovať glukózu z tohto orgánu. Vo svalovom tkanive prakticky chýba glukóza-6-fosfatáza.

Na obr. 10.2 odrážajú myšlienky o spôsoboch rozkladu a syntézy glykogénu v pečeni.

Dá sa predpokladať, že udržanie stálosti koncentrácie glukózy v krvi je výsledkom súčasného toku dvoch procesov: vstup glukózy do krvi z pečene a jej spotreba z krvi tkanivami, kde sa používa predovšetkým ako energetický materiál.

V tkanivách (vrátane pečene) sa rozklad glukózy vyskytuje dvoma hlavnými spôsobmi: anaeróbnym (v neprítomnosti kyslíka) a aeróbnym, pri ktorom je potrebný kyslík.

Glykogenolýza (rozklad glykogénu)

Glykogenolýza sa môže uskutočňovať buď hydrolýzou (pôsobením enzýmov amylázy) alebo fosforolýzou.

Fosforolýza je hlavnou cestou rozpadu glykogénu, je katalyzovaná enzýmom glykogénfosforylázou, ktorá patrí do triedy transferáz. Fosforylázy konvertujú polysacharidy zo skladovacej formy na metabolicky aktívnu. Glykogénfosforyláza oddeľuje zvyšky glukózy od glykogénového polyglykozidového reťazca a prenáša ich na molekulu kyseliny fosforečnej za vzniku glukóza-1-fosfátu:

1-fosfát glukózy sa rýchlo izomerizuje a mení sa na glukóza-6-fosfát pôsobením fosfoglukomutázy:

V tomto štádiu sa rozpad glykogénu vo svalovom tkanive.

V pečeni tvorí glukóza-6-fosfát voľnú glukózu pod vplyvom glukóza-6-fosfatázy. Tento enzým katalyzuje hydrolytické štiepenie fosfátov:

Fosforylovaná glukóza, na rozdiel od voľných, nemôže ľahko difundovať z buniek. Preto je funkciou svalového glykogénu to, že je ľahko dostupným zdrojom glukózy pre samotný sval. Pečeň obsahuje hydrolytický enzým glukóza-6-fosfatáza, ktorý poskytuje možnosť rýchleho uvoľnenia glukózy z tohto orgánu do krvi a použitie inými tkanivami (vrátane svalov). Pečeňový glykogén sa používa na udržanie relatívnej stálosti koncentrácie glukózy v krvi.

Syntéza a rozpúšťanie glykogénu.

Glykogén je hlavným rezervným polysacharidom v živočíšnych a ľudských bunkách, pretože je slabo rozpustný vo vode a neovplyvňuje osmotický tlak v bunke, preto je glykogén uložený v bunke a nie je to glukóza.

Rozvetvená štruktúra glykogénu vytvára veľký počet terminálnych monomérov. To prispieva k práci enzýmov, ktoré štiepia alebo viažu monoméry počas rozkladu alebo syntézy glykogénu, pretože tieto enzýmy môžu súčasne pracovať na niekoľkých vetvách molekuly glykogénu.

Glykogén je uložený hlavne v pečeni a kostrovom svale. Glykogén je uložený v cytosóle buniek vo forme granúl. Niektoré enzýmy podieľajúce sa na metabolizme glykogénu sú tiež spojené s granulami, čo uľahčuje ich interakciu so substrátom. Syntéza a rozklad glykogénu prebieha v rôznych metabolických dráhach (obrázok 4).

Glykogén sa syntetizuje počas obdobia trávenia (1-2 hodiny po požití sacharidových potravín). Syntéza glykogénu vyžaduje energiu. Keď zapnete jeden monomér

vyskytujú sa 2 reakcie, spojené s výdajom ATP a UTP (reakcie 1 a 3).

Po vytvorení glukózo-6-fosfátu (hexokinázová reakcia) dochádza k intramolekulárnemu prenosu zvyšku kyseliny fosforečnej zo 6. polohy do prvej polohy. Toto tvorí glukóza-1-fosfát:

Po izomerizácii glukóza-6-fosfátu na glukóza-1-fosfát pokračuje ďalšia aktivácia fragmentu glukózy. V tomto prípade sa spotrebuje 1 UTP molekula, čo je ekvivalentné výdaju prvej ATP molekuly. V dôsledku toho sa vytvorí aktivovaná forma - UDP-glukóza (Obr. 4).

Potom sa s UDP prenesie zvyšok glukózy do molekuly glykogénu. Rozšírenie glykogénového reťazca je katalyzované enzýmom glykogénsyntetázou. Glykogénový reťazec sa tak stane dlhším 1 fragmentom glukózy. Glykogén, na rozdiel od rastlinného škrobu, je viac rozvetvený. Pre tvorbu konárov existuje špeciálny enzým, ktorý sa nazýva "glykogén rozvetvený enzým".

Molekula glykogénu nie je syntetizovaná z "nula", ale dochádza k postupnému predlžovaniu už existujúceho fragmentu reťazca: "semeno" alebo primér. A s rozpadom glykogénu nikdy nenastane úplná deštrukcia jeho molekúl.

Na začlenenie jedného glukózového zvyšku do molekuly glykogénu bunka spotrebuje 2 molekuly ATP. Pri rozpade glykogénu sa tento ATP neregeneruje, ale uvoľňuje sa iba F.n (anorganický fosfát).

Kľúčovým enzýmom pre syntézu glykogénu je glykogénsyntáza. Toto je „sekundárny kontrolný bod“ (Obr. 5).

Regulácia glykogénsyntázy: je aktivovaný nadbytkom glukózy-6-fosfátu. Preto, ak sa glukóza-6-fosfát používa pomaly inými spôsobmi, zvýšenie jeho koncentrácie vedie k zvýšeniu rýchlosti syntézy glykogénu. Reakcia katalyzovaná glykogénsyntázou je ireverzibilná.

Mobilizácia glykogénu sa vyskytuje hlavne medzi jedlami a počas fyzickej práce sa urýchľuje. Tento proces sa uskutočňuje postupným odstraňovaním zvyškov glukózy vo forme glukóza-1-fosfátu s použitím glykogénfosforylázy (Obr. 4). Tento enzým neštiepi a1,6-glykozidické väzby na miestach rozvetvenia, preto sú potrebné ďalšie 2 enzýmy, po ktorých sa zvyšok glukózy v mieste rozvetvenia uvoľňuje vo forme voľnej glukózy (reakcie 2, 3). Glykogén sa rozkladá na glukóza-6-fosfát bez nákladov na ATP.

Regulácia glykogénfosforylázy: inhibovaný nadbytkom ATP, aktivovaný nadbytkom ADP.

Rozpad glykogénu v pečeni a svaloch má jednu rozlišovaciu reakciu v dôsledku prítomnosti enzýmu fosfatázy glukóza-6-fosfátu v pečeni (tabuľka 1).

Tabuľka 1.

Prítomnosť glukóza-6-fosfatázy v pečeni určuje hlavnú funkciu glykogénu v pečeni - uvoľňovanie glukózy do krvi medzi jedlami a jej použitie inými orgánmi. Takže mobilizácia glykogénu pečene poskytuje obsah glukózy v krvi na konštantnej úrovni. Táto okolnosť je predpokladom pre prácu iných orgánov a najmä mozgu. Po 10-18 hodinách po jedle sú zásoby glykogénu v pečeni významne vyčerpané a hladovanie 24 hodín vedie k jeho úplnému vymiznutiu. Glukóza-6-fosfatáza sa tiež nachádza v obličkách a črevných bunkách.

Funkciou svalového glykogénu je uvoľňovanie glukózy-6-fosfátu, ktorý sa používa v samotnom svale na oxidáciu a energiu,

Prepínanie procesov syntézy a mobilizácie glykogénu v pečeni nastáva, keď stav trávenia prechádza do post-adsorpčného obdobia alebo do stavu pokoja do režimu svalovej práce. Inzulín, glukagón a adrenalín sa podieľajú na zmene týchto metabolických ciest v pečeni a inzulín a adrenalín sa podieľajú na svaloch.

Účinok týchto hormónov na syntézu a odbúravanie glykogénu sa vykonáva opačnou zmenou aktivity 2 kľúčových enzýmov - glykogénsyntázy a glykogénfosforylázy - prostredníctvom ich fosforylácie a defosforylácie.

Primárnym signálom pre syntézu inzulínu a glukagónu je zmena koncentrácie glukózy v krvi. Inzulín a glukagón sú neustále prítomné v krvi, ale pri prechode z absorpčného stavu do stavu po absorpcii sa menia ich relatívna koncentrácia, index inzulín-glukagón. Hlavným spínacím faktorom v pečeni je teda index inzulín-glukagón.

V období po adsorpcii klesá index inzulín-glukagón a rozhodujúcim faktorom je vplyv glukagónu, ktorý stimuluje rozklad glykogénu v pečeni. Mechanizmus účinku glukagónu zahŕňa kaskádu reakcií vedúcich k aktivácii glykogénfosforylázy.

Počas obdobia trávenia prevažuje účinok inzulínu, pretože index inzulínu-glukagónu v tomto prípade stúpa. Pod vplyvom inzulínu sa vyskytuje:

a) stimuláciu transportu glukózy do svalových buniek;

b) zmena aktivity enzýmov fosforyláciou a defosforyláciou. Napríklad inzulín aktivuje fosfodiesterázu a znižuje koncentráciu cAMP v bunke. Okrem toho inzulín aktivuje fosfatázu glykogénsyntázy, ktorá je defosforylovaná a stáva sa aktívnym;

c) zmena množstva určitých enzýmov indukciou a represiou ich syntézy. Napríklad inzulín indukuje syntézu glukokinázy, čím urýchľuje fosforyláciu glukózy v pečeni.

Adrenalín má podobný mechanizmus účinku na pečeňové bunky s glukagónom, ale v pečeňovej bunke je možné zahrnúť aj iný systém prenosu signálu efektora. Typ receptorov, s ktorými adrenalín interaguje, určuje, ktorý systém sa bude používať. Interakcia adrenalínu s b-receptormi pečeňových buniek teda aktivuje adenylát cyklázový systém. Interakcia adrenalínu s a, receptormi zahŕňa mechanizmus inositolfosfátu transmembránového prenosu hormonálneho signálu. Výsledkom pôsobenia oboch systémov je fosforylácia kľúčových enzýmov a zmena syntézy glykogénu na jeho rozklad (obr. 6, 7).

Adrenalínová aktivácia svalovej glykogénovej fosforylázy sa vyskytuje odlišne, pretože rozpad glykogénu v kostrovom svale je stimulovaný svalovými kontrakciami. Fosforylázová kináza (závislá od Ca2 +) sa aktivuje počas svalovej práce pod vplyvom nervových impulzov, pretože koncentrácia iónov vápnika v sarkoplazme sa v tomto prípade zvyšuje. To je ďalší mechanizmus na urýchlenie rozpadu glykogénu vo svaloch. Účinok adrenalínu vo svaloch tiež vedie k aktivácii cAMP-dependentných proteínkináz a aktivácii fosforylázy jeho fosforyláciou (Obr. 8).

Keď sa signál prenáša z hormónu cez intracelulárne mediátory, dochádza k jeho značnej amplifikácii, preto aktivácia glykogénfosforylázy za účasti akéhokoľvek systému prenosu signálu do bunky umožňuje rýchle vytvorenie veľkého množstva glukózy z glykogénu. Vo svaloch je to veľmi dôležité pre vykonávanie intenzívnej práce v strese, napríklad pri úteku pred nebezpečenstvom.

S miernym zaťažením svalov je ďalším mechanizmom regulácie aktivity glykogénfosforylázy - alosterická regulácia prostredníctvom produktov degradácie ATP (AMP).

Pri prechode z pohlcujúceho stavu do absorpčného stavu alebo na konci svalovej práce sa vylučovanie hormónov zastaví a celý systém sa vráti do pôvodného neaktívneho stavu. Adenylát cykláza a fosfolipáza C sú inaktivované. cAMP je zničený fosfodiesterázou, ktorá spôsobuje prenos všetkých intracelulárnych enzýmov kaskády do inaktívnej formy.

Význam regulácie rýchlosti syntézy a rozkladu glykogénu v pečeni je zabezpečenie stálosti koncentrácie glukózy v krvi. Regulácia metabolizmu glykogénu vo svaloch poskytuje energetický materiál s intenzívnou svalovou prácou a spotrebou energie v pokoji.

Poruchy svalového glykogénu

Fosforyláza je kľúčovým (t.j. obmedzujúcim a regulačným) enzýmom na rozklad glykogénu.

Regulácia glykogénfosforylázy: inhibovaný nadbytkom ATP, aktivovaný nadbytkom ADP.

G b f - p u t b. (hexo-bisfosfátová dráha rozkladu sacharidov)

BIOLOGICKÁ VÝZNAM HBF-PATH.

1. Toto je hlavný spôsob členenia sacharidov na konečné produkty. V mnohých bunkách je to jediný spôsob. Takže 70-75% glukózy, ktorá prichádza do bunky, sa rozpadne.

2. Iba HBP-dráha poskytuje bunkovej energii vo forme ATP. Toto je hlavný zdroj energie v bunke.

3. Toto je najdlhšia dráha rozkladu sacharidov.

GBF-cesta rozdelená do 3 etáp.

Prvý stupeň prebieha v cytoplazme, dáva 8 ATP molekúl počas rozpadu 1 molekuly glukózy alebo 9ATP počas rozpadu jedného glukózového fragmentu glykogénu. Končí tvorbou 2 molekúl pyruvátu (PVK).

2. a 3. stupeň - (výhradne aeróbne!) V mitochondriách s povinnou účasťou kyslíka poskytnite 30 ATP na molekulu glukózy.

Stupeň 2 dráhy GBF sa nazýva „oxidačná dekarboxylácia pyruvátu“ a je katalyzovaný komplexom pyruvát dehydrogenázy (pozri prednášky „Biologická oxidácia“ - rozšírený reťazec mitochondriálnej oxidácie). V druhej fáze sa z molekuly PVC odoberú dva atómy vodíka a pyruvát sa prevedie na acetylkoenzým A (AcCoA), CO sa súčasne odštiepi.2. Dva atómy vodíka idú do NAD a potom sa reťazec mitochondriálnej oxidácie prenesie do O2 do formy H20 a 3 ATP molekuly. Preto, na základe jednej molekuly počiatočnej glukózy, druhá fáza poskytuje 6 ATP.

Tretia etapa je zadaná molekulou AcetylKoA, ktorá vzniká ako výsledok 2. stupňa. Tento tretí stupeň sa nazýva cyklus trikarboxylovej kyseliny (TCA) (pozri prednášky „Mitochondriálna oxidácia“). V tomto cykle je AccoA úplne odštiepená na CO2 a H2A. Súčasne sa vytvorí 12 ATP na molekulu accoAA, ktorá vstúpila do cyklu. Ak počítate s 1 molekulou glukózy, potom sa v tretej fáze vytvorí 24 ATP.

Prvá etapa prechádza 10 priebežných etáp. Počas prvej časti tejto fázy sa molekula glukózy rozdelí na polovicu na 2 molekuly fosfoglyceraldehydu (PHA).

VLASTNOSTI PRVEJ ČASTI 1.STUPY:

Hexokináza (GC) oslabuje silnú molekulu glukózy:

2. reakcia - izomerizácia:

V treťom štádiu je fruktóza-6-fosfát ďalej oslabený fosfofruktokinázou (PFK) a vzniká fruktóza-1,6-bisfosfát:

Fosfofruktokináza je kľúčovým enzýmom pre dráhu HBP. Je to „sekundárny kontrolný bod“. Vmax FFK viac ako Vmax CC. Keď teda glukóza vstupuje do veľkého množstva, GC obmedzuje rýchlosť celej cesty GBF.

Nadbytok ATP a nadbytok citrátu silne inhibujú FPC. Za týchto podmienok sa namiesto hexokinázy FFK stáva limitujúcim enzýmom dráhy HBP. V dôsledku inhibície PFK sa akumulujú glukóza-6-fosfát (G-6-F) a fruktóza-6-fosfát (P-6-F). G-6-F inhibuje hexokinázu, redukuje využitie glukózy bunkou a súčasne aktivuje glykogénsyntázu.

Ak nie je nadbytok ATP a citrátu, ale existuje nadbytok ADP, potom ADP aktivuje PFC a potom je rýchlosť celej dráhy HDP opäť obmedzená hexokinázou.

V dôsledku fosfofruktokinázovej reakcie je molekula fruktóza-1,6-bisfosfátu destabilizovaná (oslabená) tak, že sa okamžite rozloží na 2 triosy za účasti enzýmu aldolázy (4. reakcia):

Iba PHA vstupuje do ďalšej (šiestej) reakcie dráhy HBP. V dôsledku toho klesá jeho koncentrácia a rovnováha piatej reakcie sa posúva smerom k tvorbe PHA. Postupne, celý FDA vstupuje do PHA, a preto množstvo ATP syntetizované v následných reakciách HBP-dráhy, berieme do úvahy výpočet 2 molekúl PHA a ďalších intermediárnych metabolitov, ktoré z neho vznikajú.

V prvej časti 1. stupňa (z glukózy na PHA) sa spotrebujú 2 molekuly ATP: jedna v reakcii hexokinázy, druhá vo fosfofruktokináze (tretia reakcia v prvom stupni dráhy HBP). Druhá časť 1. etapy začína oxidáciou PHA na FGK (kyselina fosfoglycerová) v 6. reakcii.

Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom glyceraldehydfosfátdehydrogenázou. Štiepiteľný vodík sa prenesie do NAD vytvorením NADH2. Energia, ktorá sa uvoľní počas tejto oxidácie, je tiež dostatočná na zabezpečenie pridania fosfátu do aldehydovej skupiny. Fosfát sa pridáva makroergickou väzbou. Výsledkom je vytvorenie 1,3-difosfoglycerovej kyseliny (1,3-bisfosfoglycerátu).

7. reakcia: fosforylácia substrátu.

Fosfát s vysokou energetickou hodnotou sa prenesie do ADP za vzniku ATP. Výsledkom siedmeho stupňa zostáva zvyšok kyseliny fosforečnej v molekule kyseliny fosfoglycerovej.

8. reakcia: Fosfát sa prenesie z tretej do druhej polohy a vytvorí sa kyselina 2-fosfoglycerová.

H sa odstráni z kyseliny 2-fosfoglycerovej2To vedie k redistribúcii molekulárnej energie. V dôsledku toho sa energia akumuluje na fosfáte v druhej polohe a väzba sa stáva makroergickou. Ukazuje sa, fosfoenolpyruvát (PEP).

10. reakcia: fosforylácia substrátu. Fosfát sa prenesie do ADP za vzniku ATP. FEP sa konvertuje na PVK (kyselina pyrohroznová).

V tomto štádiu 1 dráhy GDF končí PCV do mitochondrií a vstupuje do druhej fázy dráhy GDF.

Výsledky prvej etapy: 10 reakcií, z ktorých prvá, tretia a desiata reakcia sú nezvratné. Najskôr sa spotrebuje 2 ATP na 1 molekulu glukózy. Potom sa PHA oxiduje. Energia sa realizuje počas 2 reakcií substrátovej fosforylácie: 2 ATP sa tvorí v každej z nich. V dôsledku toho sa pre každú molekulu glukózy (pre 2 molekuly PHA) získa 4 ATP fosforyláciou substrátu.

Celkovo môže byť všetkých 10 stupňov opísaných nasledujúcou rovnicou:

NADH2 systém mitochondriálnej oxidácie (MTO) prenáša vodík na kyslík vo vzduchu za vzniku H20 a 3 ATP, ale stupeň 1 prebieha v cytoplazme a NADH2 nemôže prejsť cez mitochondriálnu membránu. Existujú kyvadlové mechanizmy na zabezpečenie tohto prechodu NADH2 cez kyvadlovú mitochondriálnu membránu - malát-aspartát a kyvadlovú reakciu s glycerofosfátom (pozri prednášky "Biologická oxidácia".

Na základe jednej molekuly glukózových foriem 2 NADN2.

Okrem 2 ATP, získaného v prvom stupni fosforyláciou substrátu, sa tvorí 6 ďalších ATP s účasťou kyslíka, celkovo 8 ATP molekúl. Tak vzniká ATP na každú molekulu glukózy štiepenej pred PVC počas prvého štádia dráhy HBP.

Ak sa týchto 8 ATP pridá k 30 ATP molekulám, ktoré sa tvoria v 2. a 3. štádiu, potom celkový energetický výsledok celej HBP dráhy bude 38 ATP na molekulu glukózy, rozdelený na CO2 a H2A. V týchto 38 ATP je obsiahnutých 65 percent energie, ktorá by sa uvoľnila pri spaľovaní glukózy vo vzduchu. To dokazuje veľmi vysokú účinnosť GBF-dráhy.

Z 38 ATP je väčšina z nich vytvorená na 2. a 3. stupni. Každá z týchto fáz je absolútne nezvratná a vyžaduje povinnú účasť kyslíka, pretože oxidačné štádiá týchto štádií sú spojené s mitochondriálnou oxidáciou (bez nej nie je možné). Celá dráha HBP z glukózy alebo glykogénu do CO2 a H2O volaní: AEROBIC DECOMPOSITION CARBOHYDRATES.

Kľúčové enzýmy prvého stupňa HBP dráhy: HEXOKINASE a fosforová proteínová kináza.

Ďalší kľúčový odkaz je umiestnený na TsTK (tretí stupeň GBF cesty). Kľúčové spojenie na treťom stupni je nevyhnutné, pretože ACCoA vstupujúci do cyklu TCA sa vytvára nielen zo sacharidov, ale aj z tukov a aminokyselín. TCA je teda posledným „kotlom“ na spaľovanie acetylových zvyškov zo sacharidov, tukov a proteínov. TsTK spája všetky metabolity, ktoré vznikajú pri rozpade sacharidov, tukov a proteínov.

Kľúčové enzýmy TCA: citrát syntetáza a izocitrát dehydrogenáza. Oba enzýmy sú inhibované nadbytkom ATP a nadbytkom NADH.2. Isocitrát dehydrogenáza sa aktivuje nadbytkom ADP. ATP inhibuje tieto enzýmy rôznymi spôsobmi: izocitrát dehydrogenáza je inhibovaná ATP oveľa silnejšie ako citrátová syntáza. Preto sa s nadbytkom ATP akumulujú medziprodukty: citrát a izocitrát. Za týchto podmienok môže citrát vstúpiť do cytoplazmy v koncentračnom gradiente.

Druhé a tretie štádium dráhy HBP sa vyskytujú v mitochondriách a 1. v cytoplazme.

Prvý stupeň je oddelený od 2. a 3. stupňa mitochondriálnou membránou.

Preto môže 1. etapa vykonávať svoje špeciálne funkcie. Tieto funkcie

Rozpad glykogénu.

Rozpad glykogénu s tvorbou glukózy nastáva v období medzi jedlom, fyzickou prácou a stresom.

Spôsoby mobilizácie glykogénu:

2. Amylolytická dráha rozkladu glykogénu nastáva za účasti enzýmu amylázy.

Fosforolytická cesta - hlavná cesta rozkladu glykogénu s tvorbou glukózy:

Vo svalovom tkanive nie je žiadny enzým glukóza-6-fosfatáza, preto sa svalový glykogén nedegraduje

tvorby glukózy a oxidáciou alebo aeróbnym alebo anaeróbnym spôsobom uvoľňovaním energie. skrz

10-18 hodín po jedle sú zásoby glykogénu v pečeni značne vyčerpané.

Regulácia hladín glukózy v krvi. Úloha centrálneho nervového systému, mechanizmus účinku inzulínu, adrenalínu, glukagónu, t

Rastový hormón, glukokortikoidy, tyroxín a ich vplyv na stav metabolizmu sacharidov.

Vedúca úloha v regulácii metabolizmu sacharidov patrí do centrálneho nervového systému. Pokles hladiny glukózy v krvi vedie k zvýšenej sekrécii adrenalínu, glukagónu, ktorý vstupuje do cieľového orgánu pre tieto hormóny (pečeň), je rozpoznaný receptormi membrán pečeňových buniek a aktivuje enzýmovú membránu adenylát cyklázu, čím sa spúšťa mechanizmus vedúci k rozpadu glykogénu na glukózu.

Schéma mechanizmu interakcie adrenalínu a glukagónu s bunkou:

Adrenalín - zvyšuje hladinu glukózy aktiváciou enzýmu fosforylázy (systém adenylátcyklázy), ktorý vedie k rozpadu glykogénu pri tvorbe glukózy, blokuje enzým glykogénsyntázu, t.j. syntézu glykogénu.

Glukagón - pôsobí ako adrenalín, ale navyše aktivuje enzýmy glukoneogenézy.

Glukokortikoidy - zvyšujú hladinu glukózy v krvi, ako induktory syntézy enzýmov glukoneogenézy.

GH aktivuje glukoneogenézu, tyroxín aktivuje inzulínázu, ktorá rozkladá inzulín, ovplyvňuje absorpciu glukózy v čreve.

Glykogenóza (ochorenie akumulácie glykogénu) je spôsobená poruchou enzýmov podieľajúcich sa na rozklade glykogénu. Napríklad Gyrkeho choroba je spojená s nedostatkom enzýmu glukóza-6-fosfatáza, s nadmernou akumuláciou glykogénu v pečeni, hypoglykémiou a jej dôsledkami. Mac-Ardlova choroba: príčinou je absencia fosforylázy vo svalovom tkanive. Súčasne je hladina glukózy v krvi normálna, ale pozoruje sa slabosť svalového tkaniva a znižuje sa schopnosť vykonávať fyzickú prácu. Andersenova choroba je spojená s defektom rozvetvujúceho enzýmu, ktorý vedie k akumulácii glykogénu v pečeni s veľmi dlhými vonkajšími a zriedkavými vetviacimi bodmi, v dôsledku čoho žltačka, cirhóza pečene, zlyhanie pečene a smrť (nerozvetvený glykogén ničí hepatocyty).

2.5 Koncentrácia glukózy v krvi sa udržiava počas celého dňa na konštantnej úrovni 3,5-6,0 mmol / l. Po jedle stúpne hladina glukózy v priebehu hodiny na 8 mmol / l a potom sa vráti do normálu. V tele sa udržiava konštantná hladina glukózy v krvi vďaka existencii neurohumorálnych mechanizmov. Hlavným indikátorom stavu metabolizmu sacharidov je obsah glukózy v krvi a moči.

HYPERGLIKÉMIA je stav, pri ktorom sú hladiny glukózy nad normálne. dôvody:

1. Fyziologicko-alimentárne, emocionálne.

2. Patologický - diabetes; steroidný diabetes (Itsenko-Cushing) - hyperprodukcia glukokortikoidov nadobličkovej kôry; hyperprodukcia adrenalínu, glukagónu, tyroidného hormónu tyroxínu.

HYPOGLIKÉMIA - stav, pri ktorom sú hladiny glukózy pod normálnou hodnotou. dôvody:

1. Znížený výstup glukózy: ochorenia pečene, endokrinné ochorenia (nedostatok rastového hormónu, kortizol), dedičné metabolické poruchy (nedostatok glykogénsyntetázy, galaktozémia, intolerancia fruktózy, hepatické formy glykogenózy).

2. Zvýšené využitie glukózy: zníženie zásob tuku (podvýživa), zhoršená oxidácia mastných kyselín, hyperplázia β-buniek. Totiž tvorí všehochuť. žľazy, predávkovanie inzulínom, Addisonova choroba - hypoprodukty glukokortikoidov.

GLUCOSURIA - výskyt cukru v moči. Ak je hladina glukózy v krvi 8-10 mmol / l, je porušená

prah pre glukózu a objavuje sa v moči. dôvody:

- neurogénne na základe stresových podmienok

- akútne infekčné ochorenia

2.6. Diabetes mellitus, biochemické charakteristiky patogenézy.

Ide o ochorenie vyplývajúce z absolútneho alebo relatívneho nedostatku inzulínu.

Inzulín je jediný hormón, ktorý znižuje hladinu glukózy v krvi. pohyb:

-zvyšuje permeabilitu bunkových membrán pre glukózu v bunkách tukového a svalového tkaniva, pod jej vplyvom sú transportné proteíny GLUT-4 zmiešané z cytoplazmy do bunkovej membrány, kde sa kombinujú s glukózou a transportujú ju vnútri bunky;

-aktivuje hexokinázu, fruktokinázu, pyruvátkinázu (stimuluje glykolýzu);

-aktivuje glykogénsyntetázu (stimuluje syntézu glykogénu);

-aktivuje pentóza-fosfát dehydrogenázovú dráhu;

-podľa mechanizmu chronickej regulácie je induktorom syntézy hexokinázy a represorom syntézy enzýmov glukoneogenézy (blokuje glukoneogenézu);

-30% sacharidov do lipidov;

-stimuluje TCA cyklus aktiváciou enzýmu syntetázy, ktorý katalyzuje reakciu interakcie acetyl-CoA so SchUK;

Diabetes mellitus (DM) je klasifikovaný podľa rozdielov v genetických faktoroch a klinickom priebehu do dvoch hlavných foriem: diabetes typu I - inzulín-dependentný (IDDM) a diabetes typu II - non-inzulín dependentný (NIDDM).

IDDM - choroba spôsobená deštrukciou β-buniek ostrovčekov Langerhansových pankreasu v dôsledku autoimunitných reakcií, vírusových infekcií (vírus kiahní, rubeoly, osýpok, mumpsu, adenovírusu). Pri cukrovke je znížený pomer inzulín / glukagón. Zároveň je oslabená stimulácia procesov ukladania glykogénu a tukov a intenzifikácia mobilizácie nosičov energie. Dokonca aj po jedle fungujú pečeň, svaly a tukové tkanivo v postabsorbčnom stave.

Hyperglykémia - zvýšenie konc. glukózy v krvi.

Je spôsobená znížením rýchlosti používania glukózy tkanivami v dôsledku nedostatku inzulínu alebo znížením biologického účinku inzulínu v cieľových tkanivách. Pri nedostatku inzulínu klesá počet proteínov prenosu glukózy (GLUT-4) na membránach buniek závislých od inzulínu (svalové tukové tkanivo). Vo svaloch a pečeni nie je glukóza uložená ako glykogén. V tukovom tkanive znižuje rýchlosť syntézy a ukladania tuku. Glukoneogenéza sa aktivuje z aminokyselín, glycerolu a laktátu.

Glukozúria - vylučovanie glukózy v moči.

Za normálnych okolností proximálne tubuly obličiek reabsorbujú všetku glukózu, ak jej hladina nepresiahne 8,9 mmol / l. Zvýšenie koncentrácie glukózy v krvi prevyšuje koncentráciu renálneho prahu, čo spôsobuje, že sa objavuje v moči.

Ketonémia - zvýšená koncentrácia ketónových teliesok v krvi.

Tuky nie sú uložené, ale ich katabolizmus sa zrýchľuje. Zvyšuje sa koncentrácia neesterifikovaných mastných kyselín, ktoré zachytávajú pečeň a oxidujú ich na acetyl CoA. Acetyl-CoA sa konvertuje na kyselinu p-hydroxymaslovú a kyselinu acetoctovú. V tkanivách dochádza k dekarboxylácii acetoacetátu na acetón, preto jeho zápach pochádza od pacientov. Zvýšenie koncentrácie ketónových teliesok v krvi (nad 20 mg / l) vedie k ketonúrii. Akumulácia ketónových telies znižuje pufrovaciu kapacitu rezu a spôsobuje acidózu.

Nedostatok inzulínu vedie k zníženiu rýchlosti syntézy proteínov a zvýšeniu ich rozpadu. To spôsobuje zvýšenie koncentrácie aminokyselín v krvi, ktoré sú v pečeni deaminované. Výsledný amoniak vstupuje do ornitínového cyklu, čo vedie k zvýšeniu koncentrácie močoviny v krvi a moči - azotémii.

Polyúria - zvýšené močenie (3-4 l denne a vyššie), pretože glukóza zvyšuje osmotický tlak.

Polydipsia - konštantný smäd, sucho v ústach, kvôli strate vody.

Polyphagy - zažíva hlad, často jesť, ale stráca váhu, pretože Glukóza nie je zdrojom energie - „hlad medzi hojnosťou“.

NIDDM - vyskytuje sa ako výsledok relatívneho nedostatku inzulínu v dôsledku:

- poruchy sekrécie inzulínu

- zhoršená konverzia proinzulínu na inzulín

- zvýšenie katabolizmu inzulínu

-poruchy inzulínového receptora, poškodenie intracelulárnych mediátorov inzulínového signálu.

Týka sa osôb starších ako 40 rokov, ktoré sa vyznačujú vysokou frekvenciou rodinných foriem. Hlavnou príčinou neskorých komplikácií diabetu je hyperglykémia, ktorá vedie k poškodeniu krvných ciev a dysfunkcii rôznych tkanív a orgánov. Jedným z hlavných mechanizmov poškodenia tkaniva pri diabetes mellitus je glykozylácia proteínov, čo vedie k zmene ich konformácie a funkcií. Makroangiopatie sa prejavujú v porážke veľkých a stredných ciev srdca, mozgu, dolných končatín (gangréna). Mikroangiopatia je výsledkom poškodenia kapilár a malých ciev a prejavuje sa vo forme nefro, neuro a retinopatie. Pri výskyte mikroangiopatie zohráva určitú úlohu glykozylácia proteínov, ktorá vedie k výskytu nefropatie (zhoršená funkcia obličiek) a retinopatie (až do straty videnia).

Kolagén tvorí základ kapilárnych bazálnych membrán. Zvýšený obsah glykozylovaného kolagénu vedie k zníženiu jeho elasticity, rozpustnosti, predčasnému starnutiu, vývoju kontraktúr. Tieto zmeny v obličkách vedú k dezolácii glomerulov a chronickému zlyhaniu obličiek.

Glykozylované lipoproteíny, ktoré sa hromadia vo vaskulárnej stene, vedú k rozvoju hypercholesterolémie a infiltrácie lipidov. Slúžia ako základ pre aterómy, dochádza k porušeniu cievneho tonusu, čo vedie k ateroskleróze.

2.5 Test tolerancie glukózy.

Po požití môže koncentrácia glukózy dosiahnuť 300-500 mg / dl a zostane vysoká v post-adsorpčnom období, t.j. glukózová tolerancia klesá a je pozorovaná v prípadoch latentnej formy diabetes mellitus. V týchto prípadoch ľudia nemajú klinické príznaky charakteristické pre diabetes a koncentrácia glukózy nalačno je normálna.

Na identifikáciu skrytej formy diabetu sa uskutočňuje orálny glukózový tolerančný test. Za týmto účelom stanovte hladinu glukózy nalačno v krvi. Potom pacient dostane glukózovú záťaž v množstve 1 g na kg hmotnosti, potom každých 30 minút počas 3 hodín sa stanoví hladina glukózy v krvi. Výsledky sú prezentované ako krivka.

3. Laboratórna a praktická práca:

3.1. Stanovenie glukózy v krvi pomocou ultra glukometra One Touch.

Určite glukózu nalačno u študenta. Analýza vedenia. Preneste kvapku krvi na prst do testovacej oblasti na hornej časti testovacieho prúžku a pridržte ju v tejto polohe, až kým sa kapilára úplne nenaplní. Na obrazovke sa na 5 sekúnd zobrazí hlásenie, po ktorom sa zobrazí hodnota hladiny glukózy v mmol / l. Po odstránení testovacieho prúžku zhasne obraz na obrazovke zariadenia a je pripravený na ďalšiu analýzu.

Postup prác: Umyte si ruky teplou vodou a mydlom a dôkladne osušte. Očistite prstom vatovým tampónom navlhčeným v etylalkohole a osušte. Sterilný rozrývač prepichne kožu prsta a stlačí z neho kvapku krvi, ktorú zadáte do kapiláry testovacieho prúžku. Potom miesto vpichu ošetrite vatovým tampónom navlhčeným v etylalkohole.

2. Dajte drink sladkého čaju.

3. Obsah glukózy stanovte po 30 minútach od okamihu, keď ste brali záťaž.

4. Stanovte obsah glukózy po 2,5 hodine od momentu odberu.

Rozpad glykogénu

Obsah

Pečeň je hlavným zdrojom zásob glykogénu. Pri hladovaní sa glukagón vylučuje, čo stimuluje rozklad glykogénu pečene na glukózu. Glukóza vstupuje do krvného obehu a prenáša sa krvným riečiskom do mozgu, kde pôsobí ako zdroj energie pre tento orgán. Pri rozpade glykogénu v pečeni je konverzia glukóza-6-fosfátu na glukózu katalyzovaná glukózo-6-fosfatázou.

Rozpad glykogénu je normálny

Glykogén je uložený vo svaloch a pečeni. Počas pôstu sa konzumuje glykogén v pečeni a počas zvýšenej fyzickej aktivity sa spotrebuje svalový glykogén.

Glykogenóza Edit

Keď glykogenóza pozorovala porušenie ukladania glykogénu; 4 z 12 typov glykogenóz sú uvedené na obr. 26.3- 26.6.

Svaly používajú ako zdroj energie uložený glykogén výlučne pre svoje vlastné potreby. Pri intenzívnom zaťažení v anaeróbnych podmienkach, napríklad pôsobením adrenalínu (reakcia „zachrániť seba alebo bojovať“). Obzvlášť intenzívna anaeróbna glykolýza sa vyskytuje v bielych svaloch. Vo svaloch nie je žiadna glukóza-6-fosfatáza.

Glykogenóza typu I (Girkeho choroba). Vrodené autozomálne recesívnym typom. Ochorenie je spôsobené nedostatkom glukózy-6-fosfatázy v pečeni. Z tohto dôvodu pečeň nemôže regulovať hladinu glukózy v krvi a u novorodencov sa vyvíja ťažká hypoglykémia. Nadbytok glykogénu je uložený v pečeni a obličkách. V dôsledku akumulácie glukóza-6-fosfátu sa vyvíja hyperlaktatémia, hyperlipidémia, hyperurikémia a dna.

Glykogenóza typu II (Pompeho choroba). Glykogenóza typu II sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom. Príčinou ochorenia je kyslý nedostatok a- (1-> 4) glukozidázy, enzýmu lyzozómu. Kvôli akumulácii glykogénu sa kardiometria vyvíja po 2 - 3 mesiacoch po narodení. Okrem toho ovplyvňuje pečeň a svaly, čo vedie k celkovej svalovej slabosti. Predpokladá sa, že pri liečbe glykogenózy bude účinná II.

Glykogenóza typu III (Coryova choroba) je spôsobená nedostatkom enzýmu, v ktorom pečeň aj iné orgány akumulujú abnormálnu formu glykogénu - reziduálneho dextrínu. Jedná sa o rozvetvenú molekulu, v ktorej namiesto plnohodnotných vetiev, v miestach a- (1-6 väzieb, sa nachádzajú skrátené vetvy. Choroba je charakterizovaná hypoglykémiou a hepatomegáliou).

Glykogenóza typu V (Mac-Ardlova choroba) sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom. Je spôsobená nedostatkom svalovej fosforylázy (myofosforylázy). Pri glykogenóze typu V svaly nedokážu rozkladať svalový glykogén pre energiu. Počas fyzickej námahy trpia títo pacienti rýchlou únavou a svalovými kŕčmi, pozoruje sa myoglobinúria

Obr. 26.6. Glykogenóza typu I (Girkeho choroba).

Rozpustenie glykogénu (glykogenolýza)

Pre normálny metabolizmus organizmu je zvyčajne dostatok glukózy v krmive pre zvieratá. Inak je možné mobilizovať glykogénové zásoby pečene a svalového tkaniva.

Rozklad glykogénu je založený na postupnom odstraňovaní zvyškov glukózy vo forme glukóza-1-fosfátu. Prvá reakcia rozkladu glykogénu je katalyzovaná enzýmom glykogénfosforylázou. Fosfát je do nej zapojený, a preto sa nazýva fosforolýza. Reakcia vedie k rozpadu glykozidovej väzby glykogénu a-1,4 za vzniku glukóza-1-fosfátu:

V nasledujúcej reakcii sa izomerizácia glukóza-1-fosfátu vyskytuje pod vplyvom enzýmu fosfolukomutázy s tvorbou glukóza-6-fosfátu:

V pečeni (ale nie vo svaloch) sa glukóza-6-fosfát, ktorý vzniká počas rozpadu glykogénu, hydrolyzuje glukózo-6-fosfátom uvoľňovaním voľnej glukózy:

Celková rovnováha separácie jedného glukózového zvyšku od molekuly glykogénu v pečeni glykogenolýzou môže byť reprezentovaná nasledujúcou rovnicou:

Treba poznamenať, že energia vo forme ATP v procese glykogenolýzy sa nepoužíva a netvorí sa. V periférnych tkanivách sa glukóza-6-fosfát získaný počas glykolýzy rozkladá na kyselinu mliečnu v bielych svalových tkanivách a je úplne oxidovaný na C0.2 a H20 v červených svaloch.

Pečeň má obrovskú schopnosť ukladať glykogén. V ľudskej pečeni môže obsah glykogénu dosiahnuť 10% vlhkej hmoty žľazy. Hladina glykogénu vo svaloch je omnoho nižšia - 1-2% ich celkovej hmotnosti, ale kvantitatívne je glykogén významne vyšší vo svalovom tkanive zvieraťa vzhľadom na pomer svalovej hmoty k hmotnosti pečene.

Glykogén svalov a pečene vykonáva rôzne úlohy. Svalový glykogén slúži ako rezerva pre syntézu ATP pre toto tkanivo, zatiaľ čo funkciou pečeňového glykogénu je rezerva glukózy na udržanie koncentrácie voľnej glukózy v krvi. Obsah glykogénu v pečeni sa veľmi líši v závislosti od hladiny sacharidov v strave zvieraťa.

Procesy glykogenézy a glykogenolýzy v pečeni fungujú ako „tlmivý roztok“ hladín glukózy v krvi. Táto funkcia týchto procesov je však vo vzťahu k svalovému tkanivu nevýznamná. Mechanická práca je nevyhnutným predpokladom pre mobilizáciu svalového glykogénu, aby sa získali ďalšie množstvá ATP. Úroveň využitia glykogénu závisí od typu (bielej alebo červenej) svalového vlákna. Vlákna červených svalov majú bohatú sieť krvných ciev, obsahujú veľké množstvá myoglobínu a mitochondrií. Vo vnútri týchto buniek sa glykogén transformuje na kyselinu pyrohroznovú, ktorá sa v prítomnosti kyslíka môže oxidovať na C0.2 a H20.

Procesy glykogenolýzy a glykogenézy sú spojené s potrebou glukózy - zdroja ATP. Regulácia týchto procesov je zložitá. Zahŕňa alosterické enzýmy glykogénsyntázu a glykogénfosforylázu. Ich aktivita sa vykonáva hormónmi - prvými extracelulárnymi messengermi (glukagón a adrenalín) a cyklickým AMP (cAMP), sekundárnym intracelulárnym mediátorom.

Glukagón poskytuje glykogenolýzu v pečeni v dôsledku aktivácie glykogénfosforylázy. Glukagón tiež spôsobuje inhibíciu aktivity glykogénsyntázy. Glukagón v pečeni teda poskytuje rozklad glykogénu na normalizáciu hladín glukózy v krvi. Adrenalín, aktivujúci glykogénfosforylázu, stimuluje vylučovanie voľnej glukózy z pečene do krvného obehu pre potreby všetkých periférnych orgánov tela.

Poruchy svalového glykogénu

Je známe, že fosforolýza hrá kľúčovú úlohu pri mobilizácii polysacharidov. (V tkanivách ľudí a zvierat sovietsky biochemici E. L. Rosenfeld a I. A. Popova tiež objavili γ-amylázový enzým, ktorý katalyzuje štiepenie zvyškov glukózy z molekuly glykogénu väzbami α-1,4. Fosforylázy konvertujú polysacharidy (najmä glykogén) zo skladovacej formy na metabolicky aktívnu formu; v prítomnosti fosforylázy sa glykogén rozpadá za vzniku glukózo-fosfátového esteru (glukóza-1-fosfát) bez toho, aby sa najprv rozpadol na väčšie fragmenty polysacharidovej molekuly.

Reakcia katalyzovaná fosforylázou vo všeobecnej forme vyzerá takto:

Pri tejto reakcii (C6H10O5)n Výraz "glykogénový polysacharidový reťazec" znamená glykogénový polysacharidový reťazec, a (C6H10O5)n-1 v rovnakom reťazci, ale skrátené o jeden zvyšok glukózy.

Na obr. 82 znázorňuje priebeh rozkladu glykogénu na glukóza-1-fosfát a účasť cAMP v tomto procese. Enzým fosforyláza existuje v dvoch formách, z ktorých jedna (fosforyláza "a") je aktívna, zatiaľ čo druhá (fosforyláza "c") je zvyčajne inaktívna. Obe formy sa môžu disociovať na podjednotky. Fosforyláza "b" pozostáva z dvoch podjednotiek a fosforylázy "a" - štyroch. Transformácia fosforylázy "in" vo fosforyláze "a" sa uskutočňuje fosforyláciou proteínu podľa rovnice:

2 mol. fosforyláza "in" + 4 ATP ->
1 mol. fosforylázu "a" + 4 ADP

Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom nazývaným kináza fosforylázy. Bolo zistené, že táto kináza môže existovať ako v aktívnych, tak inaktívnych formách, pričom inaktívna fosforylázová kináza sa stáva aktívna pod vplyvom enzýmu proteínkinázy (fosforylázkinázy). Aktívna forma tejto formy je vytvorená za účasti cAMP. Ako už bolo uvedené, cAMP sa zase tvorí z ATP pôsobením enzýmu adenylát cyklázy. Táto reakcia je stimulovaná najmä adrenalínom a glukagónom. Zvýšenie obsahu adrenalínu vedie v tomto komplexnom reťazci reakcií k premene fosforylázy „na“ na fosforylázu „a“ a následne na uvoľňovanie glukózy vo forme glukózo-1-fosfátu z polysacharidu ukladajúceho glykogén. Reverzná transformácia fosforylázy "a" na fosforylázu "in" je katalyzovaná enzýmovou fosfatázou (táto reakcia je takmer ireverzibilná).

Je potrebné poznamenať, že fosforyláza "a" štiepi zvyšky glukózy, začínajúc od periférneho konca vonkajších vetiev molekuly glykogénu, a keď sa blíži spojeniu α (1 -> 6), jeho pôsobenie sa zastaví. Inými slovami, fosforolýza pokračuje iba do bodov vetvenia v molekule glykogénu. Enzým amylo-1,6-glukozidáza je schopný štiepiť (1-> 6) -konektor v mieste vetvenia, po ktorom má fosforyláza "a" opäť možnosť pôsobiť, až kým nedosiahne ďalší bod vetvenia atď.

Glukóza-1-fosfát vytvorený ako výsledok fosforolýzy sa ďalej transformuje fosfoglukomutázou na glukóza-6-fosfát:

Aby táto reakcia pokračovala, je potrebná fosforylovaná forma fosfoglukomutázy, to znamená jej aktívna forma, ktorá sa tvorí v prítomnosti glukóza-1,6-difosfátu. Glukóza-1,6-difosfát v fosfoglukomutázovej reakcii teda hrá úlohu koenzýmu. (Glukóza-1,6-difosfát je produktom nasledujúcej reakcie: glukóza-1-fosfát + ATP glukóza-1,6-difosfát + ADP).

Tvorba voľnej glukózy z glukóza-6-fosfátu v pečeni sa uskutočňuje pod vplyvom glukóza-6-fosfatázy. (Na rozdiel od pečene nie je vo svalovom tkanive žiadna glukóza-6-fosfatáza.) Tento enzým katalyzuje hydrolytické štiepenie fosfátov:

Na obr. 83 znázorňuje cesty rozkladu a syntézy glykogénu.

Dá sa predpokladať, že zachovanie stálosti koncentrácie cukru v krvi je primárne výsledkom súčasného toku dvoch procesov: vstupu glukózy do krvi z pečene a jej spotreby z krvi tkanivami, kde sa používa predovšetkým ako energetický materiál.

V tkanivách (vrátane pečene) existujú dve hlavné cesty rozkladu glukózy: anaeróbna dráha, ktorá prebieha v neprítomnosti kyslíka, a aeróbna cesta, ktorá vyžaduje kyslík.

Rozpad glykogénu

Dráha glykogénového rozkladu vo voľnej glukóze sa líši od jeho syntézy. Obsahuje rad ďalších enzýmov. Glykogénfosforyláza katalyzuje prvú katabolizačnú reakciu glykogénu - rozrušenie alfa-1,4-glykozidovej väzby medzi zvyškami glukózy na koncoch reťazcov fosforolýzou, to znamená interakciou s anorganickým fosfátom. Posledné zvyšky glukózy sa odštiepia vo forme glukóza-1-fosfátu. Spôsob lámania alfa-1,4-glykozidických väzieb glykogénu v tkanivách sa teda líši od ich hydrolytického ruptúry pôsobením amylázy v gastrointestinálnom trakte. Fosforylázová reakcia sa opakuje tak dlho, až zostanú zvyšky 4 glukózy až po bod rozvetvenia. Potom enzým alfa (1R6) -glukozidáza prenáša triglukózový enzým na koniec susedného reťazca a štvrtý zvyšok glukózy, ktorý je viazaný alfa-1,6-glykozidovou väzbou, štiepi hydrolyticky ako voľnú glukózu. Ďalej glykogénfosforyláza katalyzuje štiepenie zvyškov glukózy na nový bod vetvenia.

Molekuly glukóza-1-fosfátu sa konvertujú na glukóza-6-fosfát pod vplyvom fosfoglukomutázy, ktorá katalyzuje rovnakú reakciu v opačnom smere počas biosyntézy glykogénu. Prechod glukóza-6-fosfátu na voľnú glukózu sa nemôže uskutočniť hexokinázovou reakciou, pretože je ireverzibilný. V pečeni a obličkách je enzým glukóza-6-fosfatáza, ktorá katalyzuje hydrolytickú reakciu glukóza-6-fosfátu na glukózu. Voľná ​​glukóza ide do krvi a vstupuje do iných orgánov. Vo svaloch, mozgu a iných tkanivách chýba glukóza-6-fosfatáza. Glykogén pečene teda slúži ako zdroj glukózy pre celý organizmus a glykogén svalov a mozgu sa rozkladá na glukóza-6-fosfát, ktorý sa používa v týchto tkanivách.
Rozpad glykogénu na kyselinu mliečnu (glykogenolýza)

Glukóza, ktorá pochádza z krvi, a glukózové zvyšky uloženého glykogénu slúžia ako substrát svalového glykolýzy. Kvôli postupnému pôsobeniu glykogénfosforylázy a fosfoglukomutázy sú glukózové zvyšky glykogénu konvertované na glukózo-6-fosfát, ktorý je potom zahrnutý do procesu glykolýzy:

Čo sa týka glykogenolýzy, ATP sa spotrebuje len raz na tvorbu fruktóza-1,6-difosfátu. Ak vezmeme do úvahy náklady na ATP pre biosyntézu glykogénu (dve ATP molekuly pre zahrnutie jedného glukózového zvyšku), potom čistý výťažok je len 1 ATP molekula na 1 glukózový zvyšok. Spotreba ATP na syntézu glykogénu vo svaloch prebieha v pokoji, keď je ukladanie glykogénu dostatočne zabezpečené kyslíkom a energiou. A počas intenzívneho cvičenia anaeróbne rozpad glykogénu na kyselinu mliečnu spôsobuje vyšší výťažok ATP ako rozpad glukózy.