Метаболизм гликогена роль гормонов

Метаболизм гликогена

Метаболизм гликогена роль гормонов

Многиеткани в качестве резервной формы глюкозысинтезируют гликоген. Синтез и распадгликогена в печени поддерживают гомеостазглюкозы в крови.

Гликоген— разветвлённый гомополисахарид глюкозыс массой >107Да (50000 остатковглюкозы), в котором остатки глюкозысоединены в линейных участкахα-1,4-гликозидной связью.

В точкахветвления, примерно через каждые 10остатков глюкозы, мономеры соединеныα-1,6-гликозидными связями. Гликоген,водонерастворим, хранится в цитозолеклетки в форме гранул диаметром 10-40 нм.

Гликоген депонируется главным образомв печени (до 5%) и скелетных мышцах (до1%). В организме может содержаться от 0до 450 г гликогена.

Разветвлённаяструктура гликогена способствует работеферментов, отщепляющих или присоединяющихмономеры.

Синтезгликогена (гликогеногенез)

Гликогенсинтезируется с затратой энергии впериод пищеварения (через 1—2 ч послеприёма углеводной пищи).

Синтезгликогена осуществляется путём удлиненияуже имеющейся молекулы полисахарида,называемой «затравка», или«праймер». В состав праймераможет входить белок гликогенин, в которомк Тир присоединен олигосахарид (примерноиз 8 остатков глюкозы). Глюкозные остаткипереносятся гликогенсинтазой нанередуцирующий конец олигосахарида исвязываются α-1,4-гликозидными связями.

Приудлинении линейного участка примернодо 11 глюкозных остатков, фермент ветвленияпереносит её концевой блок, содержащий6—7 остатков, на внутренний остатокглюкозы этой или другой цепи с образованиемα-1,6-гликозидной связи. Новая точкаветвления образуется на расстоянии неменее 4 остатков от любой уже существующейточки ветвления.

Распадгликогена (гликогенолиз)

Распадгликогена происходит путем последовательногоотщепления глюкозо-1-ф в ответ на повышениепотребности организма в глюкозе. Реакциюкатализирует гликогенфосфорилаза:

Гликогенфосфорилазасостоит из 2 идентичных субъединиц(94500 Да). Неактивная форма обозначаетсяb, активная -a.Активируетсякиназой фосфорилазыbпутемфосфорилирования каждой субъединицыпо серину в 14 положении.

Гликогенфосфорилазарасщепляет фосфоролизом α-1,4-гликозидныесвязи, до тех пор, пока до точки ветвленияне остается 4 остатка глюкозы.

Инактивациягликогенфосфорилазы происходит придефосфорилировании с участиемспецифической фосфатазы фосфорилазы(фосфопротеинфосфотазы ФПФ).

Удалениеветвления осуществляет деветвящийфермент. Он обладает трансферазнойи гликозидазной активностями. Трасферазнаячасть (олигосахаридтрансфераза)переносит три оставшихся до точкиветвления глюкозных остатка нанередуцирующий конец соседней цепи,удлиняя её для фосфорилазы.

Гликозидазнаячасть (α-1,6-глюкозидаза) гидролизуетα-1,6-гликозидную связь, отщепляя глюкозу.

Глюкозо-1-физомеризуется в глюкозо-6-ф фосфоглюкомутазой.

Регуляция метаболизма гликогена в мышцах

Метаболизмгликогена контролируется гормонами (впечени – инсулином, глюкагоном, адреналином;в мышцах – инсулином и адреналином),которые регулируют фосфорилирование/дефосфорилирование 2 ключевых ферментовгликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы.

Принедостаточном уровне глюкозы в кровивыделяется гормон глюкагон, в крайнихслучаях – адреналин. Они стимулируютфосфорилирование гликогенсинтазы (онаинактивируется) и гликогенфосфорилазы(она активируется).

При повышении уровняглюкозы в крови выделяется инсулин, онстимулирует дефосфорилированиегликогенсинтазы (она активируется) игликогенфосфорилазы (она инактивируется).Кроме того, инсулин индуцирует синтезглюкокиназы, тем самым, ускоряяфосфорилирование глюкозы в клетке.

Всёэто приводит к тому, что инсулинстимулирует синтез гликогена, а адреналини глюкагон – его распад.

Впечени существует и аллостерическаярегуляция гликогенфосфорилазы: ееингибирует АТФ и глюкозо-6ф, а активируетАМФ.

Нарушенияобмена гликогена

Гликогеновыеболезни— группа наследственныхнарушений, в основе которых лежитснижение или отсутствие активностиферментов, катализирующих реакциисинтеза или распада гликогена, либонарушение регуляции этих ферментов.

Гликогенозы— заболевания, обусловленные дефектомферментов, участвующих в распадегликогена. Они проявляются или необычнойструктурой гликогена, или его избыточнымнакоплением в печени, сердечной илискелетных мышцах, почках, лёгких и другихорганах.

Внастоящее время гликогенозы делят на2 группы: печёночные и мышечные.

Печёночные формы гликогенозовведутк нарушению использования гликогенадля поддержания уровня глюкозы в крови.Поэтому общий симптом для этих форм —гипогликемии в постабсорбтивный период.

БолезньГирке(тип I) отмечают наиболеечасто. Причина — наследственный дефектглюкозо-6-фосфатазы — фермента,обеспечивающего выход глюкозы в кровотокпосле её высвобождения из гликогенаклеток печени и почек.

Клетки печени иизвитых канальцев почек заполненыгликогеном, печень и селезенка увеличены,у больных опухлое лицо – «лицо китайскойкуклы». Болезнь проявляется гипогликемией,гипертриацилглицеролемией, гиперурикемией,ацидоз.

1). Вгепатоцитах: ↑глюкозо-6-ф → ↑ПВК,↑лактат (ацидоз), ↑рибозо-5-ф. ↑рибозо-5-ф→↑пуринов→ ↑ мочевая кислота

2). Вкрови: ↓глюкоза →↓инсулин/глюкагон→:а) ↑липолиз жировой ткани → ↑ЖК в крови.

б). ↓ЛПЛжировой ткани → ↑ТАГ в крови.

Лечение- диета по глюкозе, частое кормление.

БолезньКори(тип III) распространена, 1/4 всехпечёночных гликогенозов. Накапливаетсяразветвленный гликоген, так как дефектендеветвящий фермент. Гликогенолизвозможен, но в незначительном объёме.Лактоацидоз и гиперурикемия не отмечаются.Болезнь отличается более лёгким течениемчем болезнь Гирке.

Мышечныеформы гликогенозовхарактеризуютсянарушением в энергоснабжении скелетныхмышц. Эти болезни проявляются прифизических нагрузках и сопровождаютсяболями и судорогами в мышцах, слабостьюи быстрой утомляемостью.

БолезньМакАрдла(тип V) — аутосомно-рецессивнаяпатология, отсутствует в скелетныхмышцах активность гликогенфосфорилазы.Накопление в мышцах гликогена аномальнойструктуры.

Агликогенозы

Агликогеноз(гликогеноз 0 по классификации) —заболевание, возникающее в результатедефекта гликогенсинтазы. В печени идругих тканях больных наблюдают оченьнизкое содержание гликогена.

Этопроявляется резко выраженной гипогликемиейв постабсорбтивном периоде. Характерныйсимптом — судороги, проявляющиесяособенно по утрам.

Болезнь совместимас жизнью, но больные дети нуждаются вчастом кормлении.

Источник: https://studfile.net/preview/6271266/page:2/

Гликоген

Метаболизм гликогена роль гормонов
Строение гликогена (из остатков глюкозы) Зерна гликогена в клетках печени (пурпурная окраска)

Гликоген — это сложный углевод, который состоит из соединенных в цепочку молекул глюкозы.

После приема пищи в кровь начинает поступать большое количество глюкозы и организм человека запасает излишки этой глюкозы в виде гликогена.

Когда уровень глюкозы в крови начинает снижаться (например при выполнении физических упражнений), организм с помощью ферментов расщепляет гликоген, в результате чего уровень глюкозы остается в норме и органы (в том числе, мышцы во время тренировки) получают достаточное ее количество для производства энергии.

Гликоген откладывается главным образом в печени и мышцах. Общий запас гликогена в печени и мышцах взрослого человека составляет 300-400 г (“Физиология человека” А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб). В бодибилдинге имеет значение только тот гликоген, который содержится в мышечной ткани.

При выполнении силовых упражнений (бодибилдинг, пауэрлифтинг) общая усталость наступает в связи с истощением запасов гликогена, поэтому за 2 часа до тренировки рекомендуется съедать богатую углеводами пищу, чтобы восполнить запасы гликогена.

Биохимия и физиология

С химической точки зрения гликоген (C6H10O5)n представляет собой полисахарид, образованный остатками глюкозы, связанными α-1→4 связями (α-1→6 в местах разветвления); основной запасной углевод человека и животных.

Гликоген (также иногда называемый животным крахмалом, несмотря на неточность этого термина) является основной формой хранения глюкозы в животных клетках. Откладывается в виде гранул в цитоплазме во многих типах клеток (главным образом печени и мышц).

Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы. Гликогеновый запас, однако, не столь ёмок в калориях на грамм, как запас триглицеридов (жиров).

Только гликоген, запасённый в клетках печени (гепатоциты) может быть переработан в глюкозу для питания всего организма. гликогена в печени при увеличении его синтеза может составить 5-6% от массы печени.[1] Общая масса гликогена в печени может достигать 100—120 граммов у взрослых.

В мышцах гликоген перерабатывается в глюкозу исключительно для локального потребления и накапливается в гораздо меньших концентрациях (не более 1 % от общей массы мышц), в то же время его общий мышечный запас может превышать запас, накопленный в гепатоцитах. Небольшое количество гликогена обнаружено в почках, и ещё меньшее — в определённых видах клеток мозга (глиальных) и белых кровяных клетках.

В качестве запасного углевода гликоген присутствует также в клетках грибов.

Метаболизм гликогена

При недостатке в организме глюкозы гликоген под воздействием ферментов расщепляется до глюкозы, которая поступает в кровь. Регуляция синтеза и распада гликогена осуществляется нервной системой и гормонами. Наследственные дефекты ферментов, участвующих в синтезе или расщеплении гликогена, приводят к развитию редких патологических синдромов — гликогенозов.

Регуляция распада гликогена

Рис. 25.1. Регуляция распада гликогена.

Распад гликогена в мышцах инициирует адреналин, который связывается со своим рецептором и активирует аденилатциклазу. Аденилатциклаза начинает синтезировать циклический АМФ.

Циклический АМФ запускает целый каскад реакций, которые в конечном итоге приводят к активации фосфорилазы. Гликогенфосфорилаза катализирует распад гликогена. В печени распад гликогена стимулируется глюкагоном.

Этот гормон секретируют а-клетки поджелудочной железы при голодании.

Регуляция синтеза гликогена

Рис. 25.2. Регуляция синтеза гликогена

Синтез гликогена инициируется после связывания инсулина со своим рецептором. При этом происходит аутофосфорилирование остатков тирозина в рецепторе инсулина.

Запускается каскад реакций, в которых поочередно активируются следующие сигнальные белки: субстрат-1 инсулинового рецептора, фосфоинозитол-3-киназа, фосфоинозитол-зависимая киназа-1, протеинкиназа АКТ. В конечном итоге ингибируется киназа-3 гликогенсинтазы.

При голодании киназа-3 гликогенсинтетазы активна и инактивируется только на короткое время после приема пищи, в ответ на сигнал инсулина. Она ингибирует гликогенсинтазу путем фосфорилирования, не позволяя ей синтезировать гликоген.

Во время приема пищи инсулин активирует каскад реакций, в результате которого ингибируется киназа-3 гликогенсинтазы и активируется протеинфосфатаза-1. Протеинфосфатаза-1 дефосфорилирует гликогенсинтазу, и последняя начинает синтезировать гликоген из глюкозы.

Протеинтирозинфосфатаза и ее ингибиторы

Как только прием пищи заканчивается, протеинтирозинфосфатаза блокирует действие инсулина. Она дефосфорилирует остатки тирозина в рецепторе инсулина, и рецептор переходит в неактивную форму.

У больных диабетом II типа активность протеинтирозинфосфатазы чрезмерно повышена, что приводит к блокированию сигнала инсулина, и клетки оказываются невосприимчивы к инсулину.

В настоящее время проводятся исследования, направленные на создание ингибиторов протеинфосфатазы, с помощью которых станет возможным разработать новые методы лечения в лечении диабета II типа.

Восполнение запасов гликогена

Большинство зарубежных специалистов[2][3][4][5][6] акцентирует внимание на необходимости возмещения гликогена как главного источника энергии для обеспечения мышечной активности.

Повторные нагрузки, отмечается в этих работах, могут вызывать глубокое истощение запасов гликогена в мышцах и печени и отрицательно сказываться на результативности спортсменов. Пища с высоким содержанием углеводов увеличивает запас гликогена, энергетический потенциал мышц и улучшает общую работоспособность.

Большая часть калорий в день (60-70%), по наблюдениям В. Shadgan, должна приходиться на углеводы, которые обеспечивают хлеб, крупы, зерновые культуры, овощи и фрукты.

Читайте отдельную статью: углеводная диета

Источник: https://sportguardian.ru/article/1737/glikogen

Основы метаболизма гликогена | CMT: Научный подход

Метаболизм гликогена роль гормонов

Переводчик: Татьяна Архарова

Редактор: Вероника Рис

Источник: NCBI

Во время интенсивных упражнений и длительных физических нагрузок мышечный гликоген расщепляется, высвобождая молекулы глюкозы.

Затем в результате анаэробных и аэробных процессов эти молекулы окисляются мышечными клетками с образованием молекул аденозинтрифосфата (АТФ), необходимых для сокращения мышц.

Скорость, с которой разрушается мышечный гликоген, зависит, прежде всего, от интенсивности физической активности.

Рекомендуемая суточная норма потребления углеводов у взрослых мужчин и женщин, ведущих сидячий образ жизни, составляет около 130 г. Эта величина зависит от продолжительности и интенсивности упражнений.

Например, в дни с небольшой физической активностью для восстановления мышц и гликогена мышечная ткань требует значительно меньше углеводов, чем в более тяжёлые тренировочные дни.

По этой причине текущие рекомендации по потреблению углеводов у спортсменов варьируются в зависимости от ежедневной нагрузки. Однако спортсмены часто не потребляют достаточного количества углеводов. 

Гликоген хранится в цитозоле клеток, занимая 2% объёма клеток сердца, 1-2% объёма клеток скелетных мышц и 5-6% объёма клеток печени.

Ни кратковременное голодание, ни длительное сидячее положение не влияют на запасы гликогена в мышцах, хотя гликоген в сердечной мышце может увеличиваться во время голодания, поскольку аминокислоты и глицерин преобразуются в глюкозу и сохраняются в виде гликогена, чтобы обеспечить сердце достаточными запасами энергии. 

Для подготовки организма к последующим тренировкам и соревнованиям важно, чтобы запасы гликогена в мышцах и печени были восполнены.

Данная статья обобщает рекомендации по питанию, тренировкам и восстановлению у спортсменов и людей, занимающихся регулярной физической активностью.

Во время интенсивных тренировок глюкоза в крови и мышечный гликоген являются основными видами «топлива», которые окисляются для получения АТФ. 

Помимо человеческих клеток мышц и печени, гликоген в небольших количествах накапливается в клетках мозга, сердца, клетках гладких мышц, почек, эритроцитах и лейкоцитах и даже жировых клетках. При нормальных условиях глюкоза — единственное топливо, которое мозг использует для производства АТФ; в состоянии покоя приблизительно 60% глюкозы в крови метаболизируется мозгом. 

Поскольку мозгу требуется глюкоза, крайне важно поддерживать эугликемию (нормальную концентрацию глюкозы в крови) во время отдыха и физических упражнений. Чтобы обеспечить достаточный запас глюкозы в мозге, печень выделяет глюкозу в кровоток. 

Использование мышечного гликогена во время упражнений снижает поглощение глюкозы из крови, тем самым помогая поддерживать уровень глюкозы в крови при отсутствии потребления углеводов. Достаточное потребление углеводов во время упражнений помогает поддерживать запасы гликогена в печени, и, как сообщается, экономит гликоген в мышечных клетках типа II (быстро сокращающихся). 

В 1920-х годах стало очевидно, что углеводы важны для тренировки мышц, что концентрация глюкозы в крови связана с усталостью и что увеличение потребления углеводов перед соревнованием, а также употребление леденцов во время него, предотвратило слабость и усталость. Несмотря на эти наблюдения и гораздо более раннее открытие гликогена в 1858 году, связь между содержанием углеводов в рационе, мышечным гликогеном и физической нагрузкой не была подтверждена до 1960-х годов.

гликогена во всем организме составляет приблизительно 600 г, и эта цифра варьируется в зависимости от массы тела, диеты, физической формы и физических упражнений. Во время интенсивных и длительных упражнений содержание гликогена в мышечных клетках может быть существенно ниже, но не падает менее 10% от начальных данных.

Роль гликогена

Мышечный гликоген — это не только источник энергии, но также и регулятор сигнальных путей, участвующих в тренировочной адаптации и влияющим на внутриклеточную осмоляльность. Измерение запасов гликогена в мышцах возможно благодаря методике мышечной биопсии.

Факторы, влияющие на запасы гликогена 

Запасы гликогена в печени и мышцах уменьшаются при физической нагрузке: чем дольше и интенсивнее активность, тем больше скорость и общее снижение запасов гликогена. Богатая углеводами диета приводит к постепенной суперкомпенсации запасов мышечного гликогена. 

Рисунок 1. Метаболизм гликогена в состоянии покоя и во время упражнений

Сокращение запасов гликогена в мышцах, которое происходит во время упражнений, является основным движущим фактором для последующего гликогенеза. После тренировки восстановление мышечного гликогена происходит в два этапа. 

На первом этапе синтез гликогена быстрый — 12-30 ммоль/г массы/ч, — не требуется инсулин и длится он 30-40 минут, если истощение гликогена значительное. Вторая фаза зависит от инсулина и протекает медленнее при эугликемии — 2-3 ммоль/г массы/час, — скорость которой может быть увеличена при дополнительном потреблении углеводов. 

Во время многих упражнений высвобождение инсулина притупляется, а адреналин выделяется надпочечниками. Скорость деградации гликогена (гликогенолиза) зависит от интенсивности упражнений. 

Измерение концентрации гликогена 

У тренированных и сытых спортсменов концентрация гликогена в мышцах составляет примерно 150 ммоль/кг массы после, по крайней мере, 8-12 часов отдыха. Она может достигать уровней 200 ммоль/кг массы у хорошо подготовленных, отдохнувших спортсменов после нескольких дней на высокоуглеводных диетах, а после длительных интенсивных тренировок гликоген в мышцах может упасть до

Источник: https://cmtscience.ru/article/osnovymetabolizma-glikogena

Синтез и распад гликогена реципрокны

Метаболизм гликогена роль гормонов

Метаболизм гликогена в печени, мышцах и других клетках регулируется несколькими гормонами, одни из которых активируют синтез гликогена, а другие – распад гликогена.

При этом в одной клетке не могут идти одновременно синтез и распад гликогена – это противоположные процессы с совершенно с разными задачами.

Синтез и распад исключают друг друга или, по-другому, они реципрокны.

Активность ключевых ферментов метаболизма гликогена гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы изменяется в зависимости наличия в составе фермента фосфорной кислоты – они активны либо в фосфорилированной, либо в дефосфорилированной форме.

Присоединение фосфатов к ферменту производят протеинкиназы, источником фосфата является АТФ:

  • фосфорилаза гликогена активируется после присоединения фосфатной группы,
  • синтаза гликогена после присоединения фосфата инактивируется.

Скорость фосфорилирования указанных ферментов повышается после воздействия на клетку адреналина, глюкагона и некоторых других гормонов. В результате адреналин и глюкагон вызывают гликогенолиз, активируя фосфорилазу гликогена.

Например,

  • во время мышечной работы адреналин вызывает фосфорилирование внутримышечных ферментов обмена гликогена. В результате фосфорилаза гликогена активируется, синтаза инактивируется. В мышце происходит распад гликогена, образуется глюкоза для обеспечения энергией мышечного сокращения.
  • при голодании в ответ на снижение глюкозы крови из поджелудочной железы секретируется глюкагон. Он воздействует на гепатоциты и вызывает фосфорилирование ферментов обмена гликогена, что приводит к гликогенолизу и повышению глюкозы в крови.

Способы активации синтазы гликогена

Аллостерическая активация гликогенсинтазы осуществляется глюкозо-6-фосфатом.

Еще одним способом изменения ее активности является химическая (ковалентная) модификация. При присоединении фосфата гликогенсинтаза прекращает работу, т.е.

она активна в дефосфорилированном виде.

Удаление фосфата от ферментов осуществляют протеинфосфатазы, которые активируются при действии на клетку инсулина – в результате он повышает синтез гликогена.

Вместе с этим, инсулин и глюкокортикоиды ускоряют синтез гликогена, увеличивая количество молекул гликогенсинтазы.

Способы активации фосфорилазы гликогена

Скорость гликогенолиза лимитируется только скоростью работы фосфорилазы гликогена. Ее активность может изменяться тремя способами:

  • ковалентная модификация,
  • кальций-зависимая активация,
  • аллостерическая активация с помощью АМФ.

Ковалентная модификация фосфорилазы

При действии некоторых гормонов на клетку происходит активация фермента через аденилатциклазный механизм, который является так называемым каскадным регулированием. Последовательность событий в данном механизме включает:

  1. Молекула гормона (адреналин, глюкагон) взаимодействует со своим рецептором;
  2. Активный гормон-рецепторный комплекс воздействует на мембранный G-белок;
  3. G-белок активирует фермент аденилатциклазу;
  4. Аденилатциклаза превращает АТФ в циклический АМФ (цАМФ) – вторичный посредник (мессенджер);
  5. цАМФ аллостерически активирует фермент протеинкиназу А;
  6. Протеинкиназа А фосфорилирует различные внутриклеточные белки:
  • одним из этих белков является синтаза гликогена, ее активность угнетается,
  • другим белком – киназа фосфорилазы, которая при фосфорилировании активируется;
  1. Киназа фосфорилазы фосфорилирует фосфорилазу “b” гликогена, последняя в результате превращается в активную фосфорилазу “а”;
  2. Активная фосфорилаза “а” гликогена расщепляет α-1,4-гликозидные связи в гликогене с образованием глюкозо-1-фосфата.

Аденилатциклазный способ активации фосфорилазы гликогена

Кроме гормонов, влияющих на активность аденилатциклазы через G-белки, существуют иные способы регуляции этого механизма. Например, после воздействия инсулина активируется фермент фосфодиэстераза, которая гидролизует цАМФ и, следовательно, снижает активность гликоген-фосфорилазы.

Кальций-зависимая активация

Некоторые гормоны влияют на углеводный обмен посредством кальций-фосфолипидного механизма. Активация ионами кальция заключается в активации киназы фосфорилазы не протеинкиназой, а ионами Ca2+ и кальмодулином.

Этот путь работает при инициации кальций-фосфолипидного механизма.

Такой способ оправдывает себя, например, при мышечной нагрузке, если гормональные влияния через аденилатциклазу недостаточны, но в цитоплазму под влиянием нервных импульсов поступают ионы Ca2+.

Аллостерическая (метаболическая) активация

Также существует активация гликогенолиза с помощью АМФ – такая аллостерическая активация происходит благодаря присоединению АМФ к молекуле фосфорилазы “b”

Молекулы АМФ, стимулирующие гликогенолиз, образуются в реакции фермента аденилаткиназы, активируемой при снижении количества АТФ и накоплении АДФ. Особенно ярко значение такой регуляции проявляется при интенсивной мышечной работе:

АДФ + АДФ ↔ АТФ + АМФ

Источник: https://biokhimija.ru/uglevody/reguljacija-obmena-glikogena.html

Моя щитовидка
Добавить комментарий